结构设计原理教学ch钢结构连接计算焊缝连接教案课件

会计学1结构设计原理教学ch钢结构连接计算焊缝连接会计学1结构设计原理教学ch钢结构连接计算焊缝连接焊缝连接铆钉连接螺栓连接一、绪论第1页/共92页焊缝连接铆钉连接螺栓连接一、绪论第1页/共92页一、绪论构造简单——任何形状的构件可直连，无需辅助配件

省工省料——加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面

施工快速——可自动化操作

密闭性好，刚度小，整体性好优点材质易变脆

产生残余应力、残余变形、焊接缺陷

对钢结构疲劳、稳定有不利影响较多地依赖焊工的技能水平缺点第2页/共92页一、绪论构造简单——任何形状的构件可直连，无需一、绪论施工简单，装拆方便，对安装工的要求高

摩擦型高强度螺栓连接动力性能好

耐疲劳、易阻止裂纹扩展优点废料、开孔截面削弱

螺栓孔加工精度要求高缺点第3页/共92页一、绪论施工简单，装拆方便，对安装工的要求高优点废料一、绪论塑性、韧性好，动力性能好

加工费料、加热铆合过程极其费工铆钉连接栓（焊）钉连接射钉、自攻螺钉连接第4页/共92页一、绪论塑性、韧性好，动力性能好铆钉连接栓（焊）钉连接射二、绪论电弧焊

气体保护焊电渣焊

气焊电阻焊手工电弧焊

自动埋弧焊半自动埋弧焊第5页/共92页二、绪论电弧焊手工电弧焊第5页/共92页手工电弧焊一、绪论第6页/共92页手工电弧焊一、绪论第6页/共92页一、绪论采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上焊缝质量好，生产效率高需专用焊接设备，成本高电动电弧焊第7页/共92页一、绪论采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下焊缝质量好，生产效率气体保护焊一、绪论采用CO2气体代替焊剂电弧使焊丝熔化形成焊缝CO2气体保护被焊金属与空气接触焊缝速度快，熔化深度大可手工焊，也可自动化操作目前工厂的常用方法室外施焊要有避风措施第8页/共92页气体保护焊一、绪论采用CO2气体代替焊剂焊缝速度快，熔化深度一、绪论采用管状焊条（熔嘴），焊丝从管内进入电流通过熔渣产生的电阻热，熔化焊件和焊丝，形成焊缝有消耗和非消耗熔嘴式电渣焊之分常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊缝第9页/共92页一、绪论采用管状焊条（熔嘴），焊丝从管内进入第9页/共92页气焊一、绪论采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备电阻焊不采用焊接材料电流通过焊件表面的电阻，产生热量熔化金属，再加压力而焊合适宜板厚不大于12mm的焊接冷弯薄壁型钢连接常采用此焊接第10页/共92页气焊一、绪论采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条电阻焊不采用一、绪论焊接形式第11页/共92页一、绪论焊接形式第11页/共92页对接正焊缝对接斜焊缝用料经济，传力平稳，动力性能好较厚的板需剖开口，费工

施工简便传力不均匀，应力集中严重，搭接时费料对接焊缝角焊缝第12页/共92页对接正焊缝对接斜焊缝用料经济，传力平稳，动力性能好施工简便对一、绪论连续焊缝间接焊缝不重要或受力小的构件可采用间接焊缝连接第13页/共92页一、绪论连续焊缝间接焊缝不重要或受力小的构件可采用间接焊缝连焊缝代号用于钢结构施工图上对焊缝进行标注，标明焊缝形式、尺寸和辅助要求。常用焊缝代号和标注方法如下：

形式角焊缝对接焊缝塞焊缝三面围焊单面焊缝双面焊缝安装焊缝相同焊缝标注方法焊缝代号及标注方法一、绪论第14页/共92页焊缝代号用于钢结构施工图上对焊缝进行标注，标明焊缝形式、尺寸

当焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，可在标注焊缝代号的同时，在图上加栅线表示焊缝。

焊缝代号及标注方法第15页/共92页当焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，焊俯焊横焊仰焊立焊一、绪论施焊姿势第16页/共92页俯焊横焊仰焊立焊一、绪论施焊姿势第16页/共92页一、绪论焊缝缺陷第17页/共92页一、绪论焊缝缺陷第17页/共92页一、绪论肉眼外观检查+超声波+X射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接肉眼外观检查用于一般连接肉眼外观检查+超声波用于有较大拉应力的较重要连接焊缝质量检验标准三级二级一级第18页/共92页一、绪论肉眼外观检查+超声波+X射

对接焊缝的构造和计算第19页/共92页

对接焊缝的构造和计算第19页/共92页二、对接焊缝的构造和计算第20页/共92页二、对接焊缝的构造和计算第20页/共92页不同宽度可不设斜坡不同厚度引弧板二、对接焊缝的构造和计算第21页/共92页不同宽度可不设斜坡不同厚度引弧板二、对接焊缝的构造和计算第2二、对接焊缝的构造和计算与构件母材强度计算方法相同采用一般的材料力学、弹性力学计算公式一级、二级检验的对接焊缝强度可与母材等强，可不验算

