钢结构的连接

PageNo.1WordsFromSlide第三章(上)WordsFromNotePagePageNo.2WordsFromSlide第三章钢结构的连接(SteelConnection)§3-1钢结构的连接(Introductionofsteelconnections)§3-2对接焊缝的构造和计算(Constructionaldetailsandcalculationofbuttweld)§3-3角焊缝的构造和计算(Constructionaldetailsandcalculationoffilletweld）§3-4焊接残余应力和焊接变形(weldingresidualstressanddeformation)§3-5普通螺栓的构造和计算(Condtructiondetailsandcalclationofplainbolts)§3-6高强度螺栓连接的构造和计算(Condtructiondetailsandcalclationofhighstrengthboltconnection)§3-7轻钢结构紧固件连接的构造和计算(fastenerconnectionsoflightweightsteelconstrction)WordsFromNotePagePageNo.3WordsFromSlide学习要点1.了解钢结构连接的种类及各自的特点(typesandcharacteristicsofsteelstructureconnections)；2.了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算方法及构造要求；(mechanicalbehaviors,calculatingmethodsandconstructionalrequirementsofboltedconnections)3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响；(initiationofweldingstressanddeformation,theinfluenceonmechanicalbehaviorsofsteelstructures)4.了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求。(mechanicalbehaviors,calculatingmethodsandconstructionalrequirementsofboltedconnections)WordsFromNotePagePageNo.4WordsFromSlide§3.1钢结构的连接(steelconnections)钢结构(steelstructure)—由钢板(steelplate)或各类型钢(steelsection)通过必要的连接(connection)组成构件（如梁(beam)、柱(column)、桁架(truss)等），再通过一定的安装连接(installationanderection)而形成的整体结构物。WordsFromNotePagePageNo.5WordsFromSlideWordsFromNotePagePageNo.6WordsFromSlide连接的重要性(theimportanceofconnection)：是钢结构的细部(detail)，易引起应力集中(stressconcentration)或局部应力(localstress)；对节点连接(connection)的细部构造(constructuraldetails)认识相对粗糙；构造设计不恰当，易引起事故。连接恰如人体的关节(knuckle)。WordsFromNotePagePageNo.7WordsFromSlideWordsFromNotePagePageNo.8WordsFromSlide钢结构连接的分类(classification)：按制作与加工的地点分(loaction,manufacturedandmachined)：工厂连接和工地连接(infactoryandonsite)；按采用的材料技术分：销钉(pinbolt)、铆钉(rivett)、螺栓(bolt)、焊接(weld)及紧固件连接(fastener)。钢结构连接的设计原则(principlesofdesign)：安全可靠(safeandreliability)、传力明确(clearloadtranferpath)、构造简单(simpleconstructionaldetails)、制作方便(convenienttobemanufactured)和节约钢材(steelsaving)。WordsFromNotePagePageNo.9WordsFromSlide3.1.1焊缝连接(weldedconnection)优点(Advantages)1.焊缝连接的特点(characteristics)构造简单，连接方便；用料经济，不削弱截面；加工方便，可实现自动化操作；密闭性好，连接刚度大。缺点(Disadvantages）“热影响区”材质（金相组织）变脆；焊接应力和焊接变形降低承载力；对裂纹敏感，局部裂纹易扩展到整体，尤其动载和冷脆；易存在各种缺陷。WordsFromNotePagePageNo.10WordsFromSlide2.常用的焊缝方法(weldingmethod)（1）手工电弧焊(elatric-arcwelding)A、焊条(electrode)的选择：焊条应与焊件(weldment)钢材相适应。原理：利用电弧(electricarc)产生热量熔化焊条和母材(mothermetal)形成焊缝。WordsFromNotePagePageNo.11WordsFromSlideQ390、Q420钢选择E55型焊条(E5500--5518)Q345钢选择E50型焊条(E5000--5048)B、焊条的表示方法：E—焊条(Electrode)第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/mm2)(minimumtensilestrength)第3、4适用焊接位置、电流(electriccurrent)及药皮(coating)的类型。