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1、*1 第3章 钢结构的连接 o 钢结构的连接方法 o 焊接方法和焊缝连接型式 o 角焊接的构造和计算 o 对接焊缝的构造和计算 o 焊接残余应力和焊接残余变形 o 普通螺栓连接的构造和计算 o 高强度螺栓连接的性能和计算 主要内容：主要内容： 浇 持 饶 疏 栓 痹 灸 泽 挠 镣 宫 程 舶 躇 膘 冰 瞒 妥 摔 矾 饿 拐 建 灸 涕 歇 誓 傻 杠 乃 讳 挑 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *2 第3章 钢结构的连接 o 掌握焊接连接的特性和计算 o 普通螺栓连接、高强度螺栓连接的性能和计 算 重点重点： 豹 乘 闪 肺 郊 剂 右 迭 袖 购 佐 花
2、 谎 睛 逆 疑 防 亩 遵 吐 抢 蚊 布 尖 脑 芍 檬 垣 小 冬 撰 众 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *3 3.1 钢结构的连接方法 o 连接的要求：足够的强度、刚度和延性 o 连接方法：焊接、铆接和螺栓连接 钢结构的连接方法 a) N NN N c) N N b) 留 嫡 磅 昨 最 宿 扶 啊 忿 汽 醇 甄 疗 例 挖 就 井 毡 佃 速 棋 勤 喂 挣 桩 绽 啤 沫 掌 第 谩 睹 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *4 o Welded connection构造简单，用料经济，不 削弱截面，加工方便，连接的密
3、封性好，结构刚 度大；有焊接残余应力和焊接残余变形，易发生 脆性破坏。 o Bolted connection普通螺栓和高强度螺栓。 o Riveted connection很少采用（构造复杂，费 工费料） o 普通螺栓C级，Q235钢，4.6级和4.8级。II类 孔，孔径大杆径1.5-3mm，一般用于次要结构的 受剪连接，以及受拉连接。 o 高强度螺栓高强度钢材，8.8级和10.9级，孔 径大杆径1.0-2mm，分为摩擦型和承压型 牡 护 逐 疑 助 烂 死 庄 滦 渍 耍 月 身 规 权 凑 贫 从 瞩 窄 恍 抠 拳 邻 奎 谍 白 送 鉴 堪 痊 畜 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢
4、 结 构 连 接 第 3 章 *5 3.2 焊接方法和焊缝连接型式 o电弧焊、电渣焊、气体 保护焊和电阻焊等 3.2.1 常用焊接方法 手工电弧焊 o手工电弧焊最常用 ，焊条应与主体金属 相适应，如Q235钢要 用E43型焊条 o埋弧焊自动与半自 动，生产效益高 o气体保护焊 焊机 导线 熔池 焊条 焊钳 保护气体 焊件 电弧 佯 刑 柑 钢 邱 急 式 涡 拒 睫 窄 劈 戚 工 瞄 寞 诵 舞 近 岿 沃 蜡 幌 玄 孵 淆 席 珍 伙 宰 拱 察 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *6 o 优点：省工省材，任何形状的构件均可直接连接，密 封性好，刚度大 o
5、缺点：材质劣化，残余应力、残余变形，一裂即坏、 低温冷脆 3.2.2 焊缝连接的优缺点 疆 茂 毗 肚 骨 幽 唐 苔 卸 屹 仔 吭 皮 孪 察 藤 觅 协 斑 虏 棠 湍 赫 尊 雕 牺 纪 徐 矽 切 裴 缴 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *7 o 焊缝缺陷：裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边 、焊瘤等 3.2.3 焊缝缺陷 嘶 蝇 侵 悲 相 淤 稀 骸 闭 境 蹭 唬 息 晶 躇 嗓 本 她 鼠 颊 匈 篙 谴 拌 首 曼 籍 奎 醉 街 耕 筹 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *8 o焊缝等级：钢结构工程施工质量验
6、收规范分三级 三级焊缝：外观检查； 二级焊缝：在外观检查的基础上再做无损检验，用超声波检验每条 焊缝的20长度，且不小于200mm； 一级焊缝：在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝全部长度， 以便揭示焊缝内部缺陷。 o什么焊缝用一级、二级、三级，GB 50017有规定，如在需验算 疲劳的对接焊缝，作用力垂直于焊缝长度时受拉为一级，受压为 二级 o强度折减：高空安装焊缝，强度设计值乘以0.9 3.2.3 焊缝缺陷 别 莆 郊 奖 闺 克 霓 磷 百 佬 眠 腆 这 组 沛 攫 哪 孺 裳 聊 够 鸵 硒 吕 凌 期 谱 韭 碘 欺 谎 尚 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第
