第4章鋼結(jié)構(gòu)焊縫連接2

1、 第第 3 3 章章 鋼結(jié)構(gòu)的連接鋼結(jié)構(gòu)的連接主要內(nèi)容主要內(nèi)容 3.1 3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法鋼結(jié)構(gòu)的連接方法 3.2 3.2 焊接連接的特性焊接連接的特性 3.3 3.3 對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算對(duì)接焊縫的構(gòu)造和計(jì)算 3.4 3.4 角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算 3.5 3.5 焊接殘余應(yīng)力和殘余變形焊接殘余應(yīng)力和殘余變形 3.6 3.6 普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算普通螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算 3.7 3.7 高強(qiáng)度螺栓連接高強(qiáng)度螺栓連接 焊接連接焊接連接 螺栓連接螺栓連接連接的方式連接的方式焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接連接的原則連接的原則安全可靠、傳力明確、構(gòu)造

2、簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材 圖圖3-1 3-1 連接的方式連接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓連接螺栓連接鉚釘連接鉚釘連接焊接連接焊接連接3.1 3.1 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法鋼結(jié)構(gòu)的連接方法1.1.電弧焊電弧焊1 1）手工電弧焊）手工電弧焊2 2）自動(dòng)半自動(dòng)埋弧焊）自動(dòng)半自動(dòng)埋弧焊1 1）手工電弧焊）手工電弧焊原理：原理：利用電弧產(chǎn)生熱量熔化涂有利用電弧產(chǎn)生熱量熔化涂有焊藥焊條和母材形成焊縫。焊藥焊條和母材形成焊縫。 焊機(jī)焊機(jī)導(dǎo)線導(dǎo)線熔池熔池焊條焊條焊鉗焊鉗保護(hù)氣體保護(hù)氣體焊件焊件電弧電弧優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：方便，適應(yīng)性強(qiáng)，特別適用方便，適應(yīng)性強(qiáng)，特別適用于

3、在高空和野外作業(yè)，小型焊接，于在高空和野外作業(yè)，小型焊接，應(yīng)用最廣泛。應(yīng)用最廣泛。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)質(zhì)量波動(dòng)大，要求焊工等級(jí)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。 A A、焊條的選擇：、焊條的選擇： 焊條應(yīng)與焊件鋼材（主體金屬）相適應(yīng)。焊條應(yīng)與焊件鋼材（主體金屬）相適應(yīng)。Q390Q390、Q420Q420鋼選擇鋼選擇E55E55型焊條型焊條(E5500-E5518)(E5500-E5518)Q345Q345鋼選擇鋼選擇E50E50型焊條型焊條 (E5001-E5048)(E5001-E5048)Q235Q235鋼選擇鋼選擇E43E43型焊條（型焊條（E430

4、0-E4328)E4300-E4328)B B、焊條的表示方法：、焊條的表示方法：EE焊條焊條(Electrode)(Electrode)第第1 1、2 2位數(shù)字為焊條鋼絲的最小抗拉強(qiáng)度（位數(shù)字為焊條鋼絲的最小抗拉強(qiáng)度（kgf/mmkgf/mm2 2) )第第3 3、4 4表示適用焊接位置、電流及藥皮的類型。表示適用焊接位置、電流及藥皮的類型。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。不同鋼種的鋼材焊接，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。2 2）埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）埋弧焊（自動(dòng)或半自動(dòng)）l 光焊絲埋在焊劑下，通電后電弧使焊絲、焊光焊絲埋在焊劑下，通電后電弧使焊絲、焊件、焊劑熔化形成焊

5、縫。件、焊劑熔化形成焊縫。l 焊劑溶化后形成焊渣浮在溶化金屬表面，焊劑溶化后形成焊渣浮在溶化金屬表面，隔絕空氣接觸，供給必要的合金元素。隔絕空氣接觸，供給必要的合金元素。、焊絲轉(zhuǎn)盤焊絲轉(zhuǎn)盤送絲器送絲器焊劑漏斗焊劑漏斗焊劑焊劑熔渣熔渣焊件焊件優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊縫質(zhì)量好。自動(dòng)化程度高，焊接速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，焊縫質(zhì)量好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，施工位置受限。設(shè)備投資大，施工位置受限。3 3）氣體保護(hù)焊）氣體保護(hù)焊 利用焊槍噴出的利用焊槍噴出的COCO2 2或其他惰性氣體或其他惰性氣體代替焊劑代替焊劑的電弧溶焊方的電弧溶焊方法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍形成保護(hù)層，

6、以防止有害氣體法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍形成保護(hù)層，以防止有害氣體的侵入。的侵入。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：沒有熔渣，焊接速度快，焊接質(zhì)量好。沒有熔渣，焊接速度快，焊接質(zhì)量好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：施工條件受限制，不適用于在風(fēng)較大的地方施工條件受限制，不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。施焊。2.2.電阻焊電阻焊 利用電流通過焊件接觸點(diǎn)表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來溶利用電流通過焊件接觸點(diǎn)表面的電阻所產(chǎn)生的熱量來溶化金屬，再通過壓力使其焊合。適用于板疊厚度不大于化金屬，再通過壓力使其焊合。適用于板疊厚度不大于1212的焊接。的焊接。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)* * 構(gòu)造簡(jiǎn)單構(gòu)造簡(jiǎn)單 任何形式的構(gòu)件都可直接相連；任何形式的構(gòu)件都可直接相連；*

7、 * 用料經(jīng)濟(jì)用料經(jīng)濟(jì) 不削弱截面；不削弱截面；* * 制作加工方便制作加工方便 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；* * 連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好。 * * 材質(zhì)易變脆材質(zhì)易變脆焊縫附近鋼材由于施焊時(shí)高溫作用形成熱影響區(qū)使鋼材焊縫附近鋼材由于施焊時(shí)高溫作用形成熱影響區(qū)使鋼材力學(xué)性能發(fā)生變化；力學(xué)性能發(fā)生變化；* * 產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變、焊接缺陷，發(fā)生脆性破壞產(chǎn)生殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變、焊接缺陷，發(fā)生脆性破壞焊接過程冷熱焊接過程冷熱不均。不均。* * -焊接剛度大且材料連續(xù)，使局部裂紋一經(jīng)發(fā)生便焊接剛度大且材料連續(xù)，使局部裂紋一經(jīng)發(fā)生便容易擴(kuò)展

