钢结构的连接ppt课件

.,1,第3章钢结构的连接,3.1连接的种类与特点3.2对接焊缝构造与计算3.3角焊缝构造与计算3.4焊接应力与焊接变形3.5普通螺栓连接计算3.6高强螺栓连接计算,.,2,3.1连接的种类和特点,（1）概述钢结构中，连接占有相当重要的位置。钢结构的连接通常有：焊接连接、普通螺栓连接高强度螺栓连接等，这些也是钢结构的基本连接方式。,.,3,.,4,（2）常用焊接方法,（2-1）电弧焊通过通电后焊条与焊件之间产生的强大电弧提供热源，溶化的焊条（焊丝）与焊件溶化部分形成焊缝。焊缝质量可靠，为最常用的一种焊接方法。分手工电弧焊和自动埋弧焊（半自动）。,.,5,手工电弧焊接工艺,Q235-E43；Q345-E50；Q390-E55,.,6,自动埋弧焊接工艺,Q235-H08、H08A、H08MnA;Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn,.,7,（2-2）电阻焊利用电流通过焊件接触点表面产生的热量熔化金属，再通过压力使其焊合。适用薄壁型钢（12mm内）。（2-3）气焊利用乙炔在氧气中燃烧而形成的火焰来熔化金属，形成焊缝。适用薄钢板或小型结构。,.,8,3、焊缝连接形式和焊缝种类,焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置可分为对接(或平接)连接、搭接(或错接)连接、T形(或顶接)连接和L形(或角部)连接等。,.,9,.,10,施焊方位（a）平焊（俯焊）（b）立焊（c）横焊（d）仰焊质量及施工难易程度：平焊好、立焊和横焊次之、仰焊最差。,平焊,.,11,5焊缝图纸表示,.,12,.,13,当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时,.,14,螺栓及其孔眼图例,.,15,各种连接的特点,焊接连接：优点：不削弱构件截面，构造简单，节约钢材，加工方便，可采用自动化操作，生产效率高。刚度较大、密封性能好。缺点：焊缝附近存在热影响区，由高温快速降到常温，使钢材脆性加大；存在焊接残余应力及残余变形；焊接结构低温冷脆问题也比较突出。,.,16,螺栓连接优点：安装方便，便于拆卸。缺点：需要在板件上开孔和拼装时对孔，制造工作量大；螺栓孔还使构件截面削弱，被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板，比焊接连接多费钢材,.,17,（3）各种连接的特点,.,18,3.2对接焊缝构造与计算,3.2.1对接焊缝的构造1、形式,.,19,.,20,2、对接焊缝的优缺点优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。缺点：需剖口，焊件长度要精确。,.,21,对接焊缝,.,22,对接焊缝加引弧板,.,23,3、对接焊缝的构造处理,变厚度板对接变宽度板对接,.,24,3.2.2对接焊缝的构造和计算,.,25,.,26,例题3-1试验算图所示钢板的对接焊缝的强度。图中a500mm，b12mm，轴心拉力的设计值N=1100kN。钢材为Q235BF，手工焊焊条为E43型，三级焊缝，施焊时不用引弧板。,.,27,.,28,二、弯矩剪力共同作用,1、弯曲正应力2、最大剪应力3、折算应力,.,29,承受弯矩和剪力的共同作用,.,30,.,31,.,32,3、折算应力,正应力、剪应力都较大时,.,33,例题,例3-2：图3-2所示，荷载设计值F=550kN，偏心距e=300mm，钢材Q235B，手工焊，焊条E43型，焊缝等级三级，使用引弧板，试验算工字钢截面牛腿与钢柱连接的对接焊缝强度。,.,34,.,35,.,36,3.3角焊缝的构造和计算,.,37,3.3.1角焊缝的构造一、角焊缝形式,角焊缝连接对被连接件加工精度要求低、施工方便而常常被采用。角焊缝一般用于搭接连接和T形连接。,.,38,角焊缝连接（端焊缝连接）,.,39,.,40,角焊缝（三面围焊）,.,41,T型连接焊接变形,.,42,垂直连接焊接变形,.,43,直角角焊缝,温度影响区,.,44,二、角焊缝种类包括直角角焊缝（图a）和斜角角焊缝（图b）,.,45,1、直角角焊缝（a）普通焊缝（b）平坡焊缝（c）深熔焊缝,平坦型,凹面型,.,46,复杂钢构件,组合结构型钢构件,.,47,2、斜角角焊缝：（a）斜锐角焊缝（b）斜钝角焊缝（c）斜凹面角焊缝,.,48,3表示方法,.,49,根据焊缝轴线与外力作用线的关系,1、正焊缝(亦称端焊缝)焊缝长度方向垂直于力作用方向2、侧面角焊缝(侧焊缝)焊缝长度方向平行于力作用方向的焊缝3、斜焊缝焊缝长度方向既不垂直也不平行的4、围焊缝,.,50,三、角焊缝的尺寸要求,1、最小焊脚尺寸如果板件厚度较大而焊缝过小，则施焊时焊缝冷却速度过快而产生淬硬组织，易使焊缝附近主体金属产生裂纹。这种现象在低合金高强度钢中尤为严重。