大学精品课件：第3章连接.ppt

1、第三章第三章 连连 接接 第一节第一节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法 第二节第二节 焊缝及其连接形式焊缝及其连接形式 第三节第三节 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 第四节第四节 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 第五节第五节 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形 第六节第六节 螺栓连接的构造螺栓连接的构造 第七节第七节 普通螺栓的计算普通螺栓的计算 第八节第八节 高强度螺栓连接的计算高强度螺栓连接的计算 连接要求连接要求 力学方面：安全可靠力学方面：安全可靠，具有足够强度具有足够强度、刚度和延性；刚度和延性； 施工方面：构造简单施工方面：构造简单，制造方便制造方便 连接方法：

2、连接方法：焊接焊接、铆接和螺栓连接铆接和螺栓连接 （a a）焊接连接；（）焊接连接；（b b）铆钉连接；（）铆钉连接；（c c）螺栓连接）螺栓连接 第一节第一节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法 连接方法连接方法 优优 点点 缺缺 点点 焊焊 接接 （1 1）对几何形体适应性强对几何形体适应性强； （2 2） 构造简单，省材省工构造简单，省材省工； （3 3）易于易于 自动化， 工效高自动化， 工效高； （4 4） 密封性好，密封性好， 刚度和整体性好刚度和整体性好 （1 1） 热影响区，热影响区， 材质劣化材质劣化； （2 2） 残余应力和残余变形；残余应力和残余变形；（3 3）缺缺 陷陷、

3、裂纹、裂纹，易产生应力集中；，易产生应力集中； 铆铆 接接 传力可靠，韧性和塑性好，质量传力可靠，韧性和塑性好，质量 易于检查，抗动力荷载好易于检查，抗动力荷载好 构造复杂、构造复杂、费钢费工费钢费工 普通螺栓普通螺栓 连接连接 装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单 螺栓精度低时不宜受剪螺栓精度低时不宜受剪； 螺栓精螺栓精 度高时加工和安装难度较大度高时加工和安装难度较大 高强高强度度螺螺 栓连接栓连接 能承受动力荷载， 耐疲劳， 塑性、能承受动力荷载， 耐疲劳， 塑性、 韧性好韧性好 摩擦面处理，安装工艺略为复摩擦面处理，安装工艺略为复 杂，造价略高杂，造价略高 表表1 1 三种连接方法优缺

4、点三种连接方法优缺点 第二节第二节 焊缝连接形式焊缝连接形式 一、焊接方法一、焊接方法 分类：分类：电弧焊、气焊和电阻焊等电弧焊、气焊和电阻焊等 原理：原理：利用电弧产生的热能使连接处的焊件钢材利用电弧产生的热能使连接处的焊件钢材 局部熔化，并添加焊接时由焊条或焊丝熔化的钢液，局部熔化，并添加焊接时由焊条或焊丝熔化的钢液， 冷却后共同形成焊缝使两焊件连成一体。冷却后共同形成焊缝使两焊件连成一体。 焊缝与空气的隔离：焊缝与空气的隔离：焊接过程中如果焊缝直接与焊接过程中如果焊缝直接与 空气接触，那么空气中的氧、氮等气体会进入焊缝空气接触，那么空气中的氧、氮等气体会进入焊缝 而使焊缝变脆。而使焊缝变

5、脆。 图 7-2 手工电弧焊 图 7-3 自动埋弧焊 1电源；2导线；3夹具； 1焊丝转盘；2转动焊丝的电动机； 4焊条；5药皮；6焊件 3焊剂漏斗；4电源；5熔化的焊剂； 6焊缝金属；7焊件；8移动方向 1 1、手工电弧焊：、手工电弧焊： 原理：原理： 特点：适用于各种焊接位置特点：适用于各种焊接位置 药皮：药皮： 焊条型号与焊件母材钢号的匹配：焊条型号与焊件母材钢号的匹配： Q235Q235（E43E43型焊条）型焊条） Q345Q345（E50E50型焊条）型焊条） Q390Q390和和Q420Q420（E55E55型焊条）；型焊条）； 不同强度钢材焊接，采用与较低强度钢材匹配的不同强度

