焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)提綱

1、 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9/9HYPERLINK 哈爾濱焊接技術(shù)培訓(xùn)中心WTI Harbin 2006-IWE 主課程 結(jié)構(gòu)版權(quán)歸哈爾濱焊接技術(shù)培訓(xùn)中心所有焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)提綱1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概述進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮所用的材料和元素，只考慮結(jié)構(gòu)本身所能達(dá)到的性能。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程就是按所提出的要求，把各個(gè)單獨(dú)部件焊接連接成一個(gè)構(gòu)件的過(guò)程。靜力學(xué)基礎(chǔ) 力與力矩（N、kN、kNm） 平衡條件（H=0, V=0，M=0）構(gòu)件組成 支座的種類 支座的受力條件靜定系統(tǒng) n=a+z-3s內(nèi)力計(jì)算 水平方向力 N（Nx該點(diǎn)處物體水平方向所受內(nèi)力）垂直方向力 V（Vx該點(diǎn)處物體垂直方向所受內(nèi)力）彎 矩 M（Mx該點(diǎn)處物

2、體所受力矩） 內(nèi)力分布 強(qiáng)度理論應(yīng)力 應(yīng)力=力/受力面積 正應(yīng)力（作用力垂直作用到橫截面積上） 剪應(yīng)力（作用力平行作用到橫截面積上）變形 變形是物體內(nèi)部承受載荷，從而迫使它的外形發(fā)生改變的可見(jiàn)的標(biāo)志。 屈強(qiáng)比 許用應(yīng)力：為了使建筑物不致在應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)出現(xiàn)變形現(xiàn)象，許用應(yīng)力是根據(jù)屈服極限而不是根據(jù)斷裂極限來(lái)進(jìn)行保障。截面參量 靜矩S：Sy=AZ1 慣性矩I:：Iy=bh3/12，Iy=AZ3構(gòu)件的應(yīng)力分布 = ，2、焊縫設(shè)計(jì)基礎(chǔ)焊接接頭形式 焊接接頭是把零件或部件用焊接的方法相互連接起來(lái)的區(qū)域，接頭的種類是通過(guò)零部件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上相互配置的情況而確定的。 焊接接頭種類 焊接接頭準(zhǔn)備和焊縫的基

3、本概念焊縫的形式及應(yīng)用 對(duì)接焊縫（焊縫厚度、焊縫長(zhǎng)度） 角焊縫（焊縫形狀說(shuō)明和焊縫尺寸、角焊縫應(yīng)用、焊縫厚度的限定、斷續(xù)焊接的角焊縫）焊縫的表示（ISO2553）焊縫的受載荷方式 （垂直正應(yīng)力） （平行正應(yīng)力） （垂直剪應(yīng)力） （平行剪應(yīng)力）焊縫的極限應(yīng)力和許用應(yīng)力 影響焊接接頭應(yīng)力極限的因素有（材料的連接強(qiáng)度、載荷種類、焊縫形式、焊縫質(zhì)量、結(jié)構(gòu)中焊縫的位置）靜載條件下的焊縫計(jì)算w,v扭曲 扭曲構(gòu)件橫截面在扭矩的作用下相對(duì)軸線而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)變形 扭矩MT：當(dāng)作用力偏離剪力中心時(shí)，則將產(chǎn)生扭矩。 剪力中心：構(gòu)件上不產(chǎn)生扭矩的剪力作用點(diǎn)扭距作用在截面上的應(yīng)力Am是剪力作用的面積，即圖中陰影線部分電阻

4、焊接頭 點(diǎn)焊可用于力的傳遞，力的承載，物件連續(xù)和瞬間定位以及容器密封焊縫的生產(chǎn)。 根據(jù)焊接接頭的設(shè)計(jì)情況，焊縫可以承剪切、拉伸、撕拉和扭轉(zhuǎn)等載荷。 設(shè)計(jì)合理性3、不同載荷下的焊接結(jié)構(gòu)不同載荷條件下的破壞形式 在靜載及主要承受靜載的狀態(tài)下，將導(dǎo)致：形變斷裂、脆性斷裂、層狀撕裂和失穩(wěn)破壞。 在熱負(fù)荷狀態(tài)下，將導(dǎo)致：低溫的影響脆性斷裂，高溫的影響屈服極限的高溫失效及蠕變失效。 在動(dòng)載荷狀態(tài)下，將導(dǎo)致：疲勞斷裂。層狀撕裂的產(chǎn)生和防止 應(yīng)用低硫含量和/或高ED（板材厚度方向的斷面收縮率）值的材料。 設(shè)計(jì)及生產(chǎn)技術(shù)方面：盡可能避免厚度方向上由于焊接殘余應(yīng)力引起的應(yīng)力或者把它降至很低。 作用于收縮方向上的焊

