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1、钢结构的连接钢结构的连接(linji)焊缝连接焊缝连接(linji)第一页，共142页。第1页/共141页第二页，共142页。一、焊缝一、焊缝(hn fn)(hn fn)连接连接 对接焊缝连接对接焊缝连接优点：不削弱优点：不削弱(xuru)(xuru)截面，方便施工，连接刚截面，方便施工，连接刚度大；度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹(li wn)(li wn)敏感。敏感。 角焊缝连接角焊缝连接第2页/共141页第三页，共142页。三、螺栓三、螺栓(lushun)连接连接 优点：连接优点：连接(linji)刚度大，传力可靠；刚度大，传力可靠； 分为分
2、为(fn wi)： 普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接二、铆钉连接二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，劳缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，动强度大，施工条件差， 施工速施工速度慢。度慢。第3页/共141页第四页，共142页。一、钢结构常用一、钢结构常用(chn yn)焊接方法焊接方法1.1.手工手工(shugng)(shugng)电电弧焊弧焊A、焊条的选择、焊条的选择(xunz)： 焊条应与焊件焊条应与焊件钢材相适应。钢材相适应。原理：利用电弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 4.2 焊接方法和焊接连接形
3、式焊接方法和焊接连接形式 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧第4页/共141页第五页，共142页。Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择(xunz)E55(xunz)E55型焊条型焊条(E5500-(E5500-5518)5518)Q345Q345钢选择钢选择(xunz)E50(xunz)E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)B B、焊条、焊条(hntio)(hntio)的表示的表示方法：方法：E焊条焊条( (Electrode) )第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（kgf/
4、mm2) )第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。 优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、优、缺点、优、缺点第5页/共141页第六页，共142页。、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏
5、斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊第6页/共141页第七页，共142页。A A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。 B B、优、缺点：、优、缺点： 优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。量好。 缺点：设备投资大，施工缺点：设备投资大，施工(sh gng)(sh gng)位置受限等。位置受限等。 送送丝丝器器机机器器第7页/共141页第八页，共142页。优、缺点：优、缺点： 优点优点(yudin)(yudin)：焊接速度快，焊：焊接速度快，焊接质量好。接质量好。 缺点：施工条件受限制等。缺
6、点：施工条件受限制等。第8页/共141页第九页，共142页。1.1.焊接焊接(hnji)(hnji)连连接形式接形式搭接搭接(d ji)角部连接角部连接T形连接形连接对接对接第9页/共141页第十页，共142页。（1）对接）对接(du ji)焊缝焊缝正对接焊缝正对接焊缝（2）角焊缝）角焊缝(hn fn)T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝第10页/共141页第十一页，共142页。3. 3. 焊缝焊缝(hn (hn fn)fn)位置位置第11页/共141页第十二页，共142页。1.1.焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)缺陷缺陷第12页/共141页第十三页，共142页。外观检查：检查外观缺
7、陷和几何尺寸外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸(ch cun)；内部无损检验：检验内部缺陷。内部无损检验：检验内部缺陷。 内部检验(jinyn)主要采用超声 波，有时还用磁粉检验(jinyn) 荧光检验(jinyn)等辅助检验(jinyn)方法。还可以采用X射线或射线透照或拍片。第13页/共141页第十四页，共142页。钢结构工程施工及验收钢结构工程施工及验收(ynshu)规范规定：规范规定： 焊缝按其检验焊缝按其检验(jinyn)方法和质量要求分为方法和质量要求分为一级、二级一级、二级和三级。和三级。 三级焊缝只要求三级焊缝只要求(yoqi)对全部焊缝作外观对全部焊缝作外观检查且符合检查且符合
8、三级质量标准；三级质量标准； 一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。的超声波检验并符合相应级别的质量标准。第14页/共141页第十五页，共142页。 钢结构设计规范（GB50017-2003）中，对焊缝(hn fn)质量等级的选用有如下规定： (1) (1) 需要进行需要进行(jnxng)(jnxng)疲劳计算的构件中，垂直于作用力疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。 (2) (2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与