6、钢材焊接，采用与较低强度钢材匹配的 焊条；焊条； 图 7-2 手工电弧焊 图 7-3 自动埋弧焊 1电源；2导线；3夹具； 1焊丝转盘；2转动焊丝的电动机； 4焊条；5药皮；6焊件 3焊剂漏斗；4电源；5熔化的焊剂； 6焊缝金属；7焊件；8移动方向 2 2、自动（半自动）埋弧焊：、自动（半自动）埋弧焊： 特点：效率高，熔化深度大、质量好，塑性特点：效率高，熔化深度大、质量好，塑性 韧性好，焊接变形小，热影响区范围小；适用于韧性好，焊接变形小，热影响区范围小；适用于 长而直的焊缝长而直的焊缝 焊剂层：焊剂层： 3 3、气体保护焊：、气体保护焊： 原理同埋弧焊，只是改用利用原理同埋弧焊，只是改用利

7、用CO2作为保护介作为保护介 质；质； 速度快，焊件熔深大、焊接质量好；速度快，焊件熔深大、焊接质量好； 周围风速不能太大。周围风速不能太大。 4 4、电阻焊：、电阻焊： 原理：利用电流通过焊件接触点表面的电阻产原理：利用电流通过焊件接触点表面的电阻产 生的热量来熔化金属，再通过压力使其熔合。生的热量来熔化金属，再通过压力使其熔合。 焊接厚度焊接厚度20mm：U U、K K、X X形；形； （a a）I I形缝；形缝； （b b）带钝边单边）带钝边单边V V形缝；形缝； （c c）V V形缝形缝 （d d）U U形；形； （e e）K K形缝；形缝； （f f）X X形缝形缝 g g）加垫板的

8、）加垫板的I I形缝形缝 h h）加垫板的带钝边单边）加垫板的带钝边单边V V形缝形缝 i i）加垫板的）加垫板的V V形缝形缝 施工条件：施工条件： 为保证施工质量，当一侧施焊完毕后，常需翻为保证施工质量，当一侧施焊完毕后，常需翻 过来在反面清除根部后进行一次补焊，如无条件，过来在反面清除根部后进行一次补焊，如无条件， 则应在正面施焊时在焊缝的根部加设临时垫板；则应在正面施焊时在焊缝的根部加设临时垫板； 3 3）厚度或者宽度不同时：厚度或者宽度不同时：一定坡度使截面平缓过一定坡度使截面平缓过 渡；渡； 2 2）引弧板的设置：）引弧板的设置： 消除焊口引起的应力集中现象；消除焊口引起的应力集中

9、现象； （一）（一） 特点：特点： 无需坡口，构造较对接焊缝简单无需坡口，构造较对接焊缝简单 （二）按受力与焊缝方向分：（二）按受力与焊缝方向分： 1 1）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 2 2）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行 二、角焊缝二、角焊缝 （三）截面形式（三）截面形式: : 斜角角焊缝斜角角焊缝 直角角焊缝直角角焊缝 a) a) 普通焊缝普通焊缝 b b）平坡焊缝）平坡焊缝 c c）深熔焊缝）深熔焊缝 有效截面、有效厚度有效截面、有效厚度 （四）应力分布（四）应力分布 1 1、侧面角焊缝：、侧面角焊缝：应

10、力分布不均匀，两端大中间小，应力分布不均匀，两端大中间小， 焊缝越长，不均匀分布越显著；由于塑性变形，破焊缝越长，不均匀分布越显著；由于塑性变形，破 坏前趋于均匀。坏前趋于均匀。 2 2、正面角焊缝：、正面角焊缝：截面受力状态较为复杂；截面受力状态较为复杂； 3 3、正面角焊缝与侧面角焊缝力学性能比较、正面角焊缝与侧面角焊缝力学性能比较 （1 1）正面角焊缝强度）正面角焊缝强度 和刚度都高于侧面角和刚度都高于侧面角 焊缝；焊缝； （2 2）侧面角焊缝塑性）侧面角焊缝塑性 性能较正面角焊缝好。性能较正面角焊缝好。 （五）角焊缝构造要求（五）角焊缝构造要求 1 1、焊脚尺寸焊脚尺寸h hf f 最

11、 小 焊 脚 尺 寸 ：最 小 焊 脚 尺 寸 ： 对 手 工 焊对 手 工 焊 ，h hf f应 不 小应 不 小 于于 ，t tmaxmax为较厚焊件的厚度；对自动焊为较厚焊件的厚度；对自动焊， 可减小可减小1 1mmmm； 最大焊脚尺寸：最大焊脚尺寸：不大于较薄焊件厚度的不大于较薄焊件厚度的1 1. .2 2倍倍。 max 1.5 t 板件边缘的焊缝板件边缘的焊缝，当当t t 6 6mmmm时时，h hf f t t；当；当 t t 6 6mmmm时时，h hf f t t ( (1 12 2)mm)mm。 2 2、焊缝长度、焊缝长度 l lw w 太短：太短：使焊缝起弧点和落弧使焊缝起

