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1、课件,1,结构设计原理,第 十 九 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,东南大学远程教育,课件,2,第19讲：构件连接（4） 41,工程结构是由各种基本构件通过连接组成的整体结构物，使其实现共同工作。 钢结构：钢板、型钢等组成的基本构件（工厂制作） 现场安装（吊装、连接） 结构整体。 钢筋混凝土结构：有现浇、装配式和装配整体式三种施工方法。钢筋的接长、预制构件（预制楼板、叠合梁、叠合板等）的拼装也存在大量的连接。 4.1 钢结构连接 1.焊接；2.螺栓连接（普通螺栓、高强度螺栓）；3.铆钉连接。,课件,3,第19讲：构件连接（4） 42,特点： 1.焊接：不削弱构件断面，节省材料，经济；构造简单，
2、加工简便且易实现自动化操作，提高焊接质量；连接刚度大，密闭性好，整体性好。 焊缝附近的材质变脆；焊件中存在焊接残余应力和残余变形，对结构的承载能力有不利影响；焊接结构对裂纹很敏感，尤其是在低温下更易发生脆性断裂。 2.螺栓：普通螺栓分为A、B、C三级；高强度螺栓由中碳钢或低合金钢等经热处理后制成，强度较高。我国高强度螺栓的强度级别可分为8.8级（8.8S）和10.9级（10.9S）。高强度螺栓的连接分为摩擦型和承压型连接。 螺栓连接简便、快速，可拆卸，常用于现场的安装连接中。 但对构件断面有所削弱。,课件,4,第19讲：构件连接（4） 43,焊接 焊接（电弧焊）分为手工电弧焊、自动或半自动埋弧
3、焊和气体保护焊等。 原理： 焊接连接和焊缝形式： 平接、搭接和顶接（T形）三种 1.对接焊缝； 2.角焊缝。 焊缝的符号（形式、尺寸和要求）,课件,5,第19讲：构件连接（4） 44,焊缝的强度和质量等级（附表I32） 1. 焊缝质量直接影响连接的强度。如果焊缝质量优良，焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度高于焊件母材，破坏部位多位于焊缝附近热影响区的母材上。焊缝中可能有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。焊缝缺陷将削弱焊缝的受力面积，并在缺陷处产生应力集中，对结构受力很不利。因此，对焊缝进行质量检查很重要。 2. 焊缝质量等级分为三级，其中一、二级焊缝除外观缺陷检查外，还需要进行内部无损探伤。
4、3. 三级受拉对接焊缝强度应折减。 4. 合理选用焊缝种类等级。 5. 焊条选用：Q235E43xx； Q345E50xx；Q390E55xx,课件,6,第19讲：构件连接（4） 下一讲的主要内容 45,1、对接焊缝在轴心力作用下的计算； 2、承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算； 3、对接焊缝的构造。,课件,7,东南大学远程教育,结构设计原理,第 二 十 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,课件,8,第20讲：构件连接（4） 上一讲内容 46,1.连接的类型 2.钢结构连接的主要方法及特点 3.焊缝连接的原理、连接及焊缝形式 4.焊缝的强度及质量等级,课件,9,第20讲：构件连接（4） 47,对
5、接焊缝的计算和构造 对接焊缝充满整个被连接件的截面，可视为焊件截面的延续，焊缝中的应力分布情况基本与焊件原有情况相似，对接焊缝的有效截面与焊件的截面相同。焊缝应力可以由材料力学的有关计算公式进行计算。 对接焊缝两端的起弧、灭弧处，常因不能焊透而出现凹形焊口或存在缺陷，以致该处由于应力集中易出现裂纹。因此，施焊时应在焊缝两端设置引弧板，对于一般受静力荷载的结构，也可不设引弧板，但令焊缝的计算长度比实际长度减小10mm。 轴心受力的对接焊缝计算：,课件,10,第20讲：构件连接（4） 48,当采用引弧板时，对接焊缝抗压、抗剪和一、二级焊缝抗拉强度与母材相等，在焊件强度保证的条件下可不必计算焊缝强度
6、；只在三级焊缝受拉力作用时才需按上式进行验算。 如果采用直缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊缝以增加焊缝长度。根据试验结果，当焊缝与作用力间的夹角满足： 时，斜焊缝强度不低于母材强度，可不再验算。,课件,11,第20讲：构件连接（4） 49,承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算 1矩形截面：焊缝中的焊缝中的最大正应力和最大剪应力不在同一点，应分别进行计算： 2.工字形截面：在同时 受有较大正应力和较大 剪应力的梁腹板与翼缘 相交处，还应计算其折 算应力,课件,12,第20讲：构件连接（4） 410,对接焊缝构造 1.根据焊件板厚、焊接工艺要求和施工条件对焊件边缘加工合适的坡口； 2.对受力较
7、大的重要对接焊缝应尽可能采用引弧板； 3.不同宽度和厚度的钢板拼接。 a直边缝；b单边V形缝； c双边V形缝；dU形缝； eK形缝；fX形缝,课件,13,第20讲：构件连接（4） 下一讲的主要内容 411,1、角焊缝的分类与受力特征； 2、角焊缝的强度； 3、角焊缝的计算； 4、角焊缝的构造。,课件,14,结构设计原理,第 二十一 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,东南大学远程教育,课件,15,第21讲：构件连接（4） 上一讲内容 412,1、对接焊缝在轴心力作用下的计算 2、承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算 3、对接焊缝的构造,课件,16,第21讲：构件连接（4） 413,角焊缝的构造与计