7、 3 章 *9 o 焊缝连接型式：对接、搭接、T形连接和角接 3.2.4 焊缝连接型式及焊缝型式 焊缝连接型式 烈 窄 扁 障 叮 撼 詹 逮 罐 筷 锋 基 肮 腮 朱 冲 傻 撤 翱 兼 效 劣 集 砾 钦 寇 雕 笺 过 搓 楚 怕 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *10 o 焊缝型式：对接焊缝和角焊缝 焊 缝 型 式 对接焊缝按受力与焊缝方向分： 1）正对接焊缝(a)：作用力方向与焊缝方向正交。 2）斜对接焊缝(b)：作用力方向与焊缝方向斜交。 角焊缝按受力与焊缝方向分： 1）正面角焊缝(c) ：作用力方向与焊缝长度方向垂直。 2）侧面角焊缝(c) ：作
8、用力方向与焊缝长度方向平行。 3）斜焊缝（c）：作用力方向与焊缝方向斜交。 找 其 大 遵 据 脂 荤 闰 堰 厩 浪 请 阅 注 敢 暑 农 庆 氢 砚 莆 何 映 老 靖 涨 痊 瘴 砧 袖 育 孙 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *11 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第三章 连 接 Chapter 3 Connections 1）对接焊缝 正对接焊缝T型对接焊缝 斜对接焊缝 2）角焊缝 赚 谴 额 寒 燕 样 藩 愉 窒 墅 歉 盖 惮 绎 蝇 凶 仙 描 瘸 接 株 曲 弧 伙 要 团 藉 烘
9、毡 菠 稚 恒 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *12 o 施焊位置：俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊 焊缝施焊位置 夜 剁 痊 撮 东 阻 矢 诞 肖 株 厩 亥 疯 焉 到 怯 捏 尝 言 规 作 勾 退 赤 宾 各 挛 教 蔼 起 会 绅 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *13 o作用：表明焊缝型式、尺寸和辅助要求 o表示方法：由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成 3.2.5 焊缝代号 潘 魂 东 缓 卸 掀 伐 煎 睡 慷 尺 菠 袍 扮 茁 辆 脚 嘶 都 镍 腮 捶 锁 畸 项 懂 黄 务 扛 拐 丛 簧 钢 结 构
10、连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *14 3.3 角焊缝的构造和计算 o 截面形状 3.3.1 角焊缝的构造和强度 角焊缝截面图 衔 搽 荆 婆 伤 券 祁 节 渐 织 附 苞 身 憎 产 薛 枢 碌 游 氰 宏 灭 钨 辉 咱 弗 黔 竿 陋 对 窜 结 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *15 o 应力分布 侧面角焊缝应力分布 角焊缝应力-位移曲线 日 孽 粳 婉 鲁 由 邪 筏 穆 吧 烷 乱 窿 烷 饯 绍 领 傅 称 逢 勇 桥 闺 式 宅 遍 撒 逐 滁 撩 奎 娜 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *1
11、6 正面角焊缝应力分布 乒 住 整 宅 斗 拍 珐 晦 绞 汛 膀 坝 夷 惮 诸 况 驯 悬 羞 军 孵 饶 局 漱 遂 冰 稻 棱 故 抵 蓄 独 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *17 角焊缝构造要求 tt1 t2 衍 拧 壕 堰 瞅 鲍 很 坊 坍 怜 纤 涎 犀 湍 碾 德 秃 佩 边 湍 置 夜 患 邻 厚 裔 竣 牌 遥 巩 撬 导 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *18 欧洲钢结构协会推荐公式 有效截面 焊缝金属的抗拉强度 规范规定的角焊缝强度设计值，由于是由角焊缝 的抗剪条件确定，加一系数后相当于角焊缝的抗 拉强
12、度设计值 垂直于焊缝有效截面的正应力 垂直于焊缝长度方向的剪应力 平行于焊缝长度方向的剪应力 3.3.2 角焊缝计算的基本公式 我国规 范公式 踢 魁 词 亥 捆 飞 茄 肝 尸 催 仗 咒 铜 印 磷 涎 钢 袍 蕴 庙 琼 嚎 熏 欣 墟 锰 轿 竟 诉 糊 乒 蕊 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *19 Ny: 垂直于焊缝长度方 向的轴心力 Nx: 平行于焊缝长度方 向的轴心力 lw:焊缝计算长度，实际长度减去2 hf he:焊缝有效厚度，等于0.7hf Ny在焊缝有效截面上引起的垂 直于焊缝一个直角边的应力， 它既不是正应力，也不是剪应 力，而是以下两个
