资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,角焊缝截面型式,按两焊脚边的夹角分,角焊缝,直角焊缝,(图,3,8a,、,b,、,c,),斜角焊缝,(图,3,8d,、,e,、,f,、,g,),图,3-8,角焊缝的型式,d),e),f),g),a),c),b),角焊缝,角焊缝截面型式角焊缝直角焊缝(图38a、b、c)斜,直角焊缝:,=90,0,又分:普通焊缝(,a,图)、平焊缝(,b,图)、,凹焊缝(,c,图)。,45,B,A,C,E,D,h,f,h,f,h,e,图,3,8a,a),c),b),图中,,h,f,焊脚尺寸,,h,e,焊缝有效厚度。,并有,,h,e,=0.7h,f,,,h,e,总是,45,0,斜面上的最小高度。,直角焊缝:=90045BACEDhfhfhe,普通焊缝:,两焊脚尺寸都等于,h,f,,常用。但应力集中较严重(,a,、,b,处材料突变严重)。,a),普通焊缝,平焊缝:,是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至,1.5h,f,而,成。易焊,应力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。,凹焊缝:,两边的焊缝宽度被加宽成凹面,应力集中小,用于受动荷的结构中可提高疲劳强度,但手工焊费工。,b),平焊缝,c),凹焊缝,a,b,普通焊缝:两焊脚尺寸都等于hf,常用。但应力集中较,2,、焊缝的施焊方位,平焊、立焊、横焊、仰焊。,图,3,9,施焊位置,b),c),a),焊条,d),斜角焊缝:,60,0,120,0,斜角焊缝除用于焊接管道外,,不作受力焊缝使用。,d),直角焊缝最常用。,2、焊缝的施焊方位图39 施焊位置b)c)a),平焊,俯焊,环境轻松,施焊质量易保证。,横、立、仰焊,工地施焊难以避免,施焊环境差,质,量较难保证。仰焊最突出,应尽量避,免。,图,3,9,施焊位置,a),焊条,平焊,d),仰焊,b),立焊,c),立焊,平焊俯焊,环境轻松,施焊质量易保证。图3,3,、焊接的连接型式,对接,(图,3,10a,、,b,)、,搭接,(图,c,、,d,)、,T,型连接,(图,e,、,f,)。,图,3,10,焊接接头的型式,e),双面角焊缝,a),力线,b),力线,盖板,c),d),f),K,形焊缝,对接焊缝对接特,点:传力简捷、受力性,能好、静力和疲劳强度,高、省材料。工艺较复,杂、加工费时。,对接又分对接焊缝,对接(,a,图)和双层盖,板对接(,b,图)。,3、焊接的连接型式图310 焊接接头的型式e)双,双层盖板对接特点:允许下料尺寸有较大偏差,制造省工。缺点是费钢费焊条,传力经过盖板应力集中严重,因而静力和疲劳强度较低。,c),d),b),力线,盖板,搭接连接的特点和加盖板的对接连接相同。,双层盖板对接特点:允许下料尺寸有较大偏差,优点:是省工省料。,缺点:是焊件截面有突变,应力集中严重、疲劳强度低。,适合于在不直接承受动力荷载的结构中使用。,e),双面角焊缝,f),K,形焊缝,T,型连接的基本形式如,e,图,由双面焊缝组成。,为了减轻应力集中,提高疲劳强度,改进为,K,型坡口的对接焊缝(,f,图),从而可用于重级和特重级工作制吊车梁上翼缘和腹板的连接。,优点:是省工省料。e)双面角焊缝f)K形焊缝,前面讲了焊缝型式:对接焊缝、角焊缝。,连接型式:由两类焊缝(对接焊缝、角焊缝)组成的三种连接(对接连接、搭接连接、,T,型连接)。,图,3,10,焊接接头的型式,e),双面角焊缝,a),力线,b),力线,盖板,c),d),f),K,形焊缝,后面,要讲焊缝的验算。包括两个方面:,焊缝的承载能力(设计强度);,荷载效应(各种荷载时焊缝有效截面的应力及其计算)。,下面就介绍焊缝设计强度问题。,前面讲了焊缝型式:对接焊缝、角焊缝。图31,4,、焊缝的强度设计值,焊缝强度与焊接方法、焊条型号、被焊接构件钢材的钢号、焊缝型式、焊接质量以及焊缝受力状态有关。,规范,给出了各种情况的焊缝强度设计值,表。,4、焊缝的强度设计值,3.3,角焊缝及其连接的构造和计算,图,3,11,直角角焊缝的种类,N,a),N,b),N,c),侧焊缝,(,a,图):外力与焊缝轴线平行,,端焊缝,(,b,图):外力与焊缝轴线垂直,,斜焊缝,(,c,图):外力与焊缝轴线斜交。