对接焊缝强度验算方法第22页/共92页二、对接焊缝的构造和计算与构件母材强度计算方法相同对接焊缝应力验算二、对接焊缝的构造和计算第23页/共92页焊缝应力验算二、对接焊缝的构造和计算第23页/共92页

当tg

1.5时，可认为焊缝和母材等强度，不验算二、对接焊缝的构造和计算式中，lw-斜裂缝计算长度，ftw或fcw对接焊缝抗拉或抗压设计强度第24页/共92页当tg1.5时，可认为焊缝和母材等强度，不验算二、对常见梁在弯矩、剪力、轴力作用下的内力分布二、对接焊缝的构造和计算第25页/共92页常见梁在弯矩、剪力、轴力作用下的内力分布二、对接焊缝的构造和二、对接焊缝的构造和计算第26页/共92页二、对接焊缝的构造和计算第26页/共92页

式中：Ww——焊缝截面的抵抗矩

Iw——焊缝截面对其中和轴的惯性矩

Sw——焊缝截面在计算剪应力处以上部分对中和轴

的面积矩

fvw——对接焊缝的抗剪强度设计值正应力1）矩形截面剪应力二、对接焊缝的构造和计算同时受弯、受剪的对接焊缝计算公式第27页/共92页式中：Ww——焊缝截面的抵抗矩正应力1）矩形截面剪应

2）工字形截面二、对接焊缝的构造和计算腹板翼缘A点1点B点同时受弯、受剪的对接焊缝计算公式第28页/共92页2）工字形截面二、对接焊缝的构造和计算腹板翼缘A点1点B点例1：设计500×14钢板的对接焊缝连接。钢板承受轴向拉力，其中恒荷载和活荷载标准值引起的轴心拉力值分别为700kN和400kN，相应的荷载分项系数为1.2和1.4。已知钢材为Q235-B.F（A3F），采用E43型焊条手工电弧焊，三级质量标准，施焊时未用引弧板。

二、对接焊缝的构造和计算第29页/共92页例1：设计500×14钢板的对接焊缝连接。钢板承受轴向拉力，计算思路：效应S<抗力R

（即S=<）1．焊缝承受的轴心拉力设计值为2．三级对接焊缝抗拉强度设计值

3．先考虑用直焊缝验算其强度二、对接焊缝的构造和计算第30页/共92页计算思路：效应S<抗力R1．焊缝承受的轴心拉力设计

直焊缝强度不够，故应采用斜焊缝。按照（tg

1.5

即

560

）的要求布置斜焊缝。二、对接焊缝的构造和计算第31页/共92页直焊缝强度不够，故应采用斜焊缝。按照二、对接焊缝的构造和计

例2:

8m跨度简支梁的截面和荷载(设计值,包括梁自重),拟在离支座2.5m处做翼缘和腹板的工厂拼接,试设计其拼接对接焊缝。已知钢材为Q235-B.F（A3F），采用E43型焊条手工电弧焊，三级质量标准，用引弧板施焊。二、对接焊缝的构造和计算第32页/共92页

例2:8m跨度简支梁的截面和荷载(设计值,包括梁思路：首先分析此对接焊缝的受力情况为受弯和受剪，再对最不利点进行强度验算二、对接焊缝的构造和计算

1.离支座2.5m处的内力设计值第33页/共92页思路：首先分析此对接焊缝的受力情况为二、对接焊缝的构造和计算

2．计算梁截面参数二、对接焊缝的构造和计算第34页/共92页2．计算梁截面参数二、对接焊缝的构造和计算第34页/共93．先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，验算其强度二、对接焊缝的构造和计算第35页/共92页3．先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，验算其强度二、对接焊缝的二、对接焊缝的构造和计算3．先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，验算其强度第36页/共92页二、对接焊缝的构造和计算3．先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，

角焊缝的构造角焊缝的强度和基本计算公式轴心力、弯矩、扭矩单独作用时的角焊缝计算公式轴心力、弯矩和剪力共同作用下T形连接的角焊缝计算在轴心力、扭矩和剪力共同作用下搭接连接的角焊缝计算

角焊缝的构造和计算第37页/共92页

角焊缝的构造角焊缝的构造和计算第37页/共92页直角焊缝斜角焊缝普通型平坡型深熔型直角焊缝截面形式三、角焊缝的构造和计算第38页/共92页直角焊缝斜角焊缝普通型平坡型深熔型直角焊缝截面形式三、角焊缝三、角焊缝的构造和计算侧焊缝主要受剪应力，分布不均匀，两头大中间小剪断面常发生在45度斜平面上强度较低，塑性较好第39页/共92页三、角焊缝的构造和计算侧焊缝主要受剪应力，分布不均匀，两头大三、角焊缝的构造和计算端焊缝端焊缝应力状态远比侧焊缝复杂正、剪应力都有，且分布很不均匀根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点第40页/共92页三、角焊缝的构造和计算端焊缝端焊缝应力状态远比侧焊缝复杂第4三、角焊缝的构造和计算端焊缝和侧焊缝的受力性能比较第41页/共92页三、角焊缝的构造和计算端焊缝和侧焊缝的受力性能比较第41页/三、角焊缝的构造和计算计算截面有效焊缝高度计算焊缝长度均取焊缝45处的有效截面（假定破坏截面）he=0.7hflw=每条连续焊缝长度-2hf第42页/共92页三、角焊缝的构造和计算计算截面有效焊缝高度计算焊缝长度均取焊不应太小

