鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

1、第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接主要內(nèi)容主要內(nèi)容3.1 3.1 連接的種類及特點(diǎn)連接的種類及特點(diǎn)3.2 3.2 焊接方法和焊縫連接的型式焊接方法和焊縫連接的型式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)力和焊接殘余變形焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形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)螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算高強(qiáng)螺栓連接的構(gòu)造和計(jì)算基本要求基本要求: :1 1、了解鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法和特點(diǎn)、了解鋼結(jié)構(gòu)常用的連接方法和特點(diǎn)2 2、了解對(duì)接焊縫的工作性能、了解對(duì)接

2、焊縫的工作性能, ,掌握對(duì)接焊縫的計(jì)算方法掌握對(duì)接焊縫的計(jì)算方法3 3、了解角焊縫的工作性能、了解角焊縫的工作性能, ,掌握角焊縫在各種受力情況下的掌握角焊縫在各種受力情況下的計(jì)算方法計(jì)算方法, ,理解各種構(gòu)造尺寸限制的意義理解各種構(gòu)造尺寸限制的意義4 4、了解焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的形成原因及對(duì)結(jié)構(gòu)工作的、了解焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的形成原因及對(duì)結(jié)構(gòu)工作的影響影響, ,了解減少焊接應(yīng)力與焊接變形的措施了解減少焊接應(yīng)力與焊接變形的措施5 5、了解普通螺栓的抗剪和抗拉工作性能、了解普通螺栓的抗剪和抗拉工作性能, ,可能的破壞形式可能的破壞形式, ,掌掌握普通螺栓連接在各種受力情況下的計(jì)算方法握普

3、通螺栓連接在各種受力情況下的計(jì)算方法6 6、了解高強(qiáng)度螺栓連接的抗拉及抗剪工作性能、了解高強(qiáng)度螺栓連接的抗拉及抗剪工作性能, ,掌握摩擦型高掌握摩擦型高強(qiáng)螺栓連接在各種受力情況下的計(jì)算方法強(qiáng)螺栓連接在各種受力情況下的計(jì)算方法重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)及難點(diǎn)1 1、角焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算、角焊縫連接的構(gòu)造和計(jì)算2 2、普通螺栓和高強(qiáng)螺栓連接的構(gòu)造與計(jì)算、普通螺栓和高強(qiáng)螺栓連接的構(gòu)造與計(jì)算n鉚釘連接鉚釘連接 n焊縫連接焊縫連接 n螺栓連接螺栓連接 3-1連接的種類及特點(diǎn)連接的種類及特點(diǎn)支托板一、鉚釘連接一、鉚釘連接：目前很少采用，因?yàn)樗M(fèi)工、費(fèi)時(shí)，但它最大優(yōu)目前很少采用，因?yàn)樗M(fèi)工、費(fèi)時(shí)，但它最大優(yōu)點(diǎn)是連接的

4、塑、韌性好，傳力可靠，對(duì)一些重型廠房和經(jīng)常點(diǎn)是連接的塑、韌性好，傳力可靠，對(duì)一些重型廠房和經(jīng)常承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，有時(shí)仍采用。承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，有時(shí)仍采用。二、焊縫連接二、焊縫連接：是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、用鋼量是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、用鋼量省，任何形式的構(gòu)件都可直接相連。省，任何形式的構(gòu)件都可直接相連。三、螺栓連接三、螺栓連接：分為普通螺栓連接和高強(qiáng)螺栓連接分為普通螺栓連接和高強(qiáng)螺栓連接1 1、普通螺栓連接：材料一般以、普通螺栓連接：材料一般以Q235Q235鋼來(lái)制作，也稱為鋼來(lái)制作，也稱為4.64.6級(jí)級(jí)（fu=400N/mmfu=400N/mm2 2 fy/fu

5、=0.6) fy/fu=0.6)普通螺栓普通螺栓C C級(jí)螺栓級(jí)螺栓- -類孔，孔徑與桿徑相差大類孔，孔徑與桿徑相差大1.5-1.5-2.0mm 2.0mm ，易于安裝，但受剪性能不好。，易于安裝，但受剪性能不好。A A、B B級(jí)螺栓級(jí)螺栓- -類孔，孔徑與桿經(jīng)相差小類孔，孔徑與桿經(jīng)相差小0.18-0.18-0.25mm0.25mm，受力性能較好，但制作、安裝復(fù)雜。，受力性能較好，但制作、安裝復(fù)雜。2 2、摩擦型高強(qiáng)螺栓、摩擦型高強(qiáng)螺栓- -與普通螺栓兩點(diǎn)不同與普通螺栓兩點(diǎn)不同（1 1）材料采用高強(qiáng)度的鋼材）材料采用高強(qiáng)度的鋼材4545號(hào)鋼為材料：也稱號(hào)鋼為材料：也稱8.88.8級(jí)級(jí)(fu=80

6、0N/mm(fu=800N/mm2 2 fy/fu=0.8) fy/fu=0.8)40B40B鋼鋼20MnTiB20MnTiB鋼鋼為材料：也稱為材料：也稱10.910.9級(jí)級(jí)高強(qiáng)螺栓的螺帽和墊圈一般全部采用高強(qiáng)螺栓的螺帽和墊圈一般全部采用4545號(hào)鋼或號(hào)鋼或3535號(hào)鋼號(hào)鋼（2 2）傳力方式不同）傳力方式不同普通螺栓傳力方式普通螺栓傳力方式螺桿的抗剪螺桿的抗剪螺桿和孔壁之間的相互承壓螺桿和孔壁之間的相互承壓摩擦型高強(qiáng)螺栓傳力方式摩擦型高強(qiáng)螺栓傳力方式構(gòu)件之間的摩擦力構(gòu)件之間的摩擦力PN3 3、承壓型高強(qiáng)螺栓、承壓型高強(qiáng)螺栓3-23-2焊接方法和焊縫連接的型式焊接方法和焊縫連接的型式一、鋼結(jié)構(gòu)常

7、見的焊接方法一、鋼結(jié)構(gòu)常見的焊接方法在鋼結(jié)構(gòu)中最常采用的焊接方法是電弧焊在鋼結(jié)構(gòu)中最常采用的焊接方法是電弧焊電弧焊電弧焊手工電弧焊手工電弧焊自動(dòng)、半自動(dòng)埋弧焊自動(dòng)、半自動(dòng)埋弧焊氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊各自的焊接原理見教科書各自的焊接原理見教科書P33-34P33-34其中要求大家要清楚兩點(diǎn)：其中要求大家要清楚兩點(diǎn)：（1 1）手工電弧焊條的型號(hào)）手工電弧焊條的型號(hào)-E43-E43型、型、E50E50型、型、E55E55型型（2 2）手工電弧焊條應(yīng)與焊件主體金屬相適應(yīng)）手工電弧焊條應(yīng)與焊件主體金屬相適應(yīng) Q235 Q235 E43 E43型型 Q345 (Q345 (16Mn16Mn) ) E43 E

8、43型型 Q390 (Q390 (15MnV15MnV) )、Q420 Q420 E55 E55型型E-E-表示焊條，其后兩位數(shù)字表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度表示焊條，其后兩位數(shù)字表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度f(wàn)ufu值值二、不同焊接方法的特點(diǎn)二、不同焊接方法的特點(diǎn)1 1、手工焊、手工焊 設(shè)備簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，特別適用于焊短焊縫、設(shè)備簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，特別適用于焊短焊縫、曲折焊縫、高空及安裝焊縫，但焊縫質(zhì)量主要取決于焊工的曲折焊縫、高空及安裝焊縫，但焊縫質(zhì)量主要取決于焊工的技術(shù)水平，質(zhì)量波動(dòng)大，勞動(dòng)條件差，但很常用。技術(shù)水平，質(zhì)量波動(dòng)大，勞動(dòng)條件差，但很常用。2 2、自動(dòng)焊、自動(dòng)焊 質(zhì)量穩(wěn)定，比手工電弧焊質(zhì)量高