不同钢种(steelgrade)的钢材焊接，宜采用与低强度钢材(lowstrengthsteel)相适应的焊条。缺点：质量波动大(greatfluctuationofquality)，要求焊工(welder)等级高，劳动强度大，效率低(labouriousandinefficient)。优点：方便(convenient)，特别在高空(connectedhighabovethegroud)和野外作业，小型焊接(minitypeweld)；Q235钢选择E43型焊条(electrode)（E4300--E4328)C、优、缺点WordsFromNotePagePageNo.12WordsFromSlide(2)埋弧焊（自动或半自动）(automaticandsemiautomatichiddenarcwelding)WordsFromNotePagePageNo.13WordsFromSlideA、焊丝(weldingwire)的选择应与焊件(mothersteel)等强度。B、优、缺点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：设备投资大，施工位置受限等。WordsFromNotePagePageNo.14WordsFromSlide(3)气体保护焊(gasshieldedwelding)优、缺点：优点(merits)：焊接速度快，焊接质量好(Fastweldedconnectionandhighqualifywelding)。缺点(demerit)：施工条件受限制等(restrictedoperationcondition)。WordsFromNotePagePageNo.15WordsFromSlide(4)电阻焊(eletricresistancewelding)WordsFromNotePagePageNo.16WordsFromSlideWordsFromNotePagePageNo.17WordsFromSlide点焊设备(spotweldingequipments)WordsFromNotePagePageNo.18WordsFromSlide3.焊接连接形式和焊缝形式(typesofweldedjointsandweldedseam)（1）焊接连接形式(theformatofweldedjoint)对接(buttedjoint)搭接(lapjoint)T形连接(Teejoint)角部连接(conerjoint)WordsFromNotePagePageNo.19WordsFromSlide（2）焊缝形式(weldedseamtypes)常用受力焊缝(stressedweld)：①对接焊缝(buttweld)②角焊缝(filletweld)正面角焊缝(frontfilletweld)侧面角焊缝(sidefilletweld)WordsFromNotePagePageNo.20WordsFromSlide塞焊缝和槽焊缝(slot)、点焊缝(plug)和封底焊缝(sealingweld)（不是主要的传力连接，作为辅助连接焊缝）其他次要焊缝(constructionalweld)：焊缝沿长度方向的布置：连续角焊缝(continuousfilletweld)，间断角焊缝（用于受力很小的次要构件）WordsFromNotePagePageNo.21WordsFromSlide焊缝施焊位置(weldingposition)平焊(downhandwelding)、横焊(horizontalwelding)、立焊(verticalwelding)和仰焊(overhandwelding)（焊条运行与焊缝的相对位置）WordsFromNotePagePageNo.22WordsFromSlide4.焊缝缺陷(defects)及焊缝质量检查(qualityinspection)（1）焊缝缺陷(defects)WordsFromNotePagePageNo.23WordsFromSlide（2）焊缝质量检验(qualityinspection)外观检查(observationalcheck)：检查外观缺陷和几何尺寸(macroscopicirregularityandgeometricaldimension)；内部无损检验(non-destructive)：检验内部缺陷(internaldefect)。内部检验主要采用超声波(ultrasonicwave)，有时还用磁粉检验(magneticpowdertest)荧光检验(fluoroscopicinspection)等辅助检验方法。还可以采用X射线或γ射线透照或拍片。WordsFromNotePagePageNo.24WordsFromSlide《钢结构工程施工及验收规范》规定：焊缝按其检验方法和质量要求(qualityrequirements)分为一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查(appearancetest)且符合三级质量标准；一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准(qualitystandard)。WordsFromNotePagePageNo.25WordsFromSlide《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：①需要进行疲劳(fatigue)计算的构件中，垂直于(vertical)作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。