角焊缝连接的构造和计算PPT课件VIP

1、2)端焊缝受力复杂,其各面均存在正应力和剪应力,且焊根处存在严重的应力集中，塑性差，但强度高(是侧焊缝强度的1.351.55倍)。强度分析：试验证明：1) 侧焊缝以45最小截面破坏居多，主要承受剪应力，其应力沿焊缝长度方向的分布不均匀,呈两端大而中间小的状态。但塑性好,应力可重分布,因此在届临塑性工作阶段，其应力分布的不均匀现象渐趋缓和。角焊缝的截面形式和强度第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第1页/共33页3)斜焊缝受力性能和强度介于侧焊缝和端焊缝之间。规范规定：在焊缝计算时以侧焊缝强度（ ）为基准wff角焊缝的截面形式和强度3.3 角焊缝连接的构造和计算第三章 钢结构的连接

2、第2页/共33页角焊缝的构造要求一 对焊脚尺寸 要求：其中 最小焊脚尺寸： ， 较厚板件的厚度。注意：若 , 取 ； 对自动焊，取 ； 对T形单面焊，取 。原因：焊脚尺寸过小，焊缝因冷却过快而产生裂缝，不易焊透，为了保证焊缝的最小承载能力。 maxminfffhhh1min1.5 thf1tmmt4111.51minfth11.51minfth1minthffh第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第3页/共33页角焊缝的构造要求最大焊脚尺寸： ， 较薄板件的厚度。注意：对于贴着板边焊 当t6mm时， 当t6mm时， 原因：以避免焊缝穿透较薄的焊件，而且焊缝冷却收缩将产生较大的焊接

3、残余变形。 2tt1-(12)t1hf1.2tminhf(当t16)(当t16)hfhft2t1t1t22fmax1.2ththmaxfmmth)21 (maxf第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第4页/共33页二 对焊缝计算长度 要求：其中 焊缝最大计算长度： （静荷） （动荷）原因：侧缝应力沿长度分布不均匀，两端较中间大，焊缝越长其差别也越大，太长时侧缝两端应力可先达到极限而破坏，此时焊缝中部还未充分发挥其承载力，这种应力分布的不均匀性，对承受动力荷载的构件更加不利。超过部分在计算中不予考虑。 若内力沿角焊缝全长分布，则计算长度不受此限。 焊缝最小计算长度： 且原因：长度过

4、小会使杆件局部加热严重，且起弧、落弧坑相距太近，加上一些可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。 焊缝计算长度：每条实际长度减去2 2hfwlmaxminwwwlllfwhl60maxfwhl8minmmh40f角焊缝的构造要求fwhl40max3.3 角焊缝连接的构造和计算第三章 钢结构的连接第5页/共33页三 对绕角焊的要求 当角焊缝的端部在构件转角处时，必须连续地作长度为 2 的绕角焊。四 对搭接长度的要求 在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时，其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm。五 对仅用两条侧面角焊缝连接时的要求 当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，每条侧面角焊缝长度l不

5、宜小于两侧面角焊缝之间的距离b；同时b不宜大于16t（当t12mm）或200mm（当t12mm），t为较薄焊件的厚度。不满足此规定时，应加焊正面角焊缝，或加槽焊或加电铆钉。 fh第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第6页/共33页bl第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第7页/共33页直角角焊缝的计算一一 基本假定基本假定1）所有角焊缝只承受剪应力，其强度设计值为 2）焊缝计算截面为45最小截面，有效高度 面积为 。二二 基本计算公式基本计算公式焊缝承受Nx、Ny，在有效截面上产生的应力可分解为三个方向应力，即 、 、wfwelhlh7 . 0wfffehh7 .