12、弧点和落弧 点太近，焊缝端部易坍塌；点太近，焊缝端部易坍塌； 不宜小于不宜小于8 8h hf f或或40 mm40 mm 太长：太长：侧面角焊缝侧面角焊缝沿长度方向应力分布不均，两沿长度方向应力分布不均，两 端大中间小，过长则可能使两端先破坏；端大中间小，过长则可能使两端先破坏； 不宜大于不宜大于6060hfhf 3 3、其他构造要求：、其他构造要求：P42P42- -4343 第四节第四节 焊缝强度计算焊缝强度计算 角焊缝强度计算角焊缝强度计算 对接焊缝强度计算对接焊缝强度计算 一、角焊缝强度计算一、角焊缝强度计算 w f f3)( 3 2 / 22 fxfxefyfyefzfze , ,

13、NAVAVA fxfy / 2/ 2 fyfx/fz / 2/ 2, （一）角焊缝强度计算公式（一）角焊缝强度计算公式 角焊缝承受三个方向力：角焊缝承受三个方向力： fyfx/fz / 2/ 2, 2 2 w 2 ffxfy fzfyfx 33/2/2 /2/2 f 角焊缝基本公式角焊缝基本公式 222w fxfyfxfyfzf 2 () 3 f 仅有平行于焊缝长度方向的轴心力仅有平行于焊缝长度方向的轴心力 w fewf /()Nhlf 仅有一垂直于焊缝长度方向的轴心力仅有一垂直于焊缝长度方向的轴心力 w fewff /()Nhlf 同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力同时有平行和垂直于焊缝

14、长度方向的轴心力 2 2w ffff /f （一）角焊缝强度计算公式（一）角焊缝强度计算公式 注意环节：注意环节： 1 1、计算长度：、计算长度：考虑起弧和落弧由实际长度减去考虑起弧和落弧由实际长度减去2hf2hf； 2 2、一般只考虑一个垂直于焊缝长度方向的力；、一般只考虑一个垂直于焊缝长度方向的力； 3 3、 强度设计增大系数：强度设计增大系数： 4 4、正应力和剪应力的正确理解；、正应力和剪应力的正确理解； 角焊缝强度计算步骤角焊缝强度计算步骤 1 1、根据构造要求初定焊接尺寸、根据构造要求初定焊接尺寸hfhf； 2 2、确定总的有效面积，需考虑多条焊缝；、确定总的有效面积，需考虑多条焊

15、缝； 3 3、分别求解平行于焊缝长度方向的应力、分别求解平行于焊缝长度方向的应力 和垂直和垂直 于焊缝长度方向的应力于焊缝长度方向的应力 ，然后代入公式计算。，然后代入公式计算。 w fewff /()Nhlf w fewf /()Nhlf w fewff /()Nhlf （二）受轴心力作用的拼接板连接（二）受轴心力作用的拼接板连接 1 1、仅侧面角焊缝、仅侧面角焊缝 w ff ew N f hl w few Nf hl 强度验算：强度验算： 承载力验算：承载力验算： 算例算例1 1 如图所示两块板厚如图所示两块板厚t t14mm14mm的板采用上下两块盖的板采用上下两块盖 板（板厚板（板厚t

16、 t8mm8mm）连接，钢材采用）连接，钢材采用Q235Q235，手工焊，手工焊， 焊条焊条E43E43，承受静态轴心力，承受静态轴心力N N500KN500KN，已知端缝长，已知端缝长 度为度为Lw1Lw1400mm400mm，侧缝长度为，侧缝长度为Lw2Lw2300mm300mm，根据下，根据下 列情况设计焊缝：列情况设计焊缝： （1 1）仅有侧面角焊缝；）仅有侧面角焊缝； （2 2）仅有正面角焊缝；）仅有正面角焊缝； 解：根据构造要求焊角尺寸解：根据构造要求焊角尺寸 hf 1.2x8hf 1.2x8 tt- -(1(12)2) 取取hf=6mmhf=6mm 1.5 145.6 （1 1）