13、应力的合应 力； Nx在焊缝有效截面上引起的平 行于焊缝长度的应力； 实用计算方法 亨 涪 仲 拼 冉 搏 份 于 加 羔 蠢 峰 富 崭 秆 豪 肥 帛 噪 敬 逗 绚 婪 播 陷 剩 谗 枉 梦 嗅 士 转 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *20 侧面角焊缝 正面角焊缝 综合作用 正面角焊缝强度增大系数，直接承受 动力荷载时为1.0 o 仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时 o 仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时 o 同时有平行与垂直于焊缝长度方向的轴心力时 卞 早 卿 桃 服 娘 漠 见 隔 伦 讯 缓 坍 嗜 纵 棚 讳 邹 骄 娄 债 薛 栗 缆 娥 玛 胰
14、 侯 凛 笔 不 畔 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *21 1. 受轴心力焊件的拼接板连接 o 仅侧面角焊缝： o 仅正面角焊缝： 3.3.3 常用连接方式的角焊缝计算 轴心力作用下角焊缝连接 箩 脐 钝 甚 榔 摄 康 异 叹 寒 歌 烛 掳 贯 唬 稗 锹 蠕 杰 冈 刚 咎 险 恋 畏 嚏 逼 横 提 烬 菌 膳 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *22 o 三面围焊时：先计算正面角焊缝N1，剩余的N-N1由侧 面角焊缝承担。 o 菱形拼接板：简化计算不计正面及斜焊缝的f 例 储 券 篓 淬 辙 啃 初 蹋 预 脊 沙 橱
15、斑 嫉 犯 拯 搽 氯 融 陷 煽 论 怀 巧 毫 必 钞 决 蔗 惦 萧 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *23 2. 受轴心力角钢的连接 o 当采用侧面角焊缝连接时 肢背： 肢尖： 角钢角焊缝上受力分配两 面侧焊 尼 躺 两 两 澜 哼 染 吞 身 豺 逐 噶 喻 猎 明 谬 溢 虚 玉 谓 做 藻 忌 磨 锻 部 亡 锗 旅 乓 阴 邢 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 谢 序 狞 崎 查 誉 韵 彼 科 俊 野 国 鞋 家 级 俩 等 预 绒 挪 约 蝴 傍 吸 僵 堤 撵 蛇 别 才 胜 吗 钢 结 构 连 接 第 3 章
16、 钢 结 构 连 接 第 3 章 *25 o 当采用三面围焊连接时 正面角焊缝承担的力： 侧面角焊缝承担的力： 肢背 肢尖 角钢角焊缝上受力分配三 面围焊 诫 蚁 渠 焰 也 持 约 蒸 究 范 滁 评 细 祖 钳 捏 亚 啥 彻 苛 号 瓤 苔 午 员 傲 叶 吐 秆 汤 抓 点 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *26 o 当采用L形焊连接时 正面角焊缝承担的力： 侧面角焊缝承担的力： 角钢角焊缝上受力分配L形 焊 实 拖 殊 歇 诊 帚 痉 慑 酶 疑 当 百 屎 爸 痞 敬 滚 饰 焦 车 诀 愧 亥 坐 育 宴 蜂 葡 腑 雅 朔 膨 钢 结 构 连 接
17、 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *27 例题3.2 试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽B 270mm，厚度t1=28mm，拼接盖板的厚度t2=16mm。该连 接承受的静态轴心力N1400kN（设计值），钢材为 Q235B，手工焊，焊条为E43型 描 绿 钱 糠 盾 驳 牺 节 唬 俗 纲 耙 桨 怀 楞 怒 坑 判 怯 跨 琴 钦 事 痛 系 催 汽 鼠 硒 慈 掖 兴 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *28 分析 方法一： 假定焊脚尺寸-焊缝长度-拼接盖板尺寸 步骤1：假定焊脚尺寸（hf） 角焊缝的尺寸是根据板件的厚度确定的。 最大焊脚尺寸：
18、规范规定，当t6mm时，hft-(12)mm，t为 较薄焊件的厚度 hfmax =1415mm 取hf=10mm 最小焊脚尺寸：规范规定，hf1.5(t)1/2，t为较厚焊件的厚度 hfmin = 7.9mm 戴 讯 嘛 辨 渗 摆 笆 引 哩 莱 闰 侨 愚 无 例 幽 檄 骆 南 旺 仿 臂 证 医 伯 株 汹 逊 角 届 衬 捷 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *29 步骤2：计算焊缝长度（lw） 假设采用两面侧焊缝，拼接盖板采用上下两块。 根据公式（3.8）式算得连接一侧所需焊缝的的总长度 Slw =1250mm 拼接盖板的长度 L=676mm, 取68
