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1、2020/7/8,第 二 章钢结构的连接,2020/7/8,2.1 连接的类型,1、焊接 2、螺栓连接,2020/7/8,焊接 优点：不削弱截面，无需拼接板，密封性能好，结构简单，制造方便，便于实现自动化操作。 缺点：形成热影响区，存在焊接缺陷，影响连接区域的材质和连接质量。,2020/7/8,螺栓连接 优点：安装方便，特别适合于工地安装和需拆卸结构的连接。 缺点：需在构件上开孔、对孔，削弱构件截面和增加制造、安装的工作量，并且连接时需要拼接板， 钢材耗费量大。,2020/7/8,三、焊缝的缺陷及质量检验 1、焊缝缺陷 （1）尺寸偏差 （2）咬边 （3）弧坑 （4）未熔合 （5）母材被烧穿 （
2、6）气孔 （7）夹渣 （8）裂纹,2020/7/8,2、质量检验 级：外观检验、超声波检验、 局部 X 射线检验 级：外观检验、超声波检验 级：外观检验,2020/7/8,四、焊接连接型式和焊缝类型 1、连接型式 （1）对接连接 （2）搭接连接,2020/7/8,（3）顶接连接,2020/7/8,2、焊缝类型 （1）按构造分类 a. 对接焊缝 b. 角焊缝 （2）按工作性质分类 a. 强度焊缝 b. 密强焊缝 （3）按焊缝位置分类 a. 俯焊 b. 立焊（竖直、水平） c. 仰焊 （4）按焊接地点分类 a. 工厂焊缝 b. 安装焊缝,2020/7/8,2020/7/8,五、焊缝强度 焊缝强度取
3、决于： （1）焊缝金属和主体金属的强度 （2）焊接形式 （3）应力集中程度 （4）焊接工艺 （5）加工条件,2020/7/8,1、对接焊缝 焊缝强度由焊缝质量和主体钢材强度决定 （1）抗压强度 fcw、抗剪强度 fvw 与主体钢材强度 f 、fv 一致 （2）抗拉、抗弯强度 ftw 、级焊缝：ftw = f 级焊缝：ftw 0.85 f,2020/7/8,2、角焊缝 按其与外力方向的不同分为侧面焊缝（与外力平行）、正面焊缝（又称端焊缝，与外力垂直）和斜焊缝。 应力分布较复杂，焊缝强度由抗剪能力最低的平均剪应力决定，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度采用统一的设计强度 ffw 。,2020/7/8,Q
4、235,Q345,Q390,2020/7/8,水利水电工程钢闸门设计规范 SL74-95,Q235,Q345,2020/7/8,2.3 对接焊缝连接的构造和计算 对接焊缝传力直接、平顺，无显著的应力集中现象，受力性能良好，适用范围广。但对连接处施焊坡口尺寸要求严格，对焊缝质量要求高，多用于工厂制造的连接中。,2020/7/8,一、构造要求 1、坡口 、V、 半V、 U、K、X,2020/7/8,2、坡度 板的厚度、宽度 按1:4 的坡度 刨剪为一致,2020/7/8,3、计算长度 有引弧板：l w = l 无引弧板：l w = l 2 5 mm,2020/7/8,二、强度计算 1、承受轴心力
5、,2020/7/8,可不验算静力强度的情况： （1）采用、级直焊缝，且焊缝两端加引弧板 （2）采用坡度1.5 : 1的斜焊缝,2020/7/8,2、承受弯矩和剪力 弯应力 剪应力 折算应力,2020/7/8,3、承受弯矩、剪力和轴心力,2020/7/8,Page43 例题2-1、例题2-2,2020/7/8,2.4 角焊缝连接的构造和计算 角焊缝位于构件边缘，传力线曲折，受力较复杂，引起应力集中和受力不均匀，但对尺寸要求稍低，不作坡口，制造、施焊方便。,2020/7/8,2020/7/8,一、受力情况 1、直角角焊缝 = 90 有效厚度 he = hf cos45 0.7 hf,2020/7/
