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1、第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第一节第一节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法和特点和特点第二节第二节 焊缝连接形式和焊焊缝连接形式和焊缝的质量检验缝的质量检验第三节第三节 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算第四节第四节 角焊缝的构造计算角焊缝的构造计算第五节第五节 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形第六节第六节 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算第七节第七节 高强度螺栓连接的构造与计算高强度螺栓连接的构造与计算钢结构的连接方法及分类钢结构的连接方法及分类一般钢结构用一般钢结构用轻型钢结构（冷弯轻型钢结构（冷弯薄壁钢结构）薄壁钢结构）第一节第一节 钢结构的连接方法和
2、特点钢结构的连接方法和特点2 2第一节第一节 钢结构的连接方法和特点钢结构的连接方法和特点n n焊接焊接3 34 4第一节第一节 钢结构的连接方法和特点钢结构的连接方法和特点铆钉连接铆钉连接螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接精制（精制（A、B级）级）粗制（粗制（C级）级）高强螺栓连接高强螺栓连接摩擦型摩擦型承压型承压型N56 67 7第一节第一节 钢结构的连接方法和特点钢结构的连接方法和特点连接方法连接方法连接方法连接方法优优优优 点点点点缺缺缺缺 点点点点焊焊焊焊 接接接接对几何形体适应性强，构造简单，对几何形体适应性强，构造简单，对几何形体适应性强，构造简单，对几何形体适应性强，构造
3、简单，省材省工，易于自动化，工效高省材省工，易于自动化，工效高省材省工，易于自动化，工效高省材省工，易于自动化，工效高对材质要求高，焊接程序对材质要求高，焊接程序对材质要求高，焊接程序对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大严格，质量检验工作量大严格，质量检验工作量大严格，质量检验工作量大铆铆铆铆 接接接接传力可靠，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，抗动力荷载好易于检查，抗动力荷载好易于检查，抗动力荷载好 费钢、费工费钢、费工费钢、费工费钢、费工普通螺栓连普通螺栓连普通螺栓连普通螺栓连接接接
4、接装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单装卸便利，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，螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装螺栓精度高时加工和安装螺栓精度高时加工和安装螺栓精度高时加工和安装难度较大难度较大难度较大难度较大高强螺栓连高强螺栓连高强螺栓连高强螺栓连接接接接加工方便，对结构削弱少，可拆加工方便，对结构削弱少，可拆加工方便，对结构削弱少，可拆加工方便，对结构削弱少，可拆换，能承受动力荷载，耐疲劳，换，能承受动力荷载，耐疲劳，换，能承受动力荷载，耐疲劳，换，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好塑性、韧性好塑性、韧性好塑性、韧性
5、好摩擦面处理，安装工艺略摩擦面处理，安装工艺略摩擦面处理，安装工艺略摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高为复杂，造价略高为复杂，造价略高为复杂，造价略高射钉、自攻射钉、自攻射钉、自攻射钉、自攻螺栓连接螺栓连接螺栓连接螺栓连接灵活，安装方便，构件无须予先灵活，安装方便，构件无须予先灵活，安装方便，构件无须予先灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板结构处理，适用于轻钢、薄板结构处理，适用于轻钢、薄板结构处理，适用于轻钢、薄板结构不能受较大集中力不能受较大集中力不能受较大集中力不能受较大集中力8 8钢材及连接材料钢材及连接材料碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢GB/T700GB/
6、T70020062006：Q235-AQ235-A（BB、C C、DD）焊条型号：焊条型号：焊条型号：焊条型号：E43E430303E43E431515E43E4316 16 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢GB/T1591GB/T159120082008Q345-AQ345-A（BB、C C、DD、E E），焊条型号：），焊条型号：），焊条型号：），焊条型号： E50E500303 E50E501515 E50 E501616Q390-AQ390-A（BB、C C、DD、E E），焊条型号：），焊条型号：），焊条型号：），焊条型号： E55E55151
7、5E55E551616Q420-AQ420-A（BB、C C、DD、E E），焊条型号：），焊条型号：），焊条型号：），焊条型号： E55E551515D3D3（GG）9 9普通螺栓普通螺栓 n nA（B）级）级5.6、8.8六角头螺栓六角头螺栓GB/T57822000n nC级级4.6、4.8六角头螺栓六角头螺栓C级级GB/T578020001010 大六角头（大六角头（8.8、10.9）n n高强度螺栓高强度螺栓 扭剪型扭剪型10.9 摩擦型摩擦型 钢结构用扭剪型高强度螺栓连钢结构用扭剪型高强度螺栓连 接副接副GB/T36321995 承压型承压型 钢结构用高强度大六角头螺钢结构用高强度大
8、六角头螺 栓栓GB/T122820061111 Q345A（非抗震）（非抗震）锚栓锚栓 Q235B， Q345B（抗震）（抗震） 焊钉焊钉ML15、ML15Al4.8级级电弧电弧螺柱焊用圆柱头焊钉螺柱焊用圆柱头焊钉GB/T1043320021212一、钢结构常用焊接方法一、钢结构常用焊接方法1.1.手工电弧焊手工电弧焊用手工操纵焊条、用电弧作为热源的焊接方法用手工操纵焊条、用电弧作为热源的焊接方法 第二节第二节 焊缝连接形式和焊缝的质量检验焊缝连接形式和焊缝的质量检验 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧电弧焊、气体保护焊电弧焊、气体保护焊电弧焊、气体保护焊
9、电弧焊、气体保护焊、电阻焊、电阻焊、电阻焊、电阻焊、电渣焊、电渣焊、电渣焊、电渣焊132.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）利用在焊剂层下燃烧的电弧进行焊接的方法焊接的方法 143.3.气体保护焊气体保护焊优、缺点：优、缺点： 优点：焊接速度快，焊接质优点：焊接速度快，焊接质量好。量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。4.4.电阻焊电阻焊15二、焊接连接形式二、焊接连接形式 1.1. 按构件的相对位置分按构件的相对位置分按构件的相对位置分按构件的相对位置分对接连接对接连接对接连接对接连接 搭接连接搭接连接搭接连接搭接连接顶接连接（顶接连接（顶接连接（顶接连接（T
