钢结构 第三章(焊接)0711.

1、3.1 3.1 连接的种类与特点连接的种类与特点3.2 3.2 对接焊缝构造与计算对接焊缝构造与计算3.33.3角焊缝构造与计算角焊缝构造与计算3.4 3.4 焊接应力与焊接变形焊接应力与焊接变形3.5 3.5 普通螺栓连接计算普通螺栓连接计算3.6 3.6 高强螺栓连接计算高强螺栓连接计算 （1）概述）概述 钢结构中，连接占有相当重要的位置。钢结构中，连接占有相当重要的位置。 钢结构的连接通常有：钢结构的连接通常有： 焊接连接焊接连接、 普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接等，等， 这些也是钢结构的基本连接方式。这些也是钢结构的基本连接方式。（2-1）电弧焊）电弧焊 通过通

2、电后焊条与焊件之间产生的强大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。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）分手工电弧焊和自动埋弧焊（半自动）。Q235-E43；Q345-E50；Q390-E55Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn（2-2）电阻焊）电阻焊 利用电流通过焊件接触点表面产生的热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。

3、适用薄量熔化金属，再通过压力使其焊合。适用薄壁型钢（壁型钢（12mm内）。内）。（2-3）气）气 焊焊 利用乙炔在氧气中燃烧而形成的火焰来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熔化金属，形成焊缝。适用薄钢板或小型结构。构。 焊缝连接形式按被连接钢材的相互位置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。施焊方位施焊方位（a）平焊（俯焊）平焊（俯焊）（b）立焊）立焊（c） 横焊横焊 （d）仰焊）仰焊 质量及施工难易程度：质量及施工难易程度：平焊好、立焊和横焊次平焊好、立焊和横焊次之、仰焊最差之、仰焊最差 。平焊平

4、焊 当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时 焊接连接：优点优点：不削弱构件截面，构造简单，节约钢：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。效率高。刚度较大、密封性能好。缺点缺点：焊缝附近存在热影响区，由高温快速：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余应力及残余变形；焊接结构低温冷脆问题也比较突出。题也比较突出。 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

5、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（3）各种连接的特点）各种连接的特点3.2 对接焊缝构造与计算对接焊缝构造与计算3.2.1 对接焊缝的构造 1、形式2、对接焊缝的优缺点、对接焊缝的优缺点 优点：优点：用料经济、传力均匀、无明显的用料经济、传力均匀、无明显的 应力集中，利于承受动力荷载。应力集中，利于承受动力荷载。 缺点缺点：需剖口，焊件长度要精确。：需剖口，焊件长度要精确。 3、对接焊缝的构造处理、对接焊缝的构造处理 变厚度板对接 变宽度板对接 例题3-1 试验算图所示钢板的对接焊缝的强度。 图中 a500 mm，b12mm， 轴心拉力的设

6、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。tan1.5500333mm,b350mm1.51.5abab取 1、弯曲正应力 2、最大剪应力 3、折算应力 正应力、剪应力都较大时 wtf1 . 132121 例例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。 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。T型连接焊接变形型连接焊接变形垂直连接焊接变形垂直连接焊接变形直

7、角角焊缝直角角焊缝温度影响区二、角焊缝种类二、角焊缝种类 包括直角角焊缝（图包括直角角焊缝（图a）和斜角角焊缝（图）和斜角角焊缝（图b）1 1、直角角焊缝、直角角焊缝（a）普通焊缝）普通焊缝 （b）平坡焊缝）平坡焊缝 （c）深熔焊缝）深熔焊缝 平坦型平坦型凹面型凹面型复杂钢构件复杂钢构件组合结构型钢构件组合结构型钢构件2 2、斜角角焊缝：、斜角角焊缝：（a）斜锐角焊缝）斜锐角焊缝 （b）斜钝角焊缝）斜钝角焊缝 （c）斜凹面角焊缝）斜凹面角焊缝 3 3 表示方法表示方法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

