钢结构的连接焊缝PPT课件

1、.,1,一、角焊缝形式,焊缝长度方向和受力方向平行的焊缝为侧面焊缝；,焊缝长度方向和受力方向垂直的焊缝为正面焊缝；,焊缝长度方向和受力方向既不平行又不垂直的焊缝为斜焊缝。,3.3 角焊缝连接设计,.,2,二、角焊缝的构造,角焊缝,直角角焊缝,斜角角焊缝：,主要用于钢管，,非钢管中，135，不宜用于受力。,.,3,直角角焊缝的截面型式：,力线弯折，应力集中,传力平顺，改善应力集中，可受动荷。,.,4,三、角焊缝的焊脚尺寸与焊缝的计算长度,hf小,热量小，冷却快，焊缝易产生裂纹,不易焊透,对自动埋弧焊，hf min减小1mm，,对 T 形连接的单面角焊缝，hf min增加1mm。,hf大,薄焊件易

2、烧穿，冷却后，焊接变形大,热影响区大，容易脆裂, 角焊缝的焊脚尺寸,.,5,贴边（边缘）角焊缝还应满足：,.,6,起落弧太近，影响焊缝的可靠性,局部过热，材质变脆,多余长度不计入lw，但焊接工字梁翼缘与腹板连接处的焊缝、加劲肋与腹板的焊缝，不受此限。, 角焊缝的计算长度(并非几何长度),.,7, 搭接长度：,t：薄焊件厚度 目的：减小附加弯矩引起的应力,要求：lwb (减小力线弯折程度),目的防止横向收缩、起拱。,侧焊缝长度与距离要求：,.,8,绕角焊：转角处构件应力集中，如在此处起弧、落弧，可能出现弧坑和咬肉现象，加大应力集中程度，故采用绕角焊，减小应力集中程度。 或围起来。,间断角焊缝的间

3、断距离,t：薄件厚度，但转角处不能断焊。,围焊和绕角焊：,.,9,.,10,四、角焊缝连接的基本计算公式,焊缝长度方向和受力方向平行的焊缝为侧面焊缝；,焊缝长度方向和受力方向垂直的焊缝为正面焊缝；,焊缝长度方向和受力方向既不平行又不垂直的焊缝为斜焊缝。,试验表明：侧面焊缝的破坏截面多在 45截面； 正面焊缝的破坏截面多不在 45截面； 正面焊缝的破坏强度大，也认为在 45截面破坏。,.,11,1. 侧面焊缝的受力分析,将N转化为剪力 V 和 弯矩 MNe，,V产生沿轴向的f ，f 沿轴向分布不均， 规范规定在规定的计算长度范围内是均匀分布的。,M产生垂直于轴向方向的，较小，忽略。,式中：he0

4、.7hf ffw：角焊缝的设计强度（实际为抗剪设计强度）,.,12,2. 正面焊缝的受力分析,将N转化为剪力V和弯矩MNe（小，忽略）， V作用下，应力分布较复杂，计算时按均布。,式中：he0.7hf f：正面角焊缝的强度增大系数,.,13,3. 斜焊缝的受力分析,.,14,四、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算,1、轴心力作用下,(1)轴心力作用下的盖板对接连接:,C、采用三面围焊连接：,A、仅采用侧面角焊缝连接：,B、仅采用正面角焊缝连接：,正面角焊缝完全发挥作用,盖板的截面大小，要满足即：A被f被A盖f盖,.,15,(2)承受斜向轴心力的角焊缝连接,代入式3.8验算焊缝强度，即:,.,1

5、6,例3.3:承受轴心拉力的板件，采用上下两块拼接板并采取角焊缝三面围焊连接。已知板件宽b1=400mm，厚度t1=18mm，承受静力轴心拉力N=1425kN；两块拼接板的宽度b2=340mm，厚度t2=12mm；钢材为Q235，手工焊、E43焊条，试确定盖板尺寸。,解：,确定焊脚尺寸hf,贴边角焊缝应满足：,取角焊缝的焊脚尺寸hf=8mm,.,17,.,18,练习1:设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽b1=270mm，厚度t1=28mm，拼接盖板厚度t216mm，该连接承受的静态轴心力N=1400kN（设计值），钢材Q235B，手工焊、E43焊条。,解：,确定hf,取hf10 mm,分别用

