钢结构钢结构的连接PPT课件

1、3.1钢结构的连接方法和特点种类第1页/共69页3.1钢结构的连接方法和特点、焊接连接优点构造简单，制造加工方便；不削弱构件截面，节约钢材；易于采用自动化操作，保证焊接结构的质量连接的密封性好、结构刚度大。第2页/共69页3.1钢结构的连接方法和特点焊接连接缺点l由于焊缝附近的热影响区，使钢材的性能发生变化，导致材质变脆；l焊接残余应力和残余变形对结构的受力有不利影响；l焊接结构对裂缝比较敏感，局部裂缝一经发生便容易扩展到整体；l焊接结构的低温冷脆问题也比较突出。目前除少数直接承受动载结构的某些连接不宜采用焊接外，焊接可广泛用于工业与民用建筑钢结构和桥梁结构。第3页/共69页3.1钢结构的连接

2、方法和特点螺栓连接优点u安装方便，特别适宜于工地安装连接。u便于拆卸，适用于需要装拆结构的连接和临时性连接。缺点需要在板件上开孔和拼装时对孔，增加制造工作量。螺栓孔还使构件截面削弱，且被连接的构件需要相互搭接或另加角钢或拼接板等连接件,浪费钢材。第4页/共69页3.2焊接方法和焊缝连接的形式 钢结构常用的焊接方法u电弧焊 手工电弧焊 自动或半自动埋弧焊 CO2气体保护焊等 u电渣焊u电阻焊第5页/共69页3.2焊接方法和焊缝连接的形式 钢结构常用的焊接方法第6页/共69页3.2焊接方法和焊缝连接的形式 钢结构常用的焊接方法手工电弧焊焊条选用：l 应与焊件钢材（主体金属）的强度和性能相应。Q23

3、5 E43XX（E4300- E4328） Q345 E50XX（E5000- E5048）Q390 E55XX（E5500- E5518）对不同钢种的钢材连接时，宜用与低强度钢材相适应的焊条。第7页/共69页3.2焊接方法和焊缝连接的形式 焊缝连接形式按被连接构件间的相对位置划分a) 平接接头 b) 搭接接头c) T形接头 d) 角接接头第8页/共69页3.2焊接方法和焊缝连接的形式 焊缝连接形式按焊缝长度方向的布置划分a) 连续角焊缝，受力性能较好，为主要的角焊缝形式 b) 断续角焊缝，起落弧处易引起应力集中，只能用于一些次要构件或受力很小的连接中 第9页/共69页3.2焊接方法和焊缝连接

4、的形式 焊缝连接形式按施焊位置划分a)平焊 b)横焊b)立焊 d)仰焊第10页/共69页3.2焊接方法和焊缝连接的形式 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷第11页/共69页3.2焊接方法和焊缝连接的形式 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝质量检验n方法：采用外观检查及无损检验相结合。外观检查：检查有无明显的裂纹等缺陷和几何尺寸。无损检验：检查内部缺陷（超声波、X射线、Y射线等）n分级（标准：检验方法及质量要求）三级：只要求对全部焊缝外观检查二级：除外观检查外还要求用超声波检验每条焊缝的20%长度。一级：除外观检查外还要求用超声波检验每条焊缝的全部长度，以便于工作揭示焊缝内部缺陷。对承受动载的重要构件焊缝，

5、还可增加射线探伤检查。第12页/共69页3.2焊接方法和焊缝连接的形式 焊缝缺陷及焊缝质量检验结构焊缝质量等级的确定（根据结构的重要性、菏载特性、焊缝形式、工作环境和应力状态等确定）n凡需进行疲劳计算的结构的对接焊缝，均应要求焊透，其质量等级：1）作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝和T形接头中的对接和角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时应为二级。2）作用力平行于长度方向的纵向对接焊缝应为二级。n不需计算疲劳的结构中，凡要求与母材等强的对接焊缝，均应要求焊透，其质量等级：受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。n不要求焊透的T形接头采用角焊缝或部分焊透的对接和角接组合焊缝，以及搭接连接中采用的角

6、焊缝，其质量等级：1）对直接承受动载且需验算疲劳的结构吊车起重量50t的中级工作制吊车梁，其焊缝的外观质量标准应符合二级。2）对其他结构，焊缝的外观质量标准可为三级。第13页/共69页3.2焊接方法和焊缝连接的形式 焊缝代号及其标注方法（图例）第14页/共69页3.3 对接焊缝的构造和计算 对接焊缝的构造1）坡口焊缝原因：保证焊接时有必要的焊条运转空间，保证在板件全厚度内焊透。坡口形式：I V U X K,单边V，单边 U第15页/共69页3.3对接焊缝的构造和计算 对接焊缝的构造2）直焊缝和斜焊缝设计时应尽量采用直焊缝：构造制造简单且节省钢材。受拉的三级对接焊缝，其抗拉强度设计值低于主体钢材