8、到整體。容易擴(kuò)展到整體。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最基本的連接方式，應(yīng)用最廣泛。現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最基本的連接方式，應(yīng)用最廣泛。 焊縫缺陷指焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼焊縫缺陷指焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷有材表面或內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；以及等；以及焊縫尺寸焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良不符合要求、焊縫成形不良等等。 裂紋裂紋焊瘤焊瘤燒穿燒穿弧坑弧坑氣孔氣孔夾渣夾渣咬邊咬邊未熔合未熔合未焊透未焊透鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)

9、量驗(yàn)收規(guī)范GB50205-2001GB50205-2001規(guī)定焊規(guī)定焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。外觀檢查（肉眼）外觀檢查（肉眼）尺寸偏差、表面缺陷；尺寸偏差、表面缺陷；無損檢驗(yàn)（儀器）無損檢驗(yàn)（儀器）檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷（超聲波探傷、檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷（超聲波探傷、X X射線探傷、磁射線探傷、磁粉探傷、滲透探傷）。粉探傷、滲透探傷）。 二級(jí)焊縫：二級(jí)焊縫：外觀檢查外觀檢查+ +無損檢驗(yàn)（超聲波探傷）合格，用無損檢驗(yàn)（超聲波探傷）合格，用于受較大拉應(yīng)力的于受較大拉應(yīng)力的重要連接重要連接。 20%20%一級(jí)焊縫：一級(jí)焊縫：外觀檢查外觀檢查+ +無損

10、檢驗(yàn)（超聲波探傷、無損檢驗(yàn)（超聲波探傷、X X射線探傷）射線探傷）合格，用于抗動(dòng)力、需要驗(yàn)算疲勞的合格，用于抗動(dòng)力、需要驗(yàn)算疲勞的重要連接重要連接。100%100%三級(jí)焊縫：三級(jí)焊縫：外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，適用于外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，適用于一般連一般連接。接。（1 1）焊接連接形式：按被連接件的相對(duì)位置分為）焊接連接形式：按被連接件的相對(duì)位置分為對(duì)接、搭接、對(duì)接、搭接、T T形連接形連接和和角部連接角部連接對(duì)接焊縫對(duì)接焊縫: :按所受力方向分按所受力方向分 1 1）直對(duì)接焊縫）直對(duì)接焊縫: : 2 2）斜對(duì)接焊縫）斜對(duì)接焊縫角焊縫角焊縫: : 按所受力方向分按所受力方向分 1 1）

11、正面角焊縫：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。）正面角焊縫：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。 2 2）側(cè)面角焊縫：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向平行。）側(cè)面角焊縫：作用力方向與焊縫長(zhǎng)度方向平行。 分為分為對(duì)接焊縫對(duì)接焊縫和和角焊縫角焊縫。 1 1）連續(xù)角焊縫：受力性能較好，為主要的角焊縫形式。）連續(xù)角焊縫：受力性能較好，為主要的角焊縫形式。 2 2）間斷角焊縫：在起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中。）間斷角焊縫：在起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中。 不重要或受力小的構(gòu)件，可采用間斷角焊縫連接不重要或受力小的構(gòu)件，可采用間斷角焊縫連接50或或10hf平焊、立焊、橫焊和仰焊。平焊、立焊、橫焊和仰焊。圖圖3.1.6 3.1.

12、6 施焊方式施焊方式平焊平焊立焊立焊a)焊條焊條d)仰焊仰焊b)c)橫焊橫焊質(zhì)量好質(zhì)量好質(zhì)量一般質(zhì)量一般質(zhì)量差質(zhì)量差焊縫符號(hào)主要由圖形符號(hào)、輔助符號(hào)和引出線等部分組成焊縫符號(hào)主要由圖形符號(hào)、輔助符號(hào)和引出線等部分組成焊縫符號(hào)表示法焊縫符號(hào)表示法（GB/T324-1988GB/T324-1988）建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50105-2001GB/T50105-2001）t20mm0.52mm34mmt20mm34mmt20mm34mm)直邊縫單邊V形縫雙邊V形縫U形縫X形縫K形縫b=0.52mm（直邊縫）（直邊縫）b=23mm（單邊（單邊V）b=23mm（V型）型）p p（U型

13、）型）b=34mmp pb=34mmp p（K型）型）b=34mmp p（X型）型）1 1）在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差）在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差4mm4mm以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡以上時(shí)，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于度不大于1:2.51:2.5的斜角，以使截面過渡和緩，減小應(yīng)力集中。的斜角，以使截面過渡和緩，減小應(yīng)力集中。a) 改變厚度改變厚度b) 改變寬度改變寬度1:2.51:2.5墊板墊板墊板墊板墊板墊板2 2）為防止熔化金屬流淌必要時(shí)可在坡口下加墊板。）為防止熔化金屬流淌必要時(shí)可在坡口下加墊板。

14、3 3）在焊縫的起滅弧處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺陷，故焊接時(shí)可）在焊縫的起滅弧處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺陷，故焊接時(shí)可設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它們割除。設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它們割除。引弧板引弧板 一般受靜力荷載的結(jié)構(gòu)，也可不設(shè)引弧板，但焊縫的計(jì)算長(zhǎng)一般受靜力荷載的結(jié)構(gòu)，也可不設(shè)引弧板，但焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度比實(shí)際長(zhǎng)度減小度比實(shí)際長(zhǎng)度減小2t2t或或2hf2hf。對(duì)接焊縫的強(qiáng)度對(duì)接焊縫的強(qiáng)度 1 1）受壓、受剪的對(duì)接焊縫與母材強(qiáng)度相等。）受壓、受剪的對(duì)接焊縫與母材強(qiáng)度相等。 2 2）三級(jí)質(zhì)量的焊縫允許存在的缺陷較多，）三級(jí)質(zhì)量的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85%

15、85%。 3 3）一、二級(jí)質(zhì)量的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)）一、二級(jí)質(zhì)量的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等。度相等。3.3.2 3.3.2 對(duì)接焊縫的計(jì)算對(duì)接焊縫的計(jì)算1. 1. 軸心受力軸心受力wcwtwfftlN或（3-1）NN軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值l lw w焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，無引弧板時(shí)，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度取實(shí)際長(zhǎng)度減去無引弧板時(shí)，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t2t；有引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度。有引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度。t t連接件的較小厚度，對(duì)連接件的較小厚度，對(duì)T T形接頭為腹板的厚度形接頭為腹板的厚度 ; ; f ft tw w、f fc cw w對(duì)接焊縫的抗拉