,按照作用力和焊缝关系(图,3,11,),直角角焊缝分为:,3.3 角焊缝及其连接的构造和计算图311 直角角焊缝的,焊缝是一块体,应力状态复杂,计算时把直角三角形以外的部分去掉,按有效厚度,h,e,确定最危险截面(顺着焊缝方向的平面),通常称为有效截面,对有效截面进行验算。,有效截面,焊缝两焊脚面交线(,aa,)与有效厚度,h,e,组成的截面(图,3,13,中,add,a,)。,h,f,d,c,b,a,d,c,b,a,h,e,h,f,h,f,h,f,h,e,焊缝是一块体,应力状态复杂,计算时把直角三角形以外的,1,、应力分析,(,1,)侧焊缝,有效截面上只有与焊缝,长度方向平行的剪应力,。,图,3,12,这些剪应力实际分布不均。试验表明两头大中间小。考虑到出现塑性后应力重分布,规范规定在焊缝长度范围内按均匀分布计算。,N,N,N,N,1、应力分析图312 这些剪应力实际,(,2,)端(正面)焊缝,N/2,B,2,N,A,B,1,N/2,a,b,c,N/2,B,2,N,A,N/2,N/2,有效截面上与焊缝长度方向垂直的正应力,和剪应力,。,(2)端(正面)焊缝N/2B2NAB1N/2abcN/2B2,(,3,)一般受力的焊缝,F,N,V,作用在,T,字型焊缝上的一般方向的力,N,,分解为平行于焊缝方向的力,V,和垂直于的焊缝方向力,F,。,分解为:,和,。,V,产生,;,F,产生,,有效截面上有:,、,、,。,(3)一般受力的焊缝FNV 作用在T字型,(,4,)各种受力情况下焊缝有效截面应力归纳,N,一般受力焊缝,N,侧焊缝,N,端焊缝,有效截面应力,、,、,、,(4)各种受力情况下焊缝有效截面应力归纳N一般受力焊缝,2,、强度验算公式,角焊缝强度验算,针对有效截面,cdd,c,进行。,因为:,理论上,过,cc,线的所有平面中,这块面积最小;,试验表明,角焊缝破坏发生在有效截面(,c,dd,c,)面上。,图,3,13,d,d,h,e,b,c,b,l,w,c,a,a,h,f,b,l,w,c,b,c,a,h,f,h,f,2、强度验算公式 角焊缝强度验算,针对,(,1,)有效截面上的应力状态,前面已经说明:,最一般情况(同时有端焊缝,侧焊缝性质的一般受力焊缝),有效截面上有三个应力,、,、,。,正应力,与焊缝长度方向(,x,)面外垂直,剪应应,与焊缝长度方向(,x,)面内平行,剪应力,与焊缝长度方向(,x,)面内垂直,图,3,14,x,y,z,d,c,d,c,a,a,h,e,(1)有效截面上的应力状态图314xyzdcd,承受的轴向力,N,与,焊缝长度方向平行。,焊缝有效截面上,=0,,,=0,(,a),只有平行与力,N,的剪应力,(图,3,14a,),,为,两焊件间角,焊缝有效面积之和,,每条焊缝计算长度,l,w,取实际长度减,10mm,。,(,3,)受轴心力作用的角焊缝设计验算基本公式,侧焊缝,d,N,a,d,c,c,a,x,l,w,h,e,图,3,14a,=,(,b),N,N,承受的轴向力N与 (3)受轴心力作,y,z,a,d,c,d,c,a,h,e,端焊缝,承受的轴向力,N,与焊缝长度方向,垂直。在焊缝有效截面上,,=0,(,a),只有,和,,,将(,a,)、(,b,)代入(,3,1,),得,图,3,14b,N,(,b),=,(,3,2),或,N,f,f,w,h,e,l,w,(3,2a),yzadcdcahe 端焊缝将(a)、(b)代入(,=0,(,a),(,b),=,=,sin45,=,,,(,c),将(,a,)、(,b,)、(,c,)代入(,3,1,),得,(,3,3),或,N1.22,f,f,w,h,e,l,w,(3,3a),(,3,1,),=0 (a)(b,端焊缝承载能力高于侧焊缝。,因为,应力状态不同。,规范,规定:受静荷载与间接动荷载作用时,用式(,3,3,)或(,3,3a,)计算,受直接动荷载作用时,考虑到端焊缝塑性性能不好,将系数,1.22,去掉,用式(,3,3b,)计算。,N,f,f,w,h,e,l,w,(3,3b),(,3,3),或,N1.22,f,f,w,h,e,l,w,(3,3a),N,f,f,w,h,e,l,w,(3,2a),端焊缝承载能力高于侧焊缝。