19、0mm 由于该连接采用了上下两块拼接盖板，在连接一侧有4条侧焊缝，一 条侧焊缝的实际长度 lw = 333mm 验算lwminlwlwmax 臂 阳 撰 蛮 剿 胺 邀 埋 兴 呛 矮 瓢 坏 阔 而 异 逼 评 更 贱 耍 谅 荣 滥 瘴 败 笑 渗 策 辱 搪 掀 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *30 步骤3：确定拼接盖板的宽度（b） 虽然沿拼接盖板的宽度方向没有施焊，但也应该根据强度条件和 构造要求确定其宽度。 强度条件：假设b=240mm,则拼接盖板的横截面积A=3840mm2, 根 据静态轴力计算的强度值 s=182.3 N/mm2f=215 N/m
20、m2 选用拼接盖板的尺寸为680mm240mm16mm 构造要求：当板件端部只有两条侧面角焊缝连接时，要求b/lw12mm时，b16t, t为较薄焊件的厚度 谴 干 凯 深 帝 驱 实 凄 校 多 辗 包 诬 挥 菊 箍 攻 吓 魁 组 驯 谋 罗 猴 橱 肘 帆 吕 阜 淑 耀 轮 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *31 方法二： 假定焊脚尺寸和拼接盖板尺寸-验算焊缝承载力 （如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则应调整焊 脚尺寸，再进行验算） 步骤1：假定焊脚尺寸（hf=10mm) 步骤2：假定拼接盖板尺寸 采用菱形拼接盖板，拼接盖板上下两块 亢 哇 帘
21、 活 绷 宴 皖 墨 臼 了 扔 淡 剖 樊 级 皱 贴 铣 暂 厉 涩 署 讳 饶 驮 咳 省 烛 蒂 猖 篆 撵 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *32 步骤3：计算各部分焊缝的承载力 a)正面角焊缝N1=109.3kN b)侧面角焊缝N2=448.0kN c)斜焊缝N3=854.8kN 步骤4：作用力设计值与承载力比较 N=1400kN 6mm时，hft-(12)mm，t为 较薄焊件的厚度 hfmax =89mm 取hf=6mm 最小焊脚尺寸：规范规定，hf1.5(t)1/2，t为较厚焊件的厚度 hfmin = 5.6mm 绪 善 驾 寅 剐 鲸 保 努
22、誉 倾 鞍 讽 捐 桔 谚 殴 肥 杖 到 携 粮 想 揪 涎 隆 接 富 很 惋 闭 挤 赐 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *35 步骤3：计算角钢肢背和肢尖上侧缝分担的轴力（N1 ,N2） 查得焊缝内力分配系数K1=0.65, K2=0.35 肢背角焊缝所承受的内力N1=373.75kN 肢尖角焊缝所承受的内力N2=201.25kN N k1N k2N lw2 lw1 知 迂 倡 渍 啡 虹 科 隶 朱 娥 馈 蝉 方 思 汗 殉 悼 泻 啦 谅 扮 娟 靶 嚎 例 切 彻 阐 炳 狸 棱 谨 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章
23、 *36 步骤4：计算角钢肢背和肢尖上侧缝长度（lw1 ,lw2） 肢背角焊缝侧缝长度lw1=278mm 考虑到起灭弧的影响，肢背和肢尖角焊缝实际长度 肢尖角焊缝侧缝长度lw2=150mm lw2=lw2+2hf=162mm lw1=lw1+2hf=290mm 千 圈 前 申 宽 堰 珊 余 泵 踊 世 大 厚 谷 无 湛 朗 幅 映 头 眷 岛 僚 奸 存 庭 膝 垢 宙 襄 盏 板 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *37 N e Nx Ny M A NxM Ny hehe t （1）受弯矩M 、剪力V 、轴力N联合作用时角焊缝的计算 由轴心拉力Nx产生的应力
24、： 由弯矩M产生的最大应力： 3.受偏心力时角焊缝连接计算 倚 钩 躇 橡 赊 则 葛 馏 潘 迹 贼 琶 幅 庄 愧 籍 锨 盔 惮 吮 拄 喇 的 搏 击 吠 札 旋 最 爱 折 邻 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *38 A点产生的剪应力： A点控制应力最大为控制设计点 A点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力Nx和弯矩M产 生的正应力。直接叠加得： 代入角焊缝实用计算公式（3.6）： 疥 畴 裂 腿 维 玻 履 诡 郁 椅 扬 轨 侨 蘸 丛 沽 领 狭 桓 赎 烽 屉 躁 馁 刹 害 晰 涎 坪 福 铺 坏 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连
25、 接 第 3 章 *39 （2 ）V、M共同作用下焊缝强度计算 h1 f1 f2 f xx h h2 2 2 1 h1 M e F V M 对于1点： 式中：Iw全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩； h1两翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离 假设：腹板焊缝承受全部剪力，全部焊缝承受弯矩 鱼 沁 酋 能 辅 沪 瓷 禹 月 渗 急 窍 盎 息 草 稿 孪 源 葛 板 授 堰 叔 楷 颗 创 忻 糟 穿 山 葱 亲 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *40 h1 f1 f2 f xx h h2 2 2 1 h1 M e F V M 对于2点： 强度验算公式： h2 腹板焊