16、、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（見附表對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（見附表4 4）。）。NNlt 與構(gòu)件母材強(qiáng)度計(jì)算方法相同，采與構(gòu)件母材強(qiáng)度計(jì)算方法相同，采用材料力學(xué)的計(jì)算公式用材料力學(xué)的計(jì)算公式 一、二級(jí)對(duì)接焊縫不需計(jì)算。一、二級(jí)對(duì)接焊縫不需計(jì)算。 三級(jí)焊縫受拉時(shí)，才驗(yàn)算。三級(jí)焊縫受拉時(shí)，才驗(yàn)算。 當(dāng)正焊縫連接不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，可采用斜焊縫，計(jì)當(dāng)正焊縫連接不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，可采用斜焊縫，計(jì)算公式：算公式：bllw w斜焊縫計(jì)算長(zhǎng)度。加引弧板時(shí)，斜焊縫計(jì)算長(zhǎng)度。加引弧板時(shí)， llw wb/sinqb/sinq； 不加引弧板時(shí)，不加引弧板時(shí)，llw wb/sinqb/sinq2t2t。 f fv vw

17、 w對(duì)接焊縫抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。對(duì)接焊縫抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。wcwtsinfftlNw或wvwftlNcos規(guī)范規(guī)定，當(dāng)斜焊縫傾角規(guī)范規(guī)定，當(dāng)斜焊縫傾角 56.356.3，即，即tantan 1.51.5時(shí)，可時(shí)，可認(rèn)為對(duì)接斜焊縫與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算。認(rèn)為對(duì)接斜焊縫與母材等強(qiáng)，不用計(jì)算。 焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分焊縫內(nèi)應(yīng)力分布同母材。焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分布分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列布分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度公式強(qiáng)度公式： wVwwwmax23ftlVtIVS（3-3）wmaxt2w6wMMfWl t（3-2）M

18、焊縫承受的彎矩；焊縫承受的彎矩；Ww焊縫截面模量。焊縫截面模量。V焊縫承受的剪力；焊縫承受的剪力；Iw焊縫計(jì)算截面慣性矩；焊縫計(jì)算截面慣性矩；Sw焊縫截面計(jì)算剪應(yīng)力處以上部分對(duì)中和軸的面積矩。焊縫截面計(jì)算剪應(yīng)力處以上部分對(duì)中和軸的面積矩。 對(duì)于工字形或?qū)τ诠ぷ中位騎 T形截面除應(yīng)分別驗(yàn)算形截面除應(yīng)分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力最大正應(yīng)力與與最大最大剪應(yīng)力剪應(yīng)力外，還應(yīng)驗(yàn)算腹板與翼緣交接處的外，還應(yīng)驗(yàn)算腹板與翼緣交接處的折算應(yīng)力折算應(yīng)力: :wt21211 . 13f（3-4）2.2/2/2/2/.000max1hIMhhWMhhWw腹AVtIVSwww11式中式中 : : 1 1、 1 1為腹板與翼為腹板

19、與翼緣交接處、的正應(yīng)力和剪緣交接處、的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。應(yīng)力。 1.11.1為考慮到最大折算為考慮到最大折算應(yīng)力只在焊縫局部出現(xiàn)，應(yīng)力只在焊縫局部出現(xiàn)，而將焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)而將焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值適當(dāng)提高的系數(shù)。提高的系數(shù)。 工字形截面梁在彎曲時(shí)，彎曲正工字形截面梁在彎曲時(shí)，彎曲正應(yīng)力主要由上、下翼緣承擔(dān)，剪應(yīng)力主要由上、下翼緣承擔(dān)，剪應(yīng)力主要由腹板承擔(dān)，這使得截應(yīng)力主要由腹板承擔(dān)，這使得截面上各處的材料能達(dá)到充分的利面上各處的材料能達(dá)到充分的利用。用。max 2501016MVmax 11 1 軸力和彎矩作用下對(duì)接焊縫產(chǎn)生正應(yīng)力，剪力作用下產(chǎn)生剪應(yīng)軸力和彎矩作用下對(duì)接焊縫產(chǎn)生正應(yīng)力，剪力作用下產(chǎn)生

20、剪應(yīng)力，其計(jì)算公式為：力，其計(jì)算公式為：wtwwMNmaxfWMAN（3.2*）wvwwftIVSmax（3.3*）wt21211 . 13fMN（3.4*）1 1對(duì)接焊縫計(jì)算步驟對(duì)接焊縫計(jì)算步驟l確定荷載作用下內(nèi)力（彎矩，軸力，剪力）確定荷載作用下內(nèi)力（彎矩，軸力，剪力）l進(jìn)行截面應(yīng)力狀態(tài)分析進(jìn)行截面應(yīng)力狀態(tài)分析l計(jì)算截面幾何特征值計(jì)算截面幾何特征值l強(qiáng)度驗(yàn)算。強(qiáng)度驗(yàn)算。wVwwwftIVS maxwteqf1 . 1322 wcwtorffmax 試驗(yàn)算如圖試驗(yàn)算如圖3-21所示鋼板的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度。鋼板寬度為所示鋼板的對(duì)接焊縫的強(qiáng)度。鋼板寬度為200MM,板厚為板厚為14MM，軸心拉力設(shè)

21、計(jì)值為，軸心拉力設(shè)計(jì)值為N=490KN，鋼材，鋼材為為Q235,手工焊，焊條為手工焊，焊條為E43型，焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)，施型，焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)，施焊時(shí)不加引弧板。焊時(shí)不加引弧板?！纠}3.1】mmlw172142200 解解】焊縫計(jì)焊縫計(jì)算長(zhǎng)度算長(zhǎng)度強(qiáng)度計(jì)算公式：強(qiáng)度計(jì)算公式：223/185/5 .2031417210490mmNfmmNwt不滿足要求，不滿足要求，改為斜對(duì)接焊改為斜對(duì)接焊縫。角度為縫。角度為5656度。度。mmlw2 .21314256sin200,223,/185/ 1 .136142 .21356sin10490sinmmNfmmNtlNwtw焊縫計(jì)算長(zhǎng)度焊縫計(jì)算長(zhǎng)度

