钢结构钢结构的连接描述课件

钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.61.了解钢结构连接的种类了解钢结构连接的种类及特点。及特点。2.了解焊接的工作性能，了解焊接的工作性能，掌握焊接连接的构造要求掌握焊接连接的构造要求和计算方法。和计算方法。3.掌握螺栓连接的构造要掌握螺栓连接的构造要求和计算方法。求和计算方法。4.掌握焊接残余应力和残掌握焊接残余应力和残余变形产生的原因及对结余变形产生的原因及对结构工作性能的影响。构工作性能的影响。3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算3.3 3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算3.4 3.4 焊接残余应力和焊接变形焊接残余应力和焊接变形3.5 3.5 螺栓连接的构造和工作性能螺栓连接的构造和工作性能3.6 3.6 螺栓连接的计算螺栓连接的计算3.7 3.7 轻钢结构紧固件连接的轻钢结构紧固件连接的 构造和计算构造和计算本章目录本章目录基本要求基本要求钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6连接的作用是通过一定方式将板材或型钢组合成连接的作用是通过一定方式将板材或型钢组合成构件，或将若干构件组合成整体结构构件，或将若干构件组合成整体结构,以保证其共同工以保证其共同工作。作。钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接和钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三种。铆钉连接三种。焊接连接焊接连接螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接 3.1钢结构的连接钢结构的连接钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.1.1焊缝连接焊缝连接对接焊缝连接对接焊缝连接角焊缝连接角焊缝连接焊缝连接焊缝连接一、焊缝连接的特点一、焊缝连接的特点钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6缺缺点点：在在焊焊缝缝附附近近的的热热影影响响区区内内，钢钢材材局局部部材材质质变变脆脆；焊焊接接残残余余应应力力和和残残余余变变形形降降低低受受压压构构件件承承载载力力；对对裂裂纹纹敏敏感感，局局部部裂裂纹纹一一旦旦发发生生，就就容容易易扩扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。展到整体，低温冷脆问题较为突出。优优点点：构构造造简简单单，任任何何形形式式的的构构件件都都可可直直接接相相连连；用用料料经经济济，不不削削弱弱截截面面；制制作作加加工工方方便便，可可实实现自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大。现自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.61、手工电弧焊、手工电弧焊二、钢结构常用焊接方法二、钢结构常用焊接方法（1）原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。）原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。焊机机导线熔池熔池焊条条焊钳保保护气体气体焊件件电弧弧钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（4）焊条的表示方法：）焊条的表示方法：E后面加后面加4个数字个数字E表示焊条表示焊条(Electrode)前两位前两位数字为熔融金属的最小抗拉强度（数字为熔融金属的最小抗拉强度（N/mm2)后两位后两位数字数字表示适用焊接位置、电流种类及药皮类型等。表示适用焊接位置、电流种类及药皮类型等。（2）优优点点：设设备备简简单单，操操作作灵灵活活方方便便，适适于于任任意意空空间间位位置的焊接，持别适于焊接短焊缝。置的焊接，持别适于焊接短焊缝。（3）缺缺点点：生生产产效效率率低低，劳劳动动强强度度大大，焊焊接接质质量量取取决决于于焊工的精神状态与技术水平，质量波动大。焊工的精神状态与技术水平，质量波动大。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（5）焊条的选择）焊条的选择焊条应与焊件钢材相适应；不同钢种的钢材焊接，焊条应与焊件钢材相适应；不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。如：宜采用与低强度钢材相适应的焊条。如：Q390、Q420钢钢E55型焊条型焊条(E5500-5518)Q345钢钢E50型焊条型焊条(E5000-5048)Q235钢钢E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)2、埋弧焊（自动或半自动）、埋弧焊（自动或半自动）（1）原理：）原理：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6埋弧自动电弧焊埋弧自动电弧焊焊焊 丝丝转盘转盘送丝器送丝器悍剂漏斗悍剂漏斗悍剂悍剂悍件悍件熔渣熔渣悍缝金属悍缝金属（2）优优点点：自自动动化化程程度度高高，焊焊接接速速度度快快，劳劳动动强强度度低低；电电弧弧热热量量集集中中，熔熔深深大大，热热影影响响区区小小；工工艺艺条条件件稳稳定定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好，焊件变形小。焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好，焊件变形小。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（3）缺缺点点：装装配配精精度度要要求求高高，设设备备投投资资大大，施施工工位位置置受限等。受限等。（4）焊焊丝丝的的选选择择：埋埋弧弧焊焊的的焊焊条条应应与与焊焊件件钢钢材材相相匹匹配配，如如：Q235-H08、H08A、H08MnA;Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn等。等。3、气体保护焊、气体保护焊气气体体保保护护焊焊是是利利用用惰惰性性气气体体或或二二氧氧化化碳碳气气体体作作为为保保护护介介质质，在在电电弧弧周周围围造造成成局局部部的的保保护护层层，使使被被熔熔化化的的钢钢材材不不与与空空气气接接触触。