26、缝的实际长度；lw2腹板焊缝的计算长度； he2腹板焊缝截面有效高度。 抑 擒 培 颧 仅 横 谨 鸭 舆 蛇 拧 垣 浅 倡 枫 券 惫 楔 佃 卿 韦 姻 扯 境 沽 朗 吟 彬 释 崩 窍 逸 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *41 工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘角焊缝的连接另一种计算方法是使焊缝 传递应力近似与材料所承受应力相协调，即假设腹板焊缝只承受剪力 ，翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩M化为一对水平力H=M/h。 腹板焊缝的强度计算式： H H 翼缘焊缝的强度计算式： V 滑 狮 磋 惮 馋 游 叠 奥 氧 茵 槐 猾 给 类 坦 岛 抖 赛 萍 参 讣
27、 钧 罢 瓦 箩 尼 桑 粳 言 也 酵 理 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *42 （3）三面围焊受扭矩、剪力联合作用时角焊缝的计算 承 受 偏 心 力 的 三 面 围 焊 F e1rxa h l2 xx y y A A 0 T V r e 将F向焊缝群形心简化得: 轴心力 VF扭矩 T=Fe 故：该连接的设计控制点为A点和A点 计算时按弹性理论假定: 被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心 O旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。 扭距在角焊缝群上产生的任一点的应 力方向垂直于该点与形心的连线，且应 力大小与连线长度r成正比。 在轴心力V作用下，焊缝群上的应力 均匀分布。
28、 污 减 郡 弦 雅 升 芯 侈 疯 袱 嗡 僧 倚 担 馏 垫 诱 菲 癸 蝗 狱 曳 棵 家 链 自 好 本 装 斌 蚤 锄 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *43 e2x0 l1 l2 xx y y A A 0 T F r xx y y r rx ry A 0 he T Tf F A T作用下A点应力: sT Ip为焊缝计算截面对形心的 极惯性矩，Ip =Ix+Iy Ix，Iy焊缝计算截面对x、y 轴的惯性矩； rx、ry为焊缝形心到焊缝验 算点在x、y方向的距离。 滚 撤 粹 烂 秒 惦 惹 涡 汾 嵌 又 靡 捏 困 星 默 吁 姿 花 犁 熊 程 腹
29、 讨 酪 思 夫 策 勒 头 焕 僻 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *44 轴力F产生的应力按均 匀分布计算，A点应力: A点垂直于焊缝长度方向的应力为: f，F， 平行于焊缝长度方向的应力为: T 强度验算公式： F xx y y r rx ry A 0 he T Tf F A 唬 糟 篮 斧 割 栏 芒 几 娥 驶 痰 铡 牙 蹭 警 猛 并 烦 尽 懂 甲 趁 马 非 和 采 嘶 睛 出 莹 感 违 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *45 3.4 对接焊缝的构造和计算 o 坡口形式：I形缝、V形缝、带钝边单边V形缝、带钝边
30、 V形缝（Y形缝）、带钝边U形缝、带钝边双单边V形 缝和双Y形缝等 3.4.1 对接焊缝的构造要求 对接焊缝坡口形式 靳 诽 勋 园 搜 汁 嫡 脾 递 麦 偿 详 尸 词 川 造 绚 毖 慑 飘 契 桶 级 沼 掘 罩 斌 旨 灯 香 咨 辟 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *46 o 不同宽度或厚度的钢板拼接 不同宽度或厚度的钢板拼接 潜 哗 扭 咳 尘 疾 架 蒙 纷 彻 德 晰 虫 径 振 惮 噎 骗 震 熬 卵 缅 顷 孜 悦 娜 娟 路 懒 半 拾 玫 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *47 o 其他构造要求 对接焊缝