不能焊透，实际承载力不足不应太大

焊缝冷却太快容易开裂，

焊缝冷却后产生较大变形角焊缝高度（焊脚尺寸）不应太短

不能焊透，实际承载力不足不应太长

焊缝冷却太快容易开裂，焊缝冷却后产生较大变形角焊缝长度三、角焊缝的构造和计算若内力沿侧面角焊缝全长分布，计算长度不受上述限制第43页/共92页不应太小不能焊透，实际承载力不足角焊缝高度不应太短三、角焊缝的构造和计算最小焊脚尺寸手工焊埋弧自动焊当tmax

<4mm时，hfmin=tmax

最大焊脚尺寸均应满足单面T形连接第44页/共92页三、角焊缝的构造和计算最小焊脚尺寸手工焊埋弧自动焊当tmax

搭接连接的焊缝计算长度

当板件仅用两条侧向角焊缝连接时

(1)lw≥b

(2)b<16t(t>12mm)或b<200mm(t≤12mm)[t为较薄焊件厚度]三、角焊缝的构造和计算其他构造要求当板件仅采用正面角焊缝时（1）≥5t[t为较薄焊件厚度]（2）且≥25mm第45页/共92页

搭接连接的焊缝计算长度

当板件仅用两条侧向角焊缝连接时在垂直于焊缝长度方向的轴力作用下产生的应力角焊缝的强度和基本计算公式焊缝有效厚度直角角焊缝的有效厚度三、角焊缝的构造和计算将其分解为垂直于焊缝有效截面的正应力σ⊥和垂直于焊缝长度方向的剪应力τ⊥，即：第46页/共92页在垂直于焊缝长度方向的轴力作用下产生的应力角焊缝的强度和基本在平行于焊缝长度方向的轴力作用下产生的应力角焊缝的强度和基本计算公式三、角焊缝的构造和计算在σ⊥、τ⊥和τ∥综合作用下，角焊缝按强度理论其不破坏的强度条件为：

第47页/共92页在平行于焊缝长度方向的轴力作用下产生的应力角焊缝的强度和基本其中

——正面角焊缝的强度设计值增大系数；对承受静力荷载和间接动力荷载，取1.22，对承受直接动力荷载时，取1.0。

——角焊缝的强度设计值；三、角焊缝的构造和计算角焊缝的强度和基本计算公式第48页/共92页其中——正面角焊缝的强度设计值增大系数；对承受静三、角焊缝的构造和计算拼接板连接—受轴力N，通过连接焊缝群形心第49页/共92页三、角焊缝的构造和计算拼接板连接—受轴力N，通过连接三、角焊缝的构造和计算拼接板连接—受轴力N，通过连接焊缝群形心第50页/共92页三、角焊缝的构造和计算拼接板连接—受轴力N，通过连接三、角焊缝的构造和计算角钢连接—受轴力N肢背肢尖由平衡条件第51页/共92页三、角焊缝的构造和计算角钢连接—受轴力N肢背肢尖由平三、角焊缝的构造和计算角钢连接—焊缝内力分配第52页/共92页三、角焊缝的构造和计算角钢连接—焊缝内力分配第52页三、角焊缝的构造和计算角钢连接—受轴力N由平衡条件由端焊缝强度确定肢背肢尖第53页/共92页三、角焊缝的构造和计算角钢连接—受轴力N由平衡条件由三、角焊缝的构造和计算L形连接—受轴力N正面角焊缝内力角钢肢背焊缝内力L形焊缝第54页/共92页三、角焊缝的构造和计算L形连接—受轴力N正面角焊缝内三、角焊缝的构造和计算强度验算危险点a危险点b梁柱连接—受轴力N、剪力V和弯矩M第55页/共92页三、角焊缝的构造和计算强度验算危险点a危险点b梁柱连接—三、角焊缝的构造和计算柱子牛腿连接—受扭矩T、剪力V和轴力N剪力V产生的A点应力轴力N产生的A点应力扭矩T产生的A点应力X方向合应力Y方向合应力验算第56页/共92页三、角焊缝的构造和计算柱子牛腿连接—受扭矩T、剪力V假设：1