其其优优点点：电电弧弧加加热热集集中中，焊焊接接速速度度快快，熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.64、电渣焊、电渣焊5、电阻焊、电阻焊钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.66、螺柱焊、螺柱焊钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.67、摩擦焊、摩擦焊钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.68、钢筋闪光对焊、钢筋闪光对焊钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.61、焊缝连接形式、焊缝连接形式三、焊缝连接形式及焊缝形式三、焊缝连接形式及焊缝形式按被连接钢材的相互位置，可分为：按被连接钢材的相互位置，可分为：（1）对接连接）对接连接有拼接盖板的对接连接有拼接盖板的对接连接钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（2）搭接连接）搭接连接（3）T形连接形连接（4）角部连接）角部连接钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（5）焊钉连接）焊钉连接N（6）槽焊连接）槽焊连接N钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.62、焊缝形式、焊缝形式（1）正交正交平行平行斜交斜交对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝正对接焊缝正对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝按按受受力力方方向向正面角焊缝正面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝斜焊缝斜焊缝正交正交斜交斜交钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（2）角焊缝沿长度方向的布置分为：）角焊缝沿长度方向的布置分为：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。断断续续角角焊焊缝缝：在在起起、灭灭弧弧处处容容易易引引起起应应力力集集中中，用用于于次要构件或受力小的连接。次要构件或受力小的连接。长度长度b10hf或或50mm受压时间断距离受压时间断距离l15t;受拉时受拉时l30t，其中其中t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。bl间隔角焊缝间隔角焊缝连续角焊缝连续角焊缝钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（3）角焊缝按施）角焊缝按施焊焊位置分为：位置分为：船形位置焊船形位置焊（平焊）（平焊）立立焊焊立立焊焊仰焊仰焊仰焊仰焊仰焊仰焊横焊横焊横焊横焊横焊横焊平焊平焊钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.61、焊缝缺陷、焊缝缺陷四、焊缝缺陷及焊缝质量检验四、焊缝缺陷及焊缝质量检验焊焊缝缝缺缺陷陷是是指指焊焊接接过过程程中中产产生生于于焊焊缝缝金金属属或或附附近近热影响区钢材表面或内部的缺陷。热影响区钢材表面或内部的缺陷。常常见见的的缺缺陷陷有有裂裂纹纹、焊焊瘤瘤、烧烧穿穿、弧弧坑坑、气气孔孔、夹夹渣渣、咬咬边边、未未熔熔合合、未未焊焊透透等等；以以及及焊焊缝缝尺尺寸寸不不符符合要求、焊缝成形不良等。合要求、焊缝成形不良等。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6焊缝缺陷焊缝缺陷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钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.62、焊缝质量检验、焊缝质量检验外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；内内部部无无损损检检验验：检检验验内内部部缺缺陷陷。（超超声声波波检检验验、X射线或射线或射线透照或拍片）射线透照或拍片）3、焊缝质量等级及选用、焊缝质量等级及选用钢钢结结构构工工程程施施工工质质量量验验收收规规范范GB50205-2001规规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。三三级级焊焊缝缝只只要要求求对对全全部部焊焊缝缝作作外外观观检检查查且且符符合合三三级级质量标准；质量标准；（1）焊缝质量等级）焊缝质量等级钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6一一级级、二二级级焊焊缝缝则则除除外外观观检检查查外外，还还要要求求一一定定数数量量的的超超声声波波探探伤伤检检验验，超超声声波波探探伤伤不不能能对对缺缺陷陷作作出出判判断断时时，应采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准要求。应采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准要求。钢钢结结构构设设计计规规范范(GB500172003)中中，对对焊焊缝缝质质量等级的选用有如下规定：量等级的选用有如下规定：需需要要进进行行疲疲劳劳计计算算的的构构件件中中，垂垂直直于于作作用用力力方方向向的的横横向向对对接接焊焊缝缝受受拉拉时时应应为为一一级级，受受压压时时应应为为二二级级。平平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。（2）焊缝等级选用）焊缝等级选用钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6在在不不需需要要进进行行疲疲劳劳计计算算构构件件中中，凡凡要要求求与与母母材材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。重重级级工工作作制制和和起起重重量量500kN的的中中级级工工作作制制吊吊车车梁梁的的腹腹板板与与上上翼翼缘缘板板之之间间以以及及吊吊车车桁桁架架上上弦弦杆杆与与节节点点板板之之间间的的形形接接头头焊焊透透的的对对接接与与角角接接组组合合焊焊缝缝，质质量不应低于二级。量不应低于二级。角角焊焊缝缝质质量量等等级级一一般般为为三三级级，直直接接承承受受动动力力荷荷载载且且需需要要验验算算疲疲劳劳和和起起重重量量500kN的的中中级级工工作作制制吊吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.1.2铆钉和螺栓连接铆钉和螺栓连接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螺栓连接螺栓连接粗制螺栓粗制螺栓C级级精制螺栓精制螺栓A、B级级摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓承压型高强度螺栓承压型高强度螺栓钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6铆钉连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合铆钉连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合,常用加热铆合，也可在常温下铆合。常用加热铆合，也可在常温下铆合。