9、母材等强在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 第15页/共141页第十六页，共142页。 （）重级工作制和起重量 的中级工作制吊车(dioch)梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车(dioch)桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。 （）角焊缝质量等级一般（）角焊缝质量等级一般(ybn)(ybn)为三级，直接承受动为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制力荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。吊车梁的角焊缝的外观质量应
10、符合二级。第16页/共141页第十七页，共142页。第17页/共141页第十八页，共142页。第18页/共141页第十九页，共142页。1 1、对接、对接(du ji)(du ji)焊缝的坡口焊缝的坡口形式形式: :4.3 对接焊缝的构造对接焊缝的构造(guzo)与与计算计算 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和板厚和施工条件施工条件有关。有关。 t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)当当:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。第19页/共141页第二十页，共
11、142页。C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）第20页/共141页第二十一页，共142页。1:2.51:2.5第21页/共141页第二十二页，共142页。NNt第22页/共141页第二十三页，共142页。1、轴心、轴心(zhu xn)力作用下的对接焊缝力作用下的对接焊缝计算计算)283( wcwtwfftlN或 式中：式中： N轴心拉力或压力；轴心拉力或压力； t板件较小厚度；板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；形连接中为腹板厚度； ftw、fcw 对接焊缝的抗拉和抗压强度对接焊缝的抗拉和抗压强
12、度(kn y qin d)设计值。设计值。NNl lw wtA 当不满足上式时，可采用斜对当不满足上式时，可采用斜对接接(du ji)焊缝连接如图焊缝连接如图B。wvwwcwtwftlNfftlN cossin或另另: :当当tantan1.51.5时时, ,不用验算不用验算! !NNtBNsinsinNcoscosl lw w第23页/共141页第二十四页，共142页。l lw wtAMV)293(62max wtwwftlMWM )303(23max wVwwwftlVtIVS 因焊缝因焊缝(hn fn)截面为截面为矩形，矩形，M、V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度故其强度
13、(qingd)计算公计算公式为：式为：式中：式中：W Ww w焊缝截面模量；焊缝截面模量； S Sw w-焊缝截面面积矩；焊缝截面面积矩； I Iw w-焊缝截面惯性矩。焊缝截面惯性矩。（1）板件间对接连接）板件间对接连接第24页/共141页第二十五页，共142页。MV1焊缝截面焊缝截面A A、对于焊缝的、对于焊缝的maxmax和和maxmax应满足应满足(mnz)(mnz)式式3-293-29和和3-303-30要求；要求；max11maxB B、对于翼缘与腹板交接点焊缝（、对于翼缘与腹板交接点焊缝（1 1点），其折算点），其折算(sh (sh sun)sun)应应 力尚应满足下式要求：力尚
14、应满足下式要求：)313(1 . 132121 wtf 1.11.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。)293(62max wtwwftlMWM )303(23max wVwwwftlVtIVS 第25页/共141页第二十六页，共142页。2011年年9月月21日日 星期三星期三第26页/共141页第二十七页，共142页。hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊缝、角焊缝(hn (hn fn)fn)的形式的形式: :3.3 角焊缝角焊缝(hn fn)的构造的构造与计算与计算直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝、斜角角焊
15、缝（1 1）直角角焊缝直角角焊缝hehfhf凹面式凹面式（自学）（自学）第27页/共141页第二十八页，共142页。按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfhfhfhfa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按he=hf coshfhfhfhf2按he=hf cos2（2）斜角）斜角(xi jio)角焊缝角焊缝对于对于(duy)135(duy)135o o或或60o6mmt6mm时，时，h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)mm；hf ft t1 1t第36页/共141页第三十七页，共142页。)(5 . 12min,计算数值只进不舍！计算数值只进不舍！thf 式中