22、強(qiáng)度計(jì)算公式：強(qiáng)度計(jì)算公式： 計(jì)算如圖計(jì)算如圖3-22所示所示T形截面牛腿與柱翼緣連接的對(duì)接焊縫形截面牛腿與柱翼緣連接的對(duì)接焊縫 。牛腿翼緣寬牛腿翼緣寬130mm。厚。厚12mm，腹板高，腹板高200mm，厚，厚10mm。力作用點(diǎn)到焊縫截面距離力作用點(diǎn)到焊縫截面距離E=200mm。鋼材為。鋼材為Q235，焊條，焊條E50型，焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)，施焊時(shí)不加引弧板。對(duì)接焊型，焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)，施焊時(shí)不加引弧板。對(duì)接焊縫連接?？p連接。V=100kN，鋼材，鋼材Q390，E55焊條，手工焊，質(zhì)量等焊條，手工焊，質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)，不采用引弧板。級(jí)為三級(jí)，不采用引弧板。【例題3.2】1061012190m

23、ax bM aM F2001201220010a2. 荷載計(jì)算荷載計(jì)算kN100VmkN0 .15150. 0100M1. 截面幾何特征值計(jì)算截面幾何特征值計(jì)算【解】xx01061219010y1y2cmycmy55.1365. 62 . 11965. 60 . 1192 . 16 .105 . 97 .100 . 1196 . 02 . 16 .1021423231349)22 . 155. 6(16 .102 . 16 .10121)21955.13(119191121cmIx3. 焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算1061012190max bM aM 22222232246max2246222/

24、5 .2912651 . 11 . 1/6 .22063.5239 .2003/18063.521019010100/310/89.2001013491055.131020/265/59.981013491065. 61020/310,/265,/180mmNfmmNmmNfAVmmNfmmNIMymmNfmmNIMymmNfmmNfmmNfwtwVWwcwbbwtwawVwtwV2aamax 驗(yàn)算如圖所示的鋼板對(duì)接焊縫的連接。驗(yàn)算如圖所示的鋼板對(duì)接焊縫的連接。M=1008kN.m，V=240KN，鋼材，鋼材Q235，E43焊條，手工焊，質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)，采用焊條，手工焊，質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)，采用引

25、弧板。引弧板。1. 截面幾何特征值計(jì)算截面幾何特征值計(jì)算4633mm1028981210002401032250wI【例題4.1】【解】2501016161000MV366maxmm106163. 5516102898yIWwwmax 1 1 1361mm10032. 250816250wS361mm10282. 325010500wwSS2. 焊縫強(qiáng)度計(jì)算焊縫強(qiáng)度計(jì)算22125,185N/mmN/mmwVwtff查表，wwwtISV 11tIVSwwmaxmax 1 max 1 wWMmax66106163. 5101008滿足。,N/mm185N/mm5 .17922wtf10102898

26、10032. 210240663，滿足。2wv2N/mm125N/mm2 .27fhh0max1 2N/mm9 .173103210005 .1791010289810032. 210240663 2N/mm8 .1621213 eq2223 .1768 .1639 .173N/mm，滿足。2N/mm5 .2031851 . 11 . 1wtf 角焊縫按截面形式（兩焊腳邊的夾角）可分為角焊縫按截面形式（兩焊腳邊的夾角）可分為直角角焊縫直角角焊縫和和斜角角焊縫。斜角角焊縫。通常做成表面微凸的通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面等腰直角三角形截面（a a）。對(duì)承受動(dòng)力荷）。對(duì)承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，

27、正面角載的結(jié)構(gòu)中，正面角焊縫的截面通常采用焊縫的截面通常采用（b b）的形式，側(cè)面角）的形式，側(cè)面角焊縫的截面則做成凹焊縫的截面則做成凹面式（面式（c c）。）。 （a） （b） （c）圖圖 直角角焊縫截面直角角焊縫截面普通型普通型平坡型平坡型凹面型凹面型h hf f焊腳尺寸；焊腳尺寸；h he e有效厚度（破壞面上焊縫厚度，有效厚度（破壞面上焊縫厚度，h he e h hf fcoscos /2/2）（1 1）直角角焊縫）直角角焊縫 兩焊邊的夾角兩焊邊的夾角 9090或或 90135135o o或或6012mm12mm）或或 190mm190mm（t t12mm12mm）；）；a) a) 構(gòu)

28、件端部?jī)H有兩邊側(cè)縫連接時(shí)：構(gòu)件端部?jī)H有兩邊側(cè)縫連接時(shí)：試驗(yàn)結(jié)果表明，連接的承載力與試驗(yàn)結(jié)果表明，連接的承載力與b / lb / lw w有關(guān)有關(guān)。為了避免應(yīng)力傳遞的為了避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，應(yīng)使：過分彎折而使構(gòu)件中應(yīng)力不均，應(yīng)使： b b / l/ lw w 1 1；其中：其中：b b兩側(cè)縫之間的距離；兩側(cè)縫之間的距離； l lw w側(cè)焊縫計(jì)算長(zhǎng)度；側(cè)焊縫計(jì)算長(zhǎng)度； t t較薄焊件的厚度。較薄焊件的厚度。5.5.其他構(gòu)造要求其他構(gòu)造要求 b) b) 僅用正面角焊縫的搭接連接中，搭接長(zhǎng)度不得小于焊僅用正面角焊縫的搭接連接中，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的件較小厚度的5 5倍或

29、倍或25mm25mm。 C) C) 當(dāng)焊縫端部在焊件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)將焊縫延續(xù)繞過轉(zhuǎn)當(dāng)焊縫端部在焊件轉(zhuǎn)角處時(shí)，應(yīng)將焊縫延續(xù)繞過轉(zhuǎn)角加焊角加焊2 2h hf f。避開起落弧發(fā)生在轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中。避開起落弧發(fā)生在轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中。b)2hfa)2hf2hf圖圖3.3.7 繞角焊縫繞角焊縫5 5t2525圖圖3-30 搭接連搭接連接接破壞面常發(fā)生在破壞面常發(fā)生在45斜面上。斜面上。側(cè)焊縫側(cè)焊縫端焊縫端焊縫計(jì)算截面計(jì)算截面均取焊縫均取焊縫45處有效截面（處有效截面（有效厚度有效厚度計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算長(zhǎng)度）焊縫有效高度焊縫有效高度he 0.7hf焊縫計(jì)算長(zhǎng)度焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw=每條焊縫長(zhǎng)度每條焊縫長(zhǎng)度-2hfhf