17、仅有侧面角焊缝；）仅有侧面角焊缝； f ew 3 w2 f 500 10 103160N/mm 0.76430026 N hl f （二）受轴心力作用的拼接板连接（二）受轴心力作用的拼接板连接 2 2、仅正面角焊缝、仅正面角焊缝 w fff ew N f hl w fewf Nfhl 强度验算：强度验算： 承载力验算：承载力验算： 算例算例1 1 如图所示两块板厚如图所示两块板厚t t14mm14mm的板采用上下两块盖的板采用上下两块盖 板（板厚板（板厚t t8mm8mm）连接，钢材采用）连接，钢材采用Q235Q235，手工焊，手工焊， 焊条焊条E43E43，承受静态轴心力，承受静态轴心力N

18、N500KN500KN，已知端缝长，已知端缝长 度为度为Lw1Lw1400mm400mm，侧缝长度为，侧缝长度为Lw2Lw2300mm300mm，根据下，根据下 列情况设计焊缝：列情况设计焊缝： （1 1）仅有侧面角焊缝；）仅有侧面角焊缝； （2 2）仅有正面角焊缝；）仅有正面角焊缝； 解：根据构造要求焊角尺寸解：根据构造要求焊角尺寸 hf 1.2x8hf 1.2x8 tt- -(1(12)2) 取取hf=6mmhf=6mm 1.5 145.6 （2 2）仅有正面角焊缝；）仅有正面角焊缝； f ew 3 w2 f 500 10 1531.22195N/mm 0.76240026 N hl f

19、3、三面围焊三面围焊 先计算正面角焊缝受力先计算正面角焊缝受力N N1 1，剩余的，剩余的N N- -N N1 1由侧面角焊由侧面角焊 缝承担缝承担。（一般采用连续焊接，即（一般采用连续焊接，即hfhf相等）相等） 1 1）正面角焊缝承担内力）正面角焊缝承担内力N1N1 ： w 1ffe1w Nf hl 2 2）剩余的剩余的N N- -N1N1由侧面角由侧面角 焊缝承担焊缝承担： w 1 ff ew2 NN f hl （三）受轴心力作用的角钢连接（三）受轴心力作用的角钢连接 1 1、当用侧面角焊缝连接时、当用侧面角焊缝连接时: :两面侧焊两面侧焊 肢背 N1=e2 N /（e1+e2）=K1

20、N 肢尖 N2=e1 N /（e1+e2）=K2 N 肢背、肢尖焊缝强度验算肢背、肢尖焊缝强度验算 w 2 f2f ew2 N f hl w 1 f1f ew1 N f hl 焊缝内力分配系数焊缝内力分配系数 2 2、三面围焊时：、三面围焊时：先计算正面角焊缝受力先计算正面角焊缝受力N N3 3，剩余，剩余 的的N N- -N N3 3由侧面角焊缝承担。由侧面角焊缝承担。 1）正面角焊缝承担的力正面角焊缝承担的力 N3 =0.7hflw3f ffw 2）侧面角焊缝承担的力侧面角焊缝承担的力 肢背 N1 =e2 N /（e1+e2）N3 /2=K1 NN3 /2 肢尖 N2 =e1 N /（e1

21、+e2）N3 /2=K2NN3 /2 3 3）肢背、肢尖焊缝强度验算）肢背、肢尖焊缝强度验算 w 2 f2f ew2 N f hl w 1 f1f ew1 N f hl 算例算例2 2 如图所示某桁架腹杆采用角钢如图所示某桁架腹杆采用角钢2L140X102L140X10，用角焊，用角焊 缝三面围焊与节点板连接，钢材采用缝三面围焊与节点板连接，钢材采用Q235Q235，手工焊，手工焊， 焊条焊条E43E43，承受静态轴心力，承受静态轴心力N N1170KN1170KN，已知焊角尺寸，已知焊角尺寸 hfhf8mm8mm，肢背焊缝长度，肢背焊缝长度Lw1Lw1400mm400mm，肢尖焊缝长度，肢尖

22、焊缝长度 Lw2Lw2250mm250mm，验算焊缝连接是否安全：，验算焊缝连接是否安全： 1 1）正面角焊缝承担的力）正面角焊缝承担的力 N3 = 0.7hflw3 f ffw 0.7x8x140x2x1.22x160306kN 2 2）肢背受力：）肢背受力： 3) 3) 肢尖受力：肢尖受力： N1 =K1 NN3 /2 0.7x1170-306/2=666kN 0.7x8x2x(4000.7x8x2x(400- -8)x160=702kN8)x160=702kN N2 =K2NN3 /20.3x1170-306/2=198kN 0.7x8x2x(2500.7x8x2x(250- -8)x1