被连接构件是绝对刚性的,角焊缝是弹性;２被连接构件绕角焊缝有效截面形心O旋转３角焊缝任意一点应力方向垂直该点与形心的连线三、角焊缝的构造和计算扭矩单独作用第57页/共92页假设：三、角焊缝的构造和计算扭矩单独作用第57页/共92页在弯矩M作用下的应力在轴力N作用下的应力在剪力V作用下的应力三、角焊缝的构造和计算T形角焊缝连接—受弯矩M、剪力V和轴力N第58页/共92页在弯矩M作用下的应力三、角焊缝的构造和计算T形角焊缝连接分析受力类型

设计焊角尺寸

寻找最不利受力点

计算最不利点在每种荷载作用下的应力大小

角焊缝强度验算或计算判断结果三、角焊缝的构造和计算角焊缝连接的设计与校核第59页/共92页分析受力类型三、角焊缝的构造和计算角焊缝连接的设计与

例1：如图所示拼接板的平接连接，若主板截面为14×400mm,承受轴心力设计值N=920KN（静力荷载），钢材为Q235，采用E43型系列焊条，手工焊。试设计拼接板尺寸。对比两方案（a）用侧面角焊缝；（b）用三面围焊。第60页/共92页

例1：如图所示拼接板的平接连接，若主板截面为14×400解

（1）拼接板截面选择关键：分析角焊缝的受力拼接板厚度：t1=40×1.4/(2×36)=0.78cm，取8mm，故每块拼接板截面为8×360mm考虑拼接板要侧面施焊，取拼接板宽度为360mm。(主板和拼接板宽度差略大于2hf)。三、角焊缝的构造和计算

根据拼接板和主板承载能力相等原则，拼接板钢材亦采用Q235，两块拼接板截面面积之和应不小于主板截面面积。第61页/共92页解（1）拼接板截面选择关键：分析角焊缝的受力（2）焊缝设计直角角焊缝的强度设计值为fｆw=160N/mm2。设hf=6mmhf=8-(1~2)=6~7mm(t=8>6mm)三、角焊缝的构造和计算第62页/共92页（2）焊缝设计设hf=6mmhf=8-(1~2)=6~

因b>200mm（b<200mm当t<12mm),加直径为20mm的电铆钉4个，其设计强度与角焊缝相同，电铆钉承担力(a)采用侧面角焊缝三、角焊缝的构造和计算第63页/共92页

因b>200mm（b<20侧面角焊缝的实际长度为三、角焊缝的构造和计算被拼接两板间留出隙缝10mm,拼接板长度为57cm.。(a)采用侧面角焊缝第64页/共92页侧面角焊缝的实际长度为三、角焊缝的构造和计算被拼接两板间留出

三、角焊缝的构造和计算

正面角焊缝承担力为(b)采用三面围焊第65页/共92页

三、角焊缝的构造和计算

正面角焊缝承担力为(b)采用比较以上两种方案，可见三面围焊比侧面焊缝加电铆钉经济合理，侧面焊缝加电铆钉在实际设计中较少采用

拼接板长度为侧面角焊缝的实际长度为三、角焊缝的构造和计算(b)采用三面围焊对比分析第66页/共92页比较以上两种方案，可见三面围焊比侧面焊缝加电铆钉经济合理，侧

例2：在如图所示角钢和节点板采用两边侧焊缝的连接中，N=660kN（静力荷载，设计值），角钢为2L110×10，节点板厚度t1=12mm，钢材为Q235-A•F，焊条为E43系列型，手工焊。试确定所需角焊缝的焊脚尺寸hf和实际长度。三、角焊缝的构造和计算第67页/共92页

例2：在如图所示角钢和节点板采用两边侧焊缝的连接中，N=6角钢肢尖和肢背都取hf=8mm

1．角焊缝焊脚尺寸选择

角钢肢尖处最大hf:思路：分析角钢连接的焊缝形式

查表得，角焊缝的强度设计值fｆｗ=160kN/mm2

角钢肢背处最大hf:hf≤1.2t2=1.2×10=12mm三、角焊缝的构造和计算第68页/共92页角钢肢尖和肢背都取hf=8mm1．角焊缝焊脚尺寸选择2.焊缝受力分配角钢肢背角钢肢尖三、角焊缝的构造和计算第69页/共92页2.焊缝受力分配角钢肢背角钢肢尖三、角焊缝的构造和计算第69三、角焊缝的构造和计算3.计算焊缝长度第70页/共92页三、角焊缝的构造和计算3.计算焊缝长度第70页/共92页

例3：设有牛腿与钢柱连接，牛腿尺寸及作用力的设计值（静力荷载）如图所示。钢材为Q235-A.F，采用E43系列型焊条，手工焊，试验算角焊缝。三、角焊缝的构造和计算第71页/共92页

例3：设有牛腿与钢柱连接，牛腿尺寸及作用力的设计值（静力荷思路：分析角焊缝的受力情况，找出最不利点设焊缝为周边围焊，转角处连续施焊，没有起弧落弧所引起的焊口缺陷，且假定剪力仅由牛腿腹板焊缝承受。取焊角hf=8mm,并对工字型翼缘端部绕转部分焊缝忽略不计。三、角焊缝的构造和计算第72页/共92页思路：分析角焊缝的受力情况，找出最不利点设Iw=2×0.7×0.8×20×17.782+4×0.7×0.8×(9.5-0.56)×15.222+0.7×0.8×313×2/12=14500cm4