,.,51,2最大焊脚尺寸焊脚尺寸若过大，易使母材形成“过烧”现象，而且使构件产生较大的焊接残余变形和残余应力。,.,52,.,53,侧焊缝的应力变化:,.,54,3、角焊缝的最小长度长度过小时，焊件局部加热严重，焊缝起落弧缺陷相距太近，加上可能有其他缺陷(气孔、夹渣等)，使焊缝可靠性降低；焊缝集中在一很短距离内，焊件的应力集中也较大。,.,55,4、角焊缝的最大长度应力在长度上的分布不是均匀的，两端大中间小，同时附带参与应力与变形，导致内部应力很大。,.,56,根据焊缝轴线与外力作用线的关系,1、正焊缝(亦称端焊缝)焊缝长度方向垂直于力作用方向2、侧面角焊缝(侧焊缝)焊缝长度方向平行于力作用方向的焊缝3、斜焊缝焊缝长度方向既不垂直也不平行的4、围焊缝,.,57,角焊缝连接（端焊缝连接),.,58,.,59,角焊缝（三面围焊）,.,60,3.3.2角焊缝的计算一、角焊缝的受力特点二、轴心力作用三、角钢与节点板连接四、剪力+扭矩作用五、轴力+剪力+弯矩作用,.,61,一、角焊缝的受力特点焊缝破坏面,.,62,角焊缝破坏面上的应力,.,63,角焊缝的有效截面,.,64,.,65,.,66,正焊缝：,，,侧焊缝：,，,.,67,二、轴心力作用角焊缝的计算,.,68,两种计算方法1、利用下列公式,.,69,.,70,.,71,.,72,方法二将N分解成Nx、Ny，,.,73,分别按正焊缝、侧焊缝计算应力,.,74,焊缝有效面积Nx、Ny假定在有效面上均匀分布,.,75,.,76,几种特殊情况,正焊缝：侧焊缝：,.,77,斜焊缝，有两种方法：,其一：式中其二：将N沿着垂直、平行两个方向分解成Nx、Ny，分别求出、，再利用基本公式计算。,.,78,例题,例3-1：图3-1所示的双盖板连接，钢材为Q235-B，手工角焊缝，焊条E43系列，焊脚尺寸hf=6mm,求该连接所能承受的最大静荷载N。已知：t=12mm,t1=8mm,.,79,.,80,.,81,三、角钢与节点板连接,.,82,(b)三边围焊,(c)L形围焊,a)两边侧焊,.,83,.,84,两边侧焊,.,85,三边围焊,.,86,L形围焊,.,87,.,88,.,89,四、剪力+扭矩作用,.,90,基本假定假设焊缝是弹性体被连接件是绝对刚性的，在扭矩作用下它有绕焊缝形心O旋转的趋势4.剪力、轴力在有效面上均匀分布结论：这样焊缝上任一点的应力其方向垂直于该点与O点的连线、大小与距离r成正比。,.,91,.,92,.,93,扭矩、剪力、轴力共同作用下,.,94,扭矩T作用下各点应力计算（以A点为例）：Ix+Iy为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，x、y为焊缝角点到焊缝形心的坐标距离。,.,95,V作用下A点N作用下A点,.,96,A点合应力,，,.,97,例3-2：如图3-2所示，三面围焊，钢材为Q235-B，手工焊，焊条E43型，偏心量e=50mm。求该角焊缝连接所能承受的最大静态轴心力P。,.,98,.,99,.,100,.,101,五、轴力+剪力+弯矩作用,.,102,分三个步骤：轴力作用平均分配剪力作用平均分配弯矩作用三角形分布,.,103,弯矩、剪力、轴力共同作用下,轴力、剪力在有效面上平均分配，但弯矩作用不是平均分配,.,104,1、轴力N作用下x方向应力2、剪力作用下，y方向应力,.,105,3、弯矩M作用下，x方向应力,.,106,M、V和N共同作用下，焊缝上或下端点最危险处应满足,.,107,例题3-5,如图所示的结构，钢材为Q235-B，手工角焊缝，焊条E43系列，焊脚尺寸hf=8mm,求该连接所能承受的最大静荷载P。,.,108,.,109,.,110,.,111,例3-6：,图3-6所示的结构，钢材为Q235-B，手工角焊缝，焊条E43系列，焊脚尺寸hf=8mm,求该连接所能承受的最大动荷载P。已知：t=12mm,tw=8mm.,.,112,.,113,.,114,.,115,.,116,.,117,角焊缝连接的构造要求,.,118,.,119,.,120,.,121,.,122,.,123,.,124,.,125,3.4焊接应力与焊接变形,(1)焊接变形和焊接应力产生的原因:焊接过程中,局部区域受到高温作用,引起不均匀的加热和冷却,使构件产生变形.在冷却过程中,焊缝和焊缝附近的钢材的收缩受到约束而产生应力.,.,126,(2)焊接应力的影响,在常温和静荷载作用下，对构件的强度无影响，但对刚度则有影响。塑性变形降低，容易产生裂缝。疲劳强度降低。使稳定承载力降低。使构件提前进入塑性阶段。,.,127,(3)主要焊接应力,纵向收缩引起的纵向应力(焊缝方向的应力):,.,128,横向应力(与焊缝垂直方向):,考虑整体冷却与焊接次序的叠加,焊接次序的影响,.,129,焊缝厚度方向的焊接应力:,厚度小于25mm时，厚度方向应力不大；但板厚大于50mm时，厚度方向应力可达50N/mm2左右。,.,130,(4)焊接