10、 T形连接）形连接）形连接）形连接）第二节第二节 焊缝连接形式和焊缝的质量检验焊缝连接形式和焊缝的质量检验角形连接角形连接角形连接角形连接十字形连接十字形连接十字形连接十字形连接1616第二节第二节 焊缝连接形式和焊缝的质量检验焊缝连接形式和焊缝的质量检验对接焊缝对接焊缝对接焊缝对接焊缝vv直缝直缝直缝直缝vv斜缝斜缝斜缝斜缝角焊缝角焊缝v端缝端缝v侧缝侧缝2. 按焊缝的种类分按焊缝的种类分1717第二节第二节 焊缝连接形式和焊缝的质量检验焊缝连接形式和焊缝的质量检验3. 按施焊位置分按施焊位置分俯焊俯焊俯焊俯焊立焊立焊立焊立焊横焊横焊横焊横焊仰焊仰焊仰焊仰焊1818三、焊缝连接的优缺点三、焊
11、缝连接的优缺点三、焊缝连接的优缺点三、焊缝连接的优缺点 优点优点优点优点n n对几何形体适应性强，构造简单对几何形体适应性强，构造简单对几何形体适应性强，构造简单对几何形体适应性强，构造简单n n省材省工，易于自动化，工效高省材省工，易于自动化，工效高省材省工，易于自动化，工效高省材省工，易于自动化，工效高n n密封性好，结构刚度大密封性好，结构刚度大密封性好，结构刚度大密封性好，结构刚度大 缺点缺点缺点缺点n n施焊时的高温作用，在焊缝附近形成热影响区，使材质变脆施焊时的高温作用，在焊缝附近形成热影响区，使材质变脆施焊时的高温作用，在焊缝附近形成热影响区，使材质变脆施焊时的高温作用，在焊缝附
12、近形成热影响区，使材质变脆n n焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏n n残余变形使结构构件尺寸和形状发生变化，矫正费工残余变形使结构构件尺寸和形状发生变化，矫正费工残余变形使结构构件尺寸和形状发生变化，矫正费工残余变形使结构构件尺寸和形状发生变化，矫正费工n n焊接连接的局部裂缝易扩展到整体焊接连接的局部裂缝易扩展到整体焊接连接的局部裂缝易扩展到整体焊接连接的局部裂缝易扩展到整体n n焊接结构的低温冷脆问题较突出焊接结构的低温冷脆问题较突出焊接结构的低温冷脆问题较突出焊接结构的低温冷脆问题较突
13、出第二节第二节 焊缝连接形式和焊缝的质量检验焊缝连接形式和焊缝的质量检验1919四、焊缝缺陷及焊缝质量检验四、焊缝缺陷及焊缝质量检验 热裂纹热裂纹 冷裂纹冷裂纹气孔气孔 烧烧 穿穿 夹夹 渣渣 根部未焊透根部未焊透边缘未熔合边缘未熔合 焊缝层间未熔合焊缝层间未熔合 咬咬 边边 焊瘤焊瘤 1. 1. 焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷 2. 焊缝质量检验焊缝质量检验检检验验标标准准三三 级级肉眼外观检查肉眼外观检查二级二级 肉眼外观检查肉眼外观检查 超声波超声波用于有较大拉应力的较重要连接用于有较大拉应力的较重要连接不得存在裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷一级一级 肉眼外观检查肉眼外观检查 超
14、声波超声波 X X或或射线射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接用于抗动力、疲劳荷载的重要连接不得存在未满焊、咬边、根部收缩、裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷用于一般连接用于一般连接所有焊缝均应作外观检验，不允许有可见裂纹等缺陷。其它缺陷如咬边、表面气孔、夹渣等按规范要求；超声波超声波检测设备检测设备无损检测：一级焊缝全数检验，无损检测：一级焊缝全数检验， 二级焊缝抽检二级焊缝抽检2020以上以上钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）规定焊）规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。缝按其检
15、验方法和质量要求分为一级、二级和三级。 GB50017规范规定，焊缝应根据结构的规范规定，焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、重要性、荷载特性、重要性、荷载特性、重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境、应力状态等情况确定其质量等级焊缝形式、工作环境、应力状态等情况确定其质量等级焊缝形式、工作环境、应力状态等情况确定其质量等级焊缝形式、工作环境、应力状态等情况确定其质量等级。（1） 需进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透需进行疲劳计算的构件中，凡对接焊缝均应焊透 力力垂垂直直于于焊焊缝缝长长度度方方向向的的横横向向对对接接焊焊缝缝或或T型型对对接接与与角角接组合焊缝，接组合焊缝，受拉时应为一级受
16、拉时应为一级，受压时应为二级；受压时应为二级； 力平行于焊缝长度方向的力平行于焊缝长度方向的纵向纵向对接焊缝应为对接焊缝应为二级。二级。（2）不不计计算算疲疲劳劳的的构构件件，要要求求与与母母材材等等强强的的对对接接焊焊缝缝应应予予焊焊透透，其质量等级当受拉时应其质量等级当受拉时应不低于二级不低于二级，受压时，受压时宜为二级。宜为二级。3. 焊缝质量等级的规定焊缝质量等级的规定22（3） 重级工作制重级工作制和和起重量起重量Q50t的中级工作制的中级工作制吊车梁的腹板与吊车梁的腹板与上翼缘之间的上翼缘之间的T形接头焊缝应焊透。焊缝形式一般为对接与角形接头焊缝应焊透。焊缝形式一般为对接与角接的组
17、合焊缝，其质量等级不应低于二级接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级（4） 不焊透的不焊透的T形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接形接头采用的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝组合焊缝，以及搭接连接采用的角焊缝，其质量等级为：，其质量等级为： 直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重量直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构和吊车起重量等于或大于等于或大于50t的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标准应符的中级工作制吊车梁，焊缝的外观质量标准应符合二级；合二级； 对其他结构，焊缝的外观质量标准对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级可为三级。3. 焊缝质量等级的规定
18、焊缝质量等级的规定23 五、焊缝的代号五、焊缝的代号 包括包括引出线、图形符号、辅助符号引出线、图形符号、辅助符号焊缝的表示方法焊缝的表示方法焊缝的表示方法焊缝的表示方法2424第三节第三节 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算一、对接焊缝的形式和构造一、对接焊缝的形式和构造主要形式：主要形式：直边缝直边缝直边缝直边缝单边单边单边单边VV形形形形双边双边双边双边VV形形形形UU形形形形KK形形形形XX形形形形2525二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算1. 轴心受力的对接焊缝的计算轴心受力的对接焊缝的计算其中：其中： 为对接焊缝抗拉、为对接焊缝抗拉、抗压强度设计值抗压强度设计值; lw为焊