5、縫厚度aD盡可能低焊縫連接基礎(chǔ)應(yīng)盡可能大焊道數(shù)應(yīng)少焊道次數(shù)應(yīng)考慮局部緩沖盡可能選擇對(duì)稱焊縫形式和對(duì)稱焊接順序盡可能使用軋制產(chǎn)品所有層次與焊縫連接通過(guò)連接范圍的緩沖減少層狀撕裂傾向予熱（1004、主靜載焊接結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 鋼材強(qiáng)度高，塑性、韌性較好；重量輕；材質(zhì)均勻和力學(xué)計(jì)算的假定比較符合；制作簡(jiǎn)便，施工工 期短；密閉性好；耐蝕性差；耐熱不耐火；低溫和其它條件下，可能發(fā)生脆斷。構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求（受壓條件下的失穩(wěn)、桁架梁和實(shí)壁梁） 受壓構(gòu)件的彎曲失穩(wěn) 軸心受力構(gòu)件（軸心受力構(gòu)件的常用截面形式可分為實(shí)腹式和格構(gòu)式兩大類） 受彎構(gòu)件（實(shí)腹式受彎構(gòu)件梁、格構(gòu)式受彎構(gòu)件桁架梁、梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設(shè)計(jì)

6、）按DIN18800-1鋼制構(gòu)件的限定和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 鋼材種類 鋼材選擇和證書(shū) 冷變形區(qū)域的焊接 焊接填充材料及輔助材料焊接的實(shí)壁梁 使用軋制型材可以很方便地改變實(shí)壁梁的高度，只需改變腹板的高度，可增大該處的慣性矩，并減小支座，但應(yīng)注意在支承處驗(yàn)證其抗剪能力。 在彎矩和剪力的作用下，需對(duì)受彎梁進(jìn)行局部加強(qiáng)。在L0長(zhǎng)度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加強(qiáng)后，增大在該區(qū)域內(nèi)的慣性矩，提高承載能力。實(shí)壁梁加強(qiáng)板的配置及翼板加強(qiáng)時(shí)端部的焊接接頭 由腹板及加強(qiáng)板組成的區(qū)域稱作翹曲區(qū)，為提高梁的穩(wěn)定性及承受彎曲和剪應(yīng)力的能力，需對(duì)梁進(jìn)行剛度加強(qiáng)，即：橫向加強(qiáng)和縱向加強(qiáng)。桁架梁 桁架梁的優(yōu)點(diǎn)是，每個(gè)桿件的材料性能均可得到充分利用。從

7、焊接觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，每個(gè)桿件的截面形狀選擇以及節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)非常重要。 桿件的截面形狀可根據(jù)不同的條件進(jìn)行選擇，并有不同的方案（合理的焊接方案、合理的制作方案、防腐技術(shù)方案） 焊接節(jié)點(diǎn)型材的選擇 閉式型材：封閉式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可充分利用其截面面積，并可將頂部承受的壓應(yīng)力傳遞到基礎(chǔ)上，但卻增加了受彎梁的連接困難，并將導(dǎo)致局部過(guò)載。 開(kāi)式型材：開(kāi)式結(jié)構(gòu)不能充分利用其截面面積，但卻不存在受彎梁的連接困難，因此在工程結(jié)構(gòu)上經(jīng)常采用。鋼質(zhì)量組別的選擇 應(yīng)力狀態(tài) 構(gòu)件的重要性 溫度 構(gòu)件厚度框架轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu) 角平分線上受載時(shí)的應(yīng)力分布（應(yīng)力分布不是直線而是雙曲線；在直角截面上，平面交界處的拉應(yīng)力，在轉(zhuǎn)角凸出處上的