9、，適用于焊長(zhǎng)焊質(zhì)量穩(wěn)定，比手工電弧焊質(zhì)量高，適用于焊長(zhǎng)焊縫，生產(chǎn)效率高?？p，生產(chǎn)效率高。3 3、氣體保護(hù)焊、氣體保護(hù)焊 質(zhì)量比手工電弧焊高，但不適用于野外有質(zhì)量比手工電弧焊高，但不適用于野外有風(fēng)的地方風(fēng)的地方三、焊縫的形式和焊縫連接型式三、焊縫的形式和焊縫連接型式焊縫形式焊縫形式對(duì)接焊縫對(duì)接焊縫角焊縫角焊縫正面角焊縫正面角焊縫側(cè)面角焊縫側(cè)面角焊縫 N NN N 正面正面?zhèn)让鎮(zhèn)让孢B接型式有連接型式有：平接、搭接、：平接、搭接、T T型連接、角接等等。見書型連接、角接等等。見書P36P36圖圖3-63-6另焊縫按施焊位置不同又可分為：平焊、橫焊、立焊和仰焊。另焊縫按施焊位置不同又可分為：平焊、橫焊

10、、立焊和仰焊。角焊縫按長(zhǎng)度方向的布置不同分為：連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫。角焊縫按長(zhǎng)度方向的布置不同分為：連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫。四、焊縫缺陷、質(zhì)量檢驗(yàn)及焊縫質(zhì)量級(jí)別四、焊縫缺陷、質(zhì)量檢驗(yàn)及焊縫質(zhì)量級(jí)別焊縫缺陷焊縫缺陷 裂紋、氣孔、未焊透等。具體見書裂紋、氣孔、未焊透等。具體見書P26P26圖圖3.83.8質(zhì)量檢驗(yàn)質(zhì)量檢驗(yàn) 由于焊縫缺陷不可避免存在，所以焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)極為由于焊縫缺陷不可避免存在，所以焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)極為重要，對(duì)焊縫質(zhì)量應(yīng)按其受力性質(zhì)和所處部位分級(jí)檢驗(yàn)。重要，對(duì)焊縫質(zhì)量應(yīng)按其受力性質(zhì)和所處部位分級(jí)檢驗(yàn)。鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范將焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)分為三級(jí)見書將焊縫質(zhì)量檢

11、驗(yàn)分為三級(jí)見書P38P38焊縫質(zhì)量級(jí)別須在施工圖中標(biāo)注，三級(jí)焊縫可不標(biāo)注焊縫質(zhì)量級(jí)別須在施工圖中標(biāo)注，三級(jí)焊縫可不標(biāo)注焊縫缺陷的控制和處理見國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)焊縫缺陷的控制和處理見國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)焊縫符號(hào)的要求及標(biāo)注方法應(yīng)符合焊縫符號(hào)的要求及標(biāo)注方法應(yīng)符合焊縫符號(hào)表示方法焊縫符號(hào)表示方法GB324-88GB324-88建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)GBJ105-2001GBJ105-2001焊縫符號(hào)通常由焊縫符號(hào)通常由引出線、圖形符號(hào)、輔助符號(hào)引出線、圖形符號(hào)、輔助符號(hào)三部分組成三部分組成 。見書見書P39P39表表3-13-1五、焊

12、縫符號(hào)及標(biāo)注方法五、焊縫符號(hào)及標(biāo)注方法在鋼結(jié)構(gòu)施工圖上，應(yīng)以在鋼結(jié)構(gòu)施工圖上，應(yīng)以焊縫符號(hào)焊縫符號(hào)標(biāo)注出標(biāo)注出焊縫形式焊縫形式、焊縫尺寸焊縫尺寸及及輔助要求輔助要求3-33-3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)算一、構(gòu)造一、構(gòu)造 對(duì)接焊縫又稱對(duì)接焊縫又稱坡口焊縫坡口焊縫，因?yàn)樵诤附訒r(shí)，焊件間須有適合于焊條，因?yàn)樵诤附訒r(shí)，焊件間須有適合于焊條運(yùn)轉(zhuǎn)的空間。故一般將焊件邊緣加工成坡口運(yùn)轉(zhuǎn)的空間。故一般將焊件邊緣加工成坡口, ,斜坡口和根部間隙組斜坡口和根部間隙組成一個(gè)焊條能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的施焊空間成一個(gè)焊條能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的施焊空間. .1 1、坡口形式、坡口形式 對(duì)接焊縫的坡口型式分為：對(duì)接焊縫的坡口型式分為

13、：I I形、單邊形、單邊V V形、形、V V形、形、U U形、形、X X形等形等 見書見書P41P41圖圖3.33.3，實(shí)際選用何種形式，主要根據(jù)焊件厚，實(shí)際選用何種形式，主要根據(jù)焊件厚t t度來(lái)確定。度來(lái)確定。C=0.5-2mmC=2-3mmC=2-3mmC=3-4mmt tt tC=3-4mm2 2、厚度或?qū)挾茸兓瘯r(shí)的構(gòu)件連接要求、厚度或?qū)挾茸兓瘯r(shí)的構(gòu)件連接要求 在對(duì)接焊縫的拼接處，在對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件寬度不同或厚度相差當(dāng)焊件寬度不同或厚度相差4mm4mm以上時(shí)，應(yīng)以上時(shí)，應(yīng)分別做成坡度分別做成坡度1/2.56mm h6mm hf ft t1 1-(1-2)mm-(1-2)mm t

14、t1 16mm h6mm hf f t t1 1b.b.h hf f 1.2t 1.2tminmintt1 1,t,t2 2 t t1 1t t2 2t t1 1t t2 2（2 2）最小焊縫厚度）最小焊縫厚度h hfminfmin 限制最小厚度的原因有二：一是為了限制最小厚度的原因有二：一是為了保證焊縫最小承載力；二是防止焊縫因冷卻過(guò)快而產(chǎn)生裂紋。保證焊縫最小承載力；二是防止焊縫因冷卻過(guò)快而產(chǎn)生裂紋。規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：)mmt (t.hmaxf為較厚焊件厚度51自動(dòng)焊自動(dòng)焊單面單面t t型焊型焊)mm(t.hmaxf151)mm(t.hmaxf151 角焊縫按外力作用方向又分為角焊縫按外力

15、作用方向又分為正面角焊縫正面角焊縫和和側(cè)面角焊縫側(cè)面角焊縫，對(duì)于側(cè)，對(duì)于側(cè)面角焊縫來(lái)說(shuō)，其剪應(yīng)力面角焊縫來(lái)說(shuō)，其剪應(yīng)力 的分布不均勻，沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)的分布不均勻，沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力分布為兩頭大，中間小。長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，分布愈不均勻。因而需對(duì)力分布為兩頭大，中間小。長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，分布愈不均勻。因而需對(duì)側(cè)縫的最大長(zhǎng)度進(jìn)行限制。側(cè)縫的最大長(zhǎng)度進(jìn)行限制。規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定： 靜載靜載fwhl60動(dòng)載動(dòng)載fwhl40（3 3）側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度）側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度maxwl3、搭接連接的構(gòu)造要求、搭接連接的構(gòu)造要求（1）搭接長(zhǎng)度）搭接長(zhǎng)度 當(dāng)兩塊鋼板搭接連接時(shí)，當(dāng)兩塊鋼板搭接連接時(shí)， 為避免