19、缝计算长为焊缝计算长度，有引弧板时取实际长度，无度，有引弧板时取实际长度，无引弧板时取（实际长度引弧板时取（实际长度-2t）引弧板引弧板262. 2. 斜斜斜斜向受力的向受力的向受力的向受力的对接焊缝应分别验算正应力、剪应力，对接焊缝应分别验算正应力、剪应力，对接焊缝应分别验算正应力、剪应力，对接焊缝应分别验算正应力、剪应力，有一定的近似性。有一定的近似性。有一定的近似性。有一定的近似性。二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算2727二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算3. 3. 承受弯、剪、轴力共同作用的对接焊缝承受弯、剪、轴力共同作用的对接焊缝承受弯、剪、轴力共同作用的对接焊缝承受弯、剪、轴
20、力共同作用的对接焊缝（1 1）矩形截面）矩形截面）矩形截面）矩形截面2828（2 2）对称工字）对称工字）对称工字）对称工字形截面形截面形截面形截面二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算2929二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算4. 4. 牛腿连接的对接焊缝计算牛腿连接的对接焊缝计算牛腿连接的对接焊缝计算牛腿连接的对接焊缝计算 (1) (1) 弯矩，轴力由全截面承担弯矩，轴力由全截面承担弯矩，轴力由全截面承担弯矩，轴力由全截面承担 (2) (2) 剪力只由腹板承担剪力只由腹板承担剪力只由腹板承担剪力只由腹板承担e e30303131三、对接焊缝的构造三、对接焊缝的构造 在对接焊缝的拼接处，当板
21、宽或板厚不同时，为使在对接焊缝的拼接处，当板宽或板厚不同时，为使在对接焊缝的拼接处，当板宽或板厚不同时，为使在对接焊缝的拼接处，当板宽或板厚不同时，为使截面和缓过渡以减小应力集中，应将板宽或板厚切成斜面，截面和缓过渡以减小应力集中，应将板宽或板厚切成斜面，截面和缓过渡以减小应力集中，应将板宽或板厚切成斜面，截面和缓过渡以减小应力集中，应将板宽或板厚切成斜面，且坡口形式应根据较薄焊件厚度确定。试验证明，只要斜且坡口形式应根据较薄焊件厚度确定。试验证明，只要斜且坡口形式应根据较薄焊件厚度确定。试验证明，只要斜且坡口形式应根据较薄焊件厚度确定。试验证明，只要斜度不大于度不大于度不大于度不大于1/41
22、/4，则其疲劳强度与等宽等厚的情况相差不大。，则其疲劳强度与等宽等厚的情况相差不大。，则其疲劳强度与等宽等厚的情况相差不大。，则其疲劳强度与等宽等厚的情况相差不大。故规范规定：故规范规定：故规范规定：故规范规定：当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差当焊件的宽度不同或厚度在一侧相差4mm4mm以上时，应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成坡度以上时，应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成坡度以上时，应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成坡度以上时，应分别在宽度或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于不大于不大于不大于1:2.51:2.5的斜
23、角（见图的斜角（见图的斜角（见图的斜角（见图3.103.10），但对直接承受动力），但对直接承受动力），但对直接承受动力），但对直接承受动力荷载且需验算疲劳的结构，图中斜角坡度不应大于荷载且需验算疲劳的结构，图中斜角坡度不应大于荷载且需验算疲劳的结构，图中斜角坡度不应大于荷载且需验算疲劳的结构，图中斜角坡度不应大于1:41:4。3232三、对接焊缝的构造三、对接焊缝的构造 不同厚度或不同宽度的构件连接方式：不同厚度或不同宽度的构件连接方式：不同厚度或不同宽度的构件连接方式：不同厚度或不同宽度的构件连接方式：3333三、对接焊缝的构造三、对接焊缝的构造 焊缝计算长度焊缝计算长度焊缝计算长度焊缝计
24、算长度 在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对承载力影响极大，故凡要求等强的对接焊缝施焊时应设置引弧承载力影响极大，故凡要求等强的对接焊缝施焊时应设置引弧承载力影响极大，故凡要求等强的对接焊缝施焊时应设置引弧承载力影响极大，故凡要求等强的对接焊缝施焊时应设置引弧板和引出板板和引出板板和引出板板和引出板( (常常简述为引弧板常常简述为引弧板常常简述为引弧板常常简述为引弧板) )，如图，如图，如图，如图3.113.11所示，焊后将它割所示，焊后将
25、它割所示，焊后将它割所示，焊后将它割除。当无法采用引弧除。当无法采用引弧除。当无法采用引弧除。当无法采用引弧( (出出出出) )板施焊时，板施焊时，板施焊时，板施焊时，允许不设置引弧允许不设置引弧允许不设置引弧允许不设置引弧( (出出出出) )板，板，板，板，此时可令焊缝计算长度等于实际长度减此时可令焊缝计算长度等于实际长度减此时可令焊缝计算长度等于实际长度减此时可令焊缝计算长度等于实际长度减2 2t t（此处（此处（此处（此处t t为较薄焊件厚为较薄焊件厚为较薄焊件厚为较薄焊件厚度）。度）。度）。度）。3434注意：注意： 在设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立在设计中不得任意加大焊缝，避免焊
26、缝立在设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立在设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝、同时，焊缝的布体交叉和在一处集中大量焊缝、同时，焊缝的布体交叉和在一处集中大量焊缝、同时，焊缝的布体交叉和在一处集中大量焊缝、同时，焊缝的布置应尽可能对称于构件形心轴，以减少应力集中置应尽可能对称于构件形心轴，以减少应力集中置应尽可能对称于构件形心轴，以减少应力集中置应尽可能对称于构件形心轴，以减少应力集中现象并降低残余应力的影响。当钢板的拼接采用现象并降低残余应力的影响。当钢板的拼接采用现象并降低残余应力的影响。当钢板的拼接采用现象并降低残余应力的影响。当钢板的拼接采用对接焊缝时，纵横两方
27、向的对接焊缝，可采用十对接焊缝时，纵横两方向的对接焊缝，可采用十对接焊缝时，纵横两方向的对接焊缝，可采用十对接焊缝时，纵横两方向的对接焊缝，可采用十字形交叉或字形交叉或字形交叉或字形交叉或T T形交叉。当为形交叉。当为形交叉。当为形交叉。当为T T形交叉时，交叉点不形交叉时，交叉点不形交叉时，交叉点不形交叉时，交叉点不能靠近，至少相距能靠近，至少相距能靠近，至少相距能靠近，至少相距200 mm200 mm，否则残余应力相互，否则残余应力相互，否则残余应力相互，否则残余应力相互影响严重。从排板和施工方便的角度出发，采用影响严重。从排板和施工方便的角度出发，采用影响严重。从排板和施工方便的角度出发
28、，采用影响严重。从排板和施工方便的角度出发，采用十字形交叉较好。十字形交叉较好。十字形交叉较好。十字形交叉较好。3535例3.1 轴心受拉钢板的对接焊缝连接条件：图示钢板L=500mm,t=12mm,轴心力设计值N=1100kN,钢材Q235-B,手工焊，焊条E43型，三级焊缝，分别验算焊缝强度。（1）施工采用引弧板；（2）施工不采用引弧板；（3）无垫板的单面施焊、施工采用引弧板。3636例3.2（P4444 例3.1）图示牛腿与钢柱的对接焊缝连接F=500kN,t=12mm,偏心距e=300mm,钢材Q235-B,手工焊，焊条E43型，三级焊缝，施工采用引弧板,验算焊缝强度。3737第四节第