8、长度方向既不垂直也不平行的4、围焊缝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。min21.5fht2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。max11.2fhtminmaxfffhhh侧焊缝的应力变化侧焊缝的应力变化: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。840fwhlmm4、角焊缝的最大长

9、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。max60(40fwfhlh静载）（动载）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 一、角焊缝的受力特点一、角焊缝的受力特点 二、轴心力作用二、轴心力作用 三、角钢与节点板连接三、角钢与节点板连接 四、剪力四、剪力+扭矩作用扭矩作用 五、轴力五、轴力+剪力剪力+弯矩作用弯矩作用一、角焊缝的受力特点一、角焊缝的受力特点 焊缝破坏面焊缝破坏面 角焊缝破坏面上的应力角焊缝破坏面上的应力角焊

10、缝的有效截面角焊缝的有效截面22()fwffffwfffff22)(0fwffff0fwfff正焊缝： ，侧焊缝： ， 二、二、轴心力作用角焊缝的计算轴心力作用角焊缝的计算两种计算方法两种计算方法 1、利用下列公式、利用下列公式方法二将N 分解成 Nx、Ny ，cossinNNNNyx 分别按正焊缝、侧焊缝计算应力wfffff22)(焊缝有效面积Nx、Ny假定在有效面上均匀分布wfewelhhlA7 . 0wfffff22)( 正焊缝： 侧焊缝： 0fwffff0fwfff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。 wffff3/sin

11、112fff例例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三、角钢与节点板连接三、角钢与节点板连接 (b) 三边围焊(c) L形围焊 a) 两边侧焊两边侧焊两边侧焊三边围焊三边围焊23211202()NNk NNkkN令则L形围焊形围焊 基本假定1. 假设焊缝是弹性体2. 被连接件是绝对刚性的，3. 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。maxma

12、x0max TfxyTfxyTyTyIIITxII22()( )TfTVwfffff 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。 yxTfyxTfIITxIITyITymaxmax0max , V作用下A点 N作用下A点 A点合应力 ， 例例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。分三个步骤：1. 轴力作用平均分配2. 剪力作用平均分配3. 弯矩作用三角形分布 轴力、剪力在有效面上平均分配，但弯矩作用不是平均分配 1、

13、轴力N作用下x方向应力 2、剪力作用下，y方向应力 3、弯矩M作用下，x方向应力 M、V和N共同作用下，焊缝上或下端点最危险处应满足 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。 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.角焊缝连接的构造要求角焊缝连接的构造要求 (1) 焊接变形和焊接应力产生的原因焊接变形和焊接应力产生的原因: 焊接过程中焊接过程中, ,局部区域受到高温局部区域受到高温作用作

14、用, ,引起不均匀的加热和冷却引起不均匀的加热和冷却, ,使构使构件产生变形件产生变形. . 在冷却过程中在冷却过程中, ,焊缝和焊缝附近焊缝和焊缝附近的的钢材的收缩受到约束而产生应力钢材的收缩受到约束而产生应力. .在常温和静荷载作用下，对构件的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。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。塑性变形降低，容易产生裂缝。疲劳强度降低。疲劳强度降低。使稳定承载力降低。使稳定承载力降低。使构件提前进入塑性阶段。使构件提前进入塑性阶段。纵向收缩引起的纵向应力纵向收缩引起的纵向应力(焊缝方向的应力焊缝方向的应力):考虑整体冷却与焊接次序的叠加考虑整体冷却与焊接次序的叠加焊接次序的影响焊接次序的影响 厚度小于厚度小于 25mm时，厚度方向应力时，厚度方向应力不大；但板厚大于不大；但板厚大于50mm时，厚度方时，厚度方向应力可达向应力可达50N/mm2左右。左右。主要形式主要形式: 纵向收缩、纵向收缩、 横向受缩、横向受缩、 弯曲变形、弯曲变形、 角变形、角变形、 波浪变形、波浪变形、