16、式中: t2-: t2-较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另另: :对于对于(duy)(duy)埋弧自动焊埋弧自动焊hf,minhf,min可减去可减去1mm;1mm; 对于对于(duy)T(duy)T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,minhf,min应加上应加上1mm;1mm; 当当t24mmt24mm时时, hf,min=t2, hf,min=t2第37页/共141页第三十八页，共142页。fwhl60 注：注： 1 1、当实际、当实际(shj)(shj)长度大于以上值时，计算时不与考虑；长度大于以上值时，计算时不与考虑； 2 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。、当内力沿侧焊缝全长
17、分布时，不受上式限制。第38页/共141页第三十九页，共142页。mmhlfw408且不得小于且不得小于 第39页/共141页第四十页，共142页。blw B、为了避免焊缝横向、为了避免焊缝横向(hn xin)收收 缩时引起板件的拱曲缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：太大，规范规定：）（或或）（mmtmmmmttb121901216111 t1t2bwl第40页/共141页第四十一页，共142页。C. 当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕的绕 角焊，且转角处必须角焊，且转角处必须(bx)连续施焊。连续施焊。bwl2hf f第41页/共141页第四
18、十二页，共142页。hfhehh1h2dehelw wh-h-焊缝厚度、焊缝厚度、h h1 1熔深熔深h h2 2凸度、凸度、d d焊趾、焊趾、e e焊根焊根第42页/共141页第四十三页，共142页。2223()(3 1)wuf3 3、由于我国规范给定的角焊、由于我国规范给定的角焊缝强度设计缝强度设计(shj)(shj)值，是根据值，是根据抗剪条抗剪条件确定的故上式又可表达为：件确定的故上式又可表达为：式中：式中：wuf-焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)金属的抗拉强度金属的抗拉强度)23(3)( 3222 wfwuffhelw wwuf第43页/共141页第四十四页，共142页。)43(
19、 wexflhN ) 33 ( weyflhN NNyNx2f ff= fh he el lw w45O45Oh hf f第44页/共141页第四十五页，共142页。wfffff3232222 将将3 33 3、3 34 4式，代入式，代入3 32 2式得：式得：得 1.22整理上式，并令 23f )53(22 wfffff 式式3535即为，规范给定即为，规范给定(i dn)(i dn)的角焊缝强度计算通的角焊缝强度计算通用公式用公式ff正面角焊缝强度增大系数；正面角焊缝强度增大系数； 静载时取静载时取1.221.22，动载时取，动载时取1.01.0。) 43 ( wexflhN ) 33
20、( weyflhN 2f f) 23 (3)( 3222 wfwuff 第45页/共141页第四十六页，共142页。)63( wffewffhlN 对于正面对于正面(zhngmin)(zhngmin)角焊缝，角焊缝，f=0f=0，由，由3535式得：式得：对于侧面对于侧面(cmin)(cmin)角焊缝，角焊缝，f=0f=0，由，由3535式得：式得：)73( wfewffhlN 以上各式中：以上各式中： he=0.7hf he=0.7hf； lw lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷(quxin)(quxin)时，每条焊缝取其时，每条焊缝取其 实际长度减去实际长度减
21、去2hf2hf。)53(22 wfffff 第46页/共141页第四十七页，共142页。ewwffhlfN 四、各种四、各种( zhn)( zhn)受力状态下的直角角焊缝连接受力状态下的直角角焊缝连接计算计算wfwefflhN 1 1、轴心、轴心(zhu xn)(zhu xn)力力作用下作用下(1)(1)轴心轴心(zhu xn)(zhu xn)力作用下的盖板对接连接力作用下的盖板对接连接: :A A、仅采用侧面角焊缝连接：仅采用侧面角焊缝连接：B B、采用三面围焊连接：、采用三面围焊连接：wfewffhlNN NNl lw wl lw w第47页/共141页第四十八页，共142页。(2)(2)
22、作用力斜向于角焊缝作用力斜向于角焊缝(hn fn)(hn fn)连连接接)83(cos ewfhlN )93(sin ewfhlN )53(22 wfffff N Nx xN Ny yN N2wl2wlN N代入式代入式3-53-5验算验算(yn sun)(yn sun)焊缝强度，焊缝强度，即即: :第48页/共141页第四十九页，共142页。(3)(3)角钢角焊缝角钢角焊缝(hn fn)(hn fn)连接连接A A、仅采用侧面角焊缝、仅采用侧面角焊缝(hn (hn fn)fn)连接连接)113()103(221121 eNeNNNN由力及力矩由力及力矩(l j)(l j)平衡平衡得得: :故
23、故: :)133()123(2211212121 NkeeeNNNkeeeNN肢尖焊缝内力分配系数肢尖焊缝内力分配系数肢背焊缝内力分配系数肢背焊缝内力分配系数 2211212121keeekkeeekNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2第49页/共141页第五十页，共142页。)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 对于对于(duy)(duy)校核问校核问题题: :对于设计对于设计(shj)(shj)问题问题: :)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2第50页/共14
24、1页第五十一页，共142页。B B、采用、采用(ciyng)(ciyng)三面三面围焊围焊)213(2)203(2322311 NNkNNNkN由力及力矩由力及力矩(l j)(l j)平衡得平衡得: :)183(333 wffewfhlN )193(33 wffefbhN 余下余下(yxi)(yxi)的问题同情况的问题同情况AA，即，即: :Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2第51页/共141页第五十二页，共142页。)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 对于对于(duy)(duy)校核问题校核问题: :对于对于(duy)(duy)设计问