16、焊縫收縮造成的殘余應(yīng)力過(guò)大，為避免焊縫收縮造成的殘余應(yīng)力過(guò)大， 規(guī)定：規(guī)定：2hf2hfbt 為較薄焊件厚度為較薄焊件厚度l5tmin且且25mml(2)當(dāng)板件僅用兩條側(cè)縫連接時(shí)當(dāng)板件僅用兩條側(cè)縫連接時(shí) 試驗(yàn)表明：連接承載力與試驗(yàn)表明：連接承載力與 有關(guān)，當(dāng)有關(guān)，當(dāng) 1時(shí)，連接承載力隨時(shí)，連接承載力隨 增大而下降。增大而下降。因而規(guī)定：因而規(guī)定：wlbwlbwlb且且b 16t (t12mm)b200mm (t 12mm)1wlbmmhlfw408且（4）最小計(jì)算長(zhǎng)度）最小計(jì)算長(zhǎng)度 _ 焊縫的長(zhǎng)度也不可過(guò)短，如果長(zhǎng)度焊縫的長(zhǎng)度也不可過(guò)短，如果長(zhǎng)度過(guò)小的話，會(huì)使焊縫的起弧點(diǎn)和落弧點(diǎn)距離很近，加上

17、一些可過(guò)小的話，會(huì)使焊縫的起弧點(diǎn)和落弧點(diǎn)距離很近，加上一些可能的缺陷，使質(zhì)量不能保證。能的缺陷，使質(zhì)量不能保證。規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：minwllw（3 3）桿件端部搭接的構(gòu)造）桿件端部搭接的構(gòu)造三面圍焊三面圍焊 轉(zhuǎn)角處不能滅弧，應(yīng)連續(xù)施焊，如果滅弧，會(huì)造轉(zhuǎn)角處不能滅弧，應(yīng)連續(xù)施焊，如果滅弧，會(huì)造成轉(zhuǎn)角處截面突變，產(chǎn)生應(yīng)力集中，且滅弧造成的弧坑的缺陷成轉(zhuǎn)角處截面突變，產(chǎn)生應(yīng)力集中，且滅弧造成的弧坑的缺陷會(huì)加大應(yīng)力集中的影響。會(huì)加大應(yīng)力集中的影響。非圍焊非圍焊 當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí) ，應(yīng)連續(xù)地施行長(zhǎng)，應(yīng)連續(xù)地施行長(zhǎng)度為度為 2h2hf f的繞角焊。的繞角焊。二、

18、強(qiáng)度二、強(qiáng)度應(yīng)力分布情況：應(yīng)力分布情況：側(cè)面角焊縫側(cè)面角焊縫 應(yīng)力狀態(tài)比較單純，應(yīng)力狀態(tài)比較單純，主要承主要承受剪應(yīng)力受剪應(yīng)力，其剪應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度分布不均，其剪應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度分布不均勻，兩端大，中間小，焊縫愈長(zhǎng)，分布愈勻，兩端大，中間小，焊縫愈長(zhǎng)，分布愈不均勻。不均勻。所以側(cè)縫的破壞一般在長(zhǎng)度的端部先所以側(cè)縫的破壞一般在長(zhǎng)度的端部先行破壞，然后擴(kuò)展到整個(gè)長(zhǎng)度。行破壞，然后擴(kuò)展到整個(gè)長(zhǎng)度。 正面角焊縫正面角焊縫 應(yīng)力狀態(tài)比側(cè)縫要應(yīng)力狀態(tài)比側(cè)縫要復(fù)雜的多，在焊縫各面上，復(fù)雜的多，在焊縫各面上，既有既有正應(yīng)力又有剪應(yīng)力，且在各個(gè)面正應(yīng)力又有剪應(yīng)力，且在各個(gè)面上分布不均勻上分布不均勻，但沿焊縫長(zhǎng)度分但

19、沿焊縫長(zhǎng)度分布較均勻，兩端略比中間小些。布較均勻，兩端略比中間小些。 y y yxyx x x xyxy x x xyxy yxyx y yh hf f從上面可以看出。正面角焊縫根部從上面可以看出。正面角焊縫根部應(yīng)力集中現(xiàn)象比較嚴(yán)重，因而應(yīng)力集中現(xiàn)象比較嚴(yán)重，因而破壞破壞時(shí)先在根部出現(xiàn)裂紋，而后擴(kuò)展到時(shí)先在根部出現(xiàn)裂紋，而后擴(kuò)展到整個(gè)截面。整個(gè)截面。通過(guò)試驗(yàn)，可以得到：在破壞時(shí)，正面角焊縫的強(qiáng)度高于通過(guò)試驗(yàn)，可以得到：在破壞時(shí)，正面角焊縫的強(qiáng)度高于側(cè)縫，在同一焊縫厚度下，側(cè)縫，在同一焊縫厚度下，正面角焊縫的強(qiáng)度約為側(cè)縫的正面角焊縫的強(qiáng)度約為側(cè)縫的1.35-1.551.35-1.55倍，但正面角

20、焊縫的塑性比側(cè)縫要差倍，但正面角焊縫的塑性比側(cè)縫要差，因?yàn)楦恳驗(yàn)楦看嬖趹?yīng)力集中，使焊縫性質(zhì)變的硬脆。存在應(yīng)力集中，使焊縫性質(zhì)變的硬脆。（1 1）在角焊縫的計(jì)算中，實(shí)行強(qiáng)度統(tǒng)一，以較低的一方為準(zhǔn)。）在角焊縫的計(jì)算中，實(shí)行強(qiáng)度統(tǒng)一，以較低的一方為準(zhǔn)。 f ff fw w 角焊縫的設(shè)計(jì)強(qiáng)度（實(shí)質(zhì)上是以側(cè)縫角焊縫的設(shè)計(jì)強(qiáng)度（實(shí)質(zhì)上是以側(cè)縫 的抗剪強(qiáng)度確定的）的抗剪強(qiáng)度確定的）抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度（2 2）計(jì)算截面取焊縫的最小截面）計(jì)算截面取焊縫的最小截面 有效截面有效截面計(jì)算時(shí)假定有效截面上應(yīng)力均勻分布計(jì)算時(shí)假定有效截面上應(yīng)力均勻分布 有效厚度：有效厚度： h he e=0.7

21、 =0.7 h hf f 有效截面面積：有效截面面積： A Ae e=0.7 =0.7 h hf fl lw wh hf fh he e三、計(jì)算三、計(jì)算1 1、角焊縫計(jì)算的基本計(jì)算公式、角焊縫計(jì)算的基本計(jì)算公式如圖所示的角焊縫連接如圖所示的角焊縫連接 / fyfy fxfx4545xNzNyNfh在三向軸力作用下。焊縫有效截面的應(yīng)力在三向軸力作用下。焊縫有效截面的應(yīng)力 、 、 /表示表示 ， 垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的正應(yīng)力和剪應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的正應(yīng)力和剪應(yīng)力 / 平行于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力平行于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力實(shí)踐證明：角焊縫在復(fù)雜應(yīng)力作用下的強(qiáng)度條件可和焊件一樣實(shí)踐證明：角焊縫在復(fù)雜應(yīng)

22、力作用下的強(qiáng)度條件可和焊件一樣用公式：用公式：換算成抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值所以乘以實(shí)質(zhì)上是抗剪強(qiáng)度，角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。333222_ff)(wfwf/為便于計(jì)算，用為便于計(jì)算，用 fxfx、 fyfy代替代替 、 ，用用 fzfz代替代替 /（ fzfz= = /）將其代入上述公式中，通過(guò)推導(dǎo)計(jì)算，公式可寫為：將其代入上述公式中，通過(guò)推導(dǎo)計(jì)算，公式可寫為：wffzfyfxfyfxf22232).(上式為三向力作用下強(qiáng)度計(jì)算的基本公式。下面分析幾種特殊情況上式為三向力作用下強(qiáng)度計(jì)算的基本公式。下面分析幾種特殊情況 fyfy fxfx4545（1 1）當(dāng)）當(dāng) fxfx= = fyfy=0 =0 時(shí)（時(shí)（