腹板上竖向焊缝有效截面面积为Aw=0.7×0.8×31×2=34.72cm2全部焊缝对X轴的惯性矩为三、角焊缝的构造和计算1.截面参数计算第73页/共92页Iw=2×0.7×0.8×20×17.782+4×0.7×0Ww2=14500/15.5=935.48cm4焊缝最外边缘的抵抗矩为Ww1=14500/18.06=802.88cm3翼缘和腹板连接处的抵抗矩为三、角焊缝的构造和计算1.截面参数计算第74页/共92页Ww2=14500/15.5=935.48cm4焊缝最外边缘=86.4×103/802.88=107.61N/mm2﹤βfffw=1.22×160=195.2N/mm2在弯矩M=480×0.18=86.4kN-m作用下角焊缝最大应力为三、角焊缝的构造和计算2.验算角焊缝强度第75页/共92页=86.4×103/802.88=107.61N/mm2在弯=480×103/34.72=138.25N/mm2=86.4×103/935.48=92.36N/mm2牛腿翼缘和腹板交接处有弯矩引起的应力和剪力引起的应力共同作用三、角焊缝的构造和计算2.验算角焊缝强度第76页/共92页=480×103/34.72=138.25N/mm2=86.

例4：如图所示为一支托板与柱搭接连接，b=300mm,h=400mm,作用力的设计值V=200kN,钢材为Q235-B，焊条E43系列型，手工焊，作用力距柱边缘的距离为e=300mm,设支托板厚度为12mm,试验算角焊缝。三、角焊缝的构造和计算第77页/共92页

例4：如图所示为一支托板与柱搭接连接，b=300mm,设三边的焊脚尺寸hf相同，取hf=8mm,并近似地按支托与柱的搭接长度来计算角焊缝的有效截面。因水平焊缝和竖向焊缝在转角处连续施焊，在计算焊缝长度时，仅在水平焊缝端部减去8mm，竖向焊缝则不减少。三、角焊缝的构造和计算关键：分析角焊缝的受力情况，找出最不利点

1．角焊缝焊脚尺寸选择

第78页/共92页设三边的焊脚尺寸hf相同，取hf=8mm,并

计算角焊缝有效截面的形心位置：

三、角焊缝的构造和计算

2．截面参数计算第79页/共92页计算角焊缝有效截面的形心位置：

三、角焊缝的构造和计算

计算角焊缝有效截面的惯性矩

三、角焊缝的构造和计算

2．截面参数计算第80页/共92页

计算角焊缝有效截面的惯性矩

三、角焊缝的构造和计算2．

扭矩=200×(30+30-8.79)=10242kN*cm三、角焊缝的构造和计算

3．验算角焊缝强度第81页/共92页

扭矩=200×(30+30-8.79)=10242kN*角焊缝有效截面上A点应力为ATAVAT三、角焊缝的构造和计算

3．验算角焊缝强度第82页/共92页角焊缝有效截面上A点应力为ATAVAT三、角焊缝的构造三、角焊缝的构造和计算

3．验算角焊缝强度ATAVAT第83页/共92页三、角焊缝的构造和计算3．验算角焊缝强度ATAVAT焊接残余应力分类焊接残余应力及处理措施第84页/共92页焊接残余应力分类焊接残余应力及处理措施第84页/共92页焊接残余应力分类焊接残余应力及处理措施第85页/共92页焊接残余应力分类焊接残余应力及处理措施第85页/共92页焊接残余应力分类焊接残余应力及处理措施第86页/共92页焊接残余应力分类焊接残余应力及处理措施第86页/共92页焊接残余应力特点板内焊接残余应力自身平衡

焊接残余应力常形成三向拉应力，且达到屈服强度

焊接残余应力的影响

对疲劳、刚度、压杆稳定产生不利作用

对塑性变形能力好的钢材强度没有大的影响焊接残余应力及处理措施第87页/共92页焊接残余应力特点板内焊接残余应力自身平衡焊接残余应力及处理构件装配困难构件受力状况恶化不利影响焊接残余应力及处理措施第88页/共92页构件装配困难不利影响焊接残余应力及处理措施第88页/共92页措施预热法

锤击法退火法

合理的焊接次序反变形法

焊接残余应力及处理措施第89页/共92页措施预热法锤击法退火法合理的焊接次序反变形法焊接残合理安排焊缝位置焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错设计措施焊接残余应力及处理措施第90页/共92页合理安排焊缝位置设计措施焊接残余应力及处理措施第90页/共9合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。施焊前，预加反向变形。加工措施焊接残余应力及处理措施第91页/共92页合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。加工措施焊接残余应力及处理措感谢您的观看。第92页/共92页感谢您的观看。第92页/共92页会计学94结构设计原理教学ch钢结构连接计算焊缝连接会计学1结构设计原理教学ch钢结构连接计算焊缝连接焊缝连接铆钉连接螺栓连接一、绪论第1页/共92页焊缝连接铆钉连接螺栓连接一、绪论第1页/共92页一、绪论构造简单——任何形状的构件可直连，无需辅助配件