30、hehh1h2deh-h-焊縫厚度、焊縫厚度、h h1 1熔深熔深h h2 2凸度、凸度、d d焊趾、焊趾、e e焊根焊根圖圖3.3.9 角焊縫有效截面上的應(yīng)力角焊縫有效截面上的應(yīng)力國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISOISO）推薦用式確定）推薦用式確定角焊縫的極限強(qiáng)度角焊縫的極限強(qiáng)度wuf)(8 . 1222d a dacche e 在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個(gè)應(yīng)力：在外力作用下，直角角焊縫有效截面上有三個(gè)應(yīng)力： 垂直于焊縫有效截面的垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力正應(yīng)力 垂直于焊縫長(zhǎng)度的垂直于焊縫長(zhǎng)度的剪應(yīng)力剪應(yīng)力 平行于焊縫長(zhǎng)度方向平行于焊縫長(zhǎng)度方向剪應(yīng)力剪應(yīng)力 上式相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)上式

31、相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)Q235Q235鋼提出，其它鋼種公式左邊系數(shù)（鋼提出，其它鋼種公式左邊系數(shù)（3.0）式中：式中： fuw -焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度wf2112233fffw角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 我國(guó)我國(guó)規(guī)范規(guī)范采用了折算應(yīng)力公式，引入抗力分項(xiàng)系采用了折算應(yīng)力公式，引入抗力分項(xiàng)系數(shù)后得角焊縫計(jì)算公式為：數(shù)后得角焊縫計(jì)算公式為：wuf)(3222 出于偏于安全考慮，且與母材的能量強(qiáng)度理論的折算出于偏于安全考慮，且與母材的能量強(qiáng)度理論的折算應(yīng)力公式一致，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)（應(yīng)力公式一致，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)（ECCSECCS），將（上式）的），將（上式）的1.81.8改為

32、改為3 3即：即：ffw由角焊縫抗剪條件確定，所以公式右邊相當(dāng)于角焊由角焊縫抗剪條件確定，所以公式右邊相當(dāng)于角焊縫抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。縫抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 如圖所示承受互相垂直的如圖所示承受互相垂直的Ny、Nx兩個(gè)軸心力作用的直角兩個(gè)軸心力作用的直角角焊縫，角焊縫，Ny垂直于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生平均應(yīng)力 f，其在有效，其在有效截面上引起的應(yīng)力值為：截面上引起的應(yīng)力值為：weyflhN f 對(duì)于有效截面既不是正應(yīng)力也對(duì)于有效截面既不是正應(yīng)力也不是剪應(yīng)力，但可分解為不是剪應(yīng)力，但可分解為 和和 。2f對(duì)直角角焊縫對(duì)直角角焊縫 ：圖圖3.3.10 直角角焊縫的計(jì)算直角角焊縫的計(jì)算

33、沿焊縫長(zhǎng)度方向的力沿焊縫長(zhǎng)度方向的力Nx，在有效截面上引起平行于焊，在有效截面上引起平行于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力 f。wexflhN則直角角焊縫在各種應(yīng)力綜合作用下的計(jì)算公式為：則直角角焊縫在各種應(yīng)力綜合作用下的計(jì)算公式為：wff33222（3-5）wffff22fwff33242322f2f2f2f2f22. 123f f 正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。靜載時(shí)正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。靜載時(shí) f 1.22，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)， f 1.0 。 2f（3-13）對(duì)于在各種不與焊縫長(zhǎng)度平行或垂直的力作用下，有效截面上產(chǎn)生對(duì)于在各種不與焊縫長(zhǎng)

34、度平行或垂直的力作用下，有效截面上產(chǎn)生的應(yīng)力，都可以分解為平行和垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的兩種應(yīng)力，然的應(yīng)力，都可以分解為平行和垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的兩種應(yīng)力，然后按照（后按照（3-12）進(jìn)行。）進(jìn)行。 正面角焊縫正面角焊縫 f0，力力N與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。與焊縫長(zhǎng)度方向垂直。側(cè)面角焊縫側(cè)面角焊縫 f0，力力N與焊縫長(zhǎng)度方向平行。與焊縫長(zhǎng)度方向平行。wffwefflhN（3-12）wfwefflhN（3-10）22wffff(3.3.6)f以上各式中：以上各式中： he=0.7hf； lw角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，考角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷時(shí)，每條焊縫取其實(shí)際長(zhǎng)度減去慮起滅弧缺陷時(shí)，每條焊縫取其實(shí)際長(zhǎng)度減

35、去2hf。計(jì)算公式計(jì)算公式（3-13）3.4.4 3.4.4 軸心力，彎矩，扭矩單獨(dú)作用時(shí)的角焊縫的計(jì)算軸心力，彎矩，扭矩單獨(dú)作用時(shí)的角焊縫的計(jì)算1.1.軸心力作用軸心力作用 當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力過連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可當(dāng)焊件受軸心力，且軸心力過連接焊縫群的中心，焊縫的應(yīng)力可認(rèn)為是均勻分布的。認(rèn)為是均勻分布的。(1(1）拼接板連接）拼接板連接NN(2)(2)角鋼連接角鋼連接(1(1）拼接板連接）拼接板連接a)a)僅采用側(cè)面角焊縫連接僅采用側(cè)面角焊縫連接NNl lw wl lw w連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和b)b)僅采用正面角焊縫連接僅采用正

36、面角焊縫連接wffwefflhNwfwefflhNNNwffweNfl hc c、采用三面圍焊連接、采用三面圍焊連接wffweNNfl hNNl lw wl lw w先先計(jì)算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力計(jì)算正面角焊縫承擔(dān)的內(nèi)力再再計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度計(jì)算側(cè)面角焊縫的強(qiáng)度S Sl lw w連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和連接一側(cè)的側(cè)面角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的總和(2(2）承受斜向軸心力的角焊縫）承受斜向軸心力的角焊縫NNxNy f f平行于焊縫長(zhǎng)度方向的分力平行于焊縫長(zhǎng)度方向的分力Ncos 垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的分力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的分力Nsin wefsinlhN（3.3.9a）welhNcosf（3.3.