23、即即NxNx=Ny=0=Ny=0) )wfzwfywfxlhNzlhNfyfyylhNfxfxxNNN.7 . 0/.7 . 0.7 . 0此時(shí)只有平行于焊縫長(zhǎng)度方向的此時(shí)只有平行于焊縫長(zhǎng)度方向的軸向力軸向力側(cè)面角焊縫側(cè)面角焊縫側(cè)焊縫受力：側(cè)焊縫受力：側(cè)焊縫設(shè)計(jì)計(jì)算公式）(.wflhNffwe（2 2）當(dāng)）當(dāng) fxfx（或（或 fyfy）= = fzfz =0=0此時(shí)只有垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸向力此時(shí)只有垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸向力正面角焊縫受力：正面角焊縫受力：（正縫設(shè)計(jì)計(jì)算公式）wflhNffwe22. 1.(3)(3)當(dāng)當(dāng) fxfx（或（或 fyfy）=0=0同時(shí)有平行于和垂直于焊縫長(zhǎng)度方

24、向的軸心力作用在焊縫上同時(shí)有平行于和垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸心力作用在焊縫上其設(shè)計(jì)公式則為：其設(shè)計(jì)公式則為：xNzNyNyN一般設(shè)計(jì)公式）()22.1(22wffff當(dāng)作用力與焊縫長(zhǎng)度方向既不平行又不垂直時(shí)，可將它分解當(dāng)作用力與焊縫長(zhǎng)度方向既不平行又不垂直時(shí)，可將它分解成兩個(gè)方向的力，按上式計(jì)算。成兩個(gè)方向的力，按上式計(jì)算。若以若以 f f代替各公式中的代替各公式中的1.221.22，最終可得到角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的三個(gè)，最終可得到角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的三個(gè)基本公式如下：基本公式如下：) 1 (.wflhNffwe)2(.wfflhNffwe)3()(22wfffff靜載、間接動(dòng)載：靜載、間接動(dòng)載： f f

25、=1.22=1.22動(dòng)動(dòng)載：載： f f=1.0=1.0 正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù) f2 2、計(jì)算、計(jì)算（1 1）軸心力作用下的角焊縫計(jì)算）軸心力作用下的角焊縫計(jì)算a a、鋼板與鋼板的連接、鋼板與鋼板的連接N NN N當(dāng)作用力通過(guò)角焊縫群的形心當(dāng)作用力通過(guò)角焊縫群的形心時(shí)，可認(rèn)為焊縫的應(yīng)力沿焊縫時(shí)，可認(rèn)為焊縫的應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度為均勻分布長(zhǎng)度為均勻分布2wl1wl 角焊縫的有效厚度，直角角焊縫角焊縫的有效厚度，直角角焊縫h he e =0.7 =0.7h hf f( (h hf f較小焊腳尺寸）較小焊腳尺寸） 兩焊件間角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度總和，兩焊件間角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度總

26、和，每條焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減每條焊縫取實(shí)際長(zhǎng)度減去去2 2h hf f，以考慮扣除施焊時(shí)起弧、落弧處的弧坑缺陷。以考慮扣除施焊時(shí)起弧、落弧處的弧坑缺陷。 ehwl計(jì)算拼接板和一側(cè)焊件連接的焊計(jì)算拼接板和一側(cè)焊件連接的焊縫時(shí)，由構(gòu)造確定縫時(shí)，由構(gòu)造確定 ，然后進(jìn)，然后進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。行強(qiáng)度計(jì)算。fhmaxminfffhhh2wl只采用正縫時(shí)：只采用正縫時(shí)：靜載作用）(22. 17 . 021wffwffhlN只采用側(cè)縫時(shí)：只采用側(cè)縫時(shí)：wffwffhlN7 . 042采用三面圍焊時(shí)：先計(jì)算正縫所負(fù)擔(dān)的力采用三面圍焊時(shí)：先計(jì)算正縫所負(fù)擔(dān)的力wffwfflhN17 . 02則側(cè)縫負(fù)擔(dān)的力為則側(cè)縫負(fù)擔(dān)的力為

27、 NNwfwffflhNN27 . 04如直接受動(dòng)載，則如直接受動(dòng)載，則 f f=1.0=1.0計(jì)算即可直接由公式：wfweflhN2wl2wlN NN NN N當(dāng)焊縫方向復(fù)雜時(shí)，如菱形蓋板拼接焊縫，為使計(jì)算簡(jiǎn)化，可當(dāng)焊縫方向復(fù)雜時(shí)，如菱形蓋板拼接焊縫，為使計(jì)算簡(jiǎn)化，可不考慮應(yīng)力方向，即偏于安全取不考慮應(yīng)力方向，即偏于安全取 f f=1.0,=1.0,也按公式也按公式計(jì)算wfweflhNN Nb b、鋼板與角鋼的連接、鋼板與角鋼的連接兩面?zhèn)群福簝擅鎮(zhèn)群福弘m然軸心力通過(guò)截面形心，但由雖然軸心力通過(guò)截面形心，但由于截面形心到角鋼肢背和肢尖距于截面形心到角鋼肢背和肢尖距離不等，所以肢背焊縫和肢尖焊離

28、不等，所以肢背焊縫和肢尖焊縫受力不相等?？p受力不相等。e e1 1e e2 2N NN N1 1N N2 2設(shè)設(shè)N N1 1、N N2 2分別為兩焊縫負(fù)擔(dān)力分別為兩焊縫負(fù)擔(dān)力由力的平衡由力的平衡 oNx 0MNNN212211eNeN解得解得NNeeeNNNeeeN22112121213132,2121，設(shè)計(jì)時(shí)可近似取縫的內(nèi)力分配系數(shù)角鋼肢背焊縫和肢尖焊或由下表查出：或由下表查出：角鋼類型角鋼類型連接形式連接形式內(nèi)力分配系數(shù)內(nèi)力分配系數(shù)肢背肢背 1 1肢尖肢尖 2 2等肢角鋼等肢角鋼0.70.70.300.30不等肢角鋼不等肢角鋼短肢相連短肢相連0.750.750.250.25不等肢角鋼不等肢

29、角鋼長(zhǎng)肢相連長(zhǎng)肢相連0.650.650.350.35e e1 1e e2 2N NN N1 1N N2 2三面圍焊：三面圍焊：N N3 3先選定正面角焊縫的先選定正面角焊縫的h hf f，并算，并算出它所負(fù)擔(dān)的力出它所負(fù)擔(dān)的力wffwfflhN337 . 0通過(guò)平衡可解得：通過(guò)平衡可解得：22322311NNNNNNN NN N1 1N N3 3算出算出N N3 3 求出求出N N1 1= =N N- -N N3 3L L形焊接：形焊接：上述各種情況的上述各種情況的N N1 1、N N2 2求出以后，根據(jù)側(cè)縫強(qiáng)度計(jì)算公求出以后，根據(jù)側(cè)縫強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算強(qiáng)度：式計(jì)算強(qiáng)度：wffwwfwefhNl

30、flhN7 . 0211111wffwwfwefhNlflhN7 . 0222222焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度需考慮焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度需考慮起弧和落弧的因素，且起弧和落弧的因素，且取取10mm10mm的倍數(shù)。的倍數(shù)。角鋼和鋼板間用側(cè)焊縫搭接連接，當(dāng)角鋼肢背與肢尖焊縫的焊腳尺寸和焊縫長(zhǎng)度都相等時(shí)，那么下列說(shuō)法正確的是 。(A)角鋼肢背的側(cè)焊縫與角鋼肢尖的側(cè)焊縫受力相等。(B)角鋼肢尖側(cè)焊縫受力大于角鋼肢背的側(cè)焊縫。(C)角鋼肢背側(cè)焊縫受力大于角鋼肢尖的側(cè)焊縫。(D)由于角鋼肢背和肢尖的側(cè)焊縫受力不相等，因而連接受彎矩 的作用。選擇題：彎矩單獨(dú)作用時(shí)彎矩單獨(dú)作用時(shí)M M0.70.7h hf f0.70.7h hf

