第三章连接部分内容新课件.ppt
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1、hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊缝的形式、角焊缝的形式:一、角焊缝的形式和受力分析一、角焊缝的形式和受力分析3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝、斜角角焊缝(1 1)直角角焊缝直角角焊缝hehfhf凹面式凹面式按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)斜角角焊缝斜角角焊缝对于对于135135o o或或606mmt6mm时,时,h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)mm;hf ft
2、 t1 1t2 2、最小焊脚尺寸、最小焊脚尺寸hf,min 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织,导致母材开裂,硬组织,导致母材开裂,hf,min应满足以下要求应满足以下要求:)(5.12min,计计算算数数值值只只进进不不舍舍!thf 式中式中:t t2-较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另另:对于埋弧自动焊对于埋弧自动焊hf,min可减去可减去1mm;对于对于T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,min应加上应加上1mm;当当t t24mm时时,hf,min=t=t23.3.侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性工
3、作阶段沿长度方向受力不均,侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均,两端大而中间小。焊缝长度越长,应力集中系数越大。两端大而中间小。焊缝长度越长,应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大,焊缝两端达到屈服强度后,如果焊缝长度不是太大,焊缝两端达到屈服强度后,继续加载,应力会渐趋均匀;当焊缝长度达到一定的继续加载,应力会渐趋均匀;当焊缝长度达到一定的长度后,可能破坏首先发生在焊缝两端,故:长度后,可能破坏首先发生在焊缝两端,故:fwhl60 注注:1 1、当实际长度大于以上值时,计算时不予考虑;、当实际长度大于以上值时,计算时不予考虑;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
4、焊缝全长分布时,不受上式限制。4.4.侧面角焊缝的最小计算长度侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝,焊件局部加热对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝,焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近,以及可能产生缺陷,使焊严重且起落弧坑相距太近,以及可能产生缺陷,使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力,规范规缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力,规范规定:定:mmhlfw408且不得小于且不得小于 5.搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求 当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时:当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时:A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力、为了避免应力传递的过分弯折而使构
5、件中应力 不均,规范规定:不均,规范规定:blw B、为了避免焊缝横向收、为了避免焊缝横向收 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 t1t2bwlD.在在搭接连接中,搭接长度不得小于焊件较小厚度搭接连接中,搭接长度不得小于焊件较小厚度 的的5倍,且不得小于倍,且不得小于25mm。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2h2hf f的的绕绕 角焊角焊,且转角处必须连续施焊。,且转角处必须连续施焊。bwl2hf f2551且且t t1t2三、直角角焊缝的强度计算公式 1
6、1、试验表明,直角角焊缝的破坏常发生在试验表明,直角角焊缝的破坏常发生在喉部喉部,故通常将故通常将4545o o截面作为计算截面,作用在该截面上的截面作为计算截面,作用在该截面上的应力如下图所示:应力如下图所示: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2 2、实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难,实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难,为了简化计算,规范假定:为了简化计算,规范假定:焊缝在有效截面处破坏焊缝在有效截面处破坏,且各应力分量满足以下折算应力公式且各应力分量满足以下折算应力公式:)
7、13()(3222 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值,是根据缝强度设计值,是根据抗剪条抗剪条件件确定的故上式又可表达为:确定的故上式又可表达为:式中:式中:wuf-焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度)23(3)(3222 wfwuffhelw w4 4、直角角焊缝的强度计算公式:直角角焊缝的强度计算公式:)43(wexflhN)33(weyflhN NNyNx2f ff=fh he el lw w45O45Oh hf fwfffff3232222 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)5