铆钉连接的塑性、韧性较好，连接变形小，承受动铆钉连接的塑性、韧性较好，连接变形小，承受动力荷载时抗疲劳性能好，适合于重型和直接承受动力荷力荷载时抗疲劳性能好，适合于重型和直接承受动力荷载的结构。载的结构。但由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很但由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很少采用。少采用。铆钉连接铆钉连接钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.1.4焊缝焊缝代号代号标标注注方方法法相同焊缝相同焊缝安装焊缝安装焊缝双面焊缝双面焊缝单面焊缝单面焊缝三角围焊三角围焊塞焊缝塞焊缝对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝形形式式hfOhfhfacv20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。U形坡口形坡口C=34mmpC=34mmpK形坡口形坡口C=23mm单边单边V形坡口形坡口C=23mm双边双边V形坡口形坡口p钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.62、对接焊缝的优缺点、对接焊缝的优缺点优点：用料经济、力线不弯折、传力均匀、无明显的优点：用料经济、力线不弯折、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。应力集中，利于承受动力荷载。缺点：经常需开坡剖口，焊件下料精度要求高。缺点：经常需开坡剖口，焊件下料精度要求高。3、对接焊缝的构造处理、对接焊缝的构造处理（1）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故）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板和引出板，焊后将它们割除。焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。引弧板和引出板引弧板和引出板引弧板引弧板引出板引出板C=34mmpX形坡口形坡口钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（2）当板件厚度或宽度在一侧相差大于）当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应时，应做坡度不大于的斜角，以平缓过度，减小应力集中。对做坡度不大于的斜角，以平缓过度，减小应力集中。对于直接受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构，斜角坡于直接受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构，斜角坡度应不大于度应不大于1:4。改变宽度改变宽度1:2.51:2.5改变厚度改变厚度1:2.53.2.2对接焊缝的计算对接焊缝的计算对接焊缝分为：焊透和部分焊透两种，后面不做特对接焊缝分为：焊透和部分焊透两种，后面不做特殊说明，均指焊透的对接焊缝。殊说明，均指焊透的对接焊缝。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。件强度计算相同。1、轴心受力的对接焊缝、轴心受力的对接焊缝lw焊缝计算长度，无引弧板和引出板时，焊缝计算焊缝计算长度，无引弧板和引出板时，焊缝计算长度取实际长度减去长度取实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。；有引弧板时，取实际长度。t连接件的较小厚度，对连接件的较小厚度，对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。tbNNNN钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（2）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况：）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况：没有引弧板时需要计算；没有引弧板时需要计算；受拉情况下的三级焊缝。受拉情况下的三级焊缝。其余：其余：（1）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。不用计算。受拉三级对接焊缝受拉三级对接焊缝以以5N/mm2倍数取整倍数取整说明：说明：（3）当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接：）当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接：钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6 lw斜焊缝计算长度。设引弧板时，斜焊缝计算长度。设引弧板时，lwb/sin；不；不设引弧板时，设引弧板时，lwb/sin2t。fvw对接焊缝抗剪设计强度。对接焊缝抗剪设计强度。经计算，当经计算，当tg1.5时，对接斜焊缝强度不低于母材，时，对接斜焊缝强度不低于母材，可不用检算。可不用检算。tbNNNN钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.62、承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝、承受弯矩和剪力共同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分别满足下列强度条件：（1）板件间对接连接）板件间对接连接lwtMVVMlwt钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6M 焊缝承受的设计弯矩；焊缝承受的设计弯矩；Ww焊缝计算截面模量。焊缝计算截面模量。V 焊缝承受的设计剪力；焊缝承受的设计剪力；Iw焊缝计算截面惯性矩；焊缝计算截面惯性矩；Sw计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。中和轴的面积矩。（2）工字形截面梁对接连接计算）工字形截面梁对接连接计算对于工字形截面梁的对接接头，除应分别验算最大正应力对于工字形截面梁的对接接头，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：与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力：钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（2）工字形截面梁对接连接计算）工字形截面梁对接连接计算式中：式中：1、1为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。1.1考虑到最大折算应力只在局部出现，故将强度考虑到最大折算应力只在局部出现，故将强度设计值适当提高。设计值适当提高。