23、60=434kN8)x160=434kN （四）弯矩作用下的焊缝强度计算（四）弯矩作用下的焊缝强度计算 w fff w M f W 1 1、确定焊缝有效截面；、确定焊缝有效截面； 2 2、计算焊缝的有效截面模、计算焊缝的有效截面模 量；量； 3 3、计算弯曲正应力：、计算弯曲正应力： （五）弯矩、剪力和轴心力共同作用（五）弯矩、剪力和轴心力共同作用 MVN AAA wewew ; ; MVN Whlhl MN 2V2w AA Af f ()()f MVN AAA wewew ; ; MVN Whlhl MVN AAA wewew ; ; MVN Whlhl 算例算例3 3 验算如图所示牛腿与钢

24、柱连接角焊缝强度。钢材验算如图所示牛腿与钢柱连接角焊缝强度。钢材 采用采用Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43，N300KN，V 200KN，e e100mm100mm，已知焊角尺寸，已知焊角尺寸hfhf8mm8mm，焊缝长，焊缝长 度度LwLw400mm400mm。 3 V2 A ew 200 10 46.5N/mm 0.7 8 24002 8 V hl 剪力剪力V V产生产生 弯矩弯矩M MVeVe产生产生 3 M2 A 2 w 200 10100 76.6N/mm 20.784002 8 6 Ve W 轴力轴力N N产生产生 3 N2 A ew 300 10 69.8

25、N/mm 0.7 8 24002 8 N hl 2 MN 2V222w AA Af f 76.669.8 ()()46.5128.7N/mm 1.22 f 焊缝强度验算：焊缝强度验算： （六）扭矩作用下的焊缝（六）扭矩作用下的焊缝 基本假定基本假定 （1 1）被连接构件是绝对）被连接构件是绝对 刚性的，而焊缝则是弹刚性的，而焊缝则是弹 性的；性的； （2 2）被连接板件绕角焊）被连接板件绕角焊 缝有效截面形心缝有效截面形心o o旋转，旋转， 角焊缝上任一点的应力角焊缝上任一点的应力 方向垂直于该点与形心方向垂直于该点与形心o o 的连线，应力的大小与的连线，应力的大小与 其距离其距离r r的大

26、小成正比。的大小成正比。 A Axy ; T r JII J AyT Ax T r J T Ax Ay T r J 基本步骤：基本步骤： （1 1）求解）求解J JIxIxIyIy； 焊缝形心求解；焊缝形心求解； （2 2）求解扭转应力）求解扭转应力 （3 3）求解垂直于和平行于焊缝长度方向的应力）求解垂直于和平行于焊缝长度方向的应力 分量：分量： （4 4）代入角焊缝强度验算公式：）代入角焊缝强度验算公式： A Axy ; T r JII J AyT Ax T r J T Ax Ay T r J 2 2w ff /f （七）扭矩、剪力和轴心力共同作用（七）扭矩、剪力和轴心力共同作用 yVNT

27、T x AAAA ewew ; ; ; T r VNT r hlhlJJ TV 2TT2w AA AAf f ()()f 角焊缝计算思路：角焊缝计算思路： 1 1、根据荷载情况明确角焊缝参数，包括焊角尺寸、根据荷载情况明确角焊缝参数，包括焊角尺寸 hfhf、焊缝长度、焊缝长度lwlw、截面模量、截面模量w w、惯性矩等；、惯性矩等； 2 2、分别求解各种荷载工况下的截面应力；、分别求解各种荷载工况下的截面应力； 3 3、求解垂直于截面和平行于截面应力，应力合成，、求解垂直于截面和平行于截面应力，应力合成， 代入计算公式代入计算公式 2 2w ffff /f 算例算例4 4：p54p54，例，例

28、3 35 5 二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算 （一）对接焊缝强度（一）对接焊缝强度 （1 1）钢材牌号焊条型号）钢材牌号焊条型号 （2 2）焊缝质量检验标准：）焊缝质量检验标准： I I、IIII、 IIIIII级级 压剪：压剪：焊缝和焊件等强；不需计算焊缝强度焊缝和焊件等强；不需计算焊缝强度 拉：拉： I I、IIII级焊缝和焊件等强级焊缝和焊件等强，不需计算焊不需计算焊 缝强度；缝强度；IIIIII级级：0.85f（母材强度），计算焊缝计算焊缝 强度强度。 焊透对接焊缝焊透对接焊缝 部分焊透对接焊缝部分焊透对接焊缝 （二）焊透对接焊缝：（二）焊透对接焊缝：厚度与焊件相同，焊件截厚度与