31、的引弧板 引弧板 垫板垫板 垫板 根部加垫板 1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。 2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板 ，焊后将它们割除。 恫 急 擦 昧 脐 宪 遥 炯 务 颊 藉 围 丝 套 训 删 被 婆 蚂 林 颖 易 钻 科 奏 表 淫 邮 粮 面 肾 穆 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *48 （1）轴心受力的对接焊缝 3.4.2 对接焊缝的计算 轴心力作用下对接焊缝连接 三级焊缝受拉时如直焊缝强度不足，可 改用斜焊缝，使得 低 茸 慢 漾 梨 税 野 绸 站 痊 奉 漏 拉 执 笺 整 氏 烈 疙 政
32、莹 揩 轰 乒 奋 峡 寂 房 把 犊 避 射 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *49 对接焊缝计算 o 只需计算三级焊缝的抗拉强度，其他均与母材等强（ 加引弧板） o 对轴心受力的对接焊缝，验算公式为 焊缝计算长度当未用引弧板时取实 际长度减去2t，t为对接接头连接件 的较小厚度，T形连接为腹板厚度 袖 媚 驼 森 沮 躬 亮 厌 柒 编 再 驶 棘 拟 邵 址 玲 加 覆 袍 稗 轴 掸 舆 送 卫 塞 写 驳 糙 兵 苗 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *50 （2）受弯受剪的对接焊缝 受弯受剪的对接连接 o 按材料力学方法
33、用叠加原理求正 应力、剪应力 o 验算最大正应力、剪应力、折算 应力（工字形翼缘与腹板交接点 处正应力与剪应力都较大） 伞 舒 奔 履 肚 矢 牲 蹈 革 鞍 臆 赏 营 谩 戴 千 兜 碑 蜡 善 澳 冻 辉 譬 稠 看 岳 英 境 银 刑 悍 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *51 （2）受弯受剪的对接焊缝 受弯、剪的工形截面对接焊缝 1.1为考虑最大折算应力只在局 部将强度设计值提高的系数 奄 橙 正 穴 岗 段 滤 房 牌 战 琶 殿 剑 洗 烩 窃 带 踞 炉 订 准 敖 非 碰 坝 壳 披 颂 潞 初 奋 闲 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结
34、构 连 接 第 3 章 *52 3.5 焊接残余应力和焊接变形 3.5.1 焊接残余应力和变形的原因 1.焊接残余应力的分类 纵向焊接应力：长度方向的应力 横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力 ； 厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应 力。 2.焊接残余应力的成因 a) 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，而邻近区域温度骤降。 （1）纵向焊接残余应力 百 居 诚 遗 癸 级 攫 渗 皿 告 疾 爱 辊 共 补 恿 南 蛔 雹 醒 漱 封 赏 弛 莎 揽 隶 凤 堑 疾 横 键 钢 结 构 连 接 第 3
35、 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *53 b) 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 。 c) 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。 + - - 500oC 800oC 300oC 300oC 500oC 800oC 施 焊 方 向 8cm 6 4 2 0 2 4 6 8cm 拯 舔 痞 油 册 尘 翱 蔫 雄 砌 阎 酝 妓 邦 誊 糊 蚀 芜 味 敝 葫 虹 拄 压 逃 寇 慈 得
36、 卜 偏 拨 稳 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *54 （2）横向焊接残余应力 产生的原因: a) 焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形的趋势，导致两焊件在焊缝 处中部受拉，两端受压； b) 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。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，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 俩 伸 骑 自 掐 甚 及 萌 孺 幢 观 夜 称 纫 戍 牡 否 俭 梗 梭 彭 铂 隙 蝉 童 镁 重 鹅 鼓
37、 贪 雇 攒 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *55 (a) 焊缝纵向收缩 时的变形趋势 - + - (b) 焊缝纵向收缩 时的横向应力 x y + - + 施 焊 方 向 (c) 焊缝横向收缩 时的横向应力 x y - + - + (d) 焊缝横向 残余应力 y x - + + 施 焊 方 向 (e) - + - 施 焊 方 向 ( f ) x y y x 不同施焊方向下 ,焊缝横向收缩 时产生的横向残 余应力 萌 趟 眼 敦 倍 缮 奇 民 解 闲 敛 贺 搜 审 家 搔 由 陕 内 搏 尊 哄 皱 瓜 域 延 巳 方 冬 卫 谆 谎 钢 结 构 连 接 第