（3）焊缝质量等级(qualitygradesofwelding)的规定②在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材(basematerial)等强的受拉对接焊缝(buttweld)应不低于二级；受压时宜为二级。WordsFromNotePagePageNo.26WordsFromSlide③重级工作制(heavy-duty)和起重量Ｑ＞５０ｔ的中级工作制吊车梁(middle-dutycranebeam)的腹板(webplate)与上翼缘板(topflangeplate)之间以及吊车桁架(cranetruss)上弦杆(upcordmember)与节点板(gussetplate)之间的Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。④角焊缝(filletweld)质量等级一般为三级，直接承受动力荷载(dynamicload)且需要验算疲劳(fatigue)和起重量Ｑ＞５０ｔ的中级工作制吊车梁(middle-dutycranebeam)的角焊缝的外观质量应符合二级。WordsFromNotePagePageNo.27WordsFromSlide2.螺栓连接(boltingconnection)优点(merit)：连接刚度(stiffness)大，传力可靠(loadtranferreliable)；分为：普通螺栓连接(plainboltedconnection)高强度螺栓连接(highstrengthboltedconnecion)1.铆钉连接(rivetconnection)缺点(disadvantage)：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，施工速度慢。3.1.2铆钉和螺栓连接(rivetconnectionandboltedconnection)WordsFromNotePagePageNo.28WordsFromSlide1.普通螺栓(plainbolt)C级粗制螺栓(roughbolt)，性能等级为4.6或4.8级；4表示fu≥400N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅱ类孔，孔径(aperture)(do)-栓杆直径(diameter)(d)＝1～3mm。A、B级精制螺栓(burnishedbolt)，性能等级为5.6或8.8级;5或8表示fu≥500或800N/mm2,0.6或0.8表示fy/fu=0.6或0.8；Ⅰ类孔，孔径(aperture)(do)-栓杆直径(diameter)(d)＝0.3～0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为:A、B、C三个级别。WordsFromNotePagePageNo.29WordsFromSlide2.高强度螺栓(highstrengthbolt)由45号、40B和20MnTiB钢加工而成，并经过热处理(heattreating)45号－8.8级；40B和20MnTiB－10.9级WordsFromNotePagePageNo.30WordsFromSlideWordsFromNotePagePageNo.31WordsFromSlideWordsFromNotePagePageNo.32WordsFromSlide作用(function):表明焊缝型式、尺寸和辅助要求(typesofweldweldconfiguration,dimension,auxiliaryrequirement)表示方法(notations):由图形符号、辅助符号和引出线(outgoingline)等部分组成3.1.4焊缝代号(weldingsymbols)WordsFromNotePagePageNo.33WordsFromSlide1、对接焊缝的坡口形式(grooveformat):3.2.1对接焊缝的构造(configurationofbuttweld)§3.2对接焊缝的构造与计算(configurationandcalculationofbuttweld)对接焊缝的焊件常做坡口(groove)，坡口形式与板厚和施工条件有关(platethicknessandconstructioncondition)。t--焊件厚度(weldedplatethickness)(1)当:t≤6mm(手工焊(manualwelding),t≤10mm(埋弧焊(hiddenarcwelding))时可不做坡口(groove),采用直边缝;(2)t=7~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口;(3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。WordsFromNotePagePageNo.34WordsFromSlide注意：V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊(repairwelding)。WordsFromNotePagePageNo.35WordsFromSlide2、当板件厚度(thickness)或宽度(width)在一侧相差大于4mm时，应做坡度不大于1:2.5(静载(staticload))或1:4(动载(dynamicload))的斜角(obliqueangle)，以平缓过度，减小应力集中(stressconcentration)。