(33)或,基本公式的应用,实际应用基本公式(,3,2,)(,3,5,)时,还需解决焊缝长度,l,w,和作用在焊缝上的力素,N,的计算问题。下面将对此作些说明。,a),对称侧焊缝,公式,(,3,2a),可写成:,N,f,f,w,h,e,l,w,(,3,6,),N,N,a,b,c,e,d,f,N,N,其中,,l,w,=,2(ab+de-10mm),或,2(bc+ef-10mm),图,3,14e,基本公式的应用NNabcedfNN其中,b),对称端焊缝,公式,(,3,3a),或(,3,3b,)可写成,N1.22,f,f,w,h,e,l,w,(,3,7,),或,N,f,f,w,h,e,l,w,(,3,7a,),式中,l,w,=2(ab-10mm),或,2(cd-10mm),。,a,b,c,d,N,N,N,N,图,3,14f,b)对称端焊缝abcdNNNN图314,c),对称三围焊缝,N,N,a,b,e,f,设,N=N,+N,N,端焊缝(,ab,或,cd,)承担的轴力,N,侧焊缝(,ae,、,bf,或,ec,、,fd,)承担的轴力,图,3,14g,N,N,N,N,a,b,c,d,e,f,c)对称三围焊缝NNabef设,对端焊缝,,有公式(,3,3a,)或(,3,3b,),,则,N,=,f1,f,f,w,h,e,l,w1,受静荷载与间接动荷载作用时,,f1,=1.22,;受直接动荷载作用时,,f1,=1.0,。,l,w1,上下两面,ab,(或,cd,)的计算长度之和。,另一方面,,有,N,=,N,+,N,所以,N,=,f,f,w,h,e,(,f1,l,w1,+,f2,l,w2,),(,3,8,),对,侧焊缝,,把公式(,3,2a,)写成:,N,=,f2,f,f,w,h,e,l,w2,l,w2,上下两面,ae,、,bf,或,ec,、,fd,的计算长度之和,,f2,取,1.0,。,对端焊缝,有公式(33a)或(33b),d),不对称侧焊缝,N,N,e,2,e,1,N,1,N,2,b,图,3,14h,N,1,、,N,2,与总轴力,N,之间关系,N,分配至,N,1,、,N,2,k,1,角钢肢背焊缝轴力分配系数,k,2,角钢肢尖焊缝轴力分配系数,k,1,、,k,2,的取值见书,p.239,表,3,1,。,(,3,9,),d)不对称侧焊缝NNe2e1N1N2b图314h,可再用公式(,3,2,)检算,N,1,、,N,2,。,=,(,3,2),可再用公式(32)检算N1、N2。=(32),角钢肢背、肢尖焊缝长度(,l,w1,、,l,w2,)计算,焊缝总长:,N,f,f,w,h,e,l,w,(,a,),角钢肢背焊缝长:,k,1,N,f,f,w,h,e,l,w1,(,b,),角钢肢尖焊缝长:,k,2,N,f,f,w,h,e,l,w2,(,c,),k,1,k,1,N,f,f,w,h,e,k,1,l,w,(,a,),(a)k,2,k,2,N,f,f,w,h,e,k,2,l,w,(a,),比较式,(b),和,(a,),,得,l,w1,=k,1,l,w,(,3,9a,),比较式,(c),和,(a,),,得,l,w2,=k,2,l,w,(,3,9b,),用式,(a),计算焊缝总长度,l,w,;用式,(3,9),计算肢背、肢,尖长度,l,w1,和,l,w2,。,角钢肢背、肢尖焊缝长度(lw1、lw2)计算,e),不对称三围焊缝,N,N,1,N,2,b,N,3,N,e,2,e,1,b/2,b/2,图,3,14i,N,1,、,N,2,、,N,3,与总轴力,N,之间关系,先确定端焊缝焊脚尺寸,h,f,,用式(,3,3,)算出所能承受的内力,N,3,。,(,3,10,),e)不对称三围焊缝NN1N2bN3Ne2e1b/2,角钢肢背、肢尖焊缝长度(,l,w1,、,l,w2,)计算,端焊缝长:,N,3,f,f,f,w,h,e,b,(,a),角钢肢背焊缝长:,N,1,f,f,w,h,e,l,w1,(,b,),角钢肢尖焊缝长:,N,2,f,f,w,h,e,l,w2,(,c,),因,N=N,1,+N,2,+N,3,有,N,f,f,w,h,e,(,l,w1,+,l,w2,+,f,b,),由此,单面焊缝总长:,l,w,=,l,w1,+,l,w2,+,f,b,(,d,),从式(,3,10a,),N,1,=,k,1,N-N,3,/2,f,f,w,h,e,l,w1,=,k,1,f,f