37、9b）外力外力N和焊縫長(zhǎng)度方向斜交，焊縫受到的力和焊縫長(zhǎng)度方向斜交，焊縫受到的力N被分解為：被分解為：代入（代入（.6），得焊縫計(jì)算公式：），得焊縫計(jì)算公式：wf2we2wefcossinflhNlhNwf2f2fff（2 2）角鋼連接）角鋼連接 在鋼桁架中，角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫常用兩面?zhèn)仍阡撹旒苤?，角鋼腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫常用兩面?zhèn)群福蛉鎳?，特殊情況也允許采用焊，或三面圍焊，特殊情況也允許采用L L形圍焊（如圖所形圍焊（如圖所示）。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，示）。腹桿受軸心力作用，為了避免焊縫偏心受力，焊縫所焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸

38、線重合。傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。圖圖 桁架腹桿節(jié)點(diǎn)板的連接桁架腹桿節(jié)點(diǎn)板的連接NN1N2eb角鋼的側(cè)縫連接角鋼的側(cè)縫連接 a) a) 采用兩側(cè)面焊縫連接采用兩側(cè)面焊縫連接NNN2112-N eNb e解上式得肢背和肢尖的受力為：解上式得肢背和肢尖的受力為：（3.15）11b eNNK Nb22eNNK Nb（3.16）由平衡條件得：由平衡條件得：肢背肢背肢尖肢尖K1 ,K2角鋼肢背角鋼肢背,肢尖肢尖焊縫的內(nèi)力分焊縫的內(nèi)力分配系數(shù)配系數(shù)表表3.2 角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)角鋼角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)K設(shè)計(jì)問題設(shè)計(jì)問題11w1f22w2fweweNlhfNlhf 在在N1、N2作用下，肢

39、背和肢尖作用下，肢背和肢尖強(qiáng)度強(qiáng)度計(jì)算公式為：計(jì)算公式為： 在在N1、N2作用下，側(cè)縫的作用下，側(cè)縫的計(jì)算長(zhǎng)度計(jì)算長(zhǎng)度為：為：校核問題校核問題wfwfwflhNklhNef11111117 .02wfwfflhNklhNwef22222227 . 02 b) b) 角鋼用三面圍焊時(shí)角鋼用三面圍焊時(shí)wfff3wfff3flhflhNww3337 . 027 . 011312NK NN（3.17a）通過平衡關(guān)系得肢背和肢尖側(cè)焊縫受力為通過平衡關(guān)系得肢背和肢尖側(cè)焊縫受力為: :22312NK NN（3.17b） 角鋼角焊縫圍焊的計(jì)算角鋼角焊縫圍焊的計(jì)算NN1N2ebN3lw2wfwfflhN1117

40、 .02wf2w2f27 . 02flhN可減小角鋼的搭接長(zhǎng)度?？上燃俣ㄕ娼呛缚p的焊腳尺寸可減小角鋼的搭接長(zhǎng)度。可先假定正面角焊縫的焊腳尺寸h hf3f3 ，并算出它所能承受的內(nèi)力并算出它所能承受的內(nèi)力N N3 3 ：c) c) 當(dāng)采用當(dāng)采用L L形圍焊時(shí)形圍焊時(shí)( (N20)N N1 1作用下角焊縫強(qiáng)度計(jì)算公式為：作用下角焊縫強(qiáng)度計(jì)算公式為：13NNNwfff3flhNw337 . 02wfwfflhN1117 .02例題例題3.33.3 試設(shè)計(jì)用拼接蓋板的對(duì)接連接。已知鋼板寬試設(shè)計(jì)用拼接蓋板的對(duì)接連接。已知鋼板寬b2400mm，厚度，厚度t1=12mm，拼接蓋板的厚度，拼接蓋板的厚度t2

41、=8mm。該。該連接承受的靜態(tài)軸心力連接承受的靜態(tài)軸心力N600kN（設(shè)計(jì)值），鋼材為（設(shè)計(jì)值），鋼材為Q235B，手工焊，焊條為，手工焊，焊條為E43型型 設(shè)計(jì)拼接蓋板的對(duì)接連接方法。設(shè)計(jì)拼接蓋板的對(duì)接連接方法。 步驟步驟: 先假定焊腳尺寸和拼接蓋板的尺寸，然后驗(yàn)算焊縫的承先假定焊腳尺寸和拼接蓋板的尺寸，然后驗(yàn)算焊縫的承載力。載力。 如果假定的焊縫尺寸不能滿足承載力要求時(shí)，則應(yīng)調(diào)整如果假定的焊縫尺寸不能滿足承載力要求時(shí)，則應(yīng)調(diào)整焊腳尺寸，再行驗(yàn)算，直到滿足承載力要求為止。焊腳尺寸，再行驗(yàn)算，直到滿足承載力要求為止。 例題3.4 試確定圖3-42所示承受靜態(tài)軸心力N=640KN,試設(shè)計(jì)此連接。

42、已知角鋼211010，與厚度為12mm的節(jié)點(diǎn)板連接，其搭接長(zhǎng)度為300mm，焊腳尺寸hf=8mm，鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為E43型。 解：角焊縫設(shè)計(jì)強(qiáng)度值角焊縫設(shè)計(jì)強(qiáng)度值2wfN/mm160fK1=0.7，K2=0.3，2.2.彎矩作用彎矩作用 彎矩彎矩M M作用下，角焊縫有效截面上的應(yīng)力呈三角形分布，作用下，角焊縫有效截面上的應(yīng)力呈三角形分布，屬正面角焊縫性質(zhì)。屬正面角焊縫性質(zhì)。由彎矩由彎矩M產(chǎn)生的最大應(yīng)力：產(chǎn)生的最大應(yīng)力：wffwfeWfflhMhlMWMw7 . 02662WW-角焊縫有效截面的截面模量角焊縫有效截面的截面模量M Mh he eh he et toMl(3-19

43、)(3-19)3.3.扭矩作用扭矩作用 扭矩扭矩T T作用下，角焊縫計(jì)算采用下述假定：作用下，角焊縫計(jì)算采用下述假定：1 1）被連接件是絕對(duì)剛性的，而角焊縫是彈性的。）被連接件是絕對(duì)剛性的，而角焊縫是彈性的。2 2）被連接件繞角焊縫有效截面形心）被連接件繞角焊縫有效截面形心0 0旋轉(zhuǎn)，角焊縫上任一點(diǎn)的應(yīng)力方旋轉(zhuǎn)，角焊縫上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直該點(diǎn)與形心連線，且應(yīng)力的大小與連線長(zhǎng)度向垂直該點(diǎn)與形心連線，且應(yīng)力的大小與連線長(zhǎng)度R R成正被。因此，設(shè)成正被。因此，設(shè)計(jì)控制點(diǎn)是焊縫有效截面上距形心的最遠(yuǎn)點(diǎn)，此處應(yīng)力最大，計(jì)算公計(jì)控制點(diǎn)是焊縫有效截面上距形心的最遠(yuǎn)點(diǎn)，此處應(yīng)力最大，計(jì)算公式：式：xxyyr