31、 fl lw w f f焊縫有效截面上的應(yīng)力如同彎曲焊縫有效截面上的應(yīng)力如同彎曲應(yīng)力一樣，呈三角形分布，焊縫應(yīng)力一樣，呈三角形分布，焊縫受力屬正面角焊縫受力性質(zhì)。受力屬正面角焊縫受力性質(zhì)。262wewwfwfwflhWWfWM焊縫有效截面的抵抗矩扭矩單獨(dú)作用時(shí)扭矩單獨(dú)作用時(shí)T Tx xy y假定：假定：被連接構(gòu)件是絕對(duì)剛性的，被連接構(gòu)件是絕對(duì)剛性的，而角焊縫是彈性的。而角焊縫是彈性的。被連接構(gòu)件繞角焊縫有效截面形心被連接構(gòu)件繞角焊縫有效截面形心旋轉(zhuǎn)，角焊縫任意一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂旋轉(zhuǎn)，角焊縫任意一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直該點(diǎn)與形心的連線，應(yīng)力的大小與直該點(diǎn)與形心的連線，應(yīng)力的大小與其距離其距離r r成正比

32、。成正比。 fxfxT T“A”“A” fyfyT T fAfAT Tr r據(jù)此可知最危險(xiǎn)點(diǎn)據(jù)此可知最危險(xiǎn)點(diǎn)A A點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力yxTfAIIJJJrT性矩角焊縫有效截面的極慣將將 fAfAT T分解到分解到x x和和y y軸方向軸方向正縫受力性質(zhì)側(cè)縫受力性質(zhì)JrTJrTxTfyyTfx代入基本公式代入基本公式：wfTfxfTfyf22)()(彎、剪、軸心力共同作用下彎、剪、軸心力共同作用下hehehehel lw w fxfxM MV Ve eN NM=VM=Ve e fyfyV V fxfxN N“A A” fyfyT T fAfAT Tr r fxfxT T對(duì)角焊縫有效截面上受

33、力最大處的應(yīng)力進(jìn)行組合，代入基本公式對(duì)角焊縫有效截面上受力最大處的應(yīng)力進(jìn)行組合，代入基本公式wfVfyfNfxMfxf22)()(可得：可得：在扭矩、剪力、軸心力共同作用下搭接連接的角焊縫計(jì)算在扭矩、剪力、軸心力共同作用下搭接連接的角焊縫計(jì)算x xy yx xy y扭矩扭矩T=VT=Ve eN No oo o“A”“A”V Ve eo o fxfxT T fyfyT T fAfAT Tr r fxfxN N fyfyV VV V、N N代入基本公式代入基本公式：wfNfxTfxfVfyTfyf22)()(四、角焊縫設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題求解方法四、角焊縫設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題求解方法1 1、驗(yàn)算型、驗(yàn)算型問(wèn)題特點(diǎn)

34、：已知焊縫尺寸和荷載情況，驗(yàn)算焊縫是否滿足問(wèn)題特點(diǎn)：已知焊縫尺寸和荷載情況，驗(yàn)算焊縫是否滿足 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求求解方法：求解方法：先驗(yàn)算焊縫尺寸是否滿足構(gòu)造要求先驗(yàn)算焊縫尺寸是否滿足構(gòu)造要求? ?荷載向焊縫形心簡(jiǎn)化荷載向焊縫形心簡(jiǎn)化 分析焊縫受力性質(zhì)分析焊縫受力性質(zhì) 確定危險(xiǎn)點(diǎn)（即受力最大點(diǎn)）確定危險(xiǎn)點(diǎn)（即受力最大點(diǎn)）求出各單項(xiàng)荷載作用產(chǎn)生的應(yīng)力，代入相應(yīng)公求出各單項(xiàng)荷載作用產(chǎn)生的應(yīng)力，代入相應(yīng)公式驗(yàn)算式驗(yàn)算2 2、設(shè)計(jì)型、設(shè)計(jì)型問(wèn)題特點(diǎn)：已知荷載情況和連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，要求進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)問(wèn)題特點(diǎn)：已知荷載情況和連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，要求進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn) 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)求解方法：求解方法：確定連接方式和焊縫布置方式確

35、定連接方式和焊縫布置方式確定焊縫受力特征確定焊縫受力特征 可能危險(xiǎn)點(diǎn)位置可能危險(xiǎn)點(diǎn)位置依構(gòu)造確定依構(gòu)造確定h hf f 由相應(yīng)公式求出焊縫計(jì)算長(zhǎng)度由相應(yīng)公式求出焊縫計(jì)算長(zhǎng)度l lw w，或由已定出的，或由已定出的l lw w 求出求出h hf f3 3、設(shè)計(jì)計(jì)算中注意事項(xiàng)、設(shè)計(jì)計(jì)算中注意事項(xiàng)b bt th ht tw wIxIx、IyIy及及WxWx、 WyWy時(shí)時(shí)精確計(jì)算精確計(jì)算簡(jiǎn)化計(jì)算簡(jiǎn)化計(jì)算x xy y例題例題3-23-2、3-33-3、3-43-4、3-53-5要考慮起弧、落弧的缺陷影響要考慮起弧、落弧的缺陷影響選用設(shè)計(jì)用數(shù)值時(shí)，所取選用設(shè)計(jì)用數(shù)值時(shí)，所取h hf f應(yīng)為應(yīng)為1mm1m

36、m的倍數(shù)，的倍數(shù)， 應(yīng)為應(yīng)為10mm10mm的的倍數(shù)，且都不得小于計(jì)算所需數(shù)值倍數(shù)，且都不得小于計(jì)算所需數(shù)值要統(tǒng)一單位，建議在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，凡是涉及力的單位選用要統(tǒng)一單位，建議在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，凡是涉及力的單位選用N N，長(zhǎng)度單位選用長(zhǎng)度單位選用mmmm代入代入在計(jì)算焊縫幾何特征時(shí)，為便于計(jì)算，常作一些簡(jiǎn)化在計(jì)算焊縫幾何特征時(shí)，為便于計(jì)算，常作一些簡(jiǎn)化如求：如求：wl3.5焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形一、焊接殘余應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因一、焊接殘余應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因1、縱向焊接殘余應(yīng)力、縱向焊接殘余應(yīng)力 焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過(guò)程，在施焊時(shí)焊件焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻

37、加熱和冷卻的過(guò)程，在施焊時(shí)焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫及附近溫度最高，達(dá)上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫及附近溫度最高，達(dá)1600C以以上，其鄰近區(qū)域則溫度急劇下降，見上，其鄰近區(qū)域則溫度急劇下降，見P45圖圖3.41300C500C800C1600C+-施焊方向施焊方向施焊時(shí)焊縫及附近的溫度場(chǎng)和焊接殘余應(yīng)力施焊時(shí)焊縫及附近的溫度場(chǎng)和焊接殘余應(yīng)力施焊方向施焊方向 不均勻的溫度場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生不均勻的膨脹，高溫處鋼材膨脹最不均勻的溫度場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生不均勻的膨脹，高溫處鋼材膨脹最大，但由于受到兩側(cè)溫度較低膨脹較小的鋼材的限制，產(chǎn)生了大，但由于受到兩側(cè)溫度較低膨脹較小的鋼材的限制，產(chǎn)生了熱塑態(tài)壓縮，焊縫冷卻時(shí)，被

38、塑性壓縮的焊縫區(qū)趨于縮短，而熱塑態(tài)壓縮，焊縫冷卻時(shí)，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨于縮短，而這種縮短變形受到兩側(cè)鋼材的限制，使焊縫區(qū)產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力這種縮短變形受到兩側(cè)鋼材的限制，使焊縫區(qū)產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。+-施焊方向鋼板上縱向焊接殘余應(yīng)力（沿焊縫長(zhǎng)度方向鋼板上縱向焊接殘余應(yīng)力（沿焊縫長(zhǎng)度方向）焊接殘余應(yīng)力是一種沒有荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會(huì)在焊件焊接殘余應(yīng)力是一種沒有荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會(huì)在焊件內(nèi)部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段產(chǎn)生壓應(yīng)力。內(nèi)部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段產(chǎn)生壓應(yīng)力。2、橫向焊接殘余應(yīng)力、橫向焊接殘余應(yīng)力橫向殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因有兩個(gè)橫向殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因有兩個(gè)其一：其一： 是

