钢结构第三章(焊接).ppt

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1、,第3章 钢结构的连接,3.1 连接的种类与特点3.2 对接焊缝构造与计算3.3角焊缝构造与计算3.4 焊接应力与焊接变形3.5 普通螺栓连接计算3.6 高强螺栓连接计算,3.1 连接的种类和特点,（1）概述钢结构中，连接占有相当重要的位置。钢结构的连接通常有：焊接连接、普通螺栓连接 高强度螺栓连接等，这些也是钢结构的基本连接方式。,（2）常用焊接方法,（2-1）电弧焊 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 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。分手工电弧焊和自动埋弧焊（半自动）。,手工电弧焊接工艺,Q235-E43；Q345-E50；

2、Q390-E55,自动埋弧焊接工艺,Q235-H08、H08A、H08MnA;Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn,（2-2）电阻焊 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。适用薄壁型钢（12mm内）。（2-3）气 焊 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构。,各种连接的特点,焊接连接：优点：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，生产效率高。刚度较大、密封性能好。缺点：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；存在焊接残余应力及残余变形；焊接结构低温冷脆问题也比较突出。,螺栓连

3、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,3.2 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 优点：用料经济、传力均匀、无明显的 应力集中，利于承受动力荷载。缺点：需剖口，焊件长度要精确。,3、对接焊缝的构造处理,变厚度板对接变宽度板对接,3.2.2 对接焊缝的构造和计算,二、弯矩剪力共同作用,1、弯曲正应力2、最大剪应力3、折算应力,3、折算应力,正应力、剪应力都较大时,例题,例3-2：图3-2所示，荷载设计值F=55

4、0kN，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。,3.3 角焊缝的 构造和计算,角焊缝连接（端焊缝连接）,角焊缝（三面围焊）,3.3.1 角焊缝的构造1、角焊缝种类 包括直角角焊缝（图a）和斜角角焊缝（图b）,（1）、直角角焊缝（a）普通焊缝（b）平坡焊缝（c）深熔焊缝,（2）斜角角焊缝：（a）斜锐角焊缝（b）斜钝角焊缝（c）斜凹面角焊缝,（3）表示方法,2、角焊缝的受力特点 焊缝破坏面,角焊缝破坏面上的应力,侧焊缝的应力变化:,3.3.2 角焊缝的计算一、受轴心力作用,焊缝有效面积Nx、Ny假定在有效

5、面上均匀分布,根据一点应力状态，强度理论,直角角焊缝的基本公式,几种特殊情况,正焊缝：侧焊缝：,斜焊缝，有两种方法：,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。,例题,例3-3：图3-3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,二、角钢与连接板焊接连接,在分析过程中要求：1、外力的大小平衡 2、外力的作用线必须经过角钢的截面形心根据以上两点，列出受力平衡方程,K1、K2焊缝内力分配系数；N1、N2 分别为角钢肢背和肢尖传递的内力N

6、3 端部正面角焊缝能传递的内力,角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算 N3=0。,角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算,由N2=0 得,例题3-4,试设计图所示的双角钢与节点板角焊缝连接，钢材为Q235B 钢，手工焊，焊条为E43型，轴心力设计值N=900kN，分别采用三面围焊、两侧焊进行设计。,三、弯矩、剪力、轴力共同作用下,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、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,例题3-5,如图所示的结构，钢材为Q235-B，手工角焊缝，焊条E43系

7、列，焊脚尺寸 hf=8mm,求该连接所能承受的最大静荷载P。,例3-6：,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.,四、扭矩、剪力、轴力共同作用下,分析时基本假定：1、被连接件是刚体，焊缝是弹性体 2、扭矩作用时，焊缝变形以形心微转 3、剪力、轴力在有效面上均匀分布特别注意：扭矩与弯矩的区别扭矩两个被连接件相对滑移、转动弯矩相对脱开、分离,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。,V作用下A点 N作

8、用下A点,A点合应力,，,例3-7,如图3-7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。,练习题,1、偏心力P=150kN，板材Q235AF，焊条为E43型,手工焊，焊缝等级三级，试验算图XT3-3中对接焊缝的强度。,2、果将对接焊缝改为双面角焊缝hf=8mm，角焊缝的hf=6mm，肢背焊缝长度250mm，肢尖焊缝足够长，试求该结构所能承受最大静力荷载P,3、某柱外侧焊接一块侧板，采用两条水平角焊缝焊接如图XT3-13所示，手工焊，焊条E43系列，焊脚尺寸hf=8mm,钢材为Q235-B，板厚均t=12mm。求该连接

9、所能承受的最大动荷载P。,角焊缝连接的构造要求,3.4 焊接应力与焊接变形,(1)焊接变形和焊接应力产生的原因:焊接过程中,局部区域受到高温作用,引起不均匀的加热和冷却,使构件产生变形.在冷却过程中,焊缝和焊缝附近的钢材的收缩受到约束而产生应力.,(2)焊接应力的影响,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。塑性变形降低，容易产生裂缝。疲劳强度降低。使稳定承载力降低。使构件提前进入塑性阶段。,(3)主要焊接应力,纵向收缩引起的纵向应力(焊缝方向的应力):,横向应力(与焊缝垂直方向):,考虑整体冷却与焊接次序的叠加,焊接次序的影响,焊缝厚度方向的焊接应力:,厚度小于 25mm时，厚度方向应力不大；但板厚大于50mm时，厚度方向应力可达50N/mm2左右。,(4)焊接变形,主要形式:纵向收缩、横向受缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。减少焊接变形的方法：（4-1）采用合适的焊接顺序；（4-2）尽可能对称焊接；（4-3）焊接前施加相反的预变形；（4-4）机械校正法和锤击法。,（5）减少焊接应力的方法,焊前预热、焊后回火加热6000C，然后冷却；焊接后进行锤击。,（6）焊接变形演示,对接焊缝的计算,