7、的抗拉强度保（85%）规范规定当斜缝和作用力间夹角符合arctan1.5（或56.3）时，可不计算焊缝强度。第16页/共69页3.3对接焊缝的构造和计算 对接焊缝的构造3）引弧板 原因：起弧和落弧引起弧坑、未焊透等缺陷，引起应力集中，对受力不利。要求：引弧板材料 坡口应与焊件相同。 长度60mm（手工）150mm（自动） 焊后将引弧板切除，并用砂轮将表面磨平。 一般应采用引弧板，只有在受条件限制，无法放置 时才允许不用，但计算长度按实际长度减去10 mm。第17页/共69页3.3对接焊缝的构造和计算 对接焊缝的构造4）不同宽度或厚度板的连接原因：平滑过渡，传力平顺，减少应力集中。要求：将较宽或

8、较厚板件加工成1：4的坡度第18页/共69页3.3对接焊缝的构造和计算 对接焊缝连接的计算1） 轴心力作用 wcwtWfftlN或第19页/共69页3.3对接焊缝的构造和计算 对接焊缝连接的计算2）弯距和剪力的共同作用 wtWfWMwvwwftISV 对于T形、I字形、箱形等构件，在腹板与翼缘交接处，焊缝截面同时受有较大的正应力和较大的剪应力作用，除应分别验算焊缝截面最大正应力和剪应力外，还应按下式验算折算应力式中 验算点处焊缝截面的正应力和剪应力。wt21211 . 13f11、第20页/共69页3.3对接焊缝的构造和计算 对接焊缝连接的计算3）轴心力、弯距和剪力的共同作用 第21页/共69

9、页3.3对接焊缝的构造和计算 例3.1 第22页/共69页3.3对接焊缝的构造和计算 第23页/共69页3.3对接焊缝的构造和计算 第24页/共69页第25页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 角焊缝的形式和强度形式（截面形状：凸凹，等边不等边）等边凸形（普通形角焊缝），传力曲折，有一定程度的应力集中。等边凹形，传力较平顺，改善受力性质，可承受动力菏载。平坡凸形第26页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 角焊缝的形式和强度形式按两焊角间夹角分直角角焊缝和斜角角焊缝第27页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 角焊缝的形式和强度受力特点试验结果侧面角焊缝主要承受剪力作用。在弹性阶段，应力沿焊

10、缝长度方向分布不均匀，两端大而中间小。焊缝越长剪应力分布越不均匀。由于侧面角焊缝的塑性较好，两端出现塑性变形，产生应力重分布，在规范规定长度范围内，应力分布趋于均匀。正面角焊缝的应力状态比侧面角焊缝复杂，其破坏强度比侧面角焊缝的要高，但塑性变形要差一些。正面角焊缝受力复杂，正应力和剪应力共存，焊缝跟部应力集中严重第28页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 角焊缝的构造要求最小焊脚尺寸 原因：角焊缝的焊脚尺寸不应过小，以保证焊缝的最小承载能力，并防止焊缝因冷却过快而产生裂纹。焊缝的冷却速度和焊件的厚度有关。焊件越厚则焊缝冷却越快，在焊件刚度较大的情况下，焊缝也容易产生裂纹 第29页/共69页3

11、.4 角焊缝的构造和计算 角焊缝的构造要求最大焊脚尺寸 第30页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 角焊缝的构造要求角焊缝最小计算长度原因：角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，会使焊件局部加热严重，且起落弧坑相距太近，加上一些可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。 目前常用50mm.第31页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 角焊缝的构造要求侧面角焊缝最大计算长度原因：应力沿其长度分布不均匀；可能在焊缝两端首先出现裂缝而导致整个连接接头破坏。承受静力或间接动力荷载直接承受动力荷载超出部分计算时不予考虑 第32页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 直角角焊缝强度计算的基本公式应力分析：垂直有效截面的

12、正应力垂直于焊缝长度方向的剪应力平行于焊缝长度方向的剪应力第33页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 直角角焊缝强度计算的基本公式我国钢结构规范推荐公式：能量强度理论可知右端为焊缝抗拉强度设计值第34页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 直角角焊缝强度计算的基本公式第35页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 直角角焊缝强度计算的基本公式侧面角焊缝计算公式第36页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 直角角焊缝强度计算的基本公式正面角焊缝计算公式第37页/共69页1). 受轴心力焊件的拼接板连接 仅侧面角焊缝： 仅正面角焊缝：wffewNfhl常用连接方式的角焊缝计算wfffewNfhl轴

13、心力作用下角焊缝连接3.4 角焊缝的构造和计算第38页/共69页1). 受轴心力焊件的拼接板连接 三面围焊时：先计算正面角焊缝N1，剩余的N-N1由侧面角焊缝承担。 菱形拼接板：简化计算不计正面及斜焊缝的f常用连接方式的角焊缝计算wfewNfhl3.4 3.4 角焊缝的构造和计算第39页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 常用连接方式的角焊缝计算2).承受轴心力作用的角钢角焊缝连接a）侧面角焊缝肢背肢尖当单角钢构件时，将分母2改为0.85 。第40页/共69页3.4 角焊缝的构造和计算 常用连接方式的角焊缝计算2).承受轴心力作用的角钢角焊缝连接b）三面周围角焊缝肢背肢尖第41页/共69页c