WordsFromNotePagePageNo.36WordsFromSlide3、对接焊缝(buttweld)的起、灭弧点易出现缺陷(deffect)，故一般用引弧板(endtab)引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度(calculatedlength)等于实际长度(physicallength)减去2t1，t1—较薄焊件厚度；WordsFromNotePagePageNo.37WordsFromSlide对接焊缝可视作焊件(weldment)的一部分，故其计算方法(calculationmethod)与构件强度(memberstrength)计算相同;《规范》规定：对于静载(staticload)作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材(basematerial)相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；3.2.2对接焊缝的计算(calculationofbuttweld)WordsFromNotePagePageNo.38WordsFromSlide1、轴心力(axialload)作用下的对接焊缝计算式中：N—轴心拉力或压力(axialtensionorcompression)；t—板件较小厚度(thickerplate)；T形连接中为腹板厚度(webplate)；ftw、fcw—对接焊缝的抗拉和抗压强度设计值(tensileandcompressivedesignedstrength)。当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接如图B。另:当tanθ≤1.5时,不用验算!P64例题3.1WordsFromNotePagePageNo.39WordsFromSlide2、M、V联合作用下(undercombinedmomentandshearforce)的对接焊缝(buttwelding)计算因焊缝截面为矩形，M、V共同作用下应力图(stressdiagram)为：故其强度计算公式为：式中：Ww—焊缝截面模量(sectionmodulusofweldedsection)；Sw--焊缝截面面积矩(areamomentofweldedsection)；Iw--焊缝截面惯性矩(momentofinertia)。（1）板件间对接连接WordsFromNotePagePageNo.40WordsFromSlide（2）工字形截面梁对接连接计算(I-beam)对于翼缘(flangeplate)与腹板(webplate)交接点焊缝（1点），其折算应力(reducedstress)尚应满足下式要求：1.1—考虑最大折算应力(maximumreducedstress)只在局部(local)出现的强度增大系数。WordsFromNotePagePageNo.41WordsFromSlide3、N、M、V联合作用下的对接焊缝计算WordsFromNotePagePageNo.42WordsFromSlide1.角焊缝的形式和强度(formationandstrength)3.3.1角焊缝的构造(filletweld’smacrostructure)§3.3角焊缝的构造与计算(configurationandcalculationoffilletweld)按截面形式分：直角角焊缝、斜角角焊缝（1）直角角焊缝WordsFromNotePagePageNo.43WordsFromSlide（2）斜角角焊缝(obliquefilletweld)对于α>135o或α<60o斜角角焊缝,除钢管结构(tubularstructure)外,不宜用作受力焊缝。WordsFromNotePagePageNo.44WordsFromSlide（1）侧面角焊缝（侧焊缝）(sidefilletweld,filletweldinparallelshear)直角角焊缝的受力分析(stressanalysis)WordsFromNotePagePageNo.45WordsFromSlide试验表明侧面角焊缝(sidefilletweld)主要承受剪力(shearingforce)，强度相对较低(lowerstrength)，塑性性能(betterplasticity)较好。因外力通过焊缝时发生弯折，故剪应力沿焊缝长度分布不均匀(non-uniformdistribution)，两端大中间小，lw/hf越大剪应力(shearingstress)分布越不均匀。A.应力分析(stressanalysis)WordsFromNotePagePageNo.46WordsFromSlideB.破坏形式(failuemode)WordsFromNotePagePageNo.47WordsFromSlideWordsFromNotePagePageNo.48WordsFromSlide（2）正面角焊缝(frontalfiletweld,filletweldinnormalshear)WordsFromNotePagePageNo.49WordsFromSlideA.应力分析(stressanalysis)正面角焊缝(frontalfilletweld)受力复杂，应力集中严重(severestressconcentration)，塑性较差(poorplasticity)，但强度(higerstrength)较高，与侧面角焊缝(sidefilletweld)相比可高出35%--55%以上。WordsFromNotePagePageNo.50WordsFromSlideB.正面角焊缝的破坏形式