6、8,2、斜角角焊缝 60 120 90 ，有效厚度 he = 0.7hf 90 ，有效厚度 he = hf cos /2,2020/7/8,3、侧焊缝 受力方向平行于焊缝，受纵向剪切力，破坏面在三角形焊缝截面的最小厚度平面上，与焊脚边成/2的角，应力沿焊缝长度分布很不均匀。,2020/7/8,侧焊缝应力沿焊缝长度分布不均匀,2020/7/8,4、端焊缝 受力方向垂直于焊缝，受正应力和剪切力，在焊缝根部形成严重的应力集中，破坏形式为拉断或剪断，应力沿焊缝长度分布较均匀。 端焊缝和侧焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度都采用统一的设计强度 ffw 。,2020/7/8,端焊缝的受力情况,2020/7/8,二
7、、角焊缝的构造要求 主要是焊脚尺寸hf和焊缝计算长度lw 1、计算长度 l w = l -10 mm 2、最小焊脚尺寸,2020/7/8,3、最大焊脚尺寸 常用的焊脚尺寸 hf 有6、8、10、12mm,2020/7/8,4、最小焊缝计算长度 l w 40 mm 及 8hf 侧焊缝长度 l w 侧焊缝间距 b，并且 tmin 12 mm，b 16 tmin tmin 12 mm，b 200 mm,2020/7/8,5、最大焊缝计算长度 l w 40 hf （直接承受动载） l w 60 hf （承受静载或间接承受动载） 力沿侧焊缝全长作用 时，不受此限制 6、当在次要构件或次要焊缝中采用间断焊
8、缝时，间断净距 e 15tmin（受压板） 或间断净距 e 30tmin（受拉板）,2020/7/8,7、搭接长度 5tmin 及25 mm 8、承受动载的焊件应尽量采用围焊缝，且在转角处应连续施焊 9、较重要的侧焊缝和端焊缝的端部宜绕角额外施焊，绕角长度 hf,2020/7/8,三、角焊缝的符号,2020/7/8,四、角焊缝的强度计算 （一）基本计算公式 角焊缝的有效截面为 he lw = 0.7 hf lw ，并沿着该面发生破坏。 外力 N x 作用下产生垂直于焊缝的 、 外力 N y 作用下产生平行于焊缝的,2020/7/8,2020/7/8,根据第四强度理论计算折算应力,2020/7/
9、8,2020/7/8,1、承受垂直焊缝方向力Nx的端焊缝 2、承受平行焊缝方向力Ny的侧焊缝,2020/7/8,3、承受斜向力N的斜焊缝(是N与焊缝的夹角),2020/7/8,2020/7/8,4、斜角焊缝,2020/7/8,5、按容许应力法时，采用统一的角焊缝容许剪应力 fw,2020/7/8,（二）轴心力作用时的连接计算 1、对称焊件 （1）侧焊缝,2020/7/8,（2）端焊缝,2020/7/8,（3）围焊缝 a. 静载 端焊缝主要承载：N = he lw1.22ffw 侧焊缝补充承载：（N - N）,2020/7/8,b. 动载 荷载由围焊缝中的侧焊缝、端焊缝平均承担 lw 是拼接缝一
10、侧的角焊缝计算长度,2020/7/8,2、不对称焊件 （1）侧焊缝 由于重心线不在对称线上，两侧的侧焊缝所承受的荷载 大小不同。 角钢的肢背承担的荷载：N1 = k1 N 角钢的肢尖承担的荷载：N2 = k2 N k1 、k2 是内力分配系数， k1 k2,2020/7/8,2020/7/8,肢背焊缝尺寸： hf1lw1 = k1 N / 0.7 ffw 肢尖焊缝尺寸： hf2lw2 = k2 N / 0.7 ffw 单肢角钢的偏心对焊缝强度的影响较严重，将焊缝强度降低为 0.85 ffw 肢尖、肢背焊缝可采用不同的焊脚尺寸 hf ，而使两部分的焊缝长度 lw 接近。,2020/7/8,（2）
11、围焊缝 端焊缝承担荷载：N3 = f hf 3 b ffw 肢背焊缝承担荷载：N1= k1 N N3 / 2 肢尖焊缝承担荷载： N2= k2 N N3 / 2,2020/7/8,肢背焊缝尺寸： hf1lw1 = N1 / 0.7ffw = k1 N / 0.7ffw f hf3 lw3/ 2 肢尖焊缝尺寸： hf2 lw2 = N2 / 0.7ffw = k2 N / 0.7ffw f hf3 lw3 / 2,2020/7/8,（三）弯矩、剪力和轴心力作用的 T 型连接计算,2020/7/8,（1）弯矩产生端焊缝性质的应力： fM = M /Ww， Ww = he lw2 / 6 （2）剪力