,w,h,e,(,l,w1,+,l,w2,+,f,b,)-,f,f,f,w,h,e,b/2,=,f,f,w,h,e,k,1,(,l,w1,+,l,w2,+,f,b,)-,f,b/2,l,w1,=k,1,l,w,-,f,b/2,(,3,10c,),同理,,l,w2,=k,2,l,w,-,f,b/2,(,3,10d,),角钢肢背、肢尖焊缝长度(lw1、lw2)计算,代入式(,3,1,),得,规范,规定:受静荷载与间接动荷载作用时,用式(,3,5,)计算,受直接动荷载作用时,考虑到端焊缝塑性性能不好,将系数,1.22,去掉,用式(,3,5a,)计算。,式(,3,5,)和(,3,5a,)是受,和,共同作用时的角焊缝强度验算公式。外力不一定是带斜角的,N,,可以是弯矩、剪力、轴力共同作用。,(,),2,(,3,5,),(,),2,(,3,5a,),上一讲讲到公式(,3,5,)、(,3,5a,)如下:,代入式(31),得()2(35)()2(35a,其中,、,的意义为:,F,N,V,与焊缝长度方向平行,在有效截面内。,与焊缝长度方向垂直,,与有效截面斜交,。,可分解为:,和,。,V,产生,;,F,产生,,其中、的意义为:FNV 与焊缝长度方向平行,(,4,)角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用,角焊缝受,M,、,V,、,N,共同作用(图,3,16,)。,b),1,图,3,16,焊缝受,M,、,V,、,N,作用,a),形心,M,N,V,o,1,有效截面,A,A,B,B,(4)角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用b)1图316,剪力,V,与焊缝轴线平行,构成侧焊缝受轴力作用的状态,在有效截面上产生均匀分布剪应力,。,轴力,N,与焊缝轴线垂直,形,成垂直于焊缝方向的均匀分布应,力,N,=,(,3,10,),(,3,11,),a),形心,M,N,V,o,1,有效截面,c),X,X,l,w,剪力V与焊缝轴线平行,构成侧焊缝受轴力作用的状态,在,在,M,作用下,有效截面上产生垂直,于焊缝方向且按三角形分布的应力,M,W,e,角焊缝有效截面绕,x,轴(图,3,16c,)的抵抗矩。,(,3,12,),b),1,a),形心,M,N,V,o,1,有效截面,A,A,B,B,c),X,X,l,w,有效截面,在M作用下,有效截面上产生垂直(312)b)1a),在,1,点处,有垂直于焊缝长度方向,的最大应力,,且,由公式(,3,5,)或(,3,5a,),受静荷载与间接动荷载作用,受直接动荷载作用,在,“,0,”,点(截面形心轴上)有最大弯曲剪应力,本应成为验算比较点,但一般说来,此点的换算应力比,“,1,”,点小,所以就不计算了。,(,),2,(,3,13,),(,),2,(,3,13a,),形心,M,N,V,o,1,在1点处,有垂直于焊缝长度方向()2(313)(,3,、算例,例,3,1,验算图例,3,1,所示连接的强度。已知板宽,400,mm,,厚,18,mm,受轴心力,N=1425kN,(静荷载),钢材,A3F,,手工焊,焊条,E43,型。取,h,f,=8,mm,。,情形一 两块矩形盖板宽,340,mm,,后,12,mm,。,情形二 两块菱形盖板宽,340,mm,,后,12,mm,。,图,3,19,例题,3,1,N,N,N,N,a),N,N,N,N,b),3、算例图319 例题31NNNNa)NNNN,(,1,)矩形盖板,分 析,取左半焊件和其上焊缝为分离体,依焊缝性质,三条焊缝分两类:侧焊缝和端焊缝,且具有对轴力作用线的对称性。,将轴心力,N,分解到焊缝各部分:,N,1,、,N,2,。,N,1,侧焊缝上,平行于焊缝轴线的力。,N,2,端焊缝上,垂直于焊缝轴线的力。