29、焊件相同，焊件截 面（如果厚度不一则取薄板截面）面（如果厚度不一则取薄板截面） （1 1）轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝 N（lwt）fwt或fwc （2 2）受弯受弯、受剪的对接焊缝计算受剪的对接焊缝计算 最大应力值验算最大应力值验算 max MWw fwt maxVS（Iwt ） fwV 焊缝为矩形截面焊缝为矩形截面 w tzs f1 . 13 2 B 2 B 焊缝为工字形截面焊缝为工字形截面 折算应力验算折算应力验算 考虑到最大折算应力只发生在局部个别点，所以考虑到最大折算应力只发生在局部个别点，所以 将强度设计值适当提高将强度设计值适当提高1010。 - -320x20320x2

30、0 - -320x20320x20 - -1160x101160x10 算例算例5 5 如图所示焊接工字形梁仅在腹板上设一道对接拼如图所示焊接工字形梁仅在腹板上设一道对接拼 接焊缝，钢材采用接焊缝，钢材采用Q345Q345，手工焊，焊条，手工焊，焊条E50E50，拼接，拼接 处弯矩处弯矩M M2600kNm2600kNm，剪力，剪力V V244kN244kN，设置引弧板，设置引弧板， 质量等级三级，试验算最大应力和折算应力。质量等级三级，试验算最大应力和折算应力。 验算内容：验算内容： （1 1）最大应力验算）最大应力验算 （2 2）折算应力验算）折算应力验算 （1 1）焊缝所处截面的惯性矩：

31、）焊缝所处截面的惯性矩： 上翼缘对上翼缘对x x轴的面积矩：轴的面积矩： 上半截面对上半截面对x x轴的面积矩：轴的面积矩： 3344 320 1200310 1160/12575685 10 x Imm 3 1 320 201160/2 103776000Smm 3 3776000 1160/2 10 1160/45458000Smm 6 2 1 max 2600 101160/2 262265/ 5756850000 w t x My fN mm I 3 2 max 244 105458000 23.1180/ 5756850000 10 w v x VS fN mm I t （2 2）焊

32、缝最大应力验算：）焊缝最大应力验算： （2 2）折算应力验算：腹板与上翼缘交界点）折算应力验算：腹板与上翼缘交界点 折算应力：折算应力： 3 2 1 1 244 103776000 16180/ 5756850000 10 w v x VS fN mm I t 22222 1 2 32623 16263.5/ 1.11.1 265291.5/ r w t N mm fN mm （三）部分焊透的对接焊缝（三）部分焊透的对接焊缝 应用：联系或是临时连接应用：联系或是临时连接 坡口形式：按角焊缝计算坡口形式：按角焊缝计算 一、焊接应力的分类和产生的原因一、焊接应力的分类和产生的原因 纵向焊接应力纵向

33、焊接应力 第五节第五节 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形 横向横向焊接应力焊接应力 （1 1）纵向收缩（）纵向收缩（2 2）施焊先后不同：）施焊先后不同：后冷却的受拉后冷却的受拉 厚度方向的厚度方向的焊接应力焊接应力 （1 1）中间受拉，四周受压应力状态；）中间受拉，四周受压应力状态； （2 2）中间厚板焊缝三向受拉，降低塑性）中间厚板焊缝三向受拉，降低塑性； 二、焊接应力对结构性能的影响二、焊接应力对结构性能的影响 对结构静力强度的影响：对结构静力强度的影响：承载力没有影响承载力没有影响 对结构刚度的影响：对结构刚度的影响： 塑性部分没法提供刚度，刚度降低塑性部分没法提供刚度，刚度降低

34、对对低温冷脆低温冷脆的影响：的影响：两向或者三向应力，变脆两向或者三向应力，变脆 对疲劳强度的影响：对疲劳强度的影响：降低疲劳强度或允许应力幅降低疲劳强度或允许应力幅 三、三、 焊接变形焊接变形 残余变形形式残余变形形式 残余变形形式残余变形形式 1 1、合理的焊缝设计、合理的焊缝设计 焊接位置要合理，布置应尽量对称于截面重心焊接位置要合理，布置应尽量对称于截面重心 焊缝尺寸（焊脚和焊缝长度）要适当，采用焊缝尺寸（焊脚和焊缝长度）要适当，采用细长细长焊缝焊缝 焊缝不宜过分集中（图焊缝不宜过分集中（图a a）：过大的焊接应力）：过大的焊接应力 应尽量避免三向焊缝交叉（图应尽量避免三向焊缝交叉（图

