钢结构焊接连接.ppt

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1、3.3角焊缝连接的构造和计算 3.3.1 角焊缝的截面形式和强度,角焊缝按截面形式可分为：直角角焊缝（普通、平坡、深熔焊缝）和斜角角焊缝。除管结构外，夹角大于135或小于60的斜角角焊缝不宜用作受力焊缝。 承受动力荷载的连接中，宜采用平坡或深熔焊缝,2)端焊缝受力复杂,其各面均存在正应力和剪应力,且焊根处存在严重的应力集中，塑性差，但强度高(是侧焊缝强度的1.351.55倍)。,强度分析：试验证明： 1) 侧焊缝以45最小截面破坏居多，主要承受剪应力，其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。但塑性好,应力可重分布,因此在届临塑性工作阶段，其应力分布的不均匀现象渐趋缓和。,3.

2、3.1 角焊缝的截面形式和强度,3)斜焊缝受力性能和强度介于侧焊缝和端焊缝之间。 规范规定：在焊缝计算时以侧焊缝强度（ ）为基准,3.3.1 角焊缝的截面形式和强度,3.3.2 角焊缝的构造要求,一 对焊脚尺寸 要求： 其中 最小焊脚尺寸： ， 较厚板件的厚度。 注意：若 , 取 ； 对自动焊，取 ； 对T形单面焊，取 。 原因：焊脚尺寸过小，焊缝因冷却过快而产生裂缝，不易焊透，为了保证焊缝的最小承载能力。,3.3.2 角焊缝的构造要求,最大焊脚尺寸： ， 较薄板件的厚度。 注意：对于贴着板边焊 当t6mm时， 当t6mm时， 原因：以避免焊缝穿透较薄的焊件，而且焊缝冷却收缩将产生较大的焊接残

3、余变形。,二 对焊缝计算长度 要求： 其中 焊缝最大计算长度： （静荷） （动荷） 原因：侧缝应力沿长度分布不均匀，两端较中间大，焊缝越长其差别也越大，太长时侧缝两端应力可先达到极限而破坏，此时焊缝中部还未充分发挥其承载力，这种应力分布的不均匀性，对承受动力荷载的构件更加不利。超过部分在计算中不予考虑。 若内力沿角焊缝全长分布，则计算长度不受此限。 焊缝最小计算长度： 且 原因：长度过小会使杆件局部加热严重，且起弧、落弧坑相距太近，加上一些可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。 焊缝计算长度：每条实际长度减去2hf,3.3.2 角焊缝的构造要求,三 对绕角焊的要求 当角焊缝的端部在构件转角处时，必须

4、连续地作长度为 2 的绕角焊。 四 对搭接长度的要求 在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时，其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm。 五 对仅用两条侧面角焊缝连接时的要求 当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，每条侧面角焊缝长度l不宜小于两侧面角焊缝之间的距离b；同时b不宜大于16t（当t12mm）或200mm（当t12mm），t为较薄焊件的厚度。不满足此规定时，应加焊正面角焊缝，或加槽焊或加电铆钉。,3.3.2 角焊缝的构造要求,3.3.2 角焊缝的构造要求,3.3.3 直角角焊缝的计算,一 基本假定 1）所有角焊缝只承受剪应力，其强度设计值为 2）焊缝计算截面为45最小截面，

5、有效高度 面积为 。 二 基本计算公式 焊缝承受Nx、Ny，在有效截面上产生的应力 可分解为三个方向应力， 即 、 、,3.3 角焊缝连接的构造和计算,为了便于计算，不计诸力的偏心作用，并认为有效截面上诸应力都是均匀分布的。,3.3.3 直角角焊缝的计算,3.3.3 直角角焊缝的计算,二 基本计算公式 如只有Ny，则 其中： 端焊缝受力总和； 侧焊缝受力总和； 端焊缝强度提高系数，静载时为1.22，动载时为1.0。斜焊缝为,三 几种典型的焊缝受力分析 （1）焊缝受轴心拉力（盖板连接的端焊缝） （2）焊缝受轴心剪力（盖板连接的侧焊缝） 焊缝计算长度：每条实际长度减去2hf,3.3.3 直角角焊缝

6、的计算,（3）角钢连接焊缝的计算 角钢连接焊缝一般可采用两面侧焊，也可采用三面围焊或L形焊。其计算方法如下： 角钢连接肢背、肢尖焊缝的内力分配系数：,0.7,0.65,0.75,0.3,0.35,0.25,3.3.3 直角角焊缝的计算,两面侧焊： 三面围焊： L形焊：,3.3.3 直角角焊缝的计算,（4）焊缝受轴心拉力和轴心剪力共同作用,3.3.3 直角角焊缝的计算,（5）焊缝受弯矩作用 （6）焊缝偏心受剪,3.3.3 直角角焊缝的计算,（7）焊缝受N 、M 、V 联合作用,3.3.3 直角角焊缝的计算,（8）焊缝受扭矩作用,3.3.3 直角角焊缝的计算,（9）围焊缝受偏心剪力扭矩剪力,3.3

7、.3 直角角焊缝的计算,四 计算步骤 1）求出同一平面焊缝群的形心； 2）将荷载向形心简化，找出最不利位置； 3）分别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力； 4）区分侧焊缝受力与端焊缝受力，视荷载种类（静荷或动荷）代入公式，进行计算。,3.3.3 直角角焊缝的计算,3.3.4 斜角角焊缝的计算 斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的T形接头，采用与直角角焊缝相同的计算公式进行计算，但一律 。,3.4 对接焊缝连接的构造和计算 3.4.1 对接焊缝的构造,一 对接焊缝的坡口形式 对接焊缝的坡口形式与焊件的厚度有关，一般可分为： I型（垂直坡口，适于厚度很小的焊件）； V型、单面V型（适于一般厚度的焊件）；