29、四节 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算一、角焊缝的形式一、角焊缝的形式直角角焊缝直角角焊缝直角角焊缝直角角焊缝普通型普通型普通型普通型平坡凸形平坡凸形平坡凸形平坡凸形深熔直角焊缝深熔直角焊缝深熔直角焊缝深熔直角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝斜锐焊缝斜锐焊缝斜锐焊缝斜锐焊缝斜钝焊缝斜钝焊缝斜钝焊缝斜钝焊缝斜凹角焊缝斜凹角焊缝斜凹角焊缝斜凹角焊缝角焊缝的截面形式角焊缝的截面形式角焊缝的截面形式角焊缝的截面形式3838二、角焊缝的布置和受力性能二、角焊缝的布置和受力性能1、正面角焊缝、正面角焊缝 连接中传力路线有连接中传力路线有连接中传力路线有连接中传力路线有剧烈弯折，应力状态复杂
30、，剧烈弯折，应力状态复杂，剧烈弯折，应力状态复杂，剧烈弯折，应力状态复杂，应力集中明显，在焊缝根应力集中明显，在焊缝根应力集中明显，在焊缝根应力集中明显，在焊缝根部形成应力集中，易开裂，部形成应力集中，易开裂，部形成应力集中，易开裂，部形成应力集中，易开裂，塑性较差。塑性较差。塑性较差。塑性较差。正面角焊缝内的应力分布正面角焊缝内的应力分布正面角焊缝内的应力分布正面角焊缝内的应力分布3939二、角焊缝的布置和受力性能二、角焊缝的布置和受力性能n n单面焊缝的三种破坏形式单面焊缝的三种破坏形式焊缝剪坏焊缝剪坏焊缝剪坏焊缝剪坏焊缝拉坏焊缝拉坏焊缝拉坏焊缝拉坏焊缝断裂焊缝断裂焊缝断裂焊缝断裂4040
31、二、角焊缝的布置和受力性能二、角焊缝的布置和受力性能2、侧面焊缝、侧面焊缝 主要受剪力，应力状态单纯，但焊缝剪应力沿长主要受剪力，应力状态单纯，但焊缝剪应力沿长主要受剪力，应力状态单纯，但焊缝剪应力沿长主要受剪力，应力状态单纯，但焊缝剪应力沿长度分布不均匀，两头大，中间小，破坏起点在两端。度分布不均匀，两头大，中间小，破坏起点在两端。度分布不均匀，两头大，中间小，破坏起点在两端。度分布不均匀，两头大，中间小，破坏起点在两端。侧面焊缝及被连接板内的应力沿长度分布侧面焊缝及被连接板内的应力沿长度分布侧面焊缝及被连接板内的应力沿长度分布侧面焊缝及被连接板内的应力沿长度分布41414242二、角焊缝的
32、布置和受力性能二、角焊缝的布置和受力性能3、角焊缝的尺寸和构造要求、角焊缝的尺寸和构造要求1 1）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸4343二、角焊缝的布置和受力性能二、角焊缝的布置和受力性能2 2）最大焊脚尺寸）最大焊脚尺寸）最大焊脚尺寸）最大焊脚尺寸4444二、角焊缝的布置和受力性能二、角焊缝的布置和受力性能3）角焊缝最小计算长度4）侧面角焊缝最大计算长度4545三、角焊缝的计算三、角焊缝的计算n n直角角焊缝直角角焊缝直角角焊缝直角角焊缝 直角角焊缝的截面直角角焊缝的截面直角角焊缝的截面直角角焊缝的截面hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式hehfhf
33、凹面式凹面式4646三、角焊缝的计算n n斜角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝斜角角焊缝4747角焊缝的计算截面为角焊缝的计算截面为角焊缝的计算截面为角焊缝的计算截面为45450 0斜截面斜截面斜截面斜截面，其应力分析见下图：，其应力分析见下图：，其应力分析见下图：，其应力分析见下图： 实验证明，角焊缝在复杂应力作用下的强度条件可和母材实验证明，角焊缝在复杂应力作用下的强度条件可和母材实验证明，角焊缝在复杂应力作用下的强度条件可和母材实验证明，角焊缝在复杂应力作用下的强度条件可和母材一样用下式表示：一样用下式表示：一样用下式表示：一样用下式表示：zxyVfx4848将应力带入上面的强度条件，得：将应
34、力带入上面的强度条件，得：将应力带入上面的强度条件，得：将应力带入上面的强度条件，得：化简得：化简得：化简得：化简得：由平衡条件，得到：由平衡条件，得到：由平衡条件，得到：由平衡条件，得到：从而：从而：从而：从而：4949三、角焊缝的计算1 1、当外力平行于焊缝长度方向时（侧面焊缝）、当外力平行于焊缝长度方向时（侧面焊缝）、当外力平行于焊缝长度方向时（侧面焊缝）、当外力平行于焊缝长度方向时（侧面焊缝）5050三、角焊缝的计算2 2、当外力垂直于焊缝长度方向时、当外力垂直于焊缝长度方向时、当外力垂直于焊缝长度方向时、当外力垂直于焊缝长度方向时( (正面焊缝正面焊缝正面焊缝正面焊缝) )5151三
35、、角焊缝的计算3 3、当外力与焊缝长度方向成夹角、当外力与焊缝长度方向成夹角、当外力与焊缝长度方向成夹角、当外力与焊缝长度方向成夹角 时时时时5252三、角焊缝的计算4、承受轴心力、承受轴心力角钢的角焊角钢的角焊缝缝连接连接（1 1）角钢用侧面焊缝连接时）角钢用侧面焊缝连接时）角钢用侧面焊缝连接时）角钢用侧面焊缝连接时 设设设设NN1 1 、NN2 2分别为角钢肢背、分别为角钢肢背、分别为角钢肢背、分别为角钢肢背、肢尖承受的内力，于是肢尖承受的内力，于是肢尖承受的内力，于是肢尖承受的内力，于是: :5353为设计方便，为设计方便，k1和和k2可近似取可近似取:k1=0.7k2=0.3 k1=0
36、.75k2=0.25k1=0.65k2=0.35等边角钢连接等边角钢连接 不等边角钢短边连接不等边角钢短边连接 不等边角钢长边连接不等边角钢长边连接54三、角焊缝的计算（2 2）角钢用三面围焊时）角钢用三面围焊时）角钢用三面围焊时）角钢用三面围焊时5555三、角焊缝的计算（3 3）角钢用）角钢用）角钢用）角钢用L L形围焊时形围焊时形围焊时形围焊时56565 5弯矩、轴心力和弯矩、轴心力和弯矩、轴心力和弯矩、轴心力和( (或或或或) )剪力联合作用下的角焊缝连剪力联合作用下的角焊缝连剪力联合作用下的角焊缝连剪力联合作用下的角焊缝连接计算接计算接计算接计算 (1)(1)承受偏心斜向力的角焊缝连接
37、计算承受偏心斜向力的角焊缝连接计算承受偏心斜向力的角焊缝连接计算承受偏心斜向力的角焊缝连接计算 图图图图3-353-35所示的双面角焊缝连接承受偏心斜拉力所示的双面角焊缝连接承受偏心斜拉力所示的双面角焊缝连接承受偏心斜拉力所示的双面角焊缝连接承受偏心斜拉力NN的作用，计算时将作用力的作用，计算时将作用力的作用，计算时将作用力的作用，计算时将作用力NN分解为分解为分解为分解为NNx x和和和和NNy y，则角焊缝同，则角焊缝同，则角焊缝同，则角焊缝同时承受轴心力时承受轴心力时承受轴心力时承受轴心力NNx x、剪力、剪力、剪力、剪力NNy y和弯矩和弯矩和弯矩和弯矩 的共同作用。的共同作用。的共同
38、作用。的共同作用。通过对焊缝计算截面上的应力分布的分析，图中通过对焊缝计算截面上的应力分布的分析，图中通过对焊缝计算截面上的应力分布的分析，图中通过对焊缝计算截面上的应力分布的分析，图中AA点应力点应力点应力点应力最大，为控制设计点。此处垂直于焊缝长度方向的应力由最大，为控制设计点。此处垂直于焊缝长度方向的应力由最大，为控制设计点。此处垂直于焊缝长度方向的应力由最大，为控制设计点。此处垂直于焊缝长度方向的应力由NNx x和和和和MM产生的两部分组成。产生的两部分组成。产生的两部分组成。产生的两部分组成。5757 图图图图3-35 3-35 承受偏心斜拉力的角焊缝承受偏心斜拉力的角焊缝承受偏心斜