,N,N,210,340,N,1,/2,N,1,/2,N,2,a,b,c,d,起弧:,d,,,cd=210-5,落弧:,a,ab=210-5,bc=340,静荷载:端焊缝有,1.22,(1)矩形盖板分 析 取左半焊件,查,规范,确定,f,f,w,,从表,3,1,中,焊条,E43,、角焊缝、,Q235,钢,查出焊缝强度设计值,,得,f,f,w,=160,推演验算公式,侧焊缝:,N,1,f,f,w,h,e,l,w1,(公式,3,2a,),端焊缝:,N,2,1.22,f,f,w,h,e,l,w2,(公式,3,3a,),N,1,、,N,2,合成,N,,,N=N,1,+N,2,N,f,f,w,h,e,(,l,w1,+1.22,l,w2,),N,f,f,w,h,e,(,l,wab,+,l,wcd,+1.22,l,wbc,),N,f,f,w,0.78(205+205,+1.22340)2,验 算,验 算,数值计算,得,,判断该计算值是否小于等于,f,f,w,。,结果,,154.3,f,f,w,=160,结论,满足强度要求。,(,2,)菱形盖板,分 析,取左半焊件和其上焊缝为分离体,因对称,轴心力,N,被分解到焊缝各部分的,N,1,、,N,2,、,N,3,。,N,1,侧焊缝上,平行于焊缝轴线的力。,N,2,斜焊缝上,与焊缝轴线夹角为,的力。,=arctg(120/280)25,N,3,端焊缝上,垂直于焊缝轴线的力。,N,N,N,3,N,1,N,1,N,2,N,2,55,280,120,120,100,假定起落弧分别在侧焊缝的两部分上,焊缝长度各为:,55,-,5=50mm,。,(2)菱形盖板分 析 取左半焊件和其上,验 算,确定,f,f,w,查,规范,得,f,f,w,=160N/mm,2,推演验算公式,对侧焊缝:,N,1,f,f,w,h,e,l,w1,(,公式,3,2a),对端焊缝:,N,2,1.22,f,f,w,h,e,l,w2,(,公式,3,3a),对斜焊缝:,N,3,f,f,f,w,h,e,l,w3,(,公式,3,4a),N,1,、,N,2,、,N,3,合成,N,,有,N=N,1,+N,2,+N,3,所有焊缝的有效厚度相等,,h,e,=0.7,h,f,,,N,f,f,w,h,e,(,l,w1,+1.22,l,w2,+,f,l,w3,),验 算 确定ffw,数值计算,查表得,f,=1.03,(,=25,),算 ,l,w1,=4(55-5)=450mm,l,w2,=2100mm,l,w3,=4305mm,代入计算,判断该计算值是否小于等于,f,f,w,。,结果,,150,f,f,w,=160,判断该计算值是否小于等于ffw,结论,满足强度要求。,结论,例,3,2,设计图,3,20,所示双不等边角钢和节点板间的连,接角焊缝。受动力荷载,N=575(,1000,)kN,。钢材,Q235,,手工 焊,焊条,E43,型。,N=575 kN,2 16010010,2 12510,图,3,20,例题,3,2,(双角钢与节点板间的连接),例32 设计图320所示双不等边角钢和节点板间的连N=,N,分 析,目标:设计焊缝(包括焊脚尺寸、焊缝长度),操作,:,焊脚尺寸根据经验拟定;,焊缝总长度应满足强度要求。,特点:角钢肢背和肢尖焊缝长度(,l,w1,、,l,w2,)分别为总焊缝长度,l,w,的,k,1,、,k,2,倍。,k,1,N,k,2,N,l,w2,l,w1,本问题和图,3,22,不对称侧焊缝情形相同。,(,1,)只有侧焊缝,N分 析目标:设计焊缝(包括焊脚尺寸、焊缝长度)k1Nk2,确定焊缝强度设计值,f,f,w,查,规范,得,f,f,w,=160N/mm,2,计算焊缝总长,l,w,1),拟定焊脚尺寸,h,f,根据角钢板厚为,10mm,,考虑到受动荷作用,拟定,h,f,=6mm,,则有,h,e,=0.7,h,f,。且,同一节点上,所有焊缝的有效厚度宜相同。,2),计算焊缝总长,由式,(3,2a),(注意双角钢,单面长度应除,2,),计 算,确定焊缝强度设计值ffw计 算,设计,角钢肢背和肢尖,焊缝长度,l,w1,、,l,w2,1,),确定轴力分配系数,k,1,、,k,2,本问题属于不等边角钢长边相连,查表,3,2,(书,p.38,),得,k,1,=0.65,k,2,=0.35,2,),肢背、肢尖焊缝,计算长度,l,w1,=0.65428=278,mm,l,w2,=0.35428=150,mm,3,),肢背、肢尖焊缝,设计长度,l,w1,=278+10=288,mm,l,w2,=150+10=160,mm,加,10,mm,是考虑起落弧。,设计角钢肢背和肢尖焊缝长度lw1、lw2加10m,分 析,目标:设计焊缝(包括焊脚尺寸、焊缝长度),操作,:,焊脚尺寸根据经验拟定;,焊缝总长度应满足强度要求。