35、b b） 焊条易达到（图焊条易达到（图d d），避免仰焊），避免仰焊 2 2、合理的工艺措施、合理的工艺措施 采取合理的施焊次序采取合理的施焊次序 施焊前加相反的预变形（图施焊前加相反的预变形（图a a、b b） 焊前预热，焊后回火（图焊前预热，焊后回火（图c c） 2 2、合理的工艺措施、合理的工艺措施 第六节第六节 螺栓连接的构造螺栓连接的构造 一、引一、引 言言 分类：分类： 普通螺栓普通螺栓 高强螺栓高强螺栓 直径：直径：有效直径（有效直径（d de e ， ，A Ae e）和公称直径）和公称直径d d（M20M20M24M24） 精制螺栓：精制螺栓：A A级和级和B B级，级，5.6

36、5.6级和级和8.88.8级级 粗制螺栓：粗制螺栓：C C级，级，4.64.6级和级和4.84.8级级 摩擦型螺栓：板件间的摩擦力为极限状态；摩擦型螺栓：板件间的摩擦力为极限状态； 承压型螺栓：摩擦力先被克服，直至螺杆承压型螺栓：摩擦力先被克服，直至螺杆 剪切或者孔壁承压破坏；剪切或者孔壁承压破坏； 二、螺栓连接的排列和构造要求二、螺栓连接的排列和构造要求 排列方式：排列方式： 并列：简单整齐并列：简单整齐 错列：紧凑错列：紧凑 排列要求排列要求 受力要求：受力要求：钢板端部剪断，端距不应小于钢板端部剪断，端距不应小于2 2d d0 0； 受拉时，栓距和线距不应过小；受拉时，栓距和线距不应过小

37、； 受压时，沿作用力方向栓距不宜过大；受压时，沿作用力方向栓距不宜过大； 构造要求：构造要求：边距和中距不宜过大，否则接触面不边距和中距不宜过大，否则接触面不 紧密，潮气入侵造成锈蚀；紧密，潮气入侵造成锈蚀； 施工要求：施工要求：有一定的施工空间，便于转动扳手拧有一定的施工空间，便于转动扳手拧 紧螺帽。紧螺帽。 孔、螺栓图例孔、螺栓图例 传力方式：传力方式： 抗剪螺栓：抗剪螺栓：螺栓杆抗剪螺栓杆抗剪 和螺栓杆对孔壁承压传和螺栓杆对孔壁承压传 递剪力；递剪力； 抗拉螺栓：抗拉螺栓：螺栓杆承受螺栓杆承受 沿杆长方向的拉力；沿杆长方向的拉力； 同时同时抗剪、抗拉螺栓抗剪、抗拉螺栓: : 第七节第七节

38、 普通螺栓连接的计算普通螺栓连接的计算 一、抗剪螺栓一、抗剪螺栓 工作性能：工作性能：克服界面摩擦力，螺杆承压（剪切和弯曲），塑性破坏克服界面摩擦力，螺杆承压（剪切和弯曲），塑性破坏 1 1、破坏形式：、破坏形式：螺栓杆剪断；孔壁压坏；板被拉断；螺栓杆剪断；孔壁压坏；板被拉断； 板端被剪断；螺栓杆弯曲板端被剪断；螺栓杆弯曲 2 2、 一个抗剪螺栓的设计承载力计算一个抗剪螺栓的设计承载力计算 抗剪承载力设计值：抗剪承载力设计值： b vv b v f d nN 4 2 承压承载力设计值：承压承载力设计值： b c b c ftdN (a) 单剪单剪 (b) 双剪双剪 (c) 四剪面四剪面 一个抗

39、剪螺栓的承载力设计值应取上面两式较小值一个抗剪螺栓的承载力设计值应取上面两式较小值 b min /nN N 3 3、普通螺栓的抗剪连接计算、普通螺栓的抗剪连接计算 1 1）轴心力作用下的抗剪计算）轴心力作用下的抗剪计算 螺栓强度螺栓强度 b min /N nN 板件净截面强度板件净截面强度 n /N Af 净截面面积净截面面积A An n （1 1）并列）并列 N1=N； N2 =N(n1/n) N ；N3 = N (n1+n2)/n N 对被连接板：对被连接板：An=t (bn1d0) 对拼接板：对拼接板： An =2t1 (bn3d0) （2 2）错列）错列: : 22 n421220 2