计算截面计算截面翼缘与腹板交接处翼缘与腹板交接处1max1maxMMVV钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63、承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝、承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力，其计算公式为：下产生剪应力，其计算公式为：e1max1max柱柱牛腿牛腿N V1焊缝计算截面焊缝计算截面max由由M=Ve由由N由由Vh0ht钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6腹板与翼缘交界处的折算应力腹板与翼缘交界处的折算应力:式中式中 焊透的对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊透的对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强度要否折减外，其计算方法与母材的强度计算完焊缝强度要否折减外，其计算方法与母材的强度计算完全相同。全相同。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.3角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度2.角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求3.直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式4.直角角焊缝计算直角角焊缝计算1.掌握角焊缝形式、受力特点及构造要求掌握角焊缝形式、受力特点及构造要求本节目录本节目录基本要求基本要求2.掌握直角角焊缝的计算方法掌握直角角焊缝的计算方法钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.3.1角焊缝的构造角焊缝的构造1、角焊缝的形式、角焊缝的形式角焊缝按截面形式（根据两焊脚边的夹角）可分为角焊缝按截面形式（根据两焊脚边的夹角）可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。应用情况如下：直角角焊缝和斜角角焊缝。应用情况如下：直角直角斜角斜角钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（1）直角角焊缝）直角角焊缝hehfhf等腰式等腰式hehf1.5hf平坡式平坡式凹面式凹面式hehfhf图中：图中：hf称为焊脚尺寸；称为焊脚尺寸；he称为焊缝的有效厚度称为焊缝的有效厚度直角角焊缝通常焊成表面微凸的等腰直角三角形截直角角焊缝通常焊成表面微凸的等腰直角三角形截面。对直接承受动力荷载的结构，正面角焊缝截面通常面。对直接承受动力荷载的结构，正面角焊缝截面通常焊成平坡形式，侧面角焊缝截面则焊成凹面形式。焊成平坡形式，侧面角焊缝截面则焊成凹面形式。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（2）斜角角焊缝）斜角角焊缝两焊边夹角两焊边夹角90或或135或或6mm时时，hf,maxt-(12)mm当当t6mm时时，hf,maxthftt1t1ttt1hf贴边焊缝贴边焊缝钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（2）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬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，组织，导致母材开裂，hf,min还还应满足以下要求应满足以下要求:式中式中:t较厚焊件厚度较厚焊件厚度另外：对埋弧自动焊另外：对埋弧自动焊hf,min可减小可减小1mm;对对T形连接单面角焊缝形连接单面角焊缝hf,min应增加应增加1mm;当当t4mm时时,hf,min=t取整取整mm数，小数点以后只进不舍。数，小数点以后只进不舍。hftt1t1t钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（3）设计焊角尺寸）设计焊角尺寸hf应满足应满足（1）侧面角焊缝的最大计算长度）侧面角焊缝的最大计算长度2、焊缝计算长度的构造要求、焊缝计算长度的构造要求侧面角焊缝在弹性工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。焊缝越长，应力集中越显著。如果两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越显著。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一限加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一限值后，可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发值后，可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发展，最终导致焊缝破坏。展，最终导致焊缝破坏。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6当当实实际际长长度度大大于于以以上上限限值值时时，计计算算时时超超出出部部分分不不予考虑；当内力沿侧焊缝全长分布时，予考虑；当内力沿侧焊缝全长分布时，lw不受此限制。不受此限制。故侧面焊缝计算长度：故侧面焊缝计算长度：（2）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对于于焊焊脚脚尺尺寸寸大大而而长长度度小小的的焊焊缝缝，焊焊件件局局部部加加热热严严重重且且起起灭灭弧弧坑坑相相距距太太近近，使使焊焊缝缝不不可可靠靠。焊焊缝缝越越短短应应力集中也越严重，故根据经验，规定：力集中也越严重，故根据经验，规定：此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（3）侧面角焊缝的计算长度）侧面角焊缝的计算长度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：3、搭接连接的构造要求、搭接连接的构造要求NNlw2hf2hfNNl2l1b钢板拱曲钢板拱曲钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6试试验验结结果果表表明明，连连接接的的承承载载力力与与b/lw有有关关。当当b/lw1时时，连连接接承承载载力力随随比比值值增增大大明明显显下下降降，这这是是由由于于应应力力传传递递的的过过分分弯弯折折而而使使构构件件中中应应力力不不均均所所致致，为为防防止止连连接接强强度度过分降低，规范规定：过分降低，规范规定：b/lw1为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求：为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求：b16t（t12mm）或）或190mm（t12mm）式中：式中：b为两侧焊缝的距离；为两侧焊缝的距离；lw为侧焊缝计算长度；为侧焊缝计算长度；t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。