39、拉力的角焊缝承受偏心斜拉力的角焊缝 5858 垂直于焊缝长度方向的应力由和产生的两部分组成垂直于焊缝长度方向的应力由和产生的两部分组成垂直于焊缝长度方向的应力由和产生的两部分组成垂直于焊缝长度方向的应力由和产生的两部分组成 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5959 （2 2）工字形截面梁）工字形截面梁）工字形截面梁）工字形截面梁( (或牛腿或牛腿或牛腿或牛腿) )角焊缝连接计算角焊缝连接计算角焊缝连接计算角焊缝连接计算 图图图图3-363-36所示为工字形截面梁所示为工字形截面梁所示为工字形截面梁所示为工字形截面梁( (或
40、牛腿或牛腿或牛腿或牛腿) )与柱采用角焊缝的连接，与柱采用角焊缝的连接，与柱采用角焊缝的连接，与柱采用角焊缝的连接，通常承受弯矩通常承受弯矩通常承受弯矩通常承受弯矩MM和剪力和剪力和剪力和剪力VV的联合作的联合作的联合作的联合作用。由于翼缘的竖向刚度较差，在用。由于翼缘的竖向刚度较差，在用。由于翼缘的竖向刚度较差，在用。由于翼缘的竖向刚度较差，在剪力作用下，如果没有腹板焊缝存剪力作用下，如果没有腹板焊缝存剪力作用下，如果没有腹板焊缝存剪力作用下，如果没有腹板焊缝存在，翼缘将发生明显挠曲。这就说在，翼缘将发生明显挠曲。这就说在，翼缘将发生明显挠曲。这就说在，翼缘将发生明显挠曲。这就说明，冀缘板的
41、抗剪能力极差。由于明，冀缘板的抗剪能力极差。由于明，冀缘板的抗剪能力极差。由于明，冀缘板的抗剪能力极差。由于冀缘板的竖向刚度不足，一般假定冀缘板的竖向刚度不足，一般假定冀缘板的竖向刚度不足，一般假定冀缘板的竖向刚度不足，一般假定剪力仅由竖直腹板焊缝承受，而弯剪力仅由竖直腹板焊缝承受，而弯剪力仅由竖直腹板焊缝承受，而弯剪力仅由竖直腹板焊缝承受，而弯矩则由全部焊缝承受。矩则由全部焊缝承受。矩则由全部焊缝承受。矩则由全部焊缝承受。6060 为了使焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧为了使焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧为了使焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧为了使焊缝分布较合理，宜在每个
42、翼缘的上下两侧均匀布置角焊缝，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方均匀布置角焊缝，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方均匀布置角焊缝，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方均匀布置角焊缝，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方向的弯曲应力，此弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大向的弯曲应力，此弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大向的弯曲应力，此弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大向的弯曲应力，此弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外纤维处，为了保证此焊缝的正应力发生在翼缘焊缝的最外纤维处，为了保证此焊缝的正应力发生在翼缘焊缝的最外纤维处，为了保证此焊缝的正应力发生在翼缘焊缝的最外纤维处，为了
43、保证此焊缝的正常工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强常工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强常工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强常工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强度条件，即度条件，即度条件，即度条件，即 式中式中式中式中 I Iww全部焊缝有效截面对其中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对其中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对其中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对其中和轴的惯性矩； MM全部焊缝所承受的弯矩；全部焊缝所承受的弯矩；全部焊缝所承受的弯矩；全部焊缝所承受的弯矩； h h1 1上下冀缘焊缝有效截面最外纤维之间的距离。上下冀缘焊缝有效截面最外
44、纤维之间的距离。上下冀缘焊缝有效截面最外纤维之间的距离。上下冀缘焊缝有效截面最外纤维之间的距离。6161 (3)T(3)T形截面牛腿角焊缝连接计算。形截面牛腿角焊缝连接计算。形截面牛腿角焊缝连接计算。形截面牛腿角焊缝连接计算。 图示为图示为图示为图示为T T形截面牛腿与柱采用角焊缝的连接。此形截面牛腿与柱采用角焊缝的连接。此形截面牛腿与柱采用角焊缝的连接。此形截面牛腿与柱采用角焊缝的连接。此种焊缝承受弯矩种焊缝承受弯矩种焊缝承受弯矩种焊缝承受弯矩MMFeFe和剪力和剪力和剪力和剪力F F，其受力分析与，其受力分析与，其受力分析与，其受力分析与上述工字形截面类似上述工字形截面类似上述工字形截面类
45、似上述工字形截面类似; ;计算时通常假设腹板焊继承计算时通常假设腹板焊继承计算时通常假设腹板焊继承计算时通常假设腹板焊继承受全部剪力、而弯矩则由全部焊缝承受。显然控受全部剪力、而弯矩则由全部焊缝承受。显然控受全部剪力、而弯矩则由全部焊缝承受。显然控受全部剪力、而弯矩则由全部焊缝承受。显然控制设计点为竖直焊缝的下端点制设计点为竖直焊缝的下端点制设计点为竖直焊缝的下端点制设计点为竖直焊缝的下端点AA。6262在在A点，由弯矩产生的垂直于焊缝长度方向的应力为点，由弯矩产生的垂直于焊缝长度方向的应力为式中式中 Iw全部焊缝有效截面对其中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对其中和轴的惯性矩； y2中和轴至中
46、和轴至A点的距离。点的距离。由剪力由剪力F产生的剪应力为产生的剪应力为式中式中 竖直焊缝有效面积之和。竖直焊缝有效面积之和。 验算式仍为式验算式仍为式(3.8)。63例题例题3.3.如图所示，双角钢（长肢相连）和节如图所示，双角钢（长肢相连）和节点板用直角角焊缝相连，采用三面围焊，点板用直角角焊缝相连，采用三面围焊，钢材为钢材为Q235，手工焊，手工焊， mm. 焊条焊条E43型，型， 试求此连接能承担的最大静力试求此连接能承担的最大静力N？ 64解：端焊缝所能承担的力N3 =0.7821401.22160/1000 =306.07KN 肢背焊缝所能承担的力N1 =0.782(460-8)16
47、0/1000=809.98KN =(809.98+0.5306.07)/0.65=1481.6KN 65例题例题3.4.试设计如图所示角钢与连接板的连接试设计如图所示角钢与连接板的连接角焊缝。轴心力设计值角焊缝。轴心力设计值N=830KN（静力荷（静力荷载）。角钢为载）。角钢为 ，长肢相连，连，长肢相连，连接板厚度接板厚度t=12mm，钢材，钢材Q235，手工焊，手工焊，焊条焊条E43系列。系列。 66解：解：采用三面围焊。正面角焊缝能承受的内力为：肢背和肢尖焊缝分别承担的内力 67肢背和肢尖焊缝需要的焊缝实际长度为： 取实际长度 。 取实际长度 。角钢端部焊缝的实际长度与计算长度相等即 68