6、两面侧焊和三面围焊设计,.,19,1. 仅采用侧面焊缝,确定盖板块数、宽度b2采用两块拼接盖板 根据等强条件有： 216b221528270205 解得：b2225 mm，取b2230 mm,计算焊缝长度:,被连接板缝一侧所需焊缝总长:,被连接板缝一侧一条焊缝 计算长度:,.,20,拼接盖板总长:,取盖板长为：680 mm,验算构造要求,b2 =230 mmlw=315mm 且b2 =230 mm 16t2=1616256 mm,满足构造要求。,故设两块盖板，单块盖板23016680,.,21,2、采用三面围焊缝,采用三面围焊可以减小侧面角焊缝的长度，从而减小拼接盖板的尺寸。,设拼接盖板的宽度

7、和块数与仅采用侧焊缝时相同，仅需求盖板长度。,已知正面角焊缝的计算长度lW2b2 = 230 mm，则正面角焊缝所能承担的内力为：,被连接板缝一侧所需焊缝总长：,.,22,被连接板缝一侧一条焊缝计算长度：,拼接盖板总长为：,取盖板长为：400 mm 验算构造要求b2 = 230 mm lw1= 185 mm,不满足构造要求。,重取盖板长为：500 mm,lw1= (500-10)/2 -hf 235 mm b2 = 230 mm 且b2 = 230 mm 16t2=1616256 mm,满足构造要求 故设两块盖板，单块盖板23016500,.,23,.,24,(3)角钢角焊缝连接,A、仅采用侧

8、面角焊缝连接,由力矩平衡得:,故:,.,25,.,26,对于校核问题:,对于设计问题:,.,27,B、采用三面围焊,由力矩平衡得:,余下的问题同情况A，即:,正面角焊缝完全发挥作用,.,28,对于校核问题:,对于设计问题:,.,29,C、采用L形围焊,代入式3.21，3.22得:,对于设计问题:,对于校核问题:,.,30,例：试确定下图所示承受静态轴心力作用的三面围焊连接的承载力 N 及肢尖焊缝的长度。已知角钢为212510，与厚度为8mm的节点板连接，其肢背搭接长度为300mm，焊脚尺寸均为hf=8mm，钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型。,.,31,解：,查表：,正面焊缝承担的力N3

9、,肢背焊缝承担的力N1,所有焊缝承担的力N,.,32,肢尖焊缝承担的力N2,肢尖焊缝长度,.,33,.,34,2、N、M、V共同作用下, 承受偏心斜向力的角焊缝连接计算,.,35,.,36,.,37,例：图示焊接连接，焊缝焊脚尺寸hf10mm，ffw=160N/mm2，此连接受静载作用，求此连接能承受的最大荷载P?,解：将力向焊缝群形心简化,.,38,焊缝最上边缘为最危险点：,解得：,故最大承载力为237.4kN。,.,39, 工字型截面梁(牛腿)角焊缝连接计算,a：对于翼缘焊缝最外边缘：,式中：Iw全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩； h1上下翼缘焊缝最外侧间的距离。,第一种方法假定：剪力由腹

10、板焊缝承担，弯矩由全部焊缝承担,.,40,b：对于腹板焊缝：,式中：lw2腹板焊缝的实际长度；,腹板焊缝既承受垂直于焊缝长度方向的正应力又承受平行于焊缝长度方向的剪应力。,.,41,a：翼缘焊缝：,第二种方法假定：剪力由腹板焊缝承担，弯矩由翼缘焊缝承担。,弯矩M可转化为一对水平力H=M/h,b：腹板焊缝：,式中：he1lw1 一个翼缘上角焊缝的有效截面积； 2he2lw2 两条腹板焊缝的有效截面积。,.,42,.,43,.,44,.,45,.,46, T形截面牛腿角焊缝连接计算,计算时忽略绕角部分，认为焊缝端部无缺陷，即认为焊缝缺陷在绕角部分。,.,47, T形截面牛腿角焊缝连接计算,计算时通