8、分布一直為零；尖銳的轉(zhuǎn)角凹進(jìn)處，壓應(yīng)力在理論上上升到無(wú)窮大）。框架轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 選R/h1 內(nèi)翼板的強(qiáng)度要高于外翼板 框架轉(zhuǎn)角區(qū)域的腹板加強(qiáng) 對(duì)于徑向力，采取通過(guò)徑向的調(diào)整加強(qiáng)，同時(shí)增加板厚等措施，提高穩(wěn)定性 腹板和翼板之間的頸部焊縫測(cè)定為雙軸應(yīng)力狀態(tài)五、動(dòng)載焊接結(jié)構(gòu)（斷裂力學(xué)）脆性斷裂的產(chǎn)生原因及特點(diǎn) 名義工作應(yīng)力低；斷裂之前無(wú)明顯塑性變形，突發(fā)斷裂；低應(yīng)力脆性破壞多發(fā)生在低溫陰冷的時(shí)刻。 發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂的結(jié)構(gòu)內(nèi)，多半存在著較大的內(nèi)應(yīng)力，有較高的內(nèi)能；發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂的結(jié)構(gòu)上，必有裂源或應(yīng)力集中點(diǎn)存在；脆性斷裂對(duì)缺陷和應(yīng)力集中很敏感。 拉應(yīng)力是裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的動(dòng)力，拉應(yīng)力及缺陷的大

9、小直接影響裂紋萌生和擴(kuò)展的速度；阻止裂紋擴(kuò)展的主要因素是壓應(yīng)力和材料的塑性變形。 內(nèi)因，即結(jié)構(gòu)抗力是預(yù)防脆性斷裂的根基；外因，即載荷性質(zhì)、加載速率、環(huán)境因素等，是發(fā)生脆性斷裂的條件，須同時(shí)兼顧，方能避免脆斷災(zāi)害的發(fā)生！ 預(yù)防脆性斷裂的措施（正確選擇材料、正確設(shè)計(jì)合理、安排結(jié)構(gòu)制造工藝、正確使用，精心維護(hù)）斷裂力學(xué)的應(yīng)用 斷裂力學(xué)的在于研究宏觀裂紋在什么條件下，才會(huì)導(dǎo)致失穩(wěn)擴(kuò)展，引發(fā)脆性斷裂；建立裂紋尺寸與破壞應(yīng)力之間的關(guān)系。這對(duì)結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)、合理選材、改進(jìn)材質(zhì)和施工工藝，以及制定裂紋體力學(xué)的概念標(biāo)準(zhǔn)等都有重要意義。線彈性斷裂力學(xué) 應(yīng)力強(qiáng)度因子它反映材料抵抗脆性斷裂，或裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。 平面

10、應(yīng)變條件下，材料抵抗脆性斷裂的判據(jù)是：非線性（彈塑性）斷裂力學(xué) 用裂紋尖端張開(kāi)位移（COD）和形變功率(J積分)等來(lái)描述大范圍屈服裂紋尖端的力學(xué)狀態(tài)。疲勞斷裂的產(chǎn)生原因及特點(diǎn) 脆性破壞與疲勞破壞的相同點(diǎn)（都屬于低應(yīng)力破壞；破壞之前，結(jié)構(gòu)都沒(méi)有明顯的征兆或外觀變形，突發(fā)性強(qiáng)，令人促不及防；都對(duì)應(yīng)力集中很敏感 起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于應(yīng)力集中點(diǎn)） 脆性破壞與疲勞破壞的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)（載荷性質(zhì)不同、對(duì)溫度敏感性 、受載次數(shù)多少、斷裂經(jīng)歷時(shí)間、斷裂經(jīng)歷過(guò)程、斷裂機(jī)理機(jī)制、宏觀斷口形貌、微觀斷口形貌）疲勞強(qiáng)度的基本概念 五個(gè)基本參數(shù)、 最大應(yīng)力 ；最小應(yīng)力 應(yīng)力循環(huán)特征系數(shù) 平均應(yīng)力 ；應(yīng)力

11、振幅 。 疲勞強(qiáng)度：在某疲勞應(yīng)力的作用下，經(jīng)過(guò)次循環(huán)，發(fā)生破壞，稱該應(yīng)力為次循環(huán)的疲勞強(qiáng)度。疲勞強(qiáng)度是應(yīng)力循環(huán)中的最大值，用表示。 疲勞極限：在規(guī)定循環(huán)次數(shù)以后，疲勞強(qiáng)度不再下降，達(dá)到飽和的極限值，如圖7所示的水平線，所對(duì)應(yīng)的疲勞應(yīng)力值，稱為疲勞極限。影響焊接接頭疲勞強(qiáng)度的因素 疲勞載荷的性質(zhì)和大?。桓g介質(zhì)會(huì)加速疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展速率，降低疲勞壽命結(jié)構(gòu)構(gòu)造剛?cè)嵯酀?jì)的程度；結(jié)構(gòu)上，特別是接頭上的各種應(yīng)力集中現(xiàn)象；材質(zhì)的純度與材料的塑性和韌度；結(jié)構(gòu)殘余拉應(yīng)力提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的工藝 結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中是降低焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的最主要因素。預(yù)防、減小應(yīng)力集中的工作，應(yīng)該貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和使用的