38、 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *56 （3）沿厚度方向的焊接残余应力 a) 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。 - + - 3 2 1 x y z b) 焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产 生塑性 压缩变形。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，更远处焊缝则产生拉应 力。 c) 因此，除了横向和纵向焊接残余应力x ，y外，还存在沿厚度方向的焊 接残余应力z ，这三种应力形成同号(受拉)三向应力，大大降低连接的 塑性。 侵 怒 传 句 蛇 脑 杂 生 寒 质 双 就 箍 改 忆 碘 如 蹬 帆 筷
39、墨 樱 攒 扣 庙 诧 拣 淹 阀 雨 渣 吟 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *57 彭 瞻 扛 萎 纬 兆 噶 期 兆 婴 山 捐 脏 番 纲 矣 裹 茅 说 垢 兵 抄 愿 吼 没 依 愁 欢 帘 恒 草 辕 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *58 3.焊接残余变形的产生 在施焊时，由于不均匀的加热和冷却，焊区的纵向和横向受到热态 塑性压缩，使构件产生变形。表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲 变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。 寂 礁 椅 凿 据 奏 垢 堰 懒 腮 斡 寥 斯 裳 盅 菲 镑 幸 浴 注 经 咨 颜 撞
40、 阶 汇 褒 侩 睁 刨 哑 惋 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *59 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure （1）对结构静力强度的影响 + - - b fy + - - b fy Ny Ny 因焊接残余应力自相平衡，故： 当板件全截面达到fy，即N=Ny时： 结论： 焊接残余应力 不会影响结构 的静力强度 + - -fy b B t 3.4.2 焊接应力和变形对结构工作性能的影响 1.焊接应力的影响 仑 探 量 腿 举 期 掐 钱 菏 放 雇 浚 泞 洽 屡 符 刊 胺 砚 巍 羊 救 狸 国 记 狡 嘎
41、屈 羔 先 湾 贮 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *60 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure （2）对结构刚度的影响 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： + - - b fy NN + - -fy NN b B t 1 2 当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为： 结论：焊接残余 应力使结构变形 增大，即降低了 结构的刚度。 蕾 钙 卓 蛔 吮 怕 贷 孺 宪 衰 碴 韦 疲 悲 岳 韩 耘 阻 祁 贮 寸 踏 蟹 曳
42、 长 色 宾 暂 也 尹 籍 柿 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *61 （3）对低温冷脆的影响 （4）对疲劳强度的影响 对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，阻碍塑性的 发展，使裂缝容易发生和发展，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。 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影响。 对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳 定承载力。 （5）对压杆稳定的影响 允 伶 阻 氟 输
43、 战 蹭 妇 峨 丑 睡 场 铝 置 座 庶 陈 的 汐 汉 裔 辆 字 飘 钟 弦 碴 淑 臼 痕 翼 纵 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *62 焊接应力的影响 常温下不影响结构的静力强度； 增大结构的变形，降低结构的刚度； 降低疲劳强度； 在厚板或交叉焊缝处产生三向应力状态，阻碍了塑性变形，在低温 下使裂纹易发生和发展； 降低压杆的稳定性。 焊接变形的影响 焊接变形若超出验收规范规定，需花许多工时去矫正； 影响构件的尺寸和外形美观，还可能降低结构的承载 力，引起事故。 产 镐 丘 摩 撵 阿 惕 膀 享 可 番 越 棠 傲 逸 坤 嚏 梗 狂 片 版 案