(frontalfilletweld’sfailuremodes)WordsFromNotePagePageNo.51WordsFromSlide（3）斜焊缝(obliquefilletweld)斜焊缝(obliquefillet)的受力性能介于侧面角焊缝(sidefilletweld)和正面角焊缝(frontalfilletweld)之间。WordsFromNotePagePageNo.52WordsFromSlideWordsFromNotePagePageNo.53WordsFromSlide2.角焊缝的构造要求(constitutionrequirements)（1）最大焊脚尺寸hf,max(maximumleglength)为了避免焊缝处局部过热(localoverheating)（烧穿或“过烧”），减小焊件的焊接残余应力和残余变形(weldingresidualstressanddeformation)，hf,max应满足以下要求:hf,max≤1.2t1（钢管结构除外(excepttubularstructure)式中:t1较薄焊件厚度。对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：当t≤6mm时，hf,max≤t；当t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm；WordsFromNotePagePageNo.54WordsFromSlide（2）最小焊脚尺寸hf,min(mimimumleglength)为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织(quenchedstructure)，焊缝变脆，冷却过快导致产生裂纹(crack)，hf,min应满足以下要求:式中:t2较厚焊件厚度另:对于埋弧自动焊(unionmeltwelding)hf,min可减去1mm;对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;当t2≤4mm时,hf,min=t2WordsFromNotePagePageNo.55WordsFromSlide（3）侧面角焊缝(sidefilletweld)的最大计算长度(maximumeffectivelength)侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数(stressconcentration)越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度(yieldstrength)后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：注：1、当实际长度(physicallength)大于以上值时，计算时不与考虑；2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。WordsFromNotePagePageNo.56WordsFromSlide（4）侧面角焊缝的最小计算长度

(minimumeffectivelengthofsidefilletweld)对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠；搭接连接的侧面角焊缝，长度过小，应力集中(stressconcentration)严重。故为了使焊缝具有一定的承载力(bearingcapacity)，规范规定：WordsFromNotePagePageNo.57WordsFromSlide（5）搭接连接的构造要求(constitutionrequirementoflappedjoint)当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：A、为了避免应力传递(stresstransfer)的过分弯折而使构件中应力不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收缩(transversalshrinkage)时引起板件的拱曲(hogging)太大，规范规定：WordsFromNotePagePageNo.58WordsFromSlideD.在搭接连接中，只有正面角焊缝，搭接长度(overlappinglength)不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于25mm。C.当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。三面围焊，所有转角处必须连续施焊。WordsFromNotePagePageNo.59WordsFromSlide3.3.2直角角焊缝的基本计算公式

(basiccalculationformulaeofright-anglefilletweld)试验表明，直角角焊缝的破坏(failure)常发生在喉部(throat)，故通常将45o截面(即有效截面(effectivesection))作为计算截面(effectivesection)，作用在该截面上的应力如下图所示：1.受力性能WordsFromNotePagePageNo.60WordsFromSlide2.计算假定(assumptionsofcalculation)：（1）假定一：采用沿45o截面方向的焊缝截面作为计算截面(effectivesection)，即把该面作为破坏面(failuresection)；（2）假定二：角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值(tensile,compressionandsheardesignstrength)，取相同的角焊缝强度设计值ffw(designstrengthoffilletweld)；（3）假定三：在通过焊缝形心的拉力、压力和剪力作用下，假定沿焊缝长度的应力分布(uniformstressdistribution)是均匀的。WordsFromNotePagePageNo.61WordsFromSlide由假设一，进行了大量的有效截面(effectivesection)上不同应力状态研究，有试验结果，国家标准化组织推荐采用如下角焊缝强度计算公式：由于《规范》给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的故上式又可表达为：3.基本计算公式(basiccalculationformulae)：WordsFromNotePagePageNo.62WordsFromSlide4.