省工省料——加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面

施工快速——可自动化操作

密闭性好，刚度小，整体性好优点材质易变脆

产生残余应力、残余变形、焊接缺陷

对钢结构疲劳、稳定有不利影响较多地依赖焊工的技能水平缺点第2页/共92页一、绪论构造简单——任何形状的构件可直连，无需一、绪论施工简单，装拆方便，对安装工的要求高

摩擦型高强度螺栓连接动力性能好

耐疲劳、易阻止裂纹扩展优点废料、开孔截面削弱

螺栓孔加工精度要求高缺点第3页/共92页一、绪论施工简单，装拆方便，对安装工的要求高优点废料一、绪论塑性、韧性好，动力性能好

加工费料、加热铆合过程极其费工铆钉连接栓（焊）钉连接射钉、自攻螺钉连接第4页/共92页一、绪论塑性、韧性好，动力性能好铆钉连接栓（焊）钉连接射二、绪论电弧焊

气体保护焊电渣焊

气焊电阻焊手工电弧焊

自动埋弧焊半自动埋弧焊第5页/共92页二、绪论电弧焊手工电弧焊第5页/共92页手工电弧焊一、绪论第6页/共92页手工电弧焊一、绪论第6页/共92页一、绪论采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上焊缝质量好，生产效率高需专用焊接设备，成本高电动电弧焊第7页/共92页一、绪论采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下焊缝质量好，生产效率气体保护焊一、绪论采用CO2气体代替焊剂电弧使焊丝熔化形成焊缝CO2气体保护被焊金属与空气接触焊缝速度快，熔化深度大可手工焊，也可自动化操作目前工厂的常用方法室外施焊要有避风措施第8页/共92页气体保护焊一、绪论采用CO2气体代替焊剂焊缝速度快，熔化深度一、绪论采用管状焊条（熔嘴），焊丝从管内进入电流通过熔渣产生的电阻热，熔化焊件和焊丝，形成焊缝有消耗和非消耗熔嘴式电渣焊之分常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊缝第9页/共92页一、绪论采用管状焊条（熔嘴），焊丝从管内进入第9页/共92页气焊一、绪论采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备电阻焊不采用焊接材料电流通过焊件表面的电阻，产生热量熔化金属，再加压力而焊合适宜板厚不大于12mm的焊接冷弯薄壁型钢连接常采用此焊接第10页/共92页气焊一、绪论采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条电阻焊不采用一、绪论焊接形式第11页/共92页一、绪论焊接形式第11页/共92页对接正焊缝对接斜焊缝用料经济，传力平稳，动力性能好较厚的板需剖开口，费工

施工简便传力不均匀，应力集中严重，搭接时费料对接焊缝角焊缝第12页/共92页对接正焊缝对接斜焊缝用料经济，传力平稳，动力性能好施工简便对一、绪论连续焊缝间接焊缝不重要或受力小的构件可采用间接焊缝连接第13页/共92页一、绪论连续焊缝间接焊缝不重要或受力小的构件可采用间接焊缝连焊缝代号用于钢结构施工图上对焊缝进行标注，标明焊缝形式、尺寸和辅助要求。常用焊缝代号和标注方法如下：

形式角焊缝对接焊缝塞焊缝三面围焊单面焊缝双面焊缝安装焊缝相同焊缝标注方法焊缝代号及标注方法一、绪论第14页/共92页焊缝代号用于钢结构施工图上对焊缝进行标注，标明焊缝形式、尺寸

当焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，可在标注焊缝代号的同时，在图上加栅线表示焊缝。

焊缝代号及标注方法第15页/共92页当焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，焊俯焊横焊仰焊立焊一、绪论施焊姿势第16页/共92页俯焊横焊仰焊立焊一、绪论施焊姿势第16页/共92页一、绪论焊缝缺陷第17页/共92页一、绪论焊缝缺陷第17页/共92页一、绪论肉眼外观检查+超声波+X射线用于抗动力、疲劳荷载的重要连接肉眼外观检查用于一般连接肉眼外观检查+超声波用于有较大拉应力的较重要连接焊缝质量检验标准三级二级一级第18页/共92页一、绪论肉眼外观检查+超声波+X射

对接焊缝的构造和计算第19页/共92页

对接焊缝的构造和计算第19页/共92页二、对接焊缝的构造和计算第20页/共92页二、对接焊缝的构造和计算第20页/共92页不同宽度可不设斜坡不同厚度引弧板二、对接焊缝的构造和计算第21页/共92页不同宽度可不设斜坡不同厚度引弧板二、对接焊缝的构造和计算第2二、对接焊缝的构造和计算与构件母材强度计算方法相同采用一般的材料力学、弹性力学计算公式一级、二级检验的对接焊缝强度可与母材等强，可不验算

