钢结构的焊缝连接New教学课件.pptx
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- 钢结构 焊缝 连接 New 教学 课件
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1、第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇主要内容主要内容 钢结构的连接钢结构的连接 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 焊接残余应力和焊接变形焊接残余应力和焊接变形 普通螺栓的构造和计算普通螺栓的构造和计算 高强度螺栓的构造和计算高强度螺栓的构造和计算2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇4.1 .1 钢结构的连接钢结构的连接连接的方式连接的方式焊缝连接焊缝连接、铆钉连接和、铆钉连接和螺栓连接称为钢结构连接螺栓连接称为钢结构连接连接的原则连接的原则安全
2、可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材 图图 连接的方式连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接焊接连接焊接连接2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇缺点缺点 Chapter 3 Connections*构造简单构造简单 任何形式的构件都可直接相连;任何形式的构件都可直接相连;*用料经济用料经济 不削弱截面;不削弱截面;*制作加工方便制作加工方便 可实现自动化操作;可实现自动化操作;*连接的密闭性好,结构刚度大,整体性好连接的密闭性好,结构刚度大,整体性好
3、。*材质易变脆;材质易变脆;*产生残余应力、残余应变、焊接缺陷产生残余应力、残余应变、焊接缺陷*降低压杆稳定、影响疲劳强度降低压杆稳定、影响疲劳强度*对裂纹十分敏感对裂纹十分敏感*低温冷脆问题较为突出。低温冷脆问题较为突出。优点优点焊缝连接焊缝连接1.1.焊缝连接的特点焊缝连接的特点现代钢结构最基本的连接方式,应用最广泛。现代钢结构最基本的连接方式,应用最广泛。2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇2.2.钢结构常用的焊接方法钢结构常用的焊接方法电阻焊电阻焊电弧焊电弧焊1 1)手工电弧焊)手工电弧焊2 2)自动半自动埋弧焊)自动半自动
4、埋弧焊气体保护焊气体保护焊(1 1)手工电弧焊)手工电弧焊原理:原理:利用电弧产生热量熔化涂有利用电弧产生热量熔化涂有焊药的焊条及母材形成焊缝。焊药的焊条及母材形成焊缝。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优点:优点:方便,适应性强,特别适用方便,适应性强,特别适用于在高空和野外作业,小型焊接,于在高空和野外作业,小型焊接,应用最广泛。应用最广泛。缺点:缺点:质量波动大,要求焊工等级质量波动大,要求焊工等级高,劳动强度大,生产效率低。高,劳动强度大,生产效率低。2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇
5、A A、焊条的选择:、焊条的选择:焊条应与焊件钢材(主体金属)相适应。焊条应与焊件钢材(主体金属)相适应。Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-E5518)(E5500-E5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条 (E5001-E5048)(E5001-E5048)Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条(型焊条(E4300-E4328)E4300-E4328)B B、焊条的表示方法:、焊条的表示方法:E E焊条焊条(Electrode)(Electrode)第第1 1、2 2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度(位数字为熔敷
6、金属的最小抗拉强度(kgf/mmkgf/mm2 2)第第3 3、4 4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。表示适用焊接位置、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。2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇(2 2)埋弧焊(自动或半自动)埋弧焊(自动或半自动)l 光焊丝埋在焊剂下,通电后电弧使焊丝、焊光焊丝埋在焊剂下,通电后电弧使焊丝、焊件、焊剂熔化形成焊缝。件、焊剂熔化形成焊缝。l 焊剂溶化后形成焊渣浮在溶化金属表面,隔焊剂溶化后形成焊渣浮在溶化金属表面,
7、隔绝空气接触,供给必要的合金元素。绝空气接触,供给必要的合金元素。、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件优点:优点:焊接速度快,劳动强度低,焊缝质量好,焊接速度快,劳动强度低,焊缝质量好,无弧光及烟尘很少等优点。缺点:缺点:设备投资大,施工位置受限。设备投资大,施工位置受限。2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇(3 3)气体保护焊)气体保护焊 利用焊枪喷出的利用焊枪喷出的COCO2 2或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层,以防止有
8、害气体法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层,以防止有害气体的侵入。的侵入。优点:优点:没有熔渣,焊接速没有熔渣,焊接速度快,焊接质量好。度快,焊接质量好。2023-1-24缺点缺点:施工条件受限制,不:施工条件受限制,不适用于在风较大的地方施焊适用于在风较大的地方施焊。第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇(4 4)电阻焊)电阻焊 利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来溶化金属,利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来溶化金属,再通过压力使其焊合。适用于板叠厚度不大于再通过压力使其焊合。适用于板叠厚度不大于1212的焊接。的焊接。20