8、 U型、单面U型、X型、K型（适于较厚的焊件）。,二. 引弧板 在焊缝的起灭弧处，为消除其焊接缺陷，施焊时需设置引弧板。当不便设置引弧板时，计算中每条焊缝的计算长度取实际长度减2t（t为较薄构件的厚度）。 三. 对不同宽度或不同厚度的要求 对不同宽度或不同厚度（相差4mm以上）的焊件，为使截面过渡和缓，减小应力集中，要求坡度不大于1:2.5,3.4.1 对接焊缝的构造,3.4.2 对接焊缝的计算,对接焊缝分焊透和部分焊透两种。 3.4.2.1 焊透的对接焊缝的计算 由于对接焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中的应力分布 情况基本上与焊件原来的情况相同。所以，对接焊缝的强度 计算方法与构件截面强度计

9、算相同。 1轴心受拉（压） 式中 对接连接中较小的厚度，忽略焊缝起鼓； 对接焊缝抗拉强度； 对接焊缝抗压强度； 焊缝的计算长度（实际长度减去2t），若加引弧板,则焊缝的计算长度即为板宽。,因此通过一、二级检验的对接焊缝 的强度可以认为与母材等强度，连 接不必验算；而仅通过三级检验的 焊缝， ,需要如上验算。 若经验算强度不够，可采用斜焊缝；当a/b1.5时，可以不验算。 2弯剪共同作用 受拉区腹板与翼缘的交界处 其中,3.4.2 对接焊缝的计算,部分焊透的对接焊缝的强度计算，应按直角角焊缝的计算方法进行，但取 =1.0。其有效厚度的确定方法见教材。,3.4.2.2 部分焊透的对接焊缝 当受力很

10、小，焊缝主要起联系作用；或焊缝受力虽然较大，但采用焊透的对接焊缝将使强度不能充分发挥时，可采用不焊透的对接焊缝。比如用四块较厚的板焊成箱形截面的轴心受压构件，显然用图 (a)所示的焊透对接焊缝是不必要的；如采用角焊缝 (b)，外形又不平整；采用不焊透的对接焊缝(c)，可以省工省问，较为美观大方。,3.4.2 对接焊缝的计算,3.5 焊接残余应力和残余变形,3.5.1 焊接残余应力 1.成因: 由于不均匀分布的温度场，同时存在局部高温，加上纤维间的相互约束，便产生了焊接残余应力。由于约束程度不同，一部分残余应力会以残余变形的形式释放出来。,2. 特点: 自相平衡力系。 3. 分类: 可分纵向焊接

11、残余应力、横向焊接残余应力和厚度方向焊接残余应力。,3.5.1焊接残余应力,(1)纵向焊接残余应力 焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及附近温度最高，达1600以上，其邻近区域则温度急剧下降。 不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，高温处的钢材膨胀最大，但受到两侧温度较低、膨胀较小的钢材的限制，产生了热状态塑性压缩。焊缝冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变形受到两侧钢材的限制，使焊缝区产生纵向拉应力。在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力经常会达到钢材的屈服强度。,3.5.1 焊接残余应力,(2)横向焊接残余应力 横向残余应力产生的原因

12、有二：一是由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是在焊缝中部产生横向拉应力，而在两端产生横向压应力。二是焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且具有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其发生横向的塑性压缩变形。当先焊部分冷却时，中间焊缝部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却。后焊焊缝的收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力，同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。由杠杆原理知，横向残余应力分布。 (3)厚度方向焊接残余应力,3.5.2 焊接残余应力对构件工作的影响,1对强度无影响 2降低构件的刚度 3降低构件的稳

13、定承载力 由于刚度降低，有效截面减小，过早地进入弹塑性区，弹性模量降低，所以稳定承载力降低（ ） 4降低构件的疲劳强度 残余应力的存在，加快了疲劳裂纹的开展速度 （双向三向拉力场），因此，疲劳强度降低。 5加剧低温冷脆 材料在低温下呈脆性，焊接残余应力的同号拉力场会阻碍材料塑性的发展，加重了脆性因素。,3.5.3 焊接残余变形对构件工作的影响,纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等 。T形连接焊接变形、薄板焊接翘曲变形、垂直连接焊接变形、对接焊缝构件变形、工字型截面焊接变形（ 顺序错误、顺序正确）、焊缝厚度方向收缩变形。 1构件不平整，安装困难，且产生附加应力； 2变轴心受压构件为偏心受压构件。,1设计方面 （1）采用细长，不采用短粗的焊缝； （2）对称布置焊缝，减小变形； （3）不等高连接加不大于1/4的斜坡，减小应力集中； （4）尽量防止锐角连接 （5）焊缝不宜过于集中，不要出现三向交叉焊缝 （6）注意施焊方便，以保证焊接质量。,3.5.4 减小焊接残余应力和变形的措施,2制造方面 （1）焊件预热法； （2）锤击法； 减小残余应力 （3）退火法； （4）反变形法； （5）合理施焊次序； 减小残余变形 （6）局部加热法。,3.5.4 减小焊接残余应力和变形的措施,