对接焊缝强度验算方法第22页/共92页二、对接焊缝的构造和计算与构件母材强度计算方法相同对接焊缝应力验算二、对接焊缝的构造和计算第23页/共92页焊缝应力验算二、对接焊缝的构造和计算第23页/共92页

当tg

1.5时，可认为焊缝和母材等强度，不验算二、对接焊缝的构造和计算式中，lw-斜裂缝计算长度，ftw或fcw对接焊缝抗拉或抗压设计强度第24页/共92页当tg1.5时，可认为焊缝和母材等强度，不验算二、对常见梁在弯矩、剪力、轴力作用下的内力分布二、对接焊缝的构造和计算第25页/共92页常见梁在弯矩、剪力、轴力作用下的内力分布二、对接焊缝的构造和二、对接焊缝的构造和计算第26页/共92页二、对接焊缝的构造和计算第26页/共92页

式中：Ww——焊缝截面的抵抗矩

Iw——焊缝截面对其中和轴的惯性矩

Sw——焊缝截面在计算剪应力处以上部分对中和轴

的面积矩

fvw——对接焊缝的抗剪强度设计值正应力1）矩形截面剪应力二、对接焊缝的构造和计算同时受弯、受剪的对接焊缝计算公式第27页/共92页式中：Ww——焊缝截面的抵抗矩正应力1）矩形截面剪应

2）工字形截面二、对接焊缝的构造和计算腹板翼缘A点1点B点同时受弯、受剪的对接焊缝计算公式第28页/共92页2）工字形截面二、对接焊缝的构造和计算腹板翼缘A点1点B点例1：设计500×14钢板的对接焊缝连接。钢板承受轴向拉力，其中恒荷载和活荷载标准值引起的轴心拉力值分别为700kN和400kN，相应的荷载分项系数为1.2和1.4。已知钢材为Q235-B.F（A3F），采用E43型焊条手工电弧焊，三级质量标准，施焊时未用引弧板。

二、对接焊缝的构造和计算第29页/共92页例1：设计500×14钢板的对接焊缝连接。钢板承受轴向拉力，计算思路：效应S<抗力R

（即S=<）1．焊缝承受的轴心拉力设计值为2．三级对接焊缝抗拉强度设计值

3．先考虑用直焊缝验算其强度二、对接焊缝的构造和计算第30页/共92页计算思路：效应S<抗力R1．焊缝承受的轴心拉力设计

直焊缝强度不够，故应采用斜焊缝。按照（tg

1.5

即

560

）的要求布置斜焊缝。二、对接焊缝的构造和计算第31页/共92页直焊缝强度不够，故应采用斜焊缝。按照二、对接焊缝的构造和计

例2:

8m跨度简支梁的截面和荷载(设计值,包括梁自重),拟在离支座2.5m处做翼缘和腹板的工厂拼接,试设计其拼接对接焊缝。已知钢材为Q235-B.F（A3F），采用E43型焊条手工电弧焊，三级质量标准，用引弧板施焊。二、对接焊缝的构造和计算第32页/共92页

例2:8m跨度简支梁的截面和荷载(设计值,包括梁思路：首先分析此对接焊缝的受力情况为受弯和受剪，再对最不利点进行强度验算二、对接焊缝的构造和计算

1.离支座2.5m处的内力设计值第33页/共92页思路：首先分析此对接焊缝的受力情况为二、对接焊缝的构造和计算

2．计算梁截面参数二、对接焊缝的构造和计算第34页/共92页2．计算梁截面参数二、对接焊缝的构造和计算第34页/共93．先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，验算其强度二、对接焊缝的构造和计算第35页/共92页3．先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，验算其强度二、对接焊缝的二、对接焊缝的构造和计算3．先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，验算其强度第36页/共92页二、对接焊缝的构造和计算3．先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，

角焊缝的构造角焊缝的强度和基本计算公式轴心力、弯矩、扭矩单独作用时的角焊缝计算公式轴心力、弯矩和剪力共同作用下T形连接的角焊缝计算在轴心力、扭矩和剪力共同作用下搭接连接的角焊缝计算

角焊缝的构造和计算第37页/共92页

角焊缝的构造角焊缝的构造和计算第37页/共92页直角焊缝斜角焊缝普通型平坡型深熔型直角焊缝截面形式三、角焊缝的构造和计算第38页/共92页直角焊缝斜角焊缝普通型平坡型深熔型直角焊缝截面形式三、角焊缝三、角焊缝的构造和计算侧焊缝主要受剪应力，分布不均匀，两头大中间小剪断面常发生在45度斜平面上强度较低，塑性较好第39页/共92页三、角焊缝的构造和计算侧焊缝主要受剪应力，分布不均匀，两头大三、角焊缝的构造和计算端焊缝端焊缝应力状态远比侧焊缝复杂正、剪应力都有，且分布很不均匀根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点第40页/共92页三、角焊缝的构造和计算端焊缝端焊缝应力状态远比侧焊缝复杂第4三、角焊缝的构造和计算端焊缝和侧焊缝的受力性能比较第41页/共92页三、角焊缝的构造和计算端焊缝和侧焊缝的受力性能比较第41页/三、角焊缝的构造和计算计算截面有效焊缝高度计算焊缝长度均取焊缝45处的有效截面（假定破坏截面）he=0.7hflw=每条连续焊缝长度-2hf第42页/共92页三、角焊缝的构造和计算计算截面有效焊缝高度计算焊缝长度均取焊不应太小