39、由于焊縫縱向收縮，兩塊鋼板趨向是由于焊縫縱向收縮，兩塊鋼板趨向于形成反方向的彎曲變形，但實(shí)際上于形成反方向的彎曲變形，但實(shí)際上焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開，焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開，于是在焊縫中部產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而于是在焊縫中部產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而在兩端產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力在兩端產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力-+-+-+=橫向殘余應(yīng)力（垂直與焊橫向殘余應(yīng)力（垂直與焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力）縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力）其二：其二： 是焊縫的橫向收縮，在施焊過(guò)程中，是焊縫的橫向收縮，在施焊過(guò)程中，先后冷卻的時(shí)間不同，先冷卻的焊先后冷卻的時(shí)間不同，先冷卻的焊縫已經(jīng)凝固，且具有一定的強(qiáng)度會(huì)縫已經(jīng)凝固，且具有一定的強(qiáng)度會(huì)阻止后焊焊

40、縫在橫向的自身膨脹，阻止后焊焊縫在橫向的自身膨脹，使其發(fā)生橫向的塑性壓縮變形，當(dāng)使其發(fā)生橫向的塑性壓縮變形，當(dāng)焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受到焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受到已凝固的焊縫限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)已凝固的焊縫限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，同時(shí)在先焊部分的焊縫內(nèi)產(chǎn)生力，同時(shí)在先焊部分的焊縫內(nèi)產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。橫向壓應(yīng)力。焊縫的橫向殘余應(yīng)力是上述兩種原因焊縫的橫向殘余應(yīng)力是上述兩種原因產(chǎn)生應(yīng)力合成的結(jié)果。產(chǎn)生應(yīng)力合成的結(jié)果。拉拉壓壓壓壓3、沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力、沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力在厚鋼板的連接中，焊縫需要多層施焊，因此除有縱向和橫向在厚鋼板的連接中，焊縫需要多層施焊，因此除有縱向和橫向焊接殘余

41、應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力 x、 y以外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接殘以外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接殘余應(yīng)力余應(yīng)力 z，而這三種應(yīng)力形成比較嚴(yán)重的同號(hào)三向應(yīng)力，大大，而這三種應(yīng)力形成比較嚴(yán)重的同號(hào)三向應(yīng)力，大大降低結(jié)構(gòu)連接的塑性。降低結(jié)構(gòu)連接的塑性。+- y x z二、焊接殘余應(yīng)力的影響二、焊接殘余應(yīng)力的影響1、對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響、對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響對(duì)于具有一定塑性的材料，在靜力荷載作用下，焊縫殘余應(yīng)對(duì)于具有一定塑性的材料，在靜力荷載作用下，焊縫殘余應(yīng)力是不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的。力是不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的。圖示給出了外荷載N=0時(shí)的縱向焊接殘余應(yīng)力的分布情況-+-NhNtfyfyaccdedefab在

42、低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應(yīng)力常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。當(dāng)施加軸心拉力N時(shí)，板中殘余應(yīng)力已達(dá)到屈服強(qiáng)度f(wàn)y的塑性區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力不再增大，力N就僅由彈性區(qū)域承擔(dān)，焊縫兩側(cè)受壓區(qū)的應(yīng)力 由原來(lái)的受壓逐漸變?yōu)槭芾?，最后?yīng)力也達(dá)fy。板所承擔(dān)的外力N = Ny =（Aabca+Aefde)t = hfyt由于焊接殘余應(yīng)力在焊件內(nèi)部是自相平衡的內(nèi)力，殘余壓應(yīng)力的合力必然等于殘余拉應(yīng)力的合力。即面積Aaac+Aeed=Accdd，所以面積（Aabca+Aefde)與面積hfy相等。而無(wú)焊接殘余應(yīng)力構(gòu)件承擔(dān)的力而無(wú)焊接殘余應(yīng)力構(gòu)件承擔(dān)的力N=fy h t因而有殘余應(yīng)力焊件的承載能力和沒有殘余應(yīng)力者完全相同，因而有

43、殘余應(yīng)力焊件的承載能力和沒有殘余應(yīng)力者完全相同，可見殘余應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度。可見殘余應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度。2、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度ham/2m/2例如有殘余應(yīng)力的軸拉構(gòu)件，當(dāng)加載時(shí)，中部塑性區(qū)域例如有殘余應(yīng)力的軸拉構(gòu)件，當(dāng)加載時(shí)，中部塑性區(qū)域a逐漸加逐漸加寬，而兩側(cè)彈性區(qū)域?qū)?，而兩?cè)彈性區(qū)域m則逐漸減少。則逐漸減少。有殘余應(yīng)力時(shí)對(duì)應(yīng)于拉力增量有殘余應(yīng)力時(shí)對(duì)應(yīng)于拉力增量N的拉應(yīng)變的拉應(yīng)變 = N/（mtE)無(wú)無(wú)殘余應(yīng)力時(shí)對(duì)應(yīng)于拉力增量殘余應(yīng)力時(shí)對(duì)應(yīng)于拉力增量N的拉應(yīng)變的拉應(yīng)變 =N/（htE)由于由于m ,即殘余應(yīng)力

44、使構(gòu)件變形增大，剛度降低。即殘余應(yīng)力使構(gòu)件變形增大，剛度降低。 fy無(wú)殘余應(yīng)力無(wú)殘余應(yīng)力有殘余應(yīng)力有殘余應(yīng)力tfy3、對(duì)壓桿穩(wěn)定的影響、對(duì)壓桿穩(wěn)定的影響 焊接殘余應(yīng)力使壓桿的撓曲剛度減少，從而必定降低其穩(wěn)定焊接殘余應(yīng)力使壓桿的撓曲剛度減少，從而必定降低其穩(wěn)定承載力，承載力，詳細(xì)分析見軸心受力構(gòu)件有關(guān)內(nèi)容。詳細(xì)分析見軸心受力構(gòu)件有關(guān)內(nèi)容。4、對(duì)低溫冷脆的影響、對(duì)低溫冷脆的影響 在厚板和有三向交叉焊縫在厚板和有三向交叉焊縫的情況下，將產(chǎn)生三向焊接的情況下，將產(chǎn)生三向焊接殘余應(yīng)力，阻礙塑性變形，殘余應(yīng)力，阻礙塑性變形，在低溫下使裂紋容易發(fā)生和在低溫下使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展，加速構(gòu)件脆性破壞。發(fā)展，加速

45、構(gòu)件脆性破壞。 z y x5、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響焊縫及其近旁的高額殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度不利焊縫及其近旁的高額殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度不利三、焊接殘余變形三、焊接殘余變形 在施焊時(shí)由于焊縫的縱向和橫向收縮，使構(gòu)件產(chǎn)生一些殘余變?cè)谑┖笗r(shí)由于焊縫的縱向和橫向收縮，使構(gòu)件產(chǎn)生一些殘余變形，如縱向縮短、橫向縮短、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，形，如縱向縮短、橫向縮短、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，見書見書P47，圖，圖3.46。這些變形如果超出驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定，必須加這些變形如果超出驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定，必須加以矯正，使其不致影響構(gòu)件的使用和承載能力。以矯正，使其不致影響構(gòu)件的使用和承載能力。四、減少焊