8、算 1.当焊缝轴线与外力作用方向平行时， 称为侧面角焊缝，又称侧缝； 2. 垂直时，称为正面角焊缝，又称端缝； 3. 呈夹角时，称为斜焊缝。 角焊缝的受力性能和强度与受力方向有直接关系。 直角角焊缝截面形式： 角焊缝较小的焊脚尺寸为hf 有效高度为he=0.7 hf， 忽略了焊缝余高和熔深,课件,17,第21讲：构件连接（4） 414,角焊缝的受力性能 侧面角焊缝主要承受剪力作用，塑性较好，强度较低。在弹性阶段，侧缝剪应力沿焊缝程度方向分布不均匀，两端大而中间小。 破坏面通常在焊缝的最小截面（45o斜截面）。破坏起点在侧缝两端，该处出现裂缝后，迅速蔓延扩展，使焊缝断裂。,课件,18,第21讲：
9、构件连接（4） 415,角焊缝的受力性能 端缝的应力状态比侧缝复杂的多，应力集中较明显。焊缝的根部出现应力高峰，易于开裂。 破坏时首先在焊缝根部开裂，然后扩展至整个焊缝截面。 根据试验结果，端缝的强度比侧缝高，但塑性较差，根部又存在很大的收缩应力，性质较脆。,课件,19,第21讲：构件连接（4） 416,角焊缝的强度 无论是侧缝与端缝，焊缝计算时一律取与焊脚边呈45o的斜面为计算截面，即焊缝有效厚度0.7hf。计算截面上平均破坏应力为焊缝强度（力除以焊缝破坏面积）。 焊脚尺寸（mm）正面角焊缝（N/mm2）侧面角焊缝（N/mm2） 4 432.5 326.0 8 362.2 270.0 12
10、332.0 250.0 规范规定的角焊缝设计强度是侧面角焊缝的强度，不分抗拉、抗压和抗剪，不分焊缝级别均采用相同的值， 例如Q235钢材，ffw=160N/mm2。,课件,20,第21讲：构件连接（4） 417,直角角焊缝的计算 计算简化假定： 1.沿角焊缝45o方向的焊缝 有效截面为计算时的破坏面； 2.在通过焊缝形心的拉力、 压力和剪力作用下，假定沿 焊缝长度的应力是均匀分布的。,课件,21,第21讲：构件连接（4） 418,直角角焊缝的计算 基本计算公式： 端缝应力： 侧缝应力： 称为正面角焊缝的强度设计值增大系数 对于直接承受动力荷载的结构，,课件,22,第20讲：构件连接（4） 下一
11、讲的主要内容 419,1、角焊缝在轴心力作用下的计算 2、角焊缝在弯矩和剪力作用下的计算 3、角焊缝在扭矩和剪力作用下的计算 4、角焊缝的构造,课件,23,东南大学远程教育,结构设计原理,第 二十二 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,课件,24,第22讲：构件连接（4） 上一讲内容 420,1、角焊缝的分类与受力特征 2、角焊缝的强度与计算假定 3、角焊缝的计算公式,课件,25,第22讲：构件连接（4） 421,轴心力作用下的角焊缝计算 当轴心力（拉力、压力、剪力）通过焊缝计算截面形心时，角焊缝有效截面上的应力为均匀分布。 当外力平行于焊缝长度方向时，属侧面角焊缝受力， 当外力垂直于焊缝长度方向
12、时，属正面角焊缝受力， 当外力方向与焊缝长度方向呈夹角时，斜焊缝受力，,课件,26,第22讲：构件连接（4） 422,轴心力作用下的角焊缝计算 当角钢杆件与板件采用角焊缝连接时，由于角钢是不对称截面，必须使焊缝传递的合力作用线与角钢杆件的轴线重合，才能避免偏心受力。,课件,27,第22讲：构件连接（4） 423,弯矩和剪力作用下的角焊缝计算 以焊缝有效截面为依据，根据基本假定3，首先应计算角焊缝有效截面的几何特性，然后按材料力学公式求出控制点应力值，最后根据该点的应力状态进行强度验算。 A点： C点：,课件,28,第22讲：构件连接（4） 424,扭矩和剪力作用下的角焊缝计算 一般假定被连接件
13、是绝对刚性体，而焊缝则是弹性的； 焊缝上任一点的应力方向将垂直与该点与形心O的连线，而其大小则与该点至形心O的距离成正比。 焊缝1点处的强度 应满足：,课件,29,第22讲：构件连接（4） 425,角焊缝的构造 焊脚尺寸和焊缝计算长度 1.最小焊脚尺寸：焊缝冷却过快而变脆，容易产生裂纹； 2.最大焊脚尺寸：防止“过烧”现象，焊接残余变形和残余应力； 3.最小焊缝长度： 和 mm； 4.最大计算长度：不宜大于60（承受静力荷载或间接承受动力荷载时）或40（承受动力荷载时）；,课件,30,第22讲：构件连接（4） 426,角焊缝的构造 构造措施：,课件,31,第22讲：构件连接（4） 下一讲的主要
14、内容 427,1、普通螺栓的形式和规格 2、螺栓的排列与布置 3、普通螺栓连接的受力性能,课件,32,东南大学远程教育,结构设计原理,第 二十三 讲,主讲教师： 曹双寅 舒赣平,课件,33,第23讲：构件连接（4） 上一讲内容 426,1、角焊缝的分类与受力特征 2、角焊缝的强度与计算假定 3、角焊缝的计算公式,课件,34,第23讲：构件连接（4） 427,角焊缝的构造 焊脚尺寸和焊缝计算长度 1.最小焊脚尺寸：焊缝冷却过快而变脆，容易产生裂纹； 2.最大焊脚尺寸：防止“过烧”现象，焊接残余变形和残余应力； 3.最小焊缝长度： 和 mm； 4.最大计算长度：不宜大于60（承受静力荷载或间接承受动力荷载时）或40（承受动力荷载时）；,课件,35,第23讲：构件连接（4） 42