6、0wexxlhNweyylhNwezzlhN第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算xN第8页/共33页为了便于计算，不计诸力的偏心作用，并认为有效截面上诸应力都是均匀分布的。wfzyxyxf222)(2/31直角角焊缝的计算wff3)( 32/22z/2/fx2/fx2/fy2/fywffyfxfyfxf3)2/2/(32/2/2/22第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第9页/共33页直角角焊缝的计算二二 基本计算公式基本计算公式如只有Ny，则 其中： 端焊缝受力总和； 侧焊缝受力总和； 端焊缝强度提高系数，静载时为1.22，动载时为1.0。斜焊缝为22fffwff

7、fff。3sin112第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第10页/共33页三 几种典型的焊缝受力分析 （1）焊缝受轴心拉力（盖板连接的端焊缝）（2）焊缝受轴心剪力（盖板连接的侧焊缝）焊缝计算长度：每条实际长度减去2hfwffwfflhN0.7NNhfNNhfNhfNNN直角角焊缝的计算wfwfflhN0.73.3 角焊缝连接的构造和计算第三章 钢结构的连接第11页/共33页（3）角钢连接焊缝的计算 角钢连接焊缝一般可采用两面侧焊，也可采用三面围焊或L形焊。其计算方法如下：角钢连接肢背、肢尖焊缝的内力分配系数：e2e1hfhf2N 2121eeek2112eeek0.70.650

8、.750.30.350.251k2k直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第12页/共33页两面侧焊： 三面围焊： L形焊：wff1f1f1fhlhNk)2(0.721wfff2f2fhlhNk)2(0.7222e1e2hfhf2N wfffbhN1.220.723wfff1ffhlhNNk)(0.72231wfff2ffhlhNNk)(0.72232e2e1hfN 直角角焊缝的计算02NNkN232NkkNNkN213112/第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第13页/共33页（4）焊缝受轴心拉力和轴心剪力共同作用wfNl0.7hNwfVl0.7h

9、VwfVfNf22)()(NNVhf直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第14页/共33页（5）焊缝受弯矩作用 （6）焊缝偏心受剪wfwfflhM22. 10.762MhfMwflhV0.7V2M0.76wflhVawfff2V2M)()(hfaV直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第15页/共33页（7）焊缝受N 、M 、V 联合作用aahfbFwflhF0.7sinVwflhF0.7cosN2M0.7)sincos(6wflhaFbF2V2NM)()(f直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第16页/共

10、33页32x0.7121)2(0.72bhbahIff232y)2(0.720.7122)(0.7xaahahxbhIfffyxTy)(IIxaTyxTx2IIbTwfff2Tx2Ty)()()2(0.720.72bahaahxff（8）焊缝受扭矩作用axbhfT 直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第17页/共33页（9）围焊缝受偏心剪力扭矩剪力sin,cosyxFFFF)(2yxxcFbFT)(20.7)2(0.7xNyVbahFbahFff，yxTyyxTx)(2IIxaTIIbTwfff2TxN2TyV)()(bFachfx直角角焊缝的计算第三章 钢结构的

11、连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第18页/共33页四 计算步骤 1 1）求出同一平面焊缝群的形心； 2 2）将荷载向形心简化，找出最不利位置； 3 3）分别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力； 4 4）区分侧焊缝受力与端焊缝受力，视荷载种类（静荷或动荷）代入公式，进行计算。直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第19页/共33页斜角角焊缝的计算 斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的T形接头，采用与直角角焊缝相同的计算公式进行计算，但一律 。0 . 1f2cos5 . 11356000fehhmm且根部间隙2coscos55 . 11356000根部间隙但且根部间隙feh

12、hmmmm第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算第20页/共33页3.4 对接焊缝连接的构造和计算对接焊缝的构造对接焊缝的构造一 对接焊缝的坡口形式 对接焊缝的坡口形式与焊件的厚度有关，一般可分为： I型（垂直坡口，适于厚度很小的焊件）； V型、单面V型（适于一般厚度的焊件）； U型、单面U型、X型、K型（适于较厚的焊件）。第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝连接的构造和计算第21页/共33页二. 引弧板 在焊缝的起灭弧处，为消除其焊接缺陷，施焊时需设置引弧板。当不便设置引弧板时，计算中每条焊缝的计算长度取实际长度减2t（t为较薄构件的厚度）。三. 对不同宽度或不同厚度的要求 对不

13、同宽度或不同厚度（相差4mm以上）的焊件，为使截面过渡和缓，减小应力集中，要求坡度不大于1:2.5对接焊缝的构造对接焊缝的构造第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝连接的构造和计算第22页/共33页对接焊缝的计算 对接焊缝分焊透和部分焊透两种。焊透的对接焊缝的计算 由于对接焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中的应力分布情况基本上与焊件原来的情况相同。所以，对接焊缝的强度计算方法与构件截面强度计算相同。 1轴心受拉（压） 式中 对接连接中较小的厚度，忽略焊缝起鼓； 对接焊缝抗拉强度； 对接焊缝抗压强度； 焊缝的计算长度（实际长度减去2t），若加引弧板,则焊缝的计算长度即为板宽。)()/(minwwcw