12、产生侧焊缝性质的应力 fV = V /Aw， Aw = he lw （3）轴心力产生端焊缝性质的应力： fN = N /Aw （4）折算应力,2020/7/8,牛腿与柱顶接时，角焊缝受弯矩、剪力作用,2020/7/8,（四）扭矩和剪力作用的 T 型连接计算,T 型搭接时，角焊缝受扭矩、剪力作用,牛腿与柱的搭接 板与板的搭接,2020/7/8,假定: ( 1 ) 构件是刚性的，焊缝是弹性的 ( 2 ) 构件绕焊缝形心转动，焊缝上任一 点的应力方向垂直于该点与形心的 连线，应力大小与形心距离成正比,2020/7/8,2020/7/8,侧焊缝受力性质 端焊缝受力性质,2020/7/8,折算应力,20
13、20/7/8,勿忘国耻 奋发图强,1931年9月18日，驻中国东北的日本关东军炮击中国东北军的北大营并向沈阳进攻，制造了震惊中外的“九一八”事变。,2020/7/8,2.5 焊接应力和焊接变形 一、焊接残余应力和变形 焊接构件在未受到荷载时，由于施焊的电弧高温作用，焊件冷却后残余在构件内部的应力和变形，是结构体系内自呈平衡的结果。,2020/7/8,2020/7/8,（1）纵向和横向焊接残余应力,2020/7/8,（2）沿焊缝厚度方向的焊接残余应力 （3）残余变形,2020/7/8,二、残余应力和变形的影响 1、残余应力对结构的静力强度影响不大 2、降低结构的刚度 3、降低结构的稳定性 4、降
14、低疲劳强度 5、使材料易变脆 6、残余变形使构件受力时产生了附加荷载,2020/7/8,三、减小焊接残余应力和变形的措施 1、设计措施 （1）减小焊缝的数量和尺寸，避免焊缝过分集中 （2）焊缝尽量对称布置 （3）连接过度要平滑，避免截面突变和应力集中 （4）保证足够的搭接长度，且不能只采用一条端焊缝来承受荷载 （5）焊缝布置在易于施焊的部位，避免仰焊,2020/7/8,2、工艺措施 （1）采用适当的焊接顺序和方向,2020/7/8,（2）采用反变形措施 （3）做好焊接前的预热和焊接后的保温工序 （4）对焊接变形进行矫正,2020/7/8,2.6 螺栓连接 一、螺栓连接的种类和形式 1、螺栓的种
15、类 （1）普通螺栓 a. 粗制螺栓：抗拉连接、临时连接、不重要的抗剪连接 b. 精制螺栓 ：抗剪连接,2020/7/8,（2）锚栓：只承受拉力，不承受剪力 （3）高强螺栓 a. 摩擦型：靠接触面的摩擦传力 b. 承压型：靠接触面的摩擦和螺栓杆传力 2、螺栓连接的形式 （1）对接、搭接、顶接 （2）受力情况区分：抗剪、偏心抗剪、抗拉、抗拉与抗剪组合,2020/7/8,2020/7/8,二、普通螺栓连接的构造 1、同一结构连接中宜采用一种螺栓直径 常用的螺栓直径有M16、M20、M22、 M24 2、排列应简单、统一、紧凑 （1）排列方式：并列、交错 （2）型钢上的螺栓应排列在准线上,2020/7
16、/8,2020/7/8,2020/7/8,（3）螺孔的最小端距为 2d0 （4）最小边距：1.5d0 （切割边） 1.2d0 （轧成边） （5）最小中间距：3d0 （6）最大边距：4d0 或 8 tmin （7）最大中间距： 12d0 或 18 tmin,板端剪穿 应力集中,板件凸曲、接触不紧密,2020/7/8,螺栓的排列间距,2020/7/8,三、普通螺栓连接的计算 1、单个螺栓的承载力设计值 （1）抗剪螺栓（剪切和承压作用）,nv=1,nv=2,2020/7/8,a. 抗剪承载力设计值或容许值 b. 承压承载力设计值或容许值,2020/7/8,（2）抗拉螺栓 抗拉承载力设计值或容许值,2020/7/8,202