,特点:端焊缝长度为,b,,角钢肢背和肢尖焊缝长度,(,l,w1,、,l,w2,)分别为总焊缝长度,l,w,按式(,3,10c,),和(,3,10d,)计算。,本问题和图,3,23,不对称三面围焊情形相同。,(,2,)、三面围焊,N,1,N,2,N,l,w1,l,w2,N,3,b,分 析目标:设计焊缝(包括焊脚尺寸、焊缝长度)本问题和图3,确定焊缝强度设计值,f,f,w,查,规范,得,f,f,w,=160N/mm,2,计算焊缝总长,l,w,1),拟定焊脚尺寸,h,f,根据角钢板厚为,10mm,,考虑到受动荷作用,拟定,h,f,=6mm,,则有,h,e,=0.7,h,f,。且,同一节点上,所有焊缝的有效厚度宜相同。,2),计算焊缝总长,由式,(3,2a),和(,3,3b,)(注意双角钢,单面长度应除,2,),计 算,确定焊缝强度设计值ffw计 算,设计,角钢肢背和肢尖,焊缝长度,l,w1,、,l,w2,1,),确定轴力分配系数,k,1,、,k,2,已经有,k,1,=0.65,k,2,=0.35,2,),肢背、肢尖焊缝,计算长度(式,3,10c,、,3,10d,),l,w1,=0.65423,160/2=298,mm,l,w2,=0.35423,160/2=70,mm,3,),肢背、肢尖焊缝,设计长度,l,w1,=298+5=203,mm,,,取,205,mm,。,l,w2,=70+5=75,mm,加,5,mm,是考虑起弧或落弧。,设计角钢肢背和肢尖焊缝长度lw1、lw2加5mm,例,3,4,设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝(周遍围焊),并验算角焊缝强度。钢材,A3F,,手工焊,焊条,E43,型。偏心力,N=400kN,(间接动力荷载引起),,e=25cm,。,N,V,M,a),b),c),图,3,22,例题,3,4(,角焊缝受偏心剪力,),例34 设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝(周遍围焊),分 析,目标:设计,节点板和预埋钢板间的角焊缝,(设计焊脚,尺寸、验算焊缝强度,焊缝长度已由其它构造,要求确定。),操作,:,焊脚尺寸根据经验拟定;,验算焊缝强度;,是一个只有弯矩和剪力作用的问题,荷载,情况比例,3,3,简单。可仍,用式(,3,11b,)计,算,其中,=,M,。,特点:因周边围焊,焊缝截面较复杂,计算惯,性矩时忽略绕角部分(留作起落弧用);,剪应力由两条竖向焊缝(牛腿腹板焊缝),承受。,分 析目标:设计节点板和预埋钢板间的角焊缝(设计焊脚,计 算,确定焊缝强度设计值,f,f,w,查,规范,得,f,f,w,=160N/mm,2,作用在焊缝上的力素计算,V=N=40010,3,N,M=Ne=4002510,4,=1000010,4,N-mm,拟定焊脚尺寸,h,f,考虑到牛腿腹板厚为,10mm,,受,间接动力荷载,。,设计,h,f,=8mm,,并将所有焊脚尺寸取相同值。,计算焊缝截面抗剪面积,A,f,惯性矩,I,x,计 算 确定焊缝强度设计值ffw,A,f,=0.783602=4032,mm,2,I,x,=0.78200(205.6-5.6/2),2,2,+0.78(95-5.6)(180-5.6/2),2,4,+0.78360,3,2/12,=1989710,4,mm,4,确定危险点,计算危险点应力,由应力分布图知,腹板上端焊缝和翼缘下,侧焊缝交点最危险,该点至中性轴距离为,y=180mm,。各项应力为:,Af=0.783602=4032mm2,危险点强度验算,满足强度要求。,危险点强度验算满足强度要求。,4,、角焊缝构造,角焊缝构造包括三个方面:焊脚尺寸限制、焊缝长度限制和减小焊缝应力集中的措施。,(,1,)焊脚尺寸限制,限制最小焊脚尺寸,(,h,f min,),为什么要限制?,焊脚尺寸,太小,焊接热量小,冷却过快,焊,件越厚,冷却越快,导致焊缝变脆,容易产,生裂纹。为防止此状况发生,焊脚尺寸不应,过小。,如何限制?,与焊件板厚联系起来。