当焊缝端部在焊件转角处时，当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊应将焊缝延续绕过转角加焊2hf。避。避开起落弧发生在转角处的应力集中。开起落弧发生在转角处的应力集中。t1t2（t1t2）2hf2hf2hf焊缝绕角焊缝绕角2hf钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.3.2直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式分析计算直角角焊缝时，作如下假定和简化处理分析计算直角角焊缝时，作如下假定和简化处理:假定角焊缝破坏面与直角边的夹角为假定角焊缝破坏面与直角边的夹角为45；不不计计焊焊缝缝熔熔入入焊焊件件的的深深度度和和焊焊缝缝表表面面的的弧弧线线高高度度，偏偏安安全全地地取取破破坏坏面面上上等等腰腰三三角角形形的的高高为为直直角角角角焊焊缝缝的的有有效效厚厚度度he，he0.7hf。1、基本假定、基本假定hc焊脚尺寸焊脚尺寸焊根焊根熔深熔深焊缝厚度焊缝厚度有效厚度有效厚度凸度凸度焊趾焊趾钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6有有效效厚厚度度he与与焊焊缝缝计计算算长长度度lw的的乘乘积积称称为为破破坏坏面面有效截面面积。计算时假定有效截面上应力均匀分布。有效截面面积。计算时假定有效截面上应力均匀分布。2、有效截面上的应力状态、有效截面上的应力状态在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力：在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力：正应力正应力垂直于焊缝有效截面（面外垂直）垂直于焊缝有效截面（面外垂直）剪应力剪应力平行于焊缝长度方向（面内平行）平行于焊缝长度方向（面内平行）剪应力剪应力垂直于焊缝长度方向（面内垂直）垂直于焊缝长度方向（面内垂直）钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63、破坏时的极限条件、破坏时的极限条件国国际际标标准准化化组组织织(ISO)推推荐荐用用式式(3-1)确确定定角角焊焊缝缝的的极限强度极限强度:式中：式中：fuw-焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度出出于于偏偏于于安安全全考考虑虑,且且与与母母材材的的能能量量强强度度理理论论的的折折算算应应力力公公式式一一致致，欧欧洲洲钢钢结结构构协协会会(ECCS)，将将1.8改改为为3即：即：钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6我国我国规范规范采用了以上折算应力公式，但由于我国采用了以上折算应力公式，但由于我国规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的，规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的，故引入抗力分项系数后上式又可表达为故引入抗力分项系数后上式又可表达为以下图为例，推导直角角焊缝强度计算的实用公式。以下图为例，推导直角角焊缝强度计算的实用公式。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ffw角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6 f对对于于有有效效截截面面既既不不是是正正应应力力也也不不是是剪剪应应力力，但但可可分分解为解为 和和 。Nf+V VN破坏截面破坏截面钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6在在V作作用用下下，在在有有效效截截面面内内产产生生与与焊焊缝缝长长度度方方向向平平行行的剪应力为：的剪应力为：在在N作用下作用下,产生与有效截面成产生与有效截面成45交角的平均应力为交角的平均应力为可将可将 f分解为分解为 和和 ，如下，如下钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6将以上三式代入通用公式得将以上三式代入通用公式得上式即为规范给定的直角角焊缝强度计算通用公式。上式即为规范给定的直角角焊缝强度计算通用公式。f正面角焊缝的强度设计值增大系数。正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载时静载时 f1.22，对直接承受动载的结构，对直接承受动载的结构，f1.0。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6对正面角焊缝，对正面角焊缝，f0，力力N与焊缝长度方向垂直，则与焊缝长度方向垂直，则对侧面角焊缝对侧面角焊缝，f0，力力V与焊缝长度方向平行，则与焊缝长度方向平行，则式中：式中：he=0.7hf；lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去缝取其实际长度减去2hf。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.3.3角焊缝的计算角焊缝的计算1、轴心力作用时角焊缝的计算、轴心力作用时角焊缝的计算（1）承受斜向轴心力的）承受斜向轴心力的T形角焊缝连接形角焊缝连接方法一：分力法求解方法一：分力法求解将力将力N分解为垂直于分解为垂直于焊缝和平行于焊缝的分力焊缝和平行于焊缝的分力Nx=Nsin，Ny=Ncos 计算应力：计算应力：NxNyN f fN钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6验算焊缝强度，即验算焊缝强度，即:方法二：直接法求解方法二：直接法求解钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6将将 代入上式，得代入上式，得则受斜向轴心力角焊缝的计算公式为：则受斜向轴心力角焊缝的计算公式为：令：令：为斜焊缝强度增大系数。为斜焊缝强度增大系数。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.61.221.201.141.121.081.041.021.00 f 907060504030200 f 表表当当焊焊件件受受轴轴心心力力，且且轴轴心心力力通通过过连连接接焊焊缝缝群群的的中中心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。盖盖板板对对接接连连接接可可采采用用两两侧侧侧侧面面角角焊焊缝缝连连接接，正正面面角焊缝连接和三面围焊连接。角焊缝连接和三面围焊连接。（2）轴心力作用下的盖板对接连接）轴心力作用下的盖板对接连接钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6仅采用侧面角焊缝连接仅采用侧面角焊缝连接lw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和。