46、接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的方法四、減少焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的方法1、采用合理的施焊次序，例如鋼板對(duì)接時(shí)采用分段退焊、厚鋼板、采用合理的施焊次序，例如鋼板對(duì)接時(shí)采用分段退焊、厚鋼板采用分層焊、工字形截面對(duì)角跳焊。采用分層焊、工字形截面對(duì)角跳焊。12345鋼板分塊拼接鋼板分塊拼接沿厚度分層焊沿厚度分層焊分段退焊分段退焊對(duì)角跳焊對(duì)角跳焊123451234566877824312、施焊前給構(gòu)件一個(gè)和焊、施焊前給構(gòu)件一個(gè)和焊接變形相反的預(yù)變形，使接變形相反的預(yù)變形，使構(gòu)件在焊接后產(chǎn)生的焊接構(gòu)件在焊接后產(chǎn)生的焊接變形與之正好抵消（類似變形與之正好抵消（類似受彎構(gòu)件起拱）。受彎構(gòu)件起拱）。焊接前反變形

47、焊接前反變形3、對(duì)于小尺寸焊件，在施焊前預(yù)熱，或施焊后回火（加熱至、對(duì)于小尺寸焊件，在施焊前預(yù)熱，或施焊后回火（加熱至600C左右，然后緩慢冷卻），可以消除焊接殘余應(yīng)力。左右，然后緩慢冷卻），可以消除焊接殘余應(yīng)力。五、合理的焊縫設(shè)計(jì)五、合理的焊縫設(shè)計(jì)為了減少焊接應(yīng)力與焊接變形，設(shè)計(jì)時(shí)在構(gòu)造上要采用一些措施：為了減少焊接應(yīng)力與焊接變形，設(shè)計(jì)時(shí)在構(gòu)造上要采用一些措施：1、焊縫尺寸要適當(dāng)、焊縫尺寸要適當(dāng)在容許范圍內(nèi)，可以采用較小的焊腳尺寸，并加大焊縫長(zhǎng)度，使在容許范圍內(nèi)，可以采用較小的焊腳尺寸，并加大焊縫長(zhǎng)度，使需要的焊縫總面積不變，以免因焊縫厚度過(guò)大而引起過(guò)大的焊接需要的焊縫總面積不變，以免因焊縫

48、厚度過(guò)大而引起過(guò)大的焊接殘余應(yīng)力。焊縫厚度過(guò)厚，還可能引起施焊時(shí)燒穿較薄焊件、過(guò)殘余應(yīng)力。焊縫厚度過(guò)厚，還可能引起施焊時(shí)燒穿較薄焊件、過(guò)熱等現(xiàn)象。熱等現(xiàn)象。2、焊縫不應(yīng)過(guò)分集中、焊縫不應(yīng)過(guò)分集中3、盡量避免三向焊縫相交，為此可使次要焊縫中斷，主要焊、盡量避免三向焊縫相交，為此可使次要焊縫中斷，主要焊縫縫連續(xù)通過(guò)。連續(xù)通過(guò)。橫橫向向橫向加勁肋橫向加勁肋橫向加勁肋橫向加勁肋焊接吊車梁中間橫向加勁肋的下端一般在距受拉翼緣焊接吊車梁中間橫向加勁肋的下端一般在距受拉翼緣50-100mm處斷開，不應(yīng)與受拉翼緣焊接以改善梁的抗疲勞性能。處斷開，不應(yīng)與受拉翼緣焊接以改善梁的抗疲勞性能。4、要考慮鋼板的分層問(wèn)題

49、（垂直于板面?zhèn)鬟f拉力是不合理的）、要考慮鋼板的分層問(wèn)題（垂直于板面?zhèn)鬟f拉力是不合理的）不合理不合理合理合理此外，為了保證焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，還應(yīng)注意以下問(wèn)題：此外，為了保證焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，還應(yīng)注意以下問(wèn)題：1、要考慮施焊時(shí)，焊條是否、要考慮施焊時(shí)，焊條是否易于到達(dá)。易于到達(dá)。焊條焊條030焊條焊條手工焊要求的操作凈空手工焊要求的操作凈空（焊條直徑（焊條直徑d=1.65mm，長(zhǎng)度，長(zhǎng)度250400mm）2、搭接連接不能只用一條正、搭接連接不能只用一條正面角焊縫面角焊縫 傳力，并且搭接長(zhǎng)傳力，并且搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的度不得小于焊件較小厚度的五倍，同時(shí)不得小于五倍，同時(shí)不得小于25mm。5t且

50、且25mm3、焊縫連接構(gòu)造要盡可能避、焊縫連接構(gòu)造要盡可能避免仰焊。免仰焊。焊條焊條不易焊不易焊易焊易焊一、普通螺栓連接的構(gòu)造一、普通螺栓連接的構(gòu)造 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1、分類、分類類別類別 加工精度加工精度 抗剪抗剪 性能性能 成本成本 使用范圍使用范圍 精制精制 (A、B)級(jí)級(jí) 高，栓徑高，栓徑與孔徑之與孔徑之差為差為180.25mm類孔類孔 高高 高高 1）構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)；）構(gòu)件精度很高的結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)；2）連接點(diǎn)僅用一個(gè)螺栓或有模具套鉆）連接點(diǎn)僅用一個(gè)螺栓或有模具套鉆的多個(gè)螺栓連接的可調(diào)節(jié)桿件（柔性的多個(gè)螺栓連接的可調(diào)節(jié)桿件（柔性桿）桿

51、） 粗制粗制 (C級(jí)級(jí)) 較低，栓較低，栓徑與孔徑徑與孔徑之差為之差為1.52mm 類孔類孔較低較低 低低 1）抗拉連接；）抗拉連接； 2）靜力荷載下抗剪連接；）靜力荷載下抗剪連接； 3）加防松措施后受風(fēng)振作用抗剪；）加防松措施后受風(fēng)振作用抗剪； 4）可拆卸連接；）可拆卸連接； 5）安裝螺栓；）安裝螺栓；6）與抗剪支托配合抗拉剪聯(lián)合作用）與抗剪支托配合抗拉剪聯(lián)合作用 注：注：A級(jí)用于級(jí)用于M24以下，以下，B級(jí)用于級(jí)用于M24以上。以上。 規(guī)范規(guī)范第第8.3.5條：條：C級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向受拉的級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向受拉的連接，在下列情況下可用于受剪連接：連接，在下列情況下可用于受剪連接：

52、1、承受靜力荷載或承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的次要連接；、承受靜力荷載或承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的次要連接；2、承受靜力荷載的可拆卸結(jié)構(gòu)的連接；、承受靜力荷載的可拆卸結(jié)構(gòu)的連接；3、臨時(shí)固定構(gòu)件用的安裝連接。、臨時(shí)固定構(gòu)件用的安裝連接。規(guī)范規(guī)范第第8.3.6條：對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓受拉連條：對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的普通螺栓受拉連接應(yīng)采用雙螺栓或其他能防止螺帽松動(dòng)的有效措施。接應(yīng)采用雙螺栓或其他能防止螺帽松動(dòng)的有效措施。（強(qiáng)（強(qiáng)制性條文）制性條文）3、螺栓排列方式、螺栓排列方式 鋼結(jié)構(gòu)連接中常用的螺栓規(guī)格有：鋼結(jié)構(gòu)連接中常用的螺栓規(guī)格有：2、普通螺栓的形式和規(guī)格尺寸、普通螺栓的形式和規(guī)格尺寸鋼結(jié)構(gòu)采用的普

53、通螺栓形式為大六角頭型，粗牙普通螺紋，鋼結(jié)構(gòu)采用的普通螺栓形式為大六角頭型，粗牙普通螺紋，代號(hào)以代號(hào)以M與公稱直徑表示與公稱直徑表示M16, M18, M20, M22 ,M245、螺栓的工作性能、螺栓的工作性能 按受力性能分為：剪力螺栓和拉力螺栓。按受力性能分為：剪力螺栓和拉力螺栓。 剪力螺栓靠孔壁剪力螺栓靠孔壁承壓、螺桿抗剪傳力，拉力螺栓靠螺栓受拉，承壓、螺桿抗剪傳力，拉力螺栓靠螺栓受拉，有時(shí)普通螺栓同時(shí)受剪、受拉。有時(shí)普通螺栓同時(shí)受剪、受拉。 4、螺栓的排列和構(gòu)造要求、螺栓的排列和構(gòu)造要求 1）受力要求：）受力要求：a）端距限制）端距限制防止孔端鋼板剪斷，防止孔端鋼板剪斷，2d0 ； b