44、rxryA0h he e AT A ATAT作用下作用下A點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力:J為焊縫計(jì)算截面對(duì)形心的極慣性矩，為焊縫計(jì)算截面對(duì)形心的極慣性矩，J=Jx+JyJx，Jy焊縫計(jì)算截面對(duì)焊縫計(jì)算截面對(duì)x、y軸的慣性矩；軸的慣性矩；JrT A將將 A A沿沿X X軸和軸和Y Y軸分解得：軸分解得：JTrrrJrTJTrrrJrTTATAxxAyyAsincos將將 AT和和 AT 帶入帶入3-133-13式，得到設(shè)計(jì)公式為：式，得到設(shè)計(jì)公式為：xxyyrrxryA0 AT A ATwfAffTTA22)( 當(dāng)焊縫非軸心受力時(shí)，可以將外力作用分解為軸力、當(dāng)焊縫非軸心受力時(shí)，可以將外力作用分解為軸力、彎矩、剪

45、力、扭矩等簡(jiǎn)單受力情況，分別求出具各自的焊彎矩、剪力、扭矩等簡(jiǎn)單受力情況，分別求出具各自的焊縫應(yīng)力，然后利用疊加原理，找出焊縫中受力最大的幾個(gè)縫應(yīng)力，然后利用疊加原理，找出焊縫中受力最大的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算。點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算。復(fù)雜受力時(shí)角焊縫連接計(jì)算復(fù)雜受力時(shí)角焊縫連接計(jì)算NxNxM MNyNy3.4.5 受彎矩受彎矩M 、剪力、剪力V 、軸力、軸力N共同作用時(shí)角焊縫的計(jì)算共同作用時(shí)角焊縫的計(jì)算(T)xf2e we w6NMh lh lA A點(diǎn)控制應(yīng)力最大為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)點(diǎn)控制應(yīng)力最大為控制設(shè)計(jì)點(diǎn)A點(diǎn)產(chǎn)生的正應(yīng)力由兩部分組成：軸心拉力點(diǎn)產(chǎn)生的正應(yīng)力由兩部分組成：軸心拉力N和彎矩和彎矩M產(chǎn)生產(chǎn)生的正應(yīng)力。直接

46、疊加得：的正應(yīng)力。直接疊加得：MNfNN2wl2wlMVeVxlwx0.7hf0.7hf有效截面有效截面A點(diǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力：點(diǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力：yfweNl hM=Ve代入角焊縫實(shí)用計(jì)算公式（代入角焊縫實(shí)用計(jì)算公式（3-13）：）：wf2f2fMNf將將F向焊縫群形心簡(jiǎn)化得向焊縫群形心簡(jiǎn)化得扭矩扭矩 T=F(e+a)該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為該連接的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為A A點(diǎn)和點(diǎn)和A A點(diǎn)點(diǎn)3.4.5受扭矩、剪力受扭矩、剪力、軸心力共同作用時(shí)角焊縫的計(jì)算軸心力共同作用時(shí)角焊縫的計(jì)算(搭接連接）搭接連接）Vea0 xyyAAN0 xyVAANTxyrrxryA0h he e AT T ATT,V,N作用下作用下A

47、點(diǎn)應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力:xyA0 AV0y0 ANA AT AT AN AVweVlhNAweNlhNApxxPTcosITrrrIrTTApyyPTsinITrrrIrTTA代入角焊縫實(shí)用公式（代入角焊縫實(shí)用公式（3-13）強(qiáng)度驗(yàn)算公式：）強(qiáng)度驗(yàn)算公式：wf22)()(fNATAfVATA（3.-23）角焊縫計(jì)算步驟角焊縫計(jì)算步驟l確定荷載；確定荷載；l進(jìn)行截面應(yīng)力狀態(tài)分析；進(jìn)行截面應(yīng)力狀態(tài)分析；l確定焊腳尺寸，計(jì)算截面幾何特征值；確定焊腳尺寸，計(jì)算截面幾何特征值；l強(qiáng)度驗(yàn)算。強(qiáng)度驗(yàn)算。確定最不利位置；確定最不利位置；例例3.6 試設(shè)計(jì)如圖試設(shè)計(jì)如圖a所示牛腿和柱連接的角焊縫。已知所示牛腿和柱連接的角

48、焊縫。已知F=420kN(靜靜力荷載力荷載），鋼材為），鋼材為Q235B，焊條為，焊條為E43，手工焊。，手工焊?！窘饨狻?采用如圖采用如圖b所示沿牛腿周邊圍焊的角焊縫，且再轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊。為所示沿牛腿周邊圍焊的角焊縫，且再轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊。為避免焊縫相交的不利影響，將牛腿的上下角切去避免焊縫相交的不利影響，將牛腿的上下角切去r15 mm的弧形缺口，的弧形缺口，因此可取焊縫的有效截面如圖因此可取焊縫的有效截面如圖c所示。所示。 力力F在角焊縫形心處引起的剪力：在角焊縫形心處引起的剪力：V=420kN彎矩：彎矩：M=Fe=4200.3=126kN.m，由于牛腿翼緣豎向剛度低，故一般由于牛腿翼緣豎向

49、剛度低，故一般考慮剪力由腹板上兩條豎向焊縫承受，彎矩則由全部焊縫承受。考慮剪力由腹板上兩條豎向焊縫承受，彎矩則由全部焊縫承受。 fB fA fB(a)(b)(c)F1. 焊縫有效截面的幾何性質(zhì)焊縫有效截面的幾何性質(zhì)取取mm7 . 6205 . 15 . 1mm6 . 982 . 12 . 1mm8maxfminminmaxffththh兩條豎向焊縫的有效截面面積：兩條豎向焊縫的有效截面面積：2ecm4 .378 . 025 . 123887 . 02A全部焊縫有效截面對(duì)全部焊縫有效截面對(duì)x軸的慣性矩：軸的慣性矩：4222wcm1627072.18158 . 07 . 0228.20158 .