9、23-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇3.3.焊接接头及焊缝形式焊接接头及焊缝形式(1 1)焊接接头焊接接头:分为:分为对接、搭接、对接、搭接、T T形连接形连接和和角部连接角部连接。2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇(2 2)焊缝形式焊缝形式:分为:分为对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角焊缝。对接焊缝对接焊缝按受力与焊缝方向分:按受力与焊缝方向分:1)直对接焊缝)直对接焊缝 2)斜对接焊缝)斜对接焊缝角焊缝按受力与焊缝方向分:角焊缝按受力与焊缝方向分:1)正面角焊缝:作用力方向与
10、焊缝长度方向垂直。)正面角焊缝:作用力方向与焊缝长度方向垂直。2)侧面角焊缝:作用力方向与焊缝长度方向平行。)侧面角焊缝:作用力方向与焊缝长度方向平行。2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇角焊缝沿长度方向的布置角焊缝沿长度方向的布置 1 1)连续角焊缝:受力性能较好,为主要的角焊缝形式。)连续角焊缝:受力性能较好,为主要的角焊缝形式。2 2)间断角焊缝:在起、灭弧处容易引起应力集中。)间断角焊缝:在起、灭弧处容易引起应力集中。不重要或受力小的构件,可采用间断角焊缝连接50或或10hf2023-1-24Notation:flange
11、and web第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇平焊、立焊、横焊和仰焊。平焊、立焊、横焊和仰焊。施焊方式施焊方式图施焊方式图施焊方式平焊平焊立焊立焊a)焊条焊条d)仰焊仰焊b)c)横焊横焊质量好质量好质量一般质量一般质量差质量差2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇4.4.焊缝缺陷及焊缝质量等级焊缝缺陷及焊缝质量等级(1 1)焊缝缺陷)焊缝缺陷 焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷有部的
12、缺陷。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透未熔合、未焊透等;以及等;以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。等。裂纹裂纹焊瘤焊瘤烧穿烧穿弧坑弧坑气孔气孔夹渣夹渣咬边咬边未熔合未熔合未焊透未焊透2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇(2 2)焊缝质量等级)焊缝质量等级钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001GB50205-2001规定焊缝按规定焊缝按其检验方法和质量要求分为其检验方法和质量要求分为
13、一级、二级一级、二级和和三级三级。u 三级焊缝三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准,只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准,适用于一般连接。适用于一般连接。外观检查(肉眼)外观检查(肉眼)尺寸偏差、表面缺陷;尺寸偏差、表面缺陷;无损检验(仪器)无损检验(仪器)检验内部缺陷(超声波探伤、检验内部缺陷(超声波探伤、X X射线探伤、射线探伤、渗透探伤)。渗透探伤)。u 二级焊缝二级焊缝:外观检查:外观检查+无损检验(超声波探伤)合格,用于受无损检验(超声波探伤)合格,用于受较大拉应力的重要连接。较大拉应力的重要连接。u 一级焊缝一级焊缝:外观检查外观检查+无损检验(超声波探伤、
14、无损检验(超声波探伤、X X射线探伤射线探伤)合)合格,用于抗动力、需要验算疲劳的重要连接。格,用于抗动力、需要验算疲劳的重要连接。2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇(3 3)焊缝质量等级及选用)焊缝质量等级及选用 钢结构设计规范钢结构设计规范(GB50017-2003GB50017-2003)中,对焊缝质量等)中,对焊缝质量等级的选用有如下规定:级的选用有如下规定:1 1)需要进行疲劳计算的构件中,垂直于作用力方向的横向对接焊缝受需要进行疲劳计算的构件中,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。平行于作用力
15、方向的纵向对接焊缝应拉时应为一级,受压时应为二级。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。为二级。2 2)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。缝应不低于二级;受压时宜为二级。3 3)重级工作制和起重量重级工作制和起重量50t50t的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车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之间以及吊车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,质量不应低于二级。焊缝,质量不应低于二级。4 4)角焊缝质量
16、等级一般为三级,但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳角焊缝质量等级一般为三级,但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量和起重量Q Q50t50t的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇5.5.焊缝符号及标注方法焊缝符号及标注方法焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成焊缝符号表示法焊缝符号表示法(GB/T324-1988GB/T324-1988)建筑结构制图标准建筑结构制图标准(GB
17、/T50105-2001GB/T50105-2001)2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇不加引弧板时,lwb/sinq2t。最小计算长度(lwmin)为V形、单边V形、K形坡口的角度。B点,承受由弯矩和剪力共同作用1)连续角焊缝:受力性能较好,为主要的角焊缝形式。Thank You!另一方法是先假定焊脚尺寸和拼接盖板的尺寸,然后验算焊缝的承载力。*产生残余应力、残余应变、焊接缺陷b)最大焊脚尺寸(hfmax)普通螺栓的构造和计算由于未焊透,在焊件之间存在缝隙,焊根处有较大的应力集中,受力性能接近于角焊缝。验算如图所示的钢板对接焊缝