25、题设计问题: :)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2第52页/共141页第五十三页，共142页。)233()223(23123 NNNNkNC C、采用、采用(ciyng)L(ciyng)L形形围焊围焊代入下式代入下式3-203-20，3-213-21得得: :对于设计对于设计(shj)(shj)问题问题: :02 N)243(333111 wwfffwfewlfNhfhNl )213(2)203(2322311 NNkNNNkNNe1e2bN1xxN3l lw1w1第53页/共141页第五十四页，共142页
26、。2011年年9月月26日日 星期一星期一第54页/共141页第五十五页，共142页。2 2、N N、M M、V V共同共同(gngtng)(gngtng)作用作用下下(1)(1)偏心轴力作用下角焊缝强度偏心轴力作用下角焊缝强度(qingd)(qingd)计算计算NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNy 2,6weewxAflhMhlN ewyAfhlN , wfAffAff 2,2, h he eh he et t第55页/共141页第五十六页，共142页。(2) V(2) V、M M共同作用下焊缝共同作用下焊缝(hn fn)(hn fn)强度计算强度计算h1fAfAfBf
27、Bf fwffwfAfhIM 21对于对于(duy)A(duy)A点：点：式中：式中：IwIw全部全部(qunb)(qunb)焊缝有效截面对中和轴的惯性焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；矩； h1 h1两翼缘焊缝最外侧间的距离。两翼缘焊缝最外侧间的距离。xxhh2BBAh1MeFVM第56页/共141页第五十七页，共142页。对于对于(duy)B(duy)B点：点： 2,2,22weffBwfBlhVhIM wffBffBf 22 强度强度(qingd)(qingd)验算公式：验算公式：式中：式中：h2h2、lw,2lw,2腹板焊缝腹板焊缝(hn fn)(hn fn)的计算长的计算长度；度； he
28、,2 he,2腹板焊缝腹板焊缝(hn fn)(hn fn)截面有效高度。截面有效高度。h1f1f1f2f2f fxxhh2BBAh1MVM第57页/共141页第五十八页，共142页。假定假定: :A A、被连接件绝对刚性、被连接件绝对刚性(n (n xn)xn)，焊缝为弹性，即：，焊缝为弹性，即：T T作用下被连接件有绕焊缝形作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋势；心旋转的趋势；B B、T T作用下焊缝群上任意点的作用下焊缝群上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝应力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与形心的连线，且大小与r r成成正比；正比；C C、在、在V V作用下，焊缝群上的应作用下，焊缝
29、群上的应力均匀分布。力均匀分布。Fe1e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr故：该连接的设计控制点故：该连接的设计控制点 为为A A点和点和A A点点第58页/共141页第五十九页，共142页。xxyyrrxryATAxTAxTATAy yTATA0VyVyh he e)253( yxPTAIIrTIrT T作用作用(zuyng)下下A点点应力应力:将其沿将其沿x x轴轴和和y y轴分解轴分解(fnji):(fnji):)273(cos)263(sin rrIrTrrIrTxPTTAyyPTTAx e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr第59页/共141页第六十页，共142页。剪力
30、剪力V V作用作用(zuyng)(zuyng)下下,A,A点应力点应力: : weVVAylhV A A点垂直于焊缝点垂直于焊缝(hn fn)(hn fn)长度方长度方向的应力为向的应力为: :TAyVAyf A A点平行于焊缝点平行于焊缝(hn fn)(hn fn)长度方长度方向的应力为向的应力为: :TAxf 强度验算公式：强度验算公式：wfffff 22 wfTAxfVAyTAyf 22 即：即：思考思考: :以上计算方法为近似计算，为什么以上计算方法为近似计算，为什么? ?V VxxyyrrxryATAxTAxTATAy yTATA0VyVyh he e第60页/共141页第六十一页，
31、共142页。1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2图图A1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b图图B1 1、由于斜角角焊缝的研究、由于斜角角焊缝的研究(ynji)(ynji)不够充分，为简化不够充分，为简化计算，计算， 规范规定：对于两焊脚边夹角规范规定：对于两焊脚边夹角60o135o60o135o的的 斜斜T T形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相 同的计算公式，且统一取同的计算公式，且统一取f=1.0f=1
32、.0。第61页/共141页第六十二页，共142页。 2cossin21iifieibbbhh 、或或式中：式中：b b、b b1和和b b25mm5mm说明：说明：A. b1A. b1和和b21.5mmb21.5mm时时, , 可取可取(kq)b1(kq)b1、b2=0b2=0B. b1B. b1和和b2 5mmb2 5mm时时, , 应如图应如图“B”“B”方式处方式处 理，且使理，且使b5mmb5mm。1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2图图A1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2