50、07 . 024 .338 . 07 . 01212I3e791cm56.2016270W全部焊縫有效截面模量：全部焊縫有效截面模量：2. 焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算B點(diǎn)，承受由彎矩和剪力共同作用點(diǎn)，承受由彎矩和剪力共同作用22fBN/mm2 .14756.2019N/mm3 .591滿足滿足223efBN/mm3 .112104 .3710420AV2wf222fB2ffN/mm1608 .1643 .11222. 12 .147fBA點(diǎn)承受由彎矩產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力點(diǎn)承受由彎矩產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力2wff236efAN/mm19516022. 1N/mm3 .591107

51、9110126fWM滿足滿足例例3-6 試設(shè)計(jì)如圖所示厚度為試設(shè)計(jì)如圖所示厚度為12mm支托板與柱翼緣搭接連接支托板與柱翼緣搭接連接的角焊縫。已知的角焊縫。已知V=200kN(靜力荷載靜力荷載），鋼材為），鋼材為Q235，焊條為，焊條為E43，手工焊。，手工焊?！窘饨狻?采用圖示三面圍焊采用圖示三面圍焊mm7 . 6205 . 15 . 1mm1110211221mm8maxfminmaxffththh）（）（選VA29286.7xy400A0h he e AT T AT AF16400300423xcm1606820)8 . 030(8 . 07 . 02408 . 07 . 0121I42

52、32ycm515867. 82/ )8 . 030()8 . 030()8 . 030(8 . 07 . 0121267. 8408 . 07 . 0I4yxpcm21226515816068III1. 焊縫有效截面的幾何性質(zhì)焊縫有效截面的幾何性質(zhì) 焊縫有效截面的形心位置焊縫有效截面的形心位置cm67. 840)8 . 030(28 . 07 . 02/8 . 03098 . 07 . 022x86.7xy400A0h he e23weN/mm30.362)8300(40087 . 010200)(lhVAVWVA T f f FA2wf22222fN/mm160N/mm3 .14773.96

53、22. 13 .3629.99)(fTAVTAA2. 焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算(A點(diǎn)點(diǎn))244px244pyN/mm29.991021226)7 .868300(1010266N/mm73.9610212262001010266AITrITrTAT滿足滿足MKNT.10266)67. 83030(2003.5 3.5 焊接殘余應(yīng)力和焊接變形焊接殘余應(yīng)力和焊接變形3.5.1 焊接殘余應(yīng)力和變形的原因焊接殘余應(yīng)力和變形的原因1.1.焊接殘余應(yīng)力的分類焊接殘余應(yīng)力的分類 縱向縱向焊接應(yīng)力：長(zhǎng)度方向的應(yīng)力焊接應(yīng)力：長(zhǎng)度方向的應(yīng)力 橫向橫向焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且平行于構(gòu)件表焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)

54、度方向且平行于構(gòu)件表面的應(yīng)力面的應(yīng)力 ； 厚度方向厚度方向焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且垂直于構(gòu)焊接應(yīng)力：垂直于焊縫長(zhǎng)度方向且垂直于構(gòu)件表面的應(yīng)力。件表面的應(yīng)力。 +-500500o oC C800800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC C800800o oC C施施焊焊方方向向8cm64202468cm施焊時(shí)焊縫附近達(dá)施焊時(shí)焊縫附近達(dá)16001600以上，而鄰近區(qū)域溫度驟降。以上，而鄰近區(qū)域溫度驟降。焊縫周圍焊縫周圍產(chǎn)生不均產(chǎn)生不均勻溫度場(chǎng)勻溫度場(chǎng)l 焊縫處鋼材受熱伸長(zhǎng)，但受兩側(cè)低溫區(qū)域的限制產(chǎn)生熱塑性壓縮；焊縫處鋼材受熱伸長(zhǎng)，但受兩側(cè)低溫區(qū)域

55、的限制產(chǎn)生熱塑性壓縮；l 焊縫冷卻時(shí)收縮又受到限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力；焊縫冷卻時(shí)收縮又受到限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力；l 拉應(yīng)力大小可達(dá)鋼材屈服點(diǎn)拉應(yīng)力大小可達(dá)鋼材屈服點(diǎn) fy;l 遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域產(chǎn)生縱向壓應(yīng)力，焊件內(nèi)應(yīng)力自相平衡。遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域產(chǎn)生縱向壓應(yīng)力，焊件內(nèi)應(yīng)力自相平衡。（1 1）縱向焊接殘余應(yīng)力）縱向焊接殘余應(yīng)力2.2.焊接殘余應(yīng)力的成因焊接殘余應(yīng)力的成因-+（2 2）橫向焊接殘余應(yīng)力）橫向焊接殘余應(yīng)力l焊縫縱向收縮，焊件有反向彎曲變形的趨勢(shì)，在焊縫處焊縫縱向收縮，焊件有反向彎曲變形的趨勢(shì)，在焊縫處中中部受拉，兩端受壓部受拉，兩端受壓；l先焊焊縫凝固阻止后焊焊縫橫向自由膨脹，發(fā)生橫向塑性先焊焊縫凝固阻

56、止后焊焊縫橫向自由膨脹，發(fā)生橫向塑性壓縮變形；焊縫冷卻，壓縮變形；焊縫冷卻，后焊焊縫收縮受限產(chǎn)生拉應(yīng)力，先后焊焊縫收縮受限產(chǎn)生拉應(yīng)力，先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力；焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力；l應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān)應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān)；l橫向應(yīng)力是上述兩種應(yīng)力合成。橫向應(yīng)力是上述兩種應(yīng)力合成。(a)焊縫縱向收縮焊縫縱向收縮 時(shí)的變形趨勢(shì)時(shí)的變形趨勢(shì)-+-(b)焊縫縱向收縮焊縫縱向收縮 時(shí)的橫向應(yīng)力時(shí)的橫向應(yīng)力xy-+-+(d)焊縫橫向焊縫橫向殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力yx-+施施焊焊方方向向(e)xy-+-施施焊焊方方向向( f )yx不同施焊方向不同施焊方向下下, ,焊縫橫向焊縫橫向收縮時(shí)產(chǎn)生的收縮時(shí)產(chǎn)生的橫向殘余應(yīng)

57、力橫向殘余應(yīng)力+-+施施焊焊方方向向(c)焊縫橫向收縮焊縫橫向收縮 時(shí)的橫向應(yīng)力時(shí)的橫向應(yīng)力xy（3 3）沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力）沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力l在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。沿厚度方向在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。沿厚度方向先焊焊縫凝固，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形。先焊焊縫凝固，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生塑性壓縮變形。-+-321x xy yz zl冷卻時(shí)外圍焊縫散熱快先冷固，內(nèi)層焊縫收縮受限制產(chǎn)生冷卻時(shí)外圍焊縫散熱快先冷固，內(nèi)層焊縫收縮受限制產(chǎn)生沿厚度方向的拉應(yīng)力，外部則產(chǎn)生壓應(yīng)力。沿厚度方向的拉應(yīng)力，外部則產(chǎn)生壓應(yīng)力。 因此除了橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力因此除了橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力 x x ， y y外，還存在沿厚度方外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力向的焊接殘余應(yīng)力 z z ，這三種應(yīng)力形成同號(hào)三向拉應(yīng)力，這三種應(yīng)力形