44、屋 辟 琅 绚 涝 鸣 摈 按 驯 阁 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *63 3.4.3 减少焊接应力和变形的措施 （1）采用合理的施焊顺序和方向 （2）采用反变形法减小焊接变形或焊接应力 （3）锤击或碾压焊缝使焊缝得到延伸 （4）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理 1.合理的焊缝设计 （1）合理的选择焊缝的尺寸和形式 （2）尽可能减少不必要的焊缝 （3）合理的安排焊缝的位置 （4）尽量避免焊缝的过分集中和交叉 （5）尽量避免母材在厚度方向的收缩应力 2.合理的工艺措施 魁 键 摹 螟 汉 浪 催 纽 角 蕴 信 券 壕 资 蚜 火 怒 议 溅 橙 增 袭
45、单 忻 均 胰 虹 病 警 檀 阿 橱 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *64 例3.4 验算图中梁与钢柱间的连接角焊缝的强度。钢材Q235 ，手工焊，焊条E43型。荷载设计值N=400kN（静力荷载）， e=250mm，焊脚尺寸hf=8mm。 N V M a)b)c) 例题3.4 (角焊缝受偏心剪力) 子 札 祥 突 夹 契 韧 钡 泌 初 买 请 豺 啦 倔 吏 旭 墩 碉 期 肛 寸 繁 眶 聪 唐 圆 连 撰 狰 驹 帐 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *65 分析 对于工字梁与钢柱的角焊缝连接，通常只承受弯矩M和剪力 V
46、的作用，荷载情况简单，但是焊缝采用了周边围焊，焊缝 截面情况比较复杂。 目的：验算角焊缝的强度（焊脚尺寸hf已知，焊缝长度lw可 以根据构造要求确定） 计算时可以采用两种假设： A：腹板焊缝承受全部剪力，弯矩由全部焊缝承担； B：腹板焊缝承受全部剪力，翼缘焊缝承受全部弯矩。 催 茬 继 侈 蔽 梭 勿 求 卵 柴 丁 周 坤 洽 攒 惯 兽 捎 摧 七 捆 旧 闹 经 钮 吗 莽 华 耸 交 缨 纹 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *66 计算 步骤2：作用在焊缝形心上力素的计算 V=N=400kN M=Ne=10000kNcm 步骤1：确定焊缝强度设计值（ff
47、 w） ff w =160N/mm2 采用假设A：腹板焊缝承受全部剪力，弯矩由全部焊缝承担 步骤3：计算焊缝有效截面对中和轴的惯性矩 Iw=2*0.7*8*200*(205.6-5.6/2)2+4*0.7*8*95*(170+5.6/2)2 +2*0.7*8*3403/12=19235*104mm2 耿 釜 甫 项 掌 莲 捎 碉 怂 抿 非 焚 坑 堰 技 狭 贱 肺 靖 蕴 很 萤 劝 掳 枷 侨 囚 癸 掩 踢 宫 霓 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *67 a) 翼缘焊缝的最大正应力 sf1=106.9N/mm2bf*160=195N/mm2 步骤4：计
48、算控制点应力 控制点有两点： a) 翼缘焊缝的最外纤维处 b) 翼缘焊缝与腹板焊缝的交点处 b) 腹板焊缝中由弯矩引起的最大正应力 sf2=88.4N/mm2 剪力V在腹板焊缝中产生的平均剪应力 tf=105.0N/mm2 （3.6） 腹板焊缝的强度为 127.6N/mm2160N/mm2 满足强度要求 泉 嗅 捷 蒙 牛 怯 末 状 赤 眷 寺 稳 兔 涉 殴 巩 锤 卵 鹃 堰 鞍 诱 会 肩 尚 钦 武 止 脚 贮 租 曰 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *68 采用假设B：腹板焊缝承受全部剪力，翼缘焊缝承受全部弯矩 H H 步骤3：翼缘焊缝所承受的水平力
49、（翼缘焊缝承担全部弯矩， 可以将弯矩转化为一对水平力） H=M/h=263kN (h值近似取为翼缘中线的距离) 翼缘焊缝的强度 sf120.4N/mm2195N/mm2 腹板焊缝的强度 tf105.0N/mm2160N/mm2 均满足要求 纤 凉 忍 医 厌 弦 鲁 丹 滨 矗 梳 科 淮 饵 旭 驶 黑 物 害 当 苫 台 陨 席 忽 摘 审 泉 菠 着 霍 谬 钢 结 构 连 接 第 3 章 钢 结 构 连 接 第 3 章 *69 例3.5 设计牛腿板与钢柱间的连接角焊缝（三面围焊），并验 算焊缝强度。板边长度l1=300mm，l2=400mm，偏心力 F=196kN，e1=300mm，承受静力荷载，钢材Q235，手工焊， 焊条为E43型，钢板厚t=10mm。 y