48、例题例题3.5.（P57.例题例题3.4）计算图示牛腿与柱）计算图示牛腿与柱采用角焊缝的连接。已知：偏心力设计值采用角焊缝的连接。已知：偏心力设计值N=350KN（静力荷载），（静力荷载），e=380mm。，。，钢材钢材Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43系列。系列。69 例题例题3.6.计算图示计算图示T形截面牛腿与柱采用角焊缝的形截面牛腿与柱采用角焊缝的连接。连接。 偏心力设计值偏心力设计值F=150KN（静力荷载），（静力荷载），e=150mm。，钢材。，钢材Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43系系列。列。70此种焊缝承受弯矩此种焊缝承受弯矩MFe和剪力和剪力F，其受力分，其
49、受力分析与上述工字形截面类似析与上述工字形截面类似;计算时通常假设计算时通常假设腹板焊继承受全部剪力、而弯矩则由全部腹板焊继承受全部剪力、而弯矩则由全部焊缝承受。显然控制设计点为竖直焊缝的焊缝承受。显然控制设计点为竖直焊缝的下端点下端点A。71三、角焊缝的计算三、角焊缝的计算6、承受扭矩和剪力作用的角焊缝计算、承受扭矩和剪力作用的角焊缝计算（1）角焊缝承受纯扭矩作用）角焊缝承受纯扭矩作用扭矩作用时的角焊缝计算扭矩作用时的角焊缝计算扭矩作用时的角焊缝计算扭矩作用时的角焊缝计算TO最危险点为最危险点为A或或A点。点。AAr72hbcxxyyrxryf Tr0.7hf假定：假定：被连接件在扭被连接件
50、在扭矩平面内，有很大刚度；矩平面内，有很大刚度；角焊缝处于弹性受力角焊缝处于弹性受力阶段。阶段。 于是各点剪切变形、于是各点剪切变形、剪应力的方向均垂直于剪应力的方向均垂直于该点与形心的连线，大该点与形心的连线，大小则与该连线距离小则与该连线距离 r 成成正比。正比。737474计算时按弹性理论，确定焊缝有效截面的形心位计算时按弹性理论，确定焊缝有效截面的形心位置和计算扭矩置和计算扭矩T及轴心力及轴心力F产生的应力时，都可不产生的应力时，都可不考虑焊缝方向考虑焊缝方向(即不区分是正面角焊缝还是侧面即不区分是正面角焊缝还是侧面角焊缝角焊缝)，只在最后验算式中引进系数，只在最后验算式中引进系数 。
51、7575（2 2）角焊缝承受扭矩和剪力共同作用）角焊缝承受扭矩和剪力共同作用n n设计时，应先求出全部角焊缝截面的形心设计时，应先求出全部角焊缝截面的形心设计时，应先求出全部角焊缝截面的形心设计时，应先求出全部角焊缝截面的形心OO, ,再把全部再把全部再把全部再把全部的外力等效到的外力等效到的外力等效到的外力等效到OO 处，以确定全部角焊缝的总内力。处，以确定全部角焊缝的总内力。处，以确定全部角焊缝的总内力。处，以确定全部角焊缝的总内力。角焊缝承受扭矩和剪力角焊缝承受扭矩和剪力角焊缝承受扭矩和剪力角焊缝承受扭矩和剪力76767777例题例题3.7.计算图示支托板与柱采用角焊缝的计算图示支托板与
52、柱采用角焊缝的连接。钢材连接。钢材Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43系系列，板厚列，板厚t=12mm，在焊缝群重心上作用，在焊缝群重心上作用有有 Fx=150KN，Fy=150mm ，扭矩，扭矩T=160 ， ，h=400mm B=400mm（忽略起弧熄弧影响）。（忽略起弧熄弧影响）。7878 部分焊透的对接焊缝，因熔深有限，焊脚尺寸较小，部分焊透的对接焊缝，因熔深有限，焊脚尺寸较小，部分焊透的对接焊缝，因熔深有限，焊脚尺寸较小，部分焊透的对接焊缝，因熔深有限，焊脚尺寸较小，可可按按角角角角焊缝焊缝焊缝焊缝计算计算，并应注意：，并应注意：，并应注意：，并应注意： 在垂直于焊缝长度方向的
53、在垂直于焊缝长度方向的在垂直于焊缝长度方向的在垂直于焊缝长度方向的压力压力压力压力作用下，作用下，作用下，作用下， f f =1.22=1.22；其他情况；其他情况；其他情况；其他情况则取则取则取则取 f f =1.0=1.0； 有效厚度有效厚度有效厚度有效厚度h he e的取值的取值的取值的取值： 对对对对V V形坡口：当形坡口：当形坡口：当形坡口：当 60600 0 0 0时时时时，h he e = = = =s s；当当当当 606060600 0 0 0时时时时，h he e =0.75 =0.75 =0.75 =0.75s s 对单边对单边对单边对单边 V V 形和形和形和形和 K
54、K 形坡口：当形坡口：当形坡口：当形坡口：当 =45=45=45=450 0 0 0 550 0 0 0时时时时，h he e = = = =s s-3-3 对对对对U U、J J形坡口：形坡口：形坡口：形坡口：h he e = = = =s s同同同同时时时时注意注意注意注意h he e不得小于不得小于不得小于不得小于 ，其中，其中，其中，其中 t t 为为为为坡坡坡坡口所口所口所口所在在在在焊焊焊焊件的件的件的件的较较较较大厚大厚大厚大厚度（度（度（度（mmmm）；）；）；）； s s 为为为为坡坡坡坡口口口口根部到根部到根部到根部到焊缝焊缝焊缝焊缝表面的最短距离。表面的最短距离。表面的最
55、短距离。表面的最短距离。四、四、部分焊透部分焊透的的对接焊缝的计算对接焊缝的计算7979部分焊透的部分焊透的对接焊缝对接焊缝四、四、部分焊透部分焊透的的对接焊缝的计算对接焊缝的计算8080第五节 焊接应力和焊接变形一、焊接残余应力的分类和产生原因一、焊接残余应力的分类和产生原因81818282焊缝纵向收缩引起纵向应力焊缝纵向收缩引起纵向应力(a)平接对接焊缝平接对接焊缝 (b)顶接角焊缝顶接角焊缝1、纵向焊接残余应力、纵向焊接残余应力 钢材在钢材在钢材在钢材在600600o oC C时，处于热塑状态，焊接时，焊缝附近温时，处于热塑状态，焊接时，焊缝附近温时，处于热塑状态，焊接时，焊缝附近温时，
56、处于热塑状态，焊接时，焊缝附近温度高达度高达度高达度高达16001600o oC C，而，而，而，而邻近温度较低。冷却时，焊缝收缩受到两邻近温度较低。冷却时，焊缝收缩受到两邻近温度较低。冷却时，焊缝收缩受到两邻近温度较低。冷却时，焊缝收缩受到两侧钢板阻碍而产生拉应力，两侧产生压应力。侧钢板阻碍而产生拉应力，两侧产生压应力。侧钢板阻碍而产生拉应力，两侧产生压应力。侧钢板阻碍而产生拉应力，两侧产生压应力。83832、横向焊接残余应力、横向焊接残余应力分为两部分分为两部分分为两部分分为两部分a a）焊缝纵向收缩，使两块钢板形成反方向弯曲变形。）焊缝纵向收缩，使两块钢板形成反方向弯曲变形。）焊缝纵向收
57、缩，使两块钢板形成反方向弯曲变形。）焊缝纵向收缩，使两块钢板形成反方向弯曲变形。8484b b）焊缝在施工过程中，冷却时间不同，先焊部份先凝固，）焊缝在施工过程中，冷却时间不同，先焊部份先凝固，）焊缝在施工过程中，冷却时间不同，先焊部份先凝固，）焊缝在施工过程中，冷却时间不同，先焊部份先凝固，中焊部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却，三部分产生中焊部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却，三部分产生中焊部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却，三部分产生中焊部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却，三部分产生杠杆作用。杠杆作用。杠杆作用。杠杆作用。 最后的横向应力是最后的横向应力是最后的横向应力是最后的横向应力是a a、b b两