计算长度的总和。图中图中NNlw钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6采用三面围焊连接（矩形盖板）采用三面围焊连接（矩形盖板）先计算正面角焊缝承担的内力先计算正面角焊缝承担的内力lw连接一侧的正面角焊连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和。缝计算长度的总和。再计算侧面角焊缝的强度再计算侧面角焊缝的强度lw连接一侧的侧面角焊连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和缝计算长度的总和NNlwlw钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6或直接由下式计算：或直接由下式计算：图中：图中：或或NNlwlw钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6采用三面围焊连接（菱形盖板）采用三面围焊连接（菱形盖板）NNlw1lw3 3lw2钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6在在钢钢桁桁架架中中，角角钢钢腹腹杆杆与与节节点点板板的的连连接接焊焊缝缝常常用用两两面面侧侧焊焊，或或三三面面围围焊焊，特特殊殊情情况况也也允允许许采采用用L形形围围焊焊。腹腹杆杆受受轴轴心心力力作作用用，为为了了避避免免焊焊缝缝偏偏心心受受力力，焊焊缝缝所所传传递递的的合合力力的的作作用用线线应应与与角钢杆件的轴线重合。角钢杆件的轴线重合。（3）承受轴心力的角钢角焊缝连接）承受轴心力的角钢角焊缝连接如如左左图图钢钢桁桁架架节节点点，弦弦杆杆和和腹腹杆杆采采用用双双角角钢钢组组成成的的T形形截截面面，腹腹杆杆通通过过节节点点板板与与弦杆连接。弦杆连接。6-11010-1506-11010-150817019013012028525钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6仅用侧面焊缝连接仅用侧面焊缝连接解上式，得解上式，得由力及力矩平衡得：由力及力矩平衡得：肢背焊缝肢背焊缝xxlw1lw2NN1N2cb钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6肢尖焊缝肢尖焊缝k1角钢肢背焊缝的内力分配系数；角钢肢背焊缝的内力分配系数；k2角钢肢尖焊缝的内力分配系数。角钢肢尖焊缝的内力分配系数。式中：式中：在在N1、N2作用下，作用下，肢背、肢尖焊肢背、肢尖焊缝的计算长度为：缝的计算长度为：hf1肢背焊缝的焊角尺寸；肢背焊缝的焊角尺寸；hf2肢尖焊缝的焊角尺寸。肢尖焊缝的焊角尺寸。式中：式中：钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数0.350.65不等不等边角角钢（长边相相连）0.250.75不等不等边角角钢（短（短边相相连）0.30.7等等边角角钢肢尖肢尖k2肢背肢背k1内力分配系数内力分配系数截面及截面及连接情况接情况钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6采用三面围焊采用三面围焊设计时先假定正面角焊缝的焊脚尺寸设计时先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3，并求出它，并求出它所分担的内力所分担的内力N3：通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担的内力分担的内力为为:xxlw1lw2NN1N2c bN3钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6可得可得肢背、肢尖焊肢背、肢尖焊缝的计算长度。缝的计算长度。肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝采用采用L形围焊形围焊xxlw1NN1c bN3钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6令令N20，得：，得：L形围焊角焊缝计算公式为：形围焊角焊缝计算公式为：若求出得若求出得hf3大于大于hfmax,则不能采用则不能采用L形围焊形围焊由水平平衡关系，得：由水平平衡关系，得：未采用绕角焊时未采用绕角焊时采用绕角焊时采用绕角焊时钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.62、受弯矩、受弯矩M、轴力、轴力N、剪力、剪力V联合作用的角焊缝计算联合作用的角焊缝计算（1）偏心斜拉力作用）偏心斜拉力作用在偏心斜拉力作用下，角焊缝可看作同时承受轴心力在偏心斜拉力作用下，角焊缝可看作同时承受轴心力Nx、剪力、剪力Ny和弯矩和弯矩M=Nxe的共同作用。的共同作用。有效截面有效截面helwAM=NxeNxANNyeA由由Nx由由NyA由由M钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6由轴心拉力由轴心拉力Nx产生的应力：产生的应力：由弯矩由弯矩M产生的最大应力：产生的最大应力：因因A点应力为最大，所以是设计控制点。对点应力为最大，所以是设计控制点。对A点：点：A点由轴心拉力点由轴心拉力Nx和弯矩和弯矩M产生的应力方向相同，直产生的应力方向相同，直接叠加得：接叠加得：钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6A点由剪力点由剪力Ny产生的应力：产生的应力：则角焊缝强度计算公式为：则角焊缝强度计算公式为：钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（2）V、M共同作用下角焊缝强度计算共同作用下角焊缝强度计算假设：腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩由全部焊缝承受假设：腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩由全部焊缝承受对于翼缘最外纤维对于翼缘最外纤维1点处：点处：f2f1MV1腹板焊缝腹板焊缝f12翼缘焊缝翼缘焊缝xxh1h2钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6式中式中:Iw全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩；h1上、下翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离。上、下翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离。对对翼缘与腹板焊缝交点翼缘与腹板焊缝交点2处：处：h2腹板焊缝的实际长度；腹板焊缝的实际长度；lw2腹板焊缝的计算长度；腹板焊缝的计算长度；he2腹板焊缝有效截面高度；腹板焊缝有效截面高度；式中：式中：腹板焊缝有效截面面积之和。腹板焊缝有效截面面积之和。