33、f2h he2e2h he1e1b b图图B第62页/共141页第六十三页，共142页。第63页/共141页第六十四页，共142页。 焊接过程焊接过程(guchng)(guchng)是一个不均匀的加热和冷却过程是一个不均匀的加热和冷却过程(guchng)(guchng)，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达1600oC1600oC，而邻近区域温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两，而邻近区域温度骤降。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
34、受到两侧钢材的限制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。焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊材达到屈服强度。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。件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。+-500500o oC C800800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC C800800o oC C施焊方向施焊方向8cm64202468cm-+第64页/共141页第六十五页，共142
35、页。第65页/共141页第六十六页，共142页。(a)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的变形趋势时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的横向应力时的横向应力xy+-+施焊方向施焊方向(c)焊缝横向收缩焊缝横向收缩 时的横向应力时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向焊缝横向残余应力残余应力yx不同施焊方向下不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力焊缝横向收缩时产生的横向残余应力:-+施焊方向施焊方向(e)-+-施焊方向施焊方向( f )xyyx第66页/共141页第六十七页，共142页。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
36、同号(受拉)三向应力，大大降低连接的塑性。-+-321x xy yz z第67页/共141页第六十八页，共142页。f f+-b bf fy y+-b bf fy yNyNy因焊接残余因焊接残余(cny)应力自相平衡，故：应力自相平衡，故：当板件全截面达到当板件全截面达到fy，即，即N=Ny时：时：结论：结论：焊接残余应焊接残余应力力对结构的对结构的静力强度没静力强度没有影响。有影响。+-f fy yf fb bB Bt tftbBNftbNcyt )(第68页/共141页第六十九页，共142页。A、当焊接残余应力存在时，因截面的、当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应力部分拉应力已经达到
37、已经达到fy ，故该部分刚度为零（屈服），这时在，故该部分刚度为零（屈服），这时在N作用下应变作用下应变(yngbin)增量为：增量为： EtbBN 1 f f+-b bf fy yNN+-f fy yf fNNb bB Bt t第69页/共141页第七十页，共142页。结论：结论： 焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低(jingd)了结构的刚度。了结构的刚度。EtBN 2 另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠另外，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（详见第六章）。曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第六
38、章）。 EtbBN 1 第70页/共141页第七十一页，共142页。4 4、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响(yngxing)(yngxing) 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服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域敏感区域。因此焊。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响有明显的不利影响。第71页/共141页第七十二页，共142页。第72页/共141页第七十三页，共142页。第73页/共141页第七十四页，共142页。第74页/共141页第七十
39、五页，共142页。2011年年9月月28日日 星期三星期三第75页/共141页第七十六页，共142页。4 48 8 螺栓螺栓(lushun)(lushun)连接连接的构造的构造1.1.普通普通(ptng)(ptng)螺栓螺栓C级级-粗制螺栓粗制螺栓，性能等级为，性能等级为4.6或或4.8级；级；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类类孔孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d) (d) 1.51.53mm3mm。A、B级级-精制螺栓精制螺栓，性能等级为，性能等级为5.
