钢结构角焊缝连接.ppt

4.4 角焊缝的构造与计算,一、角焊缝的形式和强度1、角焊缝的分类定义：焊缝位于两个被连接板 件的边缘位置。（1）、按焊脚间的夹角不同：直角角焊缝=900 斜角角焊缝 900 锐角角焊缝 900,西南科技大学网络教育课程,（2）、按外力作用方向与焊缝轴线之间的夹角不同：侧焊缝 N力平行于焊缝轴线=0 端焊缝(正面角焊缝)N力垂直于焊缝轴线=90 斜焊缝 N力与焊缝轴线斜交90,西南科技大学网络教育课程,（3）、按截面形式:普通焊缝 平坡焊缝 熔深焊缝（凹焊缝）2、侧面角焊缝主要承受剪应力。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，因而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。焊缝越长，应力分布不均匀性越显著，但在届临塑性工作阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。,西南科技大学网络教育课程,3、正面角焊缝受力复杂，正面角焊缝的破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形要差些。而斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。,西南科技大学网络教育课程,二、角焊缝及连接的构造要求1、焊脚尺寸hf（1）、最小焊脚尺寸 hfmin保证焊缝的最小承载能力，并防止焊缝因冷却过快而产生裂缝。自动焊的角焊缝 T形连接的单面角焊缝 当焊件厚度 时，hfmin 与焊件同厚。,西南科技大学网络教育课程,（2）、最大焊脚尺寸 hfmax 避免烧穿较薄的焊件。对板件边缘（厚度为t1）的角焊缝应符合下列要求：,西南科技大学网络教育课程,（3）、焊脚尺寸的选择2、焊缝计算长度 lw（1）、焊缝计算长度（2）、最小焊缝计算长度（3）、最大焊缝计算长度,西南科技大学网络教育课程,3、搭接连接的构造要求（1）、搭接宽度（2）、搭接长度,西南科技大学网络教育课程,三、直角角焊缝强度计算的基本公式1、角焊缝计算截面的选取实践证明：直角角焊缝常在45左右方向截面破坏，所以以45方向的最小焊缝截面作为危险截面，即焊缝计算截面或有效截面。计算截面为,西南科技大学网络教育课程,2、角焊缝有效截面上的应力3、直角角焊缝的计算 正面角焊缝的强度增大系数。（1）、正面角焊缝（2）、侧面角焊缝,西南科技大学网络教育课程,四、各种受力状态下直角角焊缝连接的计算1、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算轴心力合力通过焊缝或焊缝群的形心。（1）用盖板的对接连接承受轴心力（拉力、压力或剪力）时,西南科技大学网络教育课程,A、侧焊缝受轴心力作用焊缝验算 焊缝设计 沿焊缝长度方向的剪应力 角焊缝的强度设计值,西南科技大学网络教育课程,B、端焊缝（正面角焊缝）受轴心力作用焊缝验算焊缝设计f 正面角焊缝的强度设计值增大系数。对承受静力荷载和 间接承受动力荷载 的结构，f=1.22；对直接承受动力荷 载的结构，f=1.0,西南科技大学网络教育课程,（2）承受斜向轴心力的角焊缝连接计算 作用力与焊缝长 度方向的夹角；斜焊缝的强度增大系数，介于1.01.22之间，对直接承受动力荷载结构中的焊缝，取f=1.0。,西南科技大学网络教育课程,总结通式：1、当=0时，只有NY，侧焊缝，f=12、当=90时，只有NX，端焊缝，f=f=1.223、当=090时，同时有NX和NY，斜焊缝，结论：侧焊缝和端焊缝是斜焊缝的两个特例，公式可以统一。,西南科技大学网络教育课程,（3）承受轴心力的角钢角焊缝计算A、三面围焊连接（b）正面角焊缝分担的轴心力N3由平衡条件：,西南科技大学网络教育课程,角钢肢背和肢尖上的侧面角焊缝所分担的轴力；角钢的形心距，角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数，设计时可 近似取B、两面侧焊缝（a），,西南科技大学网络教育课程,C、求得各条焊缝所受的内力后，按构造要求(角焊缝的尺寸限制)假定肢背和肢尖焊缝的焊脚尺寸，即可求出焊缝的计算长度：一个角钢肢背上的侧面角焊缝的焊脚尺寸及计算长 度；一个角钢肢尖上的侧面角焊缝的焊脚尺寸及计算长 度。,西南科技大学网络教育课程,D、L形围焊角钢端部的正面角焊缝的长度已知，可计算其焊脚尺寸：,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,2、承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的角焊缝连接计算 轴力Nx产生的垂直于焊缝长度方向的应力 弯矩M产生的垂直于焊缝长度方向的应力 剪力V产生的平行于焊缝长度方向的应力,西南科技大学网络教育课程,焊缝的强度计算式：当连接直接承受动力荷载作用时，取对于工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角焊缝连接，计算时通常假定腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,3、承受剪力与扭矩联合作用的角焊缝连接计算假定：（1）、被连接构件是绝对刚性的，角焊缝是弹性的；（2）、被连接构件绕角焊缝有效截面形心0旋转，角焊缝任意一点的应力方向垂直该点与形心的连线，且应力的大小与其距离的大小成正比，方向朝向扭矩方向。