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6则腹板焊缝在则腹板焊缝在2点的强度验算式为：点的强度验算式为：工字梁与钢柱翼缘角焊缝的连接另一种计算方法是假工字梁与钢柱翼缘角焊缝的连接另一种计算方法是假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，此时弯设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，此时弯矩矩M化为一对水平力化为一对水平力H=M/h。则：。则：腹板焊缝的强度计算式：腹板焊缝的强度计算式：翼缘焊缝的强度计算式：翼缘焊缝的强度计算式：钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（3）承受扭矩与剪力联合作用的角焊缝计算）承受扭矩与剪力联合作用的角焊缝计算搭接搭接扭矩扭矩顶接顶接弯矩弯矩注意区分偏心受力时：注意区分偏心受力时：Vy OrrTxxTxTyAyyAr1ry0.7hf0.7hfxxltx0yyl2e1e2 AVTArrTF钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6将将F向焊缝群形心简化得向焊缝群形心简化得:剪力：剪力：V=F扭矩：扭矩：T=F(e1+e2)计算时按弹性理论假定计算时按弹性理论假定:被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心O旋转的趋势，旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。而焊缝本身为弹性。扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直于扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度该点与形心的连线，且应力大小与连线长度r成正比。成正比。在轴心力在轴心力V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。作用下，焊缝群上的应力均匀分布。经过分析，可知：经过分析，可知：A点和点和A点为该连接的设计控制点点为该连接的设计控制点T作用下作用下A点应力点应力:钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6将其沿将其沿x轴和轴和y轴分解轴分解:Ip为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，Ip=Ix+Iy Ix，Iy焊缝计算截面对焊缝计算截面对x、y轴的惯性矩；轴的惯性矩；rx，ry为焊缝形心到焊缝验算点为焊缝形心到焊缝验算点A的距离在的距离在x、y方向方向的投影长度。的投影长度。剪力剪力V作用下，作用下，A点应力点应力:钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6A点垂直于焊缝长度方向的应力为点垂直于焊缝长度方向的应力为:f=Ty+Vy，平行于焊缝长度方向的应力为平行于焊缝长度方向的应力为:f=Tx则则A点强度验算公式：点强度验算公式：即：即：钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.4焊接残余应力和焊接变形焊接残余应力和焊接变形1.焊接接应力的分力的分类和和产生的原因生的原因2.焊接接应力力对结构工作性能的影响构工作性能的影响3.焊接接变形形4.减小减小焊接接应力和力和焊接接变形的措施形的措施1.了解了解焊接接应力力产生的主要原因、分生的主要原因、分类以及以及对结构构性能影响性能影响2.了解减小了解减小焊接残余接残余应力和力和焊接残余接残余变形的措施形的措施本本节目目录基本要求基本要求钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.4.1焊接残余应力和变形的成因焊接残余应力和变形的成因1.焊接残余接残余应力的分力的分类纵向向焊接残余接残余应力力沿沿焊缝长度方向度方向横向横向焊接接残余残余应力力垂直于垂直于焊缝长度方向且平行度方向且平行于构件表面的于构件表面的应力。力。厚度方向厚度方向焊接残余接残余应力力垂直于垂直于焊缝长度方向且度方向且垂直于构件表面的垂直于构件表面的应力。力。钢结构构中中的的焊接接过程程是是一一个个不不均均匀匀加加热和和冷冷却却过程程，由由于于不不均均匀匀的的温温度度场，使使主主体体金金属属的的膨膨胀和和收收缩不不均均匀匀。导致致在在主主体体金金属属内内部部产生生内内应力力，通通常常称称这种种内内应力力为焊接接应力。力。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.62.焊接残余应力产生的原因焊接残余应力产生的原因（1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力施焊时焊缝及附近的温度场施焊时焊缝及附近的温度场800oC500oC300oC纵向焊接残余应力纵向焊接残余应力300oC500oC800oC64208cm6248cm钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6焊焊接接过过程程是是一一个个不不均均匀匀的的加加热热和和冷冷却却过过程程。在在施施焊焊时时，焊焊件件上上产产生生不不均均匀匀的的温温度度场场，焊焊缝缝及及附附近近温温度度可可高高达达1600C，而邻近区域温度骤降。，而邻近区域温度骤降。温温度度高高的的钢钢材材膨膨胀胀大大，但但受受到到两两侧侧温温度度低低、膨膨胀胀小小的的钢钢材材限限制制，产产生生热热态态塑塑性性压压缩缩，焊焊缝缝冷冷却却时时被被塑塑性性压压缩缩的的焊焊缝缝区区趋趋向向收收缩缩，但但受受到到周周围围钢钢材材的的限限制制而而产产生生残残余拉应力。余拉应力。焊焊接接残残余余应应力力是是无无荷荷载载的的内内应应力力，故故在在焊焊件件内内自自相相平平衡衡，这这必必然然在在焊焊缝缝稍稍远远区区产产生生残残余余压压应应力力。对对于于低低碳碳钢和低合金钢，这种拉应力可以达到钢材的屈服强度。钢和低合金钢，这种拉应力可以达到钢材的屈服强度。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6焊缝的纵向收缩焊缝的纵向收缩：使焊件有反向弯曲变形的趋势，使焊件有反向弯曲变形的趋势，而实际又不能分开，于是而实际又不能分开，于是导致两焊件在焊缝处中导致两焊件在焊缝处中间产生间产生横向横向拉拉应力应力，两端，两端则产生则产生压压应力应力；由以下两部分收缩力所引起由以下两部分收缩力所引起（2）横向焊接残余应力）横向焊接残余应力施施焊焊先后约束影响：先后约束影响：焊接时先焊焊缝已凝固，焊接时先焊焊缝已凝固，会会阻阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性压缩变形。焊缝止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性压缩变形。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，而先焊焊缝产生横向压应力，因应力自相平衡，更力，而先焊焊缝产生横向压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生横向拉应力。