11、常假定：剪力由腹板焊缝承担，弯矩由全部焊缝承担,.,48,例:设计如图所示牛腿与柱连接的角焊缝，焊脚尺寸hf=10mm，钢材Q235BF，手工焊、E43焊条，荷载的设计值P250kN(静载)，e=200mm。,计算时忽略绕角部分，认为焊缝端部无缺陷，即认为焊缝缺陷在绕角部分。,.,49,解：,将P移至焊缝群形心上,V=250 kN M=Pe=5107 Nmm,.,50, 确定中和轴的位置, 应力计算,剪应力由腹板上的两条竖焊缝承受，且均匀分布。,.,51,最下边缘为最危险点：,小，忽略,满足要求，安全。,.,52,.,53,3.4 焊接残余应力和焊接残余变形,一、焊接残余应力和焊接残余变形的现

12、象和成因,焊件在焊接时产生的变形1，称热变形，产生的应力称热应力。,焊件冷却后产生的变形2 ，称焊接残余变形，此时焊件中的应力称焊接残余应力。,.,54,得到概念：,在施焊过程中，焊件局部区域加热熔化，随后又冷却凝固，由于这不均匀的温度场导致焊件不均匀的膨胀和收缩，产生应力和变形，残存于焊件内部，即称为焊接残余应力和焊接残余变形。,.,55,二、焊接残余应力 1、焊接残余应力的分类 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。,.,56,焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达1600oC，而邻

13、近区域温度急剧下降。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。 对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到屈服强度。 焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。,（1）纵向焊接残余应力,.,57,（2）横向焊接残余应力,产生的原因: 1、焊缝的纵向收缩引起横向应力：,因中间收缩大，两块钢板焊后有向外弯曲形成弓形的趋势，中段受拉，两端受压。,.,58,2、焊缝横向收缩引起的横向应力：,焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向压应力。 焊缝冷却

14、时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生横向拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应力；应力分布与施焊方向有关。,.,59,横向收缩所引起的横向应力与施焊的方向和先后次序有关，不同的施焊方向和施焊次序将产生不同的应力分布。,.,60,最后得到的横向焊接残余应力是纵向收缩和横向收缩所引起的横向焊接残余应力的叠加。,.,61,若焊件厚度较大时，外侧先冷却，中间后冷却，先冷却的外侧凝固后限制内部焊缝的收缩，形成焊缝的中间层受拉。,（3）沿厚度方向的焊接残余应力,正如前面所述，在焊缝中，纵向形成焊接残余拉应力，沿焊缝长度方向局部形成横向焊接残余拉应力，在焊缝厚度的中间区域形成

15、厚度方向的焊接残余拉应力。,如此，焊缝的某些部位出现双向受拉或三向受拉的同号应力场，这就是焊接结构易脆性破坏的原因之一。,.,62,二、焊接残余应力对结构性能的影响,1、对结构静力强度的影响,因焊接残余应力自相平衡，故：,当板件全截面达到fy，即：,结论： 焊接残余应力对结构的静力强度没有影响。,若无残余应力，能承受外力N1BtfyN,残余应力自相平衡，对受静力的结构无影响,.,63,2、对结构刚度的影响,A、当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应力已经达到fy ，故该部分刚度为零（屈服），这时在N作用下应变增量为：,降低刚度,.,64,因为B-b 2。,结论： 焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低了结构的刚度。,B、当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为：,.,65,3、降低压杆的稳定承载力,如图，残余压应力区不能承压，仅拉应力区bt部分参加工作，有效截面和有效惯性矩减小了。,降低 Ncr 。,.,66,对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。 所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施。,4、对低温冷脆的影响,5、对疲劳强度的影响,在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利