,西南科技大学网络教育课程,扭矩T作用 两个分量 剪力V在焊缝群引起的剪应力 A点合应力,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,西南科技大学网络教育课程,总结：焊接连接的计算步骤通过前面的讲述，总结焊接连接的计算步骤如下：（1）首先画出焊缝的计算截面；（2）计算焊缝或焊缝群的形心；（3）将焊缝所受外力等效简化到形心处，求得作用在焊缝截面形心处的各内力分量；（4）求各内力分量在焊缝计算截面可能的危险点上引起的应力分量，若该应力分量平行于焊缝长度方向，则为剪应力性质；若该应力分量垂直于焊缝长度方向,则为正应力性质。（5）将各危险点同一方向上的各应力分量分别代数叠加后，得到合成的应力代入公式验算其强度。,西南科技大学网络教育课程,五、斜角角焊缝的计算,西南科技大学网络教育课程,焊接应力（热应力）-钢材焊接时在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，高温部分钢材要求较大的膨胀伸长但受到邻近钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中随时间和温度而不断变化。焊接残余应力-焊接应力较高的部位将达到钢材屈服强度而发生塑性变形，钢材冷却后残存于焊件内的应力。焊接变形（热变形）-在焊接和冷却过程中由于焊件受热和冷却都不均匀，除产生内应力外，还会产生变形，焊接和冷却过程中焊件产生的变形即焊接变形。焊接残余变形-冷却后残存于焊件的变形。,4.7 焊接残余应力和焊接残余变形,1.原因,焊接应力有沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。,2.分类,（1）纵向焊接应力：纵向焊接残余应力的分布规律是焊缝及其附近区域在高温时发生塑性压缩变形，因而冷却后产生残余拉应力；离焊缝较远区域中则出现与之相平衡的残余压应力。,（2）横向焊接应力：,（3）厚度方向的焊接应力：焊接厚钢板时，焊缝与钢板接触面和与空气接触面散热较快而先冷却结硬，中间后冷却而收缩受到阻碍，形成中间焊缝受拉，四周受压的应力状态。以上三种应力形成同号三向应力，将大大降低连接的塑性。,焊接残余应力的分类1、纵向焊接残余应力-指沿焊缝长度方向 的应力。焊缝纵向收缩引起的纵向焊接残余应力2、横向焊接残余应力-垂直于焊缝长度方向且 平行于构件表面的应力3、厚度方向的焊接残余应力-垂直于焊缝长度 方向且垂直于构件表面的应力。焊接厚钢板时，焊缝与钢板接触面和与空气接触面散热较快而先冷却结硬，中间后冷却而收缩受到阻碍，形成中间焊缝受拉，四周受压的应力状态。,3.焊接残余变形,4.焊接残余应力和残余变形对结构性能的影响,1、对结构构件静力强度的影响。对在常温下工作并具有一定塑性的钢材，在静力荷载作用下，焊接残余应力不会影响结构强度。,2、对结构构件刚度的影响。构件上存在焊接残余应力会降低结构的刚度。,3、对结构稳定的影响：降低了构件的稳定性4、对疲劳强度的影响：加快疲劳裂纹开展的速度，降低焊缝及附近主体金属的疲劳强度。5、对低温冷脆的影响：在厚板或具有交叉焊缝的情况下，将产生三向焊接拉应力，阻碍了塑性变形的发展，增加了钢材在低温下的脆断倾向。,焊接残余变形对结构性能的影响导致构件的初弯曲、初扭曲、初偏心，受力时产生附加的弯矩、扭矩和变形，使装配困难，从而降低构件的强度和稳定的承载力。,5.减少焊接残余应力和残余变形的方法(1)设计措施：在满足构造要求的前提下，要尽量减少焊缝的数量和尺寸，焊脚尺寸和长度，搭接角焊缝宜采用细长焊缝，不用粗短焊缝，以避免焊接热量过于集中；焊缝尽可能对称布置，连接尽量平滑；避免焊缝过分集中或多方向焊缝相交于点，以免相交处形成三向受拉应力状态，使材料变脆，为防止多方向焊缝相交，常采用使次要焊缝断开而主要焊缝连续通过的构造；搭接连接中不应只采用正面角焊缝传力；焊缝应布置在焊工便于施焊的位置，尽量避免仰焊。,焊接工艺措施：1、应采用合理的焊接顺序和方向，例如，采用对称焊、分段焊、厚度方向分层焊等；应先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝，先焊错开的短缝，后焊通直的长缝，使其有较大的横向收缩余地；先焊使用时受力较大的主要焊缝后焊受力较小的次要焊缝，这样可使受力较大的焊缝在焊接和冷却过程中有一定范围的伸缩余地，以减小焊接残余应力；2、采用反变形法3、采用预热和后热措施。,