8、3(22 wfffff 式式3 35 5即为,规范给定的角焊缝强度计算通用公式即为,规范给定的角焊缝强度计算通用公式f f 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。)63(wffewffhlN 对于正面角焊缝,对于正面角焊缝,f f=0=0,由,由3 35 5式得:式得:对于侧面角焊缝,对于侧面角焊缝,f f=0=0,由,由3 35 5式得:式得:)73(wfewffhlN 以上各式中:以上各式中:h he e=0.7h=0.7hf f;l lw w角焊缝计算长度,考虑起灭弧缺陷时,每条角焊缝计算长度,考虑起灭弧缺陷时,
9、每条焊缝取其实际长度减去焊缝取其实际长度减去2h2hf f。两边侧焊两边侧焊两边端焊两边端焊验算验算 端焊缝强度提高系数端焊缝强度提高系数验算验算认为焊缝有效截面上应力均匀分布认为焊缝有效截面上应力均匀分布一条单独的焊缝,每端扣除一条单独的焊缝,每端扣除hf典型节点(典型节点(1)拼接板连接拼接板连接 承受轴力承受轴力N作用作用各种受力状态下的直角角焊缝连接计算:各种受力状态下的直角角焊缝连接计算:验算验算四周围焊四周围焊当焊缝受直接动力荷载时:当焊缝受直接动力荷载时:由端焊缝由端焊缝1N1122再验算侧焊缝再验算侧焊缝N1lw1N2,lw2减小拼接板减小拼接板角部应力集中角部应力集中四周菱形
10、围焊四周菱形围焊简化验算简化验算 无论静载、动载无论静载、动载12NNN 典型节点(典型节点(1)拼接板连接拼接板连接 承受轴力承受轴力N作用作用(2)(2)T形角焊缝连接形角焊缝连接)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验算焊缝强度,即验算焊缝强度,即:(3)(3)角钢角焊缝连接角钢角焊缝连接A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接)113()103(221121 eNeNNNN由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得:故故:)133()123(2211212121 Nk
11、eeeNNNkeeeNN肢肢尖尖焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数肢肢背背焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数 2211212121keeekkeeekNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 对于校核问题对于校核问题:对于设计问题对于设计问题:)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2B B、采用三面围焊采用三面围焊)213(2)203(2322311 NNkNNNkN由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得:)183(333 wffewfhlN)1
12、93(33 wffefbhN 余下的问题同情况余下的问题同情况A,即,即:Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 对于校核问题对于校核问题:对于设计问题对于设计问题:)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2)233()223(23123 NNNNkNC C、采用、采用L L形围焊形围焊代入下式代入下式3-203-20,3-213-21得得:对于设计问题对于设计问题:02 N)243(333111 wwfffwfewlfNhfh
13、Nl Ne1e2bN1xxN3l lw1w1角钢类型角钢类型连接形式连接形式内力分配系数内力分配系数肢背肢背K1肢尖肢尖K2等肢角钢等肢角钢0.700.30不等肢角钢不等肢角钢短肢连接短肢连接0.750.25不等肢角钢不等肢角钢长肢连接长肢连接0.650.352 2、N、M、V共同作用下共同作用下(1(1)偏心轴力作用下角焊缝强度计算偏心轴力作用下角焊缝强度计算NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNy 2,6weewxAflhMhlN ewyAfhlN ,wfAffAff 2,2,h he eh he et t(2)V、M共同作用下焊缝强度计算共同作用下焊缝强度计算h1fAf
14、AfBfBf fwffwfAfhIM 21对于对于A点:点:式中:式中:I Iw w全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩;全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩;h h1 1两翼缘焊缝最外侧间的距离。两翼缘焊缝最外侧间的距离。xxh h2BBAh1MeFVM对于对于B点:点:2,2,22weffBwfBlhVhIM wffBffBf 22 强度验算公式:强度验算公式:式中:式中:h h2 2、l lw,2w,2腹板焊缝的计算长度;腹板焊缝的计算长度;h he,2e,2腹板焊缝截面有效高度。腹板焊缝截面有效高度。h1f1f1f2f2f fxxh h2BBAh1MVM假定假定:A A、被连接件绝对刚性,焊缝
15、、被连接件绝对刚性,焊缝为弹性,即:为弹性,即:T T作用下被连作用下被连接件有绕焊缝形心旋转的趋接件有绕焊缝形心旋转的趋势;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,焊缝群上的应力均匀分布。力均匀分布。3、T、V共同作用下共同作用下将将F F向焊缝群形心向焊缝群形心简化得简化得:V=F V=F T=F(e T=F(e1 1+e+e2 2)Fe1e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr故:该连接的设计控制点故:该连
16、接的设计控制点 为为A A点和点和A A点点xxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he e)253(yxPTAIIrTIrT T作用下作用下A点应力点应力:将其沿将其沿x x轴轴和和y y轴分解轴分解:)273(cos)263(sin rrIrTrrIrTxPTTAyyPTTAx e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr剪力剪力V作用下作用下,A,A点应力点应力:weVVAylhV A A点垂直于焊缝长度方点垂直于焊缝长度方向的应力为向的应力为:TAyVAyf A A点平行于焊缝长度方点平行于焊缝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:
17、wfffff 22 wfTAxfVAyTAyf 22 即:即:思考思考:采用近似计算方法采用近似计算方法?V VxxyyrrxryATAxTAxTAyTAyTATA0VyVyh he e斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算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不够充分,为简化计算,、由于斜角角焊缝的研究不够充分,为简化计算,规范规定:对于两焊脚边夹角规范规定:对于两焊脚边夹角6
18、0o135o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=1.0。2 2、斜角角焊缝的计算厚度、斜角角焊缝的计算厚度hei由几何关系得其通式为:由几何关系得其通式为:2cossin21iifieibbbhh 、或或式中:式中:b b、b b1和和b b25mm5mm说明:说明:A.bA.b1和和b b21.5mm1.5mm时时,可取可取b b1、b b2=0=0B.bB.b1和和b b2 5mm 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 hf1
19、f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2图图A1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b图图B未焊透的对接焊缝的计算未焊透的对接焊缝的计算 在钢结构设计中,当板件较厚,而板件间连接受力又很在钢结构设计中,当板件较厚,而板件间连接受力又很小,若采用小,若采用3.33.3节所述的对接焊缝(焊透),焊缝强度不能充节所述的对接焊缝(焊透),焊缝强度不能充分发挥。此时可采用不焊透的对接焊缝。分发挥。此时可采用不焊透的对接焊缝。assssaasssV形坡口U形坡口 在设计图纸上必须注明坡口
20、型式(分在设计图纸上必须注明坡口型式(分V V型和型和U U型)及尺寸。型)及尺寸。由图可知,未焊透的对接焊缝实际上可视为坡口内焊接的角由图可知,未焊透的对接焊缝实际上可视为坡口内焊接的角焊缝,故计算方法与直角角焊缝相同,用焊缝,故计算方法与直角角焊缝相同,用(3.6)(3.6)(3.8)(3.8)式式计算计算,偏安全地取偏安全地取f f=1.0=1.0,其,其h he e与坡口类型和坡口角度有与坡口类型和坡口角度有关。关。V V型坡口:型坡口:当当60600 0时时,h he es s。当。当 60 600 0时时,h he e 0.75s(0.75s(主要是考虑到根部不易焊满而降低主要是考
21、虑到根部不易焊满而降低)。U U型坡口型坡口 h he e s s。ss坡口根部至焊缝表面坡口根部至焊缝表面(不考虑余高不考虑余高)的最短距离;的最短距离;VV型坡口角度。型坡口角度。另外,不焊透的对接焊缝的有效厚度另外,不焊透的对接焊缝的有效厚度h he e不得小于不得小于 ,t t是坡口所在焊件的较大厚度是坡口所在焊件的较大厚度(mm)(mm)。当熔合线处焊缝截面边长。当熔合线处焊缝截面边长等于或接近于最短距离等于或接近于最短距离s s时,应验算焊缝在熔合线上的抗剪时,应验算焊缝在熔合线上的抗剪强度,抗剪强度设计值取角焊缝的强度设计值乘以强度,抗剪强度设计值取角焊缝的强度设计值乘以0.90
22、.9。1.5 t焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形一、焊接残余应力的分类及其产生的原因一、焊接残余应力的分类及其产生的原因 1 1、焊接残余应力的分类、焊接残余应力的分类 A A、纵向焊接残余应力纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向沿焊缝长度方向;B B、横向焊接残余应力横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向垂直于焊缝长度方向;C C、沿厚度方向的焊接残余应力。沿厚度方向的焊接残余应力。2 2、焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力产生的原因 (1 1)纵向焊接残余应力)纵向焊接残余应力 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程,焊件上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
23、达产生不均匀的温度场,焊缝处可达16001600o oC C,而邻近区域,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,产生小的钢材限制,产生热态塑性压缩热态塑性压缩,焊缝冷却时被,焊缝冷却时被塑性塑性压缩压缩的焊缝区趋向收缩,但受到两侧钢材的限制而产生的焊缝区趋向收缩,但受到两侧钢材的限制而产生拉应力拉应力。对于低碳钢和低合金钢,该拉应力可以使钢材。对于低碳钢和低合金钢,该拉应力可以使钢材达到达到屈服强度屈服强度。焊接残余应力是无荷载的。焊接残余应力是无荷载的内应力内应力,故在,故在焊件内自相平衡,这必然在焊缝稍远区产
24、生压应力。焊件内自相平衡,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施施焊焊方方向向8cm64202468cm-+(2 2)横向焊接残余应力)横向焊接残余应力产生的原因产生的原因:1 1、焊缝的纵向收缩,使焊件有反向、焊缝的纵向收缩,使焊件有反向弯曲变形弯曲变形的趋势,的趋势,导致两焊件在焊缝处导致两焊件在焊缝处中部受拉,两端受压中部受拉,两端受压;2 2、焊接时已凝固的先焊焊缝,阻止后焊焊缝的横向、焊接时已凝固的先焊焊缝,阻止后焊焊缝的横向膨胀,产生膨胀,产
25、生横向塑性压缩变形横向塑性压缩变形。焊缝冷却时,后焊焊缝冷却时,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,因焊焊缝产生压应力,因应力自相平衡应力自相平衡,更远处焊缝,更远处焊缝则产生拉应力则产生拉应力;应力分布与施焊方向有关应力分布与施焊方向有关。以上两种应力的组合即为,横向焊接残余应力以上两种应力的组合即为,横向焊接残余应力。(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+-+施施焊焊方方向向(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x
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