12、整個(gè)過(guò)程當(dāng)中。 設(shè)計(jì)措施 工藝措施 使用中的維護(hù)措施焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的一般原則 考慮實(shí)用性，進(jìn)行功能設(shè)計(jì)；進(jìn)行方案設(shè)計(jì)；進(jìn)行具體的施工圖設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)動(dòng)載焊接結(jié)構(gòu)必須特別強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：動(dòng)載對(duì)應(yīng)力集中非常敏感；焊接接頭屬于剛性連接形式，對(duì)應(yīng)力集中也比較敏感。而且“焊接結(jié)構(gòu)”難免有焊接殘余應(yīng)力、變形、焊接缺陷等，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。六、焊接壓力裝置的制作技術(shù)規(guī)程 歐洲壓力裝置技術(shù)規(guī)程DGRL 壓力容器條例 （TRB 壓力容器、TRG壓縮氣體、TRR壓力管道） 壓力容器工作組規(guī)范 AD規(guī)范歐洲壓力裝置技術(shù)規(guī)程DGRL DGRL所敘述的只是基本的安全要求！ 概念解釋壓力容器條例 壓力容器分類 檢驗(yàn)范圍（初檢

13、、定期檢驗(yàn)、特殊檢驗(yàn)） 檢驗(yàn)機(jī)構(gòu) 檢驗(yàn)專家AD2000版壓力裝置的設(shè)計(jì)和制造 AD規(guī)范的章節(jié)分配 設(shè)計(jì)參數(shù) 壓力容器組件的計(jì)算 七、鋁合金焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 鋁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，雖然在計(jì)算方法上與鋼結(jié)構(gòu)基本相同，但由于其焊接接頭性能的特殊性，在接頭設(shè)計(jì)、許用應(yīng)力等方面又不同于鋼結(jié)構(gòu)。 鋁與鋼相比重要的區(qū)別（比較低的強(qiáng)度；低彈性模量；焊接熱影響區(qū)；擠壓型材的成型不可預(yù)測(cè)性；有減少輕型結(jié)構(gòu)質(zhì)量可能性）材料特點(diǎn) 非熱處理強(qiáng)化的鋁合金在焊接狀態(tài)下的斷裂強(qiáng)度和0.2%屈服強(qiáng)度與供貨狀態(tài)幾乎沒(méi)有區(qū)別，而對(duì)一可熱處理化鋁合金則有明顯的差別。非熱處理強(qiáng)化鋁合金的比值大約0.5至0.6之間，在焊接狀態(tài)要稍低一些，對(duì)于熱

14、處理強(qiáng)化鋁合金鋼在0.7至0.8之間。 鋁合金的斷裂延伸率還沒(méi)有達(dá)到EN10025中普通結(jié)構(gòu)鋼的一半（S235）。 焊后接頭強(qiáng)度下降。 鋁合金基本沒(méi)有低溫脆性問(wèn)題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及焊接 鋼和鋁的坡口有區(qū)別： 靜載時(shí)的計(jì)算準(zhǔn)則焊接鋁結(jié)構(gòu)的計(jì)算原理上可以與按DIN18800T1進(jìn)行的鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算相比較。但 、母材和焊縫的許用應(yīng)力卻不一樣，必須按不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程選取。 應(yīng)該考慮到，焊接時(shí)在熱影響區(qū)的橫截面內(nèi)要產(chǎn)生強(qiáng)度的降低。焊接結(jié)構(gòu)的熱影響區(qū)是從焊縫中點(diǎn)及根部算起向各個(gè)方向延伸30mm 合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求；盡量減小結(jié)構(gòu)或焊接接頭部位的應(yīng)力集中；盡量減小結(jié)構(gòu)的剛度，以減小應(yīng)力集中和附加應(yīng)力的影響；不采用過(guò)厚的截面；對(duì)于附件或不受力焊縫的設(shè)計(jì)，應(yīng)與主焊縫同樣重視；焊縫位置應(yīng)具有可達(dá)性便于施焊和焊前現(xiàn)場(chǎng)清理。擠壓型材結(jié)構(gòu)焊接焊縫不在最高應(yīng)力區(qū)在軋制型材上已有熔池保護(hù)在軋制型材上已有鋼性加強(qiáng)僅2種不同的型材八、鋼筋焊接結(jié)構(gòu)鋼筋