40、6或或8.8级级; ;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为: :A、B、C三个级别。三个级别。第76页/共141页第七十七页，共142页。由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工钢加工(ji gng)(ji gng)而成，并经而成，并经过热处理过热处理45号8.8级； 40B
41、和20MnTiB10.9级 （a a）大六角头螺栓）大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓第77页/共141页第七十八页，共142页。第78页/共141页第七十九页，共142页。二、螺栓二、螺栓(lushun)的排列的排列1.1.并列并列简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸(ch cun)(ch cun)小，但构小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大；B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距2.2.错列错列排列排列(pili)(pili)不紧凑，所用连接板尺寸大，不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截但构件截 面削弱小；面削弱小； 第7
42、9页/共141页第八十页，共142页。第80页/共141页第八十一页，共142页。第81页/共141页第八十二页，共142页。第82页/共141页第八十三页，共142页。一、螺栓连接一、螺栓连接(linji)的受力形的受力形式式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力(ll)C 剪力和拉力共剪力和拉力共同作用同作用第83页/共141页第八十四页，共142页。NO1234NNabNN/2N/2第84页/共141页第八十五页，共142页。NO1234abNN/2N/2 (3) (3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(23(23段段) ) 该阶段主要靠栓杆与孔该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传
43、力。栓杆受剪力、壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，摩擦力的增大，N-N-关系关系(gun x)(gun x)以曲线状态上升。以曲线状态上升。 第85页/共141页第八十六页，共142页。即为普通螺栓抗剪即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力连接的极限承载力NuNu。NO1234abNN/2N/2Nu第86页/共141页第八十七页，共142页。N/2NN/2NNNN第87页/共141页第八十八页，共142页。NN（5 5）栓杆弯曲）栓杆弯曲(wnq)(w
44、nq)破坏破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/2第88页/共141页第八十九页，共142页。nv剪切面数目；剪切面数目； d螺栓螺栓(lushun)杆直径；杆直径；fvb、fcb螺栓螺栓(lushun)抗剪和承压强度设计值；抗剪和承压强度设计值；t连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。 )343(minmin bcbvbNNN，单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：)323(42 bvvbvfdnN 抗剪承载力：抗剪承载力：)333(bcbc ftdN承压承载力：承压承载力：d第89页
45、/共141页第九十页，共142页。NN1 vn单单剪剪：NN/2N/22 vn双双剪剪：4 vn四四剪剪：N/2N/3N/3N/3N/2第90页/共141页第九十一页，共142页。N/2Nl l1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验试验(shyn)(shyn)证明证明, ,栓群在轴栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大度方向不均匀，两端大, ,中间小。中间小。 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，连时，连接进入弹塑性工作状态后，内力接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相重新
46、分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定同，故设计时假定N有各螺栓均有各螺栓均担。担。bNNnmin 所以，连接所需螺栓数为：所以，连接所需螺栓数为：第91页/共141页第九十二页，共142页。)353(1501 . 1601501010 dldld 时：时：当当ECCS试验曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l l1 1/d/d0 0平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布7.06001 时：时：当当dl)363(min bNNn 故，连接所需栓数：故，连接所需栓数：第92页/共14
47、1页第九十三页，共142页。NNbt tt t1 1b1A A、螺栓采用并列、螺栓采用并列(bngli)(bngli)排列时排列时: :主板的危险截面为主板的危险截面为1-1截面截面: :1122 主板厚度。主板厚度。主板宽度；主板宽度；危险截面上的螺栓数；危险截面上的螺栓数；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值钢材强度设计值 tbmdftdmbAfANnn001 ,1 ,; 拼接板厚度。拼接板厚度。危险截面上的螺栓数；危险截面上的螺栓数；拼接板宽度；拼接板宽度；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值钢材强度设计值 1101012,2,;5 . 0tmbdftdmbAfANnn 第93页/共
48、141页第九十四页，共142页。NNt tt t1 1bc2c3c4c1B B、螺栓采用、螺栓采用(ciyng)(ciyng)错列排错列排列时列时: :主板的危险主板的危险(wixin)(wixin)截面截面为为1-11-1和和1-11-1截面截面: : 主板厚度。主板厚度。主板宽度；主板宽度；危险截面上的螺栓数；危险截面上的螺栓数；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值；钢材强度设计值；式中：式中：截面：截面：对于对于截面：截面：对于对于 tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222140;1211;11 1111第94页/共141页第九十五页，共142页。NNbt tt t1
49、 1b1c2c3c4c1拼接拼接(pn ji)(pn ji)板的危险截面为板的危险截面为2-22-2和和2-22-2截面截面: : 拼接板厚度。拼接板厚度。拼接板宽度；拼接板宽度；危险截面上的螺栓数；危险截面上的螺栓数；螺栓孔直径；螺栓孔直径；钢材强度设计值；钢材强度设计值；式中：式中：截面：截面：对于对于截面：截面：对于对于 1101022214101;1222;225 . 0tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn 2222第95页/共141页第九十六页，共142页。FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F)373(1 nFNF T作用下连接按弹性设计，其假定为：作用下
50、连接按弹性设计，其假定为： （1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； （2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向至形心距离呈线形关系，方向(fngxing)与与ri垂直。垂直。第96页/共141页第九十七页，共142页。TxyN1TN1TxN1Tyr11 显然显然(xinrn)(xinrn)，T T作用下作用下11号螺栓所受剪力最大（号螺栓所受剪力最大（r1r1最大）。最大）。)383(2211 nnTTTrNrNrNT)393(332211 nnTTTTrNrNrNrN由假定由假定(