40、(1)Ateneen d 算例算例6 6 如图所示某钢板的搭接连接，板件厚如图所示某钢板的搭接连接，板件厚t t16mm16mm， 宽宽b b240mm240mm，拼接板，拼接板t1t17mm7mm，采用，采用C C级螺栓级螺栓M22M22， 孔径孔径d0d023.5mm23.5mm，承受轴心力，承受轴心力N N500kN500kN，钢材采用，钢材采用 Q235Q235，试设计该连接。，试设计该连接。 抗剪承载力设计值：抗剪承载力设计值： 2 2 4 22 2140106.4 4 bb vvv d Nnf kN 承压承载力设计值：承压承载力设计值： 22 14 30593.9 bb cc Nd

41、t fkN 抗剪螺栓的承载力设计值抗剪螺栓的承载力设计值 b min min(,)93.9 bb vc NNNkN 抗剪螺栓数：抗剪螺栓数： 取螺栓数取螺栓数n n6 6 b min /500/93.95.3nN N 板件净截面强度板件净截面强度: 3 2 n 2 500 10 /210/ 14240323.5 215/ N AN mm fN mm 2 2）扭矩作用下的抗剪计算）扭矩作用下的抗剪计算 基本假定基本假定 被连接构件是被连接构件是 绝对刚性的，而绝对刚性的，而 螺栓则是弹性的；螺栓则是弹性的； 各螺栓绕螺栓群形心各螺栓绕螺栓群形心o o旋转，其受力大小与旋转，其受力大小与 其至螺栓

42、群形心其至螺栓群形心o o的距离的距离r r成正比，力的方向与成正比，力的方向与 其至螺栓群形心的连线相垂直。其至螺栓群形心的连线相垂直。 TTT 1122nn TN rN rN r 平衡条件：平衡条件： 根据螺栓受力大小与其至形心根据螺栓受力大小与其至形心o的距离的距离r成正比条件成正比条件 TTT 12n 12n NNN rrr 则则 TT n 2222 11 12n 1 11 () i i NN Trrrr rr 或或 T 11 1 222 iii T rT r N rxy T 1 1x 22 ii Ty N xy T 1 1y 22 ii Tx N xy b v T NN 1 验算验算

43、 3 3）螺栓群在扭矩、剪力和轴心力作用下的抗剪计算）螺栓群在扭矩、剪力和轴心力作用下的抗剪计算 在扭矩在扭矩T作用下，螺栓作用下，螺栓1 受力为受力为 在剪力在剪力V和轴力和轴力N作用下，螺栓均匀受力：作用下，螺栓均匀受力： V 1y /NV n N 1x /NN n 则螺栓则螺栓1受的最大剪力受的最大剪力N1应满足：应满足： NT2VT2b 11x1x1y1ymin ()()NNNNNN 例题例题7 p74 7 p74 例题例题3 39 9 3 3）螺栓群在扭矩、剪力和轴心力作用下的抗剪计算）螺栓群在扭矩、剪力和轴心力作用下的抗剪计算 二、抗拉螺栓连接二、抗拉螺栓连接 1 1、受力性能：、

44、受力性能： b te b t e b t fAf d N 4 2 撬力现象：撬力现象： 有效面积：有效面积： e A 0.8 b t ff 2 2、螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算、螺栓群在轴心力作用下的抗拉计算 b t /nN N/ Nb tt NN nN 或者或者 3、螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算、螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算 假定：中和轴在最下排螺栓处假定：中和轴在最下排螺栓处 Mb 1 1t 2 i My NN my MMM 1122 / nn NyNyNy 则则 MMM 1122 () nn Mm NyNyNy 4 4、M M、N N共同作用（偏心受拉）螺栓计算共同作用（偏心受拉）螺栓计算 b 1 maxt 2 i NMy NN nmy 三、螺栓群同时受剪力和拉力的计算三、螺栓群同时受剪力和拉力的计算 v /NV n 螺栓不发生拉剪破坏：螺栓不发生拉剪破坏： 22 vt bb vt ()()1 NN NN 板不发生承压破坏：板不发生承压破坏： b vc N