,规范,规定:,4、角焊缝构造,一般情况:,t,2,较厚焊件的板厚(单位:,mm,),特殊情况:,自动焊,(温度高而均匀),:,T,形连接单面角焊缝,(冷却快),:,焊件厚度,t4,mm,时:,h,f min,=,t,(,3,19c,),1.5,t,2,-1,h,f min,(,3,19a,),1.5,t,2,+1,h,f min,(,3,19b,),1.5,t,2,h,f min,(,3,19,),一般情况:,限制最大焊脚尺寸,(,h,f max,),为什么要限制?,焊脚尺寸,太大,焊接变形大,易脆裂,残余,应力大,对于较薄的焊件容易焊穿。,如何限制?,也与板厚联系起来。,规范,规定:,一般情况:,h,f max,1.2,t,1,(,3,20,),t,1,较薄焊件的板厚(单位:,mm,)。,限制最大焊脚尺寸(hf max),特殊情况:指角焊缝位于焊件板边缘(贴边焊)时,板件(厚度,t,)边缘角焊缝最大焊脚尺寸应符合下列要求:,当,t6mm,时,,h,f max,t,;,当,t,6mm,时,,h,f max,t-(1,2)mm,。,设计时,先确定,h,f min,和,h,f max,,再在其间选取一合适值。,h,f min,h,f,h,f max,(3,21),应用,a),查例,3,3,中的焊脚尺寸是否合理?,所有板件厚度均为,10mm,,,t,t,特殊情况:指角焊缝位于焊件板边缘(贴边焊)时tt,h,f min,,取,5mm,。,h,f max,1.2,t,1,=1.210=12mm,。,本例设计,h,f,=8mm,,在,5,12,之间。合理。,b,)查例,3,2,中的焊脚尺寸是否合理?,节点板厚,14mm,,角钢肢板厚,10mm,,即,t,1,=10mm,t,2,=14mm,h,f min,,取,6mm,。,h,f max,1.2,t,1,=1.210=12mm,。,因有贴边焊,,t=10mm,6mm,,,h,f max,t-(1,2)mm=10-2=8mm,。,本利采用,6mm,,符合,规范,要求。,1.5,t,2,=,10=4.47,1.5,t,2,=,14=5.6,hf min,(,2,)角焊缝计算长度限制,限制最小计算长度(,l,wmin,),为什么要限制?,焊缝长度过小:局部加热严重,而起弧落弧距离太小质量不可靠。应力集中较严重。,如何限制?,规范规定:,l,wmin,8,h,f,和,40,mm,实际长度则应大于等于,(,8,h,f,+10,和,40+10),mm,。,侧焊缝,端焊缝均适用。,(2)角焊缝计算长度限制,限制侧焊缝最大计算长度(,l,wmax,),为什么限制?,焊缝太长,剪应力分布越不均匀,焊缝两端产生严重应力集中,导致端部过早破坏,对动荷载尤为不利。,规范规定:,动力荷载时:,l,wmax,40,h,f,静荷载时:,l,wmax,60,h,f,若实际长度,超过以上数值,则超过部分不纳入计算长度中。若内力沿侧焊缝全长分布时,计算长度不受此限制。,限制侧焊缝最大计算长度(lwmax),角焊缝计算长度(,l,w,)取值,l,wmin,l,w,l,wmax,(,3,22,),(,3,)减小角焊缝应力集中的措施,直接承受动力荷载的结构中,角焊缝表面应加工成平面或凹形。端焊缝宜采用平焊缝或凹焊缝,长边与内力方向一致。侧焊缝可用直角焊缝。,当焊缝端部在,焊件转角处时,应将焊,缝延续绕过转角加焊,2,h,f,,,避开起落弧发生在应力,集中的转角处,不利加,不利。,b),2h,f,a),2h,f,2h,f,图,3,25,绕角焊缝,角焊缝计算长度(lw)取值b)2hfa)2,3.4,对接焊缝及其连接的计算,对接焊缝分焊透和未焊透两种情况分别计算,一、焊透的对接焊缝计算,1,、,轴向受力的对接焊缝,(,1,),正焊缝,验算截面矩形,只有正应力。,N,轴向拉力或压力,焊缝计算长度(有引,弧扳时为焊件宽度,b,,,无引弧扳时为,b-,10,mm,。,或,(,3,23,),引弧板,N,N,N,N,l,w,t,1,1,矩形截面,b,图,3,26,3.4 对接焊缝及其连接的计算或(323)引弧板NNNN,t,两连接件中较小的厚度,,T,形连接时为腹板,厚度,f,t,w,对接焊缝抗拉设计强度,按不同质检级别定,,除,3,级质检外与钢材同。,f,c,w,对接焊缝抗压设计强度,与钢材同。,焊缝抗拉强度质检分级由“钢结构工程施工及验收规范”规定,分,I,、,II,、,III,级。达到,I,、,II,级质量时(,x,光,射线检查,),焊缝抗拉设计强度和母材相同,,III,级质量(只外观检查)的抗拉设计强度约为,I,、,II,级的,0.85,。