58、种情况的叠加。两种情况的叠加。两种情况的叠加。两种情况的叠加。85853 3、厚度方向焊接应力、厚度方向焊接应力、厚度方向焊接应力、厚度方向焊接应力 因焊缝表面与空气接触而散热快，中间部分冷却慢，因焊缝表面与空气接触而散热快，中间部分冷却慢，因焊缝表面与空气接触而散热快，中间部分冷却慢，因焊缝表面与空气接触而散热快，中间部分冷却慢，收缩时受到阻碍形成中间受拉，两边受压的应力状态。收缩时受到阻碍形成中间受拉，两边受压的应力状态。收缩时受到阻碍形成中间受拉，两边受压的应力状态。收缩时受到阻碍形成中间受拉，两边受压的应力状态。厚度方向焊接应力厚度方向焊接应力厚度方向焊接应力厚度方向焊接应力(a) (
59、a) 对接焊缝厚度方向应力；对接焊缝厚度方向应力；对接焊缝厚度方向应力；对接焊缝厚度方向应力；(b) (b) 焊缝中的立方体同号应力焊缝中的立方体同号应力焊缝中的立方体同号应力焊缝中的立方体同号应力86864、约束状态下产生的焊接应力、约束状态下产生的焊接应力 焊缝及其附近高温钢板的横向膨胀受到阻碍，产生横向焊缝及其附近高温钢板的横向膨胀受到阻碍，产生横向焊缝及其附近高温钢板的横向膨胀受到阻碍，产生横向焊缝及其附近高温钢板的横向膨胀受到阻碍，产生横向塑性压缩；焊缝冷却时，产生残余约束拉应力，钢板两端约塑性压缩；焊缝冷却时，产生残余约束拉应力，钢板两端约塑性压缩；焊缝冷却时，产生残余约束拉应力，
60、钢板两端约塑性压缩；焊缝冷却时，产生残余约束拉应力，钢板两端约束程度越强，两边约束距离越短时，产生的约束应力越大。束程度越强，两边约束距离越短时，产生的约束应力越大。束程度越强，两边约束距离越短时，产生的约束应力越大。束程度越强，两边约束距离越短时，产生的约束应力越大。8787二、焊接残余应力的影响二、焊接残余应力的影响1 1、一般对结构构件静力强度、一般对结构构件静力强度、一般对结构构件静力强度、一般对结构构件静力强度无无无无影响影响影响影响2 2、对结构构件的变形和刚度有影响、对结构构件的变形和刚度有影响、对结构构件的变形和刚度有影响、对结构构件的变形和刚度有影响3 3、对结构构件稳定有、
61、对结构构件稳定有、对结构构件稳定有、对结构构件稳定有不利不利不利不利影响影响影响影响4 4、对结构疲劳强度有、对结构疲劳强度有、对结构疲劳强度有、对结构疲劳强度有不利不利不利不利影响影响影响影响8888三、焊接变形的防止措施三、焊接变形的防止措施 焊接过程中，由于焊缝区的收缩总要使构件产焊接过程中，由于焊缝区的收缩总要使构件产焊接过程中，由于焊缝区的收缩总要使构件产焊接过程中，由于焊缝区的收缩总要使构件产生一些变形。生一些变形。生一些变形。生一些变形。 表现为纵向、横向收缩变形，弯曲变形，角变表现为纵向、横向收缩变形，弯曲变形，角变表现为纵向、横向收缩变形，弯曲变形，角变表现为纵向、横向收缩变
62、形，弯曲变形，角变形，波浪变形，扭曲变形等。形，波浪变形，扭曲变形等。形，波浪变形，扭曲变形等。形，波浪变形，扭曲变形等。8989主要防止措施主要防止措施1 1、设计措施、设计措施、设计措施、设计措施1 1）尽量减少焊缝的数量和尺寸）尽量减少焊缝的数量和尺寸）尽量减少焊缝的数量和尺寸）尽量减少焊缝的数量和尺寸2 2）避免焊缝过份集中）避免焊缝过份集中）避免焊缝过份集中）避免焊缝过份集中3 3）尽可能采用对称焊缝）尽可能采用对称焊缝）尽可能采用对称焊缝）尽可能采用对称焊缝4 4）尽可能避免仰焊）尽可能避免仰焊）尽可能避免仰焊）尽可能避免仰焊5 5）焊后采用人工或机械方法消除焊接变形）焊后采用人工
63、或机械方法消除焊接变形）焊后采用人工或机械方法消除焊接变形）焊后采用人工或机械方法消除焊接变形2 2、焊接工艺措施、焊接工艺措施、焊接工艺措施、焊接工艺措施1 1）采用适当的焊接顺序和方法）采用适当的焊接顺序和方法）采用适当的焊接顺序和方法）采用适当的焊接顺序和方法2 2）采用反向预变形）采用反向预变形）采用反向预变形）采用反向预变形3 3）对于小尺寸焊件，采用预热法。焊前预热到）对于小尺寸焊件，采用预热法。焊前预热到）对于小尺寸焊件，采用预热法。焊前预热到）对于小尺寸焊件，采用预热法。焊前预热到100300 100300 ，焊后保温一段时间，减少焊接和冷却，焊后保温一段时间，减少焊接和冷却，
64、焊后保温一段时间，减少焊接和冷却，焊后保温一段时间，减少焊接和冷却过程中温度不均匀程度过程中温度不均匀程度过程中温度不均匀程度过程中温度不均匀程度9090反变形及局部加热反变形及局部加热反变形及局部加热反变形及局部加热合理的施合理的施焊次序焊次序9191第六节第六节 普通螺栓连接的构造和计算普通螺栓连接的构造和计算一、螺栓的排列和构造要求一、螺栓的排列和构造要求1、螺栓的排列、螺栓的排列 排列方式：排列方式：排列方式：排列方式：并列并列并列并列和和和和错列错列错列错列两种。两种。两种。两种。2、螺栓间距要求、螺栓间距要求1 1）最小间距最小间距最小间距最小间距要求要求要求要求 端距过小，钢材有
65、剪断的可能，边距和中距过小，端距过小，钢材有剪断的可能，边距和中距过小，端距过小，钢材有剪断的可能，边距和中距过小，端距过小，钢材有剪断的可能，边距和中距过小，构件可能沿折线或直线被拉断；施工也要求一定空间。构件可能沿折线或直线被拉断；施工也要求一定空间。构件可能沿折线或直线被拉断；施工也要求一定空间。构件可能沿折线或直线被拉断；施工也要求一定空间。2 2）最大间距最大间距最大间距最大间距要求要求要求要求a. a. 对于受压构件，被连接件易发生张口或鼓曲现象；对于受压构件，被连接件易发生张口或鼓曲现象；对于受压构件，被连接件易发生张口或鼓曲现象；对于受压构件，被连接件易发生张口或鼓曲现象；b.
66、 b. 螺栓距离过大，接触面不密实，潮气易侵入。螺栓距离过大，接触面不密实，潮气易侵入。螺栓距离过大，接触面不密实，潮气易侵入。螺栓距离过大，接触面不密实，潮气易侵入。9292钢板上的螺栓排列及间距要求钢板上的螺栓排列及间距要求并列并列错列错列容许间距容许间距939394949595二、普通螺栓连接计算二、普通螺栓连接计算u抗剪抗剪抗剪抗剪螺栓螺栓螺栓螺栓依靠螺杆抗剪和螺杆对孔壁的依靠螺杆抗剪和螺杆对孔壁的依靠螺杆抗剪和螺杆对孔壁的依靠螺杆抗剪和螺杆对孔壁的承压，传递垂直于螺栓的外力；承压，传递垂直于螺栓的外力；承压，传递垂直于螺栓的外力；承压，传递垂直于螺栓的外力；u抗拉抗拉抗拉抗拉螺栓螺栓
67、螺栓螺栓依靠螺杆受拉传递平行于螺杆依靠螺杆受拉传递平行于螺杆依靠螺杆受拉传递平行于螺杆依靠螺杆受拉传递平行于螺杆的外力。的外力。的外力。的外力。96961、抗剪普通螺栓连接计算、抗剪普通螺栓连接计算1 1）破坏形式主要有）破坏形式主要有）破坏形式主要有）破坏形式主要有 a a）螺栓剪断螺栓剪断螺栓剪断螺栓剪断 b b）钢板孔壁挤压破坏钢板孔壁挤压破坏钢板孔壁挤压破坏钢板孔壁挤压破坏 c c）钢板由于螺孔削弱而净截面拉断钢板由于螺孔削弱而净截面拉断钢板由于螺孔削弱而净截面拉断钢板由于螺孔削弱而净截面拉断 d d）钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏钢板因螺孔端距或
68、螺孔中距太小而剪坏钢板因螺孔端距或螺孔中距太小而剪坏 e e）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏）螺杆因太长或螺孔大于螺杆直径而产生弯、剪破坏另外还有另外还有另外还有另外还有 螺栓双剪破坏等。螺栓双剪破坏等。螺栓双剪破坏等。螺栓双剪破坏等。端距端距端距端距a a22d d0 0连接的板叠厚度连接的板叠厚度连接的板叠厚度连接的板叠厚度 t t55d d9797抗剪螺栓的破坏形式抗剪螺栓的破坏形式(a) 螺栓杆剪断；螺栓杆剪断；(b)孔壁压坏；孔壁压坏；(c)板被拉断；板被拉断；(b)(d)板端被