远处焊缝则产生横向拉应力。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（3）沿厚度方向的焊接残余应力）沿厚度方向的焊接残余应力xyz焊缝的纵向收缩焊缝的纵向收缩施施焊焊先后约束影响先后约束影响横向横向焊接焊接残余残余应力应力钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。焊在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形。胀，产生塑性压缩变形。焊缝冷却成形时，与空气接触的焊缝表面先冷却焊缝冷却成形时，与空气接触的焊缝表面先冷却结硬，中间部分后冷却，沿厚度方向的收缩受到外面已结硬，中间部分后冷却，沿厚度方向的收缩受到外面已冷却焊缝的约束，因而在焊缝内部形成沿厚度方向的拉冷却焊缝的约束，因而在焊缝内部形成沿厚度方向的拉应力，外部为压应力。应力，外部为压应力。当钢材厚度当钢材厚度t 20mm时时，厚度方向焊接应力较小厚度方向焊接应力较小，可可忽略忽略；但但t 50mm时时，厚度方向焊接应力可达厚度方向焊接应力可达50N/mm2如果纵、横、厚三个方向的焊接应力在焊缝某区域如果纵、横、厚三个方向的焊接应力在焊缝某区域形成三向拉应力场，将大大降低焊缝的塑性。形成三向拉应力场，将大大降低焊缝的塑性。钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.4.2焊接应力和变形对结构工作性能的影响焊接应力和变形对结构工作性能的影响1、对结构静力强度的影响、对结构静力强度的影响因焊接残余应力自相平衡，故：因焊接残余应力自相平衡，故：当板件全截面达到当板件全截面达到fy，即，即N=Ny时：时：因此：焊接残余应因此：焊接残余应力对结构的静力强力对结构的静力强度无影响。度无影响。Bfy面积面积=AtN=0Ac2Ac2AcNNbfyabcdfefyN=Ny=N/Bt无残余应力无残余应力有残余有残余应力应力e钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.62、对结构刚度的影响、对结构刚度的影响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部分拉应力已部分拉应力已经达到经达到fy，故该部分刚度为零（已屈服），这时在，故该部分刚度为零（已屈服），这时在N作作用下应变增量为：用下应变增量为：当截面上没有焊接残余应力时，在当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为：作用下应变增量为：因此：存在焊接残余应力将使结构变形增大，即因此：存在焊接残余应力将使结构变形增大，即降低了结构的刚度。降低了结构的刚度。以上图轴心受拉杆件为例：以上图轴心受拉杆件为例：12显然：显然：钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63、对压杆稳定承载力的影响、对压杆稳定承载力的影响对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力。曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力。5、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响4、对低温冷脆的影响、对低温冷脆的影响对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，阻碍对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，阻碍塑性的发展，使裂缝容易发生和发展，增加了钢材低温脆断倾塑性的发展，使裂缝容易发生和发展，增加了钢材低温脆断倾向。所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能向。所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施。的重要措施。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敏感区域。因此焊屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。三向焊接残余应力三向焊接残余应力xzy钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.66、焊接残余变形的种类、焊接残余变形的种类在在焊焊接接过过程程中中，由由于于不不均均匀匀加加热热和和冷冷却却收收缩缩，势势必必使使构构件件产产生生局局部部鼓鼓曲曲、歪歪曲曲、弯弯曲曲或或扭扭转转等等。焊焊接接变变形形的的基基本本形形式式有有：纵纵向向收收缩缩、横横向向收收缩缩、弯弯曲曲变变形形、角角变变形形、波波浪浪变变形形、扭扭曲曲变变形形等等。实实际际的的焊焊接接变变形形常常常常是是几几种变形的组合。种变形的组合。纵向及横向收缩纵向及横向收缩角变形角变形弯曲变形弯曲变形扭曲变形扭曲变形波浪变形波浪变形钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.67、焊接变形对结构性能的影响、焊接变形对结构性能的影响焊接变形若超出验收规范规定，需花许多工时去矫正；焊接变形若超出验收规范规定，需花许多工时去矫正；影响构件的尺寸和外形美观，还可能降低结构的承载影响构件的尺寸和外形美观，还可能降低结构的承载力，引起事故。力，引起事故。3.4.3减小焊接应力和变形的措施减小焊接应力和变形的措施1.设计方面的措施设计方面的措施推荐推荐不推荐不推荐推荐推荐不推荐不推荐（1）合理安排焊缝的位置）合理安排焊缝的位置（对称布置焊缝可减小焊接变形）（对称布置焊缝可减小焊接变形）钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（4）尽量避免母材在厚度方向的收缩应力）尽量避免母材在厚度方向的收缩应力（2）合理的选择焊缝的尺寸和形式）合理的选择焊缝的尺寸和形式（3）尽量避免焊缝的过分集中和交叉）尽量避免焊缝的过分集中和交叉推荐推荐不推荐不推荐推荐推荐不推荐不推荐切角切角推荐推荐不推荐不推荐易引起层状撕裂易引起层状撕裂钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.62、工艺上的措施、工艺上的措施（1）采用合理的施焊顺序）采用合理的施焊顺序分块拼接分块拼接12345分段退焊分段退焊5432112345877866IIIIII对角跳焊对角跳焊1234沿厚度分层焊沿厚度分层焊IIIIII钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.6（2）采用反变形处理）采用反变形处理（3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理焊前反变形焊前反变形钢结构设计原理3.13.23.33.43.53.63.5螺栓连接的构造和工作性能螺栓连接的构造和工作性能1.螺栓的种螺栓的种类2.螺栓的排列螺栓的排列3.螺栓螺栓连接的构造要求接的构造要求了解螺栓的排列形式和要求了解螺栓的排列形式和要求本节目录本节目录基本要求基本要求钢结构设