,t两连接件中较小的厚度,T形连接时为腹板,对接连接正焊缝若加引弧板施焊,且质量达到一、二级,则无需焊缝抗拉强度验算。,只有以下两种情况,才需对正焊缝进行抗拉强度验算:,未使用引弧板施焊;,III,级焊缝质量。,此时,正焊缝长度不够,(,b/0.85=1.18b,),需改用斜,焊缝增加焊缝长度。,图,3,28,对接斜缝承受轴心力,b,1.18b,b,1.18b,对接连接正焊缝若加引弧板施焊,且质量达到一、,(,2,)斜焊缝,验算截面矩形,有,、,。,N,N,l,w,N,N,t,N,N,cos,N,sin,N,或,焊缝长度方向与作用力方向间夹角。,斜焊缝计算长度。,对接焊缝抗剪设计强度。,“规范”规定,时,不检算焊缝强度。,b,0.67b,1.2b,(,3,24,),(2)斜焊缝NNlwNNtNNcosNsin,2,、,受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝,(,1,)焊缝验算截面为矩形,有,、,。,M,M,V,V,l,w,t,l,w,t,验算截面,焊缝截面的截面模量,焊缝截面惯性矩,焊缝截面对中性轴的静面矩,分别验算,、,(,3,25,),图,3,30,2、受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝MMVVlwt,(,2,)焊缝验算截面为工字形对接焊缝,M,M,V,V,验算截面,.,1,问题特点:,在腹板和翼缘连接处(,1,点),、均较大。除按式(,3,25,),max,、,max,进行检算外,还要用最大折算应力进行检算。,折算应力检算公式:,规范规定采用以下公式:,(2)焊缝验算截面为工字形对接焊缝MMVV,(,3,26,),1,、,1,受拉区,1,点的正应力、剪应力。,系数,1.1,考虑折算应力发生在焊缝局部,设计强度提高,10%,。,例,3,9,把例,3,4,中牛腿与钢柱间角焊缝改为焊透的对接焊缝。钢材,A3F,,焊条,E43,型,手工焊,焊缝质量三级。验算焊缝强度。,计算,(,1,)计算截面几何量与外力,图,3,31,例,3,9,1,1,.,1,20,20,360,10,200,(326)1、1受拉区1点的正应力、剪应力。计算 图,V=N=400kN,M=Ne=40025=10000kN-cm,(2),强度验算,确定焊缝强度设计值,查,规范,,,f,t,w,=185,f,v,w,=125,(,书,p.303,附表,1-3,),最大应力验算,V=N=400kN,M=Ne=40,折算应力验算,1,点弯曲正应力和剪应力,1,点折算应力,满足验算要求。,折算应力验算1点折算应力满足验算要求。,二、不焊透的对接焊缝计算,1,、什么情况下对接焊缝可以不焊透,(,1,)焊缝受力很小甚至不受力,且要求外观齐平美观。做成图,3,32a,所示,不焊透对接直焊缝,。,(,2,)焊缝受力虽较大,但采用焊透对接焊缝强度又得不到发挥;如采用角焊缝,焊脚又过大,于是做成,用坡口加强的角焊缝,(图,3,32b,)。,图,3,32,不焊透的对接焊缝,b),a),二、不焊透的对接焊缝计算图332 不焊透的对接焊缝,2,、不焊透对接焊缝计算,用角焊缝公式计算。,(,1,)不焊透对接直焊缝,受轴力作用时,用式(,3,4a,)计算。,V,形坡口:当,60,时,,h,e,=s,当,60,时,,h,e,=0.75s,U,形、,J,形,坡口:,h,e,=s,(参阅,规范,),书公式(,3,6,),N,N,N,f,f,w,f,h,e,l,w,(3,4a),N,N,s,2、不焊透对接焊缝计算书公式(36)NNNffw,3,、不焊透对接焊缝的禁用,规范,规定:,(,1,)在直接承受动力荷载的结构中,垂直于受力方向的焊缝不得采用不焊透的对接焊缝;,(,2,)对重级工作制和起重量大于或等于,50,吨的中级工作制吊车梁上翼缘和腹板间的,T,型连接应采用焊透的对接焊缝。,理由:不焊透的对接焊缝中,总存在着未施焊的部分(如图,3,32,、,33,中,a,段)此处是缝隙,缝隙两端有严重应力集中,可能引起脆断。,3、不焊透对接焊缝的禁用,
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