直角角焊缝(right-anglefilletweld)的强度计算公式：WordsFromNotePagePageNo.63WordsFromSlide将3.3.4、3.3.5式，代入3.3.3式得：式3.3.6即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式bf—正面角焊缝强度增大系数(frontalfilletweld)；静载(staticalload)时取1.22，动载(dynamicload)时取1.0。WordsFromNotePagePageNo.64WordsFromSlide对于正面角焊缝(frontalfilletweld)，τf=0，由3.3.6式得：对于侧面角焊缝(sidefiletweld)，σf=0，由3.3.6式得：以上各式中：he=0.7hf；lw—角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。WordsFromNotePagePageNo.65WordsFromSlide1.承受轴心力(underaxialforce)作用时角焊缝连接的计算(1)用盖板(coverplate)的对接连接(buttedjoint)A仅采用侧面角焊缝连接：B采用三面围焊连接：3.3.3角焊缝的计算(calculationoffilletweld)WordsFromNotePagePageNo.66WordsFromSlide已知：钢板Q235，焊条E43型（与例题3.2类似）要求：设计角焊缝，搭接钢板尺寸解：轴心静力荷载构造要求：取？？（原则：取小的，过大冷却收缩变形大，可能要焊两道）宜小不宜大①只用侧缝：WordsFromNotePagePageNo.67WordsFromSlide盖板宽度b：强度条件和构造要求②只用端缝：WordsFromNotePagePageNo.68WordsFromSlide③三面围焊思路：WordsFromNotePagePageNo.69WordsFromSlide(2)承受斜向轴心力(inclinedforce)的角焊缝（T形角焊缝连接）代入式3.3.6验算焊缝强度，即:WordsFromNotePagePageNo.70WordsFromSlide已知：某钢板厚度14mm，翼缘板厚20mm，N＝585kN，Q235钢，手工焊，E43焊条。思路：先确定一个满足构造要求的l，再进行强度验算计算（根据强度要求），再看构造内力分解→计算→构造校核WordsFromNotePagePageNo.71WordsFromSlide，取10mmWordsFromNotePagePageNo.72WordsFromSlideA.采用三面围焊由力及力矩平衡(forcebalanceandmomentbalance)得:(3)承受轴力的角钢端部连接(endconnectionofangle)P69表3.3.1WordsFromNotePagePageNo.73WordsFromSlideWordsFromNotePagePageNo.74WordsFromSlide对于校核问题:对于设计问题:WordsFromNotePagePageNo.75WordsFromSlideB.仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得:(forceandmomentequilibrium)故:余下的问题同情况‘A’，即:WordsFromNotePagePageNo.76WordsFromSlide对于校核问题:对于设计问题:WordsFromNotePagePageNo.77WordsFromSlideC.采用L形围焊代入下式3.3.12，3.3.13得:对于设计问题:WordsFromNotePagePageNo.78WordsFromSlide[例题3-3]试确定图3.3.15所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢2∟125×10，与厚度为8mm的节点板连接，其搭接长度为300mm，焊脚尺寸hf=8mm，钢材为Q235-B，手工焊，焊条为E43型。图3.3.16例题3-3图WordsFromNotePagePageNo.79WordsFromSlide[解]角焊缝强度设计值K1=0.70，K2=0.30。正面角焊缝的长度等于相连角钢肢的宽度，即lw3=b=125mm，则正面角焊缝所能随的力内N3为：肢背角焊缝所能承受的内力N1为：。由表3.3.1知焊缝内力分配系数为由式（3.3.12）知则WordsFromNotePagePageNo.80WordsFromSlide由式（3.3.13）计算肢尖焊缝承受的内力N2为：由此可算出肢尖焊缝所要求的实际长度为：，取90mm。由计算知该连接的承载力N≈943kN，肢尖焊缝长度应为90mm。WordsFromNotePagePageNo.81WordsFromSlide2.复杂受力(undercomplexstressstate)时角焊缝连接计算(1)N、M、V联合作用时角焊缝的计算WordsFromNotePagePageNo.82WordsFromSlide(2)V、M联合作用时角焊缝的计算对于A点：式中：Iw—全部焊缝有效截面(effectivesection)对中和轴的惯性矩(momentofinertia)；h1—两翼缘焊缝(flangeplateweld)最外侧间的距离。WordsFromNotePagePageNo.83WordsFromSlide对于B点：强度验算公式：式中：h2、lw,2—腹板焊缝的计算长度(calaulatedlengthofwebplateweld)；he,2—腹板焊缝截面有效高度(effectivesectionheightofwebweld)。WordsFromNotePagePageNo.84WordsFromSlide[例题3-4]试验算图3.3.18所示牛腿与钢柱连接角焊缝的强度。