14、) 受轴心力角钢的连接 当采用L形焊连接时 正面角焊缝承担的力： 侧面角焊缝承担的力： 330.7wfwffNhlf常用连接方式的角焊缝计算角钢角焊缝上受力分配L形焊13NNN3.4 3.4 角焊缝的构造和计算2).承受轴心力作用的角钢角焊缝连接第42页/共69页3) 弯矩作用下角焊缝计算常用连接方式的角焊缝计算弯矩作用时角焊缝应力wfffwMfW3.4 3.4 角焊缝的构造和计算第43页/共69页4). 扭矩作用下角焊缝计算 计算假定：被连接件绕焊缝有效截面形心o旋转，焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心o的连线，应力大小与其到形心距离r成正比。 yTAT rJ常用连接方式的角焊缝计算图7

15、-37 扭矩作用时角焊缝应力TxAT rJ22TTwAfAff3.4 3.4 角焊缝的构造和计算第44页/共69页5). 弯矩、剪力、轴心力共同作用下角焊缝计算MAwMW常用连接方式的角焊缝计算受弯、受剪、受轴心力的角焊缝应力22MNVwAAAfffNAewNhlVAewVhl3.4 3.4 角焊缝的构造和计算第45页/共69页6). 扭矩、剪力、轴心力共同作用下角焊缝计算TxAT rJ常用连接方式的角焊缝计算受扭、受剪、受轴心力的角焊缝应力22TVTNwAAAAfffyTAT rJVAewVhlNAewVhl3.4 3.4 角焊缝的构造和计算第46页/共69页7). 塞焊计算常用连接方式的角

16、焊缝计算塞焊24wfNfn d3.4 3.4 角焊缝的构造和计算第47页/共69页3.5焊接残余应力和焊接残余变形 概述焊接应力：焊接时产生局部高温的不均匀温度场，高温部分钢材要求较大的膨胀伸长但受到临近钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中随时间和温度而不断变化，称为焊接应力焊接残余应力：焊接应力时较高的部位将达到钢材屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力，称为焊接残余应力焊接残余变形：焊接和冷却过程中焊件产生的变形称为焊接变形，冷却后残存于焊件的变形，称为焊接残余变形第48页/共69页3.5焊接残余应力和焊接残余变形 焊接残余应力纵向焊接残余应力z

17、：结论：只有在构件受热温度不均匀并使部分钢材产生塑性变形时，才会在冷却至常温后产生残余应力和残余变形。 残余应力是构件未受菏载时的应力，因而是自相平衡的内力体系，即在任何截面上残余应力均有拉有压，内力和内力矩平衡。第49页/共69页3.5焊接残余应力和焊接残余变形 焊接残余应力横向焊接残余应力x：焊接结构的横向（焊缝长度方向）焊接残余应力x是由焊缝及附近塑性变形区纵向收缩所引起的x （图a b） ，以及因焊缝全长不同时焊接致使横向收缩的不同时所引起的x （图c d e）合成的。第50页/共69页3.5焊接残余应力和焊接残余变形 焊接残余应力厚度方向焊接残余应力y ：较厚钢材焊接时，厚度中部冷却

18、比表面缓慢，引起厚度方向的焊接残余应力y（厚度中部受拉而上下表面为0）；下图为厚钢板用V形坡口多层焊接时，在钢板焊缝正中位置处三方向残余应力沿厚度的分别情况。因为分层焊，沿厚度方向残余应力较小，可能为拉可能为压，纵向和横向均为焊缝表面大于中心。且纵向和横向焊接残余应力在方向为不均匀分布，具体分布状况与焊件尺寸和焊接工艺密切相关。第51页/共69页3.5焊接残余应力和焊接残余变形 焊接残余应力的影响对结构构件静力的影响：没有严重应力集中的焊接结构，只要钢材具有一定的塑性变形能力（没有低温、动力菏载等使钢材变脆的不利因素），残余应力是不会影响结构强度的。下图为有残余应力钢板受轴心拉力时的应力分布和

19、应力应变关系曲线。 第52页/共69页3.5焊接残余应力和焊接残余变形 焊接残余应力的影响对结构构件变形和刚度的影响：增大了结构的变形，降低了结构的刚度。对结构构件稳定性的影响：降低构件的整体稳定性，降低构件中受压板件的局部稳定性。对结构疲劳强度的影响：降低结构构件和连接的疲劳强度第53页/共69页3.5焊接残余应力和焊接残余变形 焊接残余变形在施焊时由于焊缝的纵向和横向受到热态塑性压缩，使构件产生一些残余变形，如横向和纵向缩短a，弯曲变形b，角变形c，扭曲变形d和波浪变形e等。这些变形如果超出验收规范的规定，必须加以矫正，使其不致影响构件的使用和承载能力。第54页/共69页3.5焊接残余应力和焊接残余变形 减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法 设计措施（1）焊接的位置要合理，焊缝的布置应尽可能对称于构件重心，以减小焊接变形。（2）焊缝尺寸要适当，在容许范围内，可以采用较小的焊脚尺寸，并加大焊缝长度，使需要过厚还可能引起施焊时烧穿、过热等现象。（3）焊缝不宜过分