18、的连接。对于工字形或T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应力外,还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力:斜角焊缝:此焊缝与作用力夹角(3)尽量避免焊缝的过分集中和交叉t连接件的较小厚度,对T形接头为腹板的厚度;先焊焊缝凝固阻止后焊焊缝横向自由膨胀,发生横向塑性压缩变形;斜焊缝的受力性能和强度介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。解上式得肢背和肢尖的受力为:纵向焊接应力:长度方向的应力1.1.对接焊缝的对接焊缝的坡口形式坡口形式4.2 4.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造对接焊缝的构造t20mm0.52mm34mmt20mm34mmt20mm34mm)直边缝单边V形缝双边V形缝
19、U形缝X形缝K形缝2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇b=0.52mm(直边缝)(直边缝)b=23mm(单边(单边V)b=23mm(V型)型)p p(U型)型)b=34mmp pb=34mmp p(K型)型)b=34mmp p(X型)型)2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇3.3.对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理2.2.对接焊缝的优缺点对接焊缝的优缺点优点:优点:用料经济、传力均匀、无明显的应力集中,利于承用料经济、传力均匀、无明显的应力集中,利于承受动力荷载。受动力
20、荷载。缺点:缺点:需剖口,焊件长度要求精确。需剖口,焊件长度要求精确。垫板垫板垫板垫板垫板垫板1 1)为防止熔化金属流)为防止熔化金属流淌必要时可在坡口淌必要时可在坡口下加垫板。下加垫板。2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇2 2)在焊缝的起灭弧处,常会出现弧)在焊缝的起灭弧处,常会出现弧坑等缺陷,故焊接时可设置引弧坑等缺陷,故焊接时可设置引弧板和引出板,焊后将它们割除。板和引出板,焊后将它们割除。引弧板引弧板 一般受静力荷载的结构,也可不设引弧板,一般受静力荷载的结构,也可不设引弧板,但焊缝的计算长度比实际长度减小但焊缝的计算长度
21、比实际长度减小2t2t或或2h2hf f。2023-1-243 3)在对接焊缝的拼接处,当焊件的宽度不同或厚度相差)在对接焊缝的拼接处,当焊件的宽度不同或厚度相差4mm4mm以上时,应以上时,应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.51:2.5的斜角,的斜角,以使截面过渡和缓,减小应力集中。以使截面过渡和缓,减小应力集中。a)改变厚度改变厚度b)改变宽度改变宽度1:2.51:2.5第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇4.4.对接焊缝的强度对接焊缝的强度 1 1)受压、受剪的对接焊缝
22、与母材强度相等。)受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。2 2)三级质量的焊缝允许存在的缺陷较多,故其)三级质量的焊缝允许存在的缺陷较多,故其抗抗拉强度拉强度为母材强度的为母材强度的85%85%。3 3)一、二级质量的焊缝的抗拉强度可认为与母材)一、二级质量的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。强度相等。2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇对接焊缝的计算对接焊缝的计算1.1.轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝wcwtwfftlN或(4.2.1)N轴心拉力或压力设计值轴心拉力或压力设计值lw焊缝计算长度,焊缝计算长度,无引弧板时,焊缝
23、计算长度取实际长度减去无引弧板时,焊缝计算长度取实际长度减去2t;有引弧;有引弧板时,取实际长度。板时,取实际长度。t连接件的较小厚度,连接件的较小厚度,对对T T形接头为腹板的厚度形接头为腹板的厚度;ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值(对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值(P382P382表表1.31.3)。)。与构件母材强度计算方法相同,采用材料力学的计算公式与构件母材强度计算方法相同,采用材料力学的计算公式 加引弧板(引出板)施焊的情况下,一、二级对接焊缝不需计算。加引弧板(引出板)施焊的情况下,一、二级对接焊缝不需计算。三级焊缝受拉时,或无引弧板(引出板)时才验算。三级焊缝受拉时,
24、或无引弧板(引出板)时才验算。NNlt要点要点2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇斜向受力的对接焊缝斜向受力的对接焊缝 对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心,并与焊缝长度方向呈对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心,并与焊缝长度方向呈 夹角,其计算公式为:夹角,其计算公式为:lw斜焊缝计算长度。加引弧板时,斜焊缝计算长度。加引弧板时,lwb/sin;不加引弧板时,不加引弧板时,lwb/sin 2t。fvw对接焊缝抗剪设计强度。对接焊缝抗剪设计强度。规范规定,当斜焊缝倾角规范规定,当斜焊缝倾角 56.3,即,即tan 1.5时,可认
25、为对时,可认为对接斜焊缝与母材等强,不用计算。接斜焊缝与母材等强,不用计算。bwcwtsinfftlNw或(4.2.2)wvwftlNcos(4.2.3)2023-1-24第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇2.2.承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝 焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形,正应力与剪应力图形分焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形,正应力与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形,其最大值应分别满足下列强度条件。布分别为三角形与抛物线形,其最大值应分别满足下列强度条件。wVwwwmax23ftlVtIVS(4.
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