69、剪断；板端被剪断；(e)螺栓杆弯曲螺栓杆弯曲9898螺栓杆剪断99991001001011011021021031031041042）抗剪螺栓抗剪螺栓的承载力计算的承载力计算1051053）轴心力作用下）轴心力作用下螺栓群螺栓群抗剪计算抗剪计算a a）螺栓数目）螺栓数目）螺栓数目）螺栓数目b b）构件净截面强度验算）构件净截面强度验算）构件净截面强度验算）构件净截面强度验算106106107107注：注：轴心力作用下螺栓抗剪承载力折减系数轴心力作用下螺栓抗剪承载力折减系数 当螺栓连接沿受力方向的长度当螺栓连接沿受力方向的长度当螺栓连接沿受力方向的长度当螺栓连接沿受力方向的长度l l1 1和螺栓
70、孔径和螺栓孔径和螺栓孔径和螺栓孔径d d0 0比比比比值超过值超过值超过值超过1515时，抗剪螺栓承载力应进行折减。具体折时，抗剪螺栓承载力应进行折减。具体折时，抗剪螺栓承载力应进行折减。具体折时，抗剪螺栓承载力应进行折减。具体折减系数计算：减系数计算：减系数计算：减系数计算：计算时，螺栓抗剪承载力为：计算时，螺栓抗剪承载力为：计算时，螺栓抗剪承载力为：计算时，螺栓抗剪承载力为： 。1081084）扭矩作用下的螺栓群计算）扭矩作用下的螺栓群计算基本假定基本假定基本假定基本假定：a) a) 被连接件绝对刚性；被连接件绝对刚性；被连接件绝对刚性；被连接件绝对刚性； b) b) 螺栓受力处于弹性阶段
71、。螺栓受力处于弹性阶段。螺栓受力处于弹性阶段。螺栓受力处于弹性阶段。1091091101105 5）扭矩、剪力共同作用下）扭矩、剪力共同作用下）扭矩、剪力共同作用下）扭矩、剪力共同作用下螺栓群计算螺栓群计算螺栓群计算螺栓群计算1111112、抗拉抗拉普通螺栓连接计算普通螺栓连接计算 1）单个受拉普通螺栓的承载力）单个受拉普通螺栓的承载力 一个螺栓抗拉承载力设计值一个螺栓抗拉承载力设计值一个螺栓抗拉承载力设计值一个螺栓抗拉承载力设计值 d de e：普通螺栓有效直径；普通螺栓有效直径；普通螺栓有效直径；普通螺栓有效直径； A Ae e：普通螺栓有效截面面积。普通螺栓有效截面面积。普通螺栓有效截面
72、面积。普通螺栓有效截面面积。1121122）轴心力作用下螺栓群抗拉计算）轴心力作用下螺栓群抗拉计算a)a) 拉力拉力拉力拉力N N 通过形心，并沿螺杆长度方向通过形心，并沿螺杆长度方向通过形心，并沿螺杆长度方向通过形心，并沿螺杆长度方向受力；受力；受力；受力；b) 拉力通过形心，拉力通过形心，但与端板成一夹但与端板成一夹角，计算公式同角，计算公式同上。上。1131133）弯矩、轴拉力共同作用下的）弯矩、轴拉力共同作用下的螺栓群螺栓群计算计算vv弯矩弯矩弯矩弯矩MM较小时：以受拉为主，板端与柱接触面完全脱较小时：以受拉为主，板端与柱接触面完全脱较小时：以受拉为主，板端与柱接触面完全脱较小时：以受
73、拉为主，板端与柱接触面完全脱离，不存在离，不存在离，不存在离，不存在板端受压区板端受压区板端受压区板端受压区；vv弯矩弯矩弯矩弯矩MM较大时：存在较大时：存在较大时：存在较大时：存在板端受压区板端受压区板端受压区板端受压区。螺栓群在力矩与轴力共同作用下的计算螺栓群在力矩与轴力共同作用下的计算1141141151153、同时同时抗剪抗剪和和抗拉抗拉的普通的普通螺栓群螺栓群连接计算连接计算螺栓连接中螺栓同时受剪和受拉螺栓连接中螺栓同时受剪和受拉116116117117注意受剪螺栓与受拉螺栓的区别：注意受剪螺栓与受拉螺栓的区别：螺栓受拉螺栓受拉螺栓受拉且受剪螺栓受拉且受剪螺栓受剪螺栓受剪118第七节
74、 高强度螺栓连接的构造与计算一、高强螺栓连接的一般要求一、高强螺栓连接的一般要求一、高强螺栓连接的一般要求一、高强螺栓连接的一般要求1 1、主要技术要求、主要技术要求、主要技术要求、主要技术要求高强螺栓的材料高强螺栓的材料高强螺栓的材料高强螺栓的材料8.88.8级级级级表示最低抗拉强度表示最低抗拉强度表示最低抗拉强度表示最低抗拉强度800N/mm800N/mm2 2, , fy y/ /fu u=0.8=0.810.910.9级级级级表示最低抗拉强度表示最低抗拉强度表示最低抗拉强度表示最低抗拉强度1000N/mm1000N/mm2 2, , fy y/ /fu u=0.9=0.9接触面的接触面
75、的接触面的接触面的抗滑移系数抗滑移系数抗滑移系数抗滑移系数 高强螺栓高强螺栓高强螺栓高强螺栓预拉力预拉力预拉力预拉力P P我国规范我国规范我国规范我国规范P P=(=(0.90.90.9/1.20.90.90.9/1.2) ) f fu uA Ae e =0.6075=0.6075fu uA Ae e高强度螺栓的构造和排列要求，与高强度螺栓的构造和排列要求，与普通螺栓相同普通螺栓相同1191192、计算原理、计算原理 摩擦型摩擦型摩擦型摩擦型高强度螺栓连接的板件间无相对滑移，靠板件接高强度螺栓连接的板件间无相对滑移，靠板件接高强度螺栓连接的板件间无相对滑移，靠板件接高强度螺栓连接的板件间无相对
76、滑移，靠板件接触面间的摩擦力来传递剪力；触面间的摩擦力来传递剪力；触面间的摩擦力来传递剪力；触面间的摩擦力来传递剪力； 承压型承压型承压型承压型高强螺栓允许被连接板件间产生滑移，其抗剪连高强螺栓允许被连接板件间产生滑移，其抗剪连高强螺栓允许被连接板件间产生滑移，其抗剪连高强螺栓允许被连接板件间产生滑移，其抗剪连接通过螺栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力（与普通螺栓接通过螺栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力（与普通螺栓接通过螺栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力（与普通螺栓接通过螺栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力（与普通螺栓相同），所以一般相同），所以一般相同），所以一般相同），所以一般 承压型高强度螺栓比摩擦型高强度
77、螺承压型高强度螺栓比摩擦型高强度螺承压型高强度螺栓比摩擦型高强度螺承压型高强度螺栓比摩擦型高强度螺栓抗剪承载力大，但变形也大。栓抗剪承载力大，但变形也大。栓抗剪承载力大，但变形也大。栓抗剪承载力大，但变形也大。120120二、摩擦型高强度螺栓二、摩擦型高强度螺栓连接承载力计算连接承载力计算 传力机理传力机理：靠钢板间的：靠钢板间的摩擦面传力。摩擦面传力。1、受剪连接承载力、受剪连接承载力2、受拉连接承载力、受拉连接承载力3、拉剪联合作用、拉剪联合作用摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓121121三、摩擦型高强螺栓群的计算三、摩擦型高强螺栓群的计算1、轴心力作用下螺
78、栓群计算、轴心力作用下螺栓群计算(2)(2)被连接件净截面强度计算被连接件净截面强度计算与普通螺栓不同，因为与普通螺栓不同，因为存在孔前传力系数为存在孔前传力系数为0.50.5的净截面拉力，所以最危的净截面拉力，所以最危险截面在第一排螺栓孔处。险截面在第一排螺栓孔处。摩擦型高强度螺栓孔前传力摩擦型高强度螺栓孔前传力摩擦型高强度螺栓孔前传力摩擦型高强度螺栓孔前传力1221222、扭矩作用下，高强螺栓群的计算、扭矩作用下，高强螺栓群的计算（螺栓受剪）（螺栓受剪）（螺栓受剪）（螺栓受剪）1231233、弯矩作用下，顶接连接计算、弯矩作用下，顶接连接计算高强度螺栓受弯连接高强度螺栓受弯连接高强度螺栓受弯连接高强度螺栓受弯连接1241244、轴力、弯矩、剪力共同作用、轴力、弯矩、剪力共同作用N1 1e e2125125四、承压型高强螺栓计算四、承压型高强螺栓计算 1、承压型高强螺栓抗剪承载力、承压型高强螺栓抗剪承载力1261262、承压形高强螺栓抗拉承载力、承压形高强螺栓抗拉承载力3、拉剪联合作用拉剪联合作用127127