钢材为Q235，焊条为E43型，手工焊。荷载设计值N=365kN，偏心矩e=350mm，焊脚尺寸hf1=8mm，hf2=6mm。图3.3.18（b）为焊缝有效截面。WordsFromNotePagePageNo.85WordsFromSlide假定:A.被连接件绝对刚性(absoluterigid)，焊缝为弹性，即：T作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋势；B.T作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与r成正比(proportionaltor)；C.在V作用下，焊缝群上的应力均匀分布(uniformdistributionofstress)于全截面。将F向焊缝群形心(centreoffigure)简化得:V=FT=F(e1+e2)故：该连接的设计控制点为A点和A’点(3)三面围焊承受V、T联合作用时角焊缝的计算(undercombinedshearforceandtorsion)WordsFromNotePagePageNo.86WordsFromSlideT作用下A点应力:将其沿x轴和y轴分解:WordsFromNotePagePageNo.87WordsFromSlide剪力V作用下,A点应力:A点垂直于焊缝长度方向的应力为:A点平行于焊缝长度方向的应力为:强度验算公式：以上计算方法也可采用近似计算，自学。WordsFromNotePagePageNo.88WordsFromSlide[例题3-5]图3.3.19中钢板高度h=400mm，搭接长度l=a+=400mm，钢板厚t=12mm，荷载设计值F=200kN，荷载至柱边距离e1=540mm，钢材为Q235B级钢，手工焊，焊条E43型，试确定焊脚尺寸，并验算该焊缝强度。WordsFromNotePagePageNo.89WordsFromSlide3.3.4斜角角焊缝和部分焊透的对接焊缝的计算(calculationofobliquefilletweldandpartialpenetrationbuttweld)自学WordsFromNotePagePageNo.90WordsFromSlide§3.4焊接应力和焊接变形(weldingstressanddeformations)3.4.1焊接残余应力和变形的成因(initiationofweldingresidualstressanddeformations)焊接残余应力(weldingresidualstress)—焊接过程是一个对焊件(weldment)局部加热和冷却(localizedheatingandcooling)的过程，不均匀的温度场产生不均匀的变形(uniformtemperaturefieldcausesuniformdeformations)，从而产生各种应力(stress)，称为焊接残余应力。焊接残余应力的分类(types)A、纵向焊接残余应力—沿焊缝长度方向;B、横向焊接残余应力—垂直于焊缝长度方向;C、沿厚度方向的焊接残余应力。1.焊接残余应力的成因(initiationofweldingresidualstress)（1）纵向焊接残余应力(longitudinalweldingresidualstress)WordsFromNotePagePageNo.91WordsFromSlide焊接过程是一个不均匀的加热和冷却(uniformlyheatingandcooling)过程,焊件上产生不均匀的温度场(uniformtemperaturefield)，焊缝处可达1600oC,而邻近区域温度骤降。高温钢材膨胀大,但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制,产生热态塑性压缩,焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩,但受到两侧钢材的限制而产生拉应力(tensilestress)。对于低碳钢(lowcarbonsteel)和低合金钢(lowalloysteel)，该拉应力可以使钢材达到屈服强度(fieldstrength)。焊接残余应力是无荷载的内应力(internaltress)，故在焊件内自相平衡(self-equilbrating),这必然在焊缝稍远区产生压应力(compressivestress)。WordsFromNotePagePageNo.92WordsFromSlide（2）横向焊接残余应力(transversalweldingresidualstress)产生的原因(initiation):①焊缝的纵向收缩(longitudinalshrinkage)，使焊件(weldment)有反向弯曲变形(bending)的趋势，导致两焊件在焊缝处中部受拉(tensile)，两端受压(incompression)；②焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性压缩变形(transversalplasticcompressivedeformation)。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡(self-equilbrating)，更远处焊缝则产生拉应力；应力分布与施焊方向有关。以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力(transversalweldingresidualstress)。WordsFromNotePagePageNo.93WordsFromSlideWordsFromNotePagePageNo.94WordsFromSlide（3）沿厚度方向的焊接残余应力(weldingresidualstress)在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