14、tfftlNmintwtfwcfwl第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝连接的构造和计算第23页/共33页因此通过一、二级检验的对接焊缝的强度可以认为与母材等强度，连接不必验算；而仅通过三级检验的焊缝， ,需要如上验算。若经验算强度不够，可采用斜焊缝；当a/b1.5时，可以不验算。 2弯剪共同作用 受拉区腹板与翼缘的交界处 其中wcff85. 0wtbawtxfWM/maxwvwxftI/VS)(maxmaxwtf1 . 132121zshh0max1wx11tIVS第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝连接的构造和计算对接焊缝的计算第24页/共33页 部分焊透的对接焊缝的强度计算，应按直角角焊

15、缝的计算方法进行，但取 =1.0=1.0。其有效厚度的确定方法见教材。 部分焊透的对接焊缝 当受力很小，焊缝主要起联系作用；或焊缝受力虽然较大，但采用焊透的对接焊缝将使强度不能充分发挥时，可采用不焊透的对接焊缝。比如用四块较厚的板焊成箱形截面的轴心受压构件，显然用图 (a)所示的焊透对接焊缝是不必要的；如采用角焊缝 (b)，外形又不平整；采用不焊透的对接焊缝(c)，可以省工省问，较为美观大方。f第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝连接的构造和计算对接焊缝的计算第25页/共33页3.5 焊接残余应力和残余变形焊接残余应力1.成因: 由于不均匀分布的温度场，同时存在局部高温，加上纤维间的相互约束，

16、便产生了焊接残余应力。由于约束程度不同，一部分残余应力会以残余变形的形式释放出来。2. 2. 特点: : 自相平衡力系。3. 3. 分类: : 可分纵向焊接残余应力、横向焊接残余应力和厚度方向焊接残余应力。第三章 钢结构的连接3.5 焊接残余应力和残余变形第26页/共33页焊接残余应力(1)(1)纵向焊接残余应力 焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及附近温度最高，达16001600以上，其邻近区域则温度急剧下降。 不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，高温处的钢材膨胀最大，但受到两侧温度较低、膨胀较小的钢材的限制，产生了热状态塑性压缩。焊缝冷却时，被塑性压

17、缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变形受到两侧钢材的限制，使焊缝区产生纵向拉应力。在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力经常会达到钢材的屈服强度。 第三章 钢结构的连接3.5 焊接残余应力和残余变形第27页/共33页焊接残余应力(2)横向焊接残余应力 横向残余应力产生的原因有二：一是由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是在焊缝中部产生横向拉应力，而在两端产生横向压应力。二是焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且具有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其发生横向的塑性压缩变形。当先焊部分冷却时，中间

18、焊缝部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却。后焊焊缝的收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力，同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。由杠杆原理知，横向残余应力分布。(3)厚度方向焊接残余应力第三章 钢结构的连接3.5 焊接残余应力和残余变形第28页/共33页焊接残余应力对构件工作的影响 1对强度无影响 2降低构件的刚度 3降低构件的稳定承载力 由于刚度降低，有效截面减小，过早地进入弹塑性区，弹性模量降低，所以稳定承载力降低（ ） 4降低构件的疲劳强度残余应力的存在，加快了疲劳裂纹的开展速度 （双向三向拉力场），因此，疲劳强度降低。 5加剧低温冷脆材料在低温下呈脆性，焊接残余应力的同号拉力场会阻碍材料塑性的发展，加重了脆性因素。22cr/E3.5 焊接残余应力和残余变形第三章 钢结构的连接第29页/共33页 焊接残余变形对构件工作的影响 （a） （b） （c） （d） （e）第三章 钢结构的连接3.5 焊接残余应力和残余变形 纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等 。T形连接焊接变形、薄板焊接翘曲变形、垂直连接焊接变形、对接焊缝构件变形、工字型截面焊接变形（ 顺序错误、顺序正确）、焊缝厚度方向收缩变形。 1构件不平整，安装困难，且产生附加应力； 2变轴心受压构件为偏心受压构件。第30页/共33页1设计方面（1）采用细长，不采用短粗的