54、）螺孔中距限制）螺孔中距限制 2）構(gòu)造要求：防止板翹曲后浸入潮氣而腐蝕，限制螺孔中矩最）構(gòu)造要求：防止板翹曲后浸入潮氣而腐蝕，限制螺孔中矩最 大值；大值； 3）施工要求：為便于擰緊螺栓，留適當(dāng)間距（不同的工具有不）施工要求：為便于擰緊螺栓，留適當(dāng)間距（不同的工具有不 同要求同要求）。）。 根據(jù)以上要求，根據(jù)以上要求，規(guī)范規(guī)范規(guī)定的螺栓容許距離見書規(guī)定的螺栓容許距離見書P49-50表表3.4-3.7211號(hào)螺栓號(hào)螺栓抗剪螺栓抗剪螺栓2號(hào)螺栓號(hào)螺栓抗拉螺栓（下面設(shè)有支托）抗拉螺栓（下面設(shè)有支托）支托支托2號(hào)螺栓號(hào)螺栓拉剪螺栓（下面沒有支托）拉剪螺栓（下面沒有支托）規(guī)范規(guī)范第第8.3.5條規(guī)定：（條

55、規(guī)定：（P82)C級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向受拉的連接，在下列情況下級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向受拉的連接，在下列情況下可用于受剪連接：可用于受剪連接：1、承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的次要連接；、承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的次要連接；2、承受靜力荷載的可拆卸結(jié)構(gòu)的連接；、承受靜力荷載的可拆卸結(jié)構(gòu)的連接；3、臨時(shí)固定構(gòu)件用的安裝連接。、臨時(shí)固定構(gòu)件用的安裝連接。二、普通螺栓連接的受力性能和計(jì)算二、普通螺栓連接的受力性能和計(jì)算（一）剪力螺栓連接（一）剪力螺栓連接 1、抗剪連接的幾種破壞形式、抗剪連接的幾種破壞形式剪力螺栓破壞過(guò)程及螺栓受力情況剪力螺栓破壞過(guò)程及螺栓受力情況:剪力螺栓受力后

56、，當(dāng)外力不大時(shí)，由構(gòu)件間的摩擦力來(lái)傳遞外力。當(dāng)外剪力螺栓受力后，當(dāng)外力不大時(shí)，由構(gòu)件間的摩擦力來(lái)傳遞外力。當(dāng)外力增大超過(guò)極限摩擦力后，構(gòu)件間相對(duì)滑移，螺桿開始接觸構(gòu)件的孔壁力增大超過(guò)極限摩擦力后，構(gòu)件間相對(duì)滑移，螺桿開始接觸構(gòu)件的孔壁而受剪，孔壁則受壓。而受剪，孔壁則受壓。 當(dāng)連接處于彈性階段，螺栓群中的各螺栓受力不等，兩端大，中間?。划?dāng)連接處于彈性階段，螺栓群中的各螺栓受力不等，兩端大，中間?。划?dāng)外力繼續(xù)增大，達(dá)到塑性階段時(shí)，各螺栓承擔(dān)的荷載逐漸接近，最后當(dāng)外力繼續(xù)增大，達(dá)到塑性階段時(shí)，各螺栓承擔(dān)的荷載逐漸接近，最后趨于相等直到破壞。趨于相等直到破壞。 螺栓破壞形式螺栓破壞形式 ：受剪螺栓連

57、接到達(dá)承載力極限狀態(tài)時(shí)，可能受剪螺栓連接到達(dá)承載力極限狀態(tài)時(shí)，可能出現(xiàn)五種破壞形式出現(xiàn)五種破壞形式a）螺栓剪斷）螺栓剪斷 b）鋼板孔壁擠壓破壞）鋼板孔壁擠壓破壞 c）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷）鋼板由于螺孔削弱而凈截面拉斷 d）鋼板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪壞）鋼板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪壞 e）螺桿因太長(zhǎng)或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生彎、剪破壞）螺桿因太長(zhǎng)或螺孔大于螺桿直徑而產(chǎn)生彎、剪破壞 每個(gè)普通螺栓的抗剪承載力每個(gè)普通螺栓的抗剪承載力 ： 每個(gè)普通螺栓的承壓承載力：每個(gè)普通螺栓的承壓承載力： 式中式中: nv受剪面數(shù)受剪面數(shù) d 螺桿直徑螺桿直徑 同一方向承壓構(gòu)件較小總厚度同一方向承壓

58、構(gòu)件較小總厚度 、 螺栓抗剪、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值螺栓抗剪、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2、剪力螺栓的計(jì)算、剪力螺栓的計(jì)算一個(gè)螺栓（受剪）的承載力一個(gè)螺栓（受剪）的承載力設(shè)計(jì)承載力按下面兩式計(jì)算：設(shè)計(jì)承載力按下面兩式計(jì)算：一個(gè)受剪螺栓的承載力應(yīng)取兩者的較小值一個(gè)受剪螺栓的承載力應(yīng)取兩者的較小值教材附表教材附表1.3bNminbcbvbNNMinN;minbvvbvfdnN42bcbctfdN螺栓群的計(jì)算螺栓群的計(jì)算a、螺栓群在軸心力作用下的抗剪計(jì)算螺栓群在軸心力作用下的抗剪計(jì)算接頭一側(cè)所需螺栓個(gè)數(shù)接頭一側(cè)所需螺栓個(gè)數(shù))15(/01mindlNNnb0d螺栓孔徑螺栓孔徑1l當(dāng)當(dāng)1l015d連接進(jìn)入彈塑性階段后，則螺

59、栓的受力連接進(jìn)入彈塑性階段后，則螺栓的受力不易達(dá)到均勻，端部螺栓先破壞，然后不易達(dá)到均勻，端部螺栓先破壞，然后由外及內(nèi)依次破壞。由外及內(nèi)依次破壞。對(duì)于長(zhǎng)連接，強(qiáng)度要進(jìn)行折減，對(duì)于長(zhǎng)連接，強(qiáng)度要進(jìn)行折減，bNNnmin/折減系數(shù)折減系數(shù)7 . 01501 . 101dl見書見書P69圖圖3-62最后進(jìn)行排列最后進(jìn)行排列Nb、螺栓群在扭矩作用下的抗剪計(jì)算螺栓群在扭矩作用下的抗剪計(jì)算TTN1TyN1TxN11x1y1234假定個(gè)數(shù)假定個(gè)數(shù)n，布置螺栓栓，布置螺栓栓計(jì)算受力最大螺栓所負(fù)擔(dān)計(jì)算受力最大螺栓所負(fù)擔(dān)的力的力驗(yàn)算驗(yàn)算bNNminmax不滿足或富裕過(guò)多重復(fù)步驟重新計(jì)算不滿足或富裕過(guò)多重復(fù)步驟重新

60、計(jì)算兩個(gè)假定：見書兩個(gè)假定：見書P69) 1 (2211nTnTTrNrNrNTnTnTTrNrNrN2211) 1 (111122代入則有TnTnTTNrrNNrrN根據(jù)假定根據(jù)假定：1212222111)(NTrrNrrrriTnTbTiiiTNNyxrTrrTNmin1221211設(shè)計(jì)時(shí)為便于和其他荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力合成，為便于和其他荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力合成，TyTxTNNN111和分解為把2211111iiTTxyxyTryNN2211111iiTTyyxxTrxNNTN1TyN1TxN11x1y12341rC、螺栓群在扭矩、剪力、軸力共同作用下的計(jì)算螺栓群在扭矩、剪力、軸力共同作用