不能焊透，实际承载力不足不应太大

焊缝冷却太快容易开裂，

焊缝冷却后产生较大变形角焊缝高度（焊脚尺寸）不应太短

不能焊透，实际承载力不足不应太长

焊缝冷却太快容易开裂，焊缝冷却后产生较大变形角焊缝长度三、角焊缝的构造和计算若内力沿侧面角焊缝全长分布，计算长度不受上述限制第43页/共92页不应太小不能焊透，实际承载力不足角焊缝高度不应太短三、角焊缝的构造和计算最小焊脚尺寸手工焊埋弧自动焊当tmax

<4mm时，hfmin=tmax

最大焊脚尺寸均应满足单面T形连接第44页/共92页三、角焊缝的构造和计算最小焊脚尺寸手工焊埋弧自动焊当tmax

搭接连接的焊缝计算长度

当板件仅用两条侧向角焊缝连接时

(1)lw≥b

(2)b<16t(t>12mm)或b<200mm(t≤12mm)[t为较薄焊件厚度]三、角焊缝的构造和计算其他构造要求当板件仅采用正面角焊缝时（1）≥5t[t为较薄焊件厚度]（2）且≥25mm第45页/共92页

搭接连接的焊缝计算长度

当板件仅用两条侧向角焊缝连接时在垂直于焊缝长度方向的轴力作用下产生的应力角焊缝的强度和基本计算公式焊缝有效厚度直角角焊缝的有效厚度三、角焊缝的构造和计算将其分解为垂直于焊缝有效截面的正应力σ⊥和垂直于焊缝长度方向的剪应力τ⊥，即：第46页/共92页在垂直于焊缝长度方向的轴力作用下产生的应力角焊缝的强度和基本在平行于焊缝长度方向的轴力作用下产生的应力角焊缝的强度和基本计算公式三、角焊缝的构造和计算在σ⊥、τ⊥和τ∥综合作用下，角焊缝按强度理论其不破坏的强度条件为：

第47页/共92页在平行于焊缝长度方向的轴力作用下产生的应力角焊缝的强度和基本其中

——正面角焊缝的强度设计值增大系数；对承受静力荷载和间接动力荷载，取1.22，对承受直接动力荷载时，取1.0。

——角焊缝的强度设计值；三、角焊缝的构造和计算角焊缝的强度和基本计算公式第48页/共92页其中——正面角焊缝的强度设计值增大系数；对承受静三、角焊缝的构造和计算拼接板连接—受轴力N，通过连接焊缝群形心第49页/共92页三、角焊缝的构造和计算拼接板连接—受轴力N，通过连接三、角焊缝的构造和计算拼接板连接—受轴力N，通过连接焊缝群形心第50页/共92页三、角焊缝的构造和计算拼接板连接—受轴力N，通过连接三、角焊缝的构造和计算角钢连接—受轴力N肢背肢尖由平衡条件第51页/共92页三、角焊缝的构造和计算角钢连接—受轴力N肢背肢尖由平三、角焊缝的构造和计算角钢连接—焊缝内力分配第52页/共92页三、角焊缝的构造和计算角钢连接—焊缝内力分配第52页三、角焊缝的构造和计算角钢连接—受轴力N由平衡条件由端焊缝强度确定肢背肢尖第53页/共92页三、角焊缝的构造和计算角钢连接—受轴力N由平衡条件由三、角焊缝的构造和计算L形连接—受轴力N正面角焊缝内力角钢肢背焊缝内力L形焊缝第54页/共92页三、角焊缝的构造和计算L形连接—受轴力N正面角焊缝内三、角焊缝的构造和计算强度验算危险点a危险点b梁柱连接—受轴力N、剪力V和弯矩M第55页/共92页三、角焊缝的构造和计算强度验算危险点a危险点b梁柱连接—三、角焊缝的构造和计算柱子牛腿连接—受扭矩T、剪力V和轴力N剪力V产生的A点应力轴力N产生的A点应力扭矩T产生的A点应力X方向合应力Y方向合应力验算第56页/共92页三、角焊缝的构造和计算柱子牛腿连接—受扭矩T、剪力V假设：1

被连接构件是绝对刚性的,角焊缝是弹性;２被连接构件绕角焊缝有效截面形心O旋转３角焊缝任意一点应力方向垂直该点与形心的连线三、角焊缝的构造和计算扭矩单独作用第57页/共92页假设：三、角焊缝的构造和计算扭矩单独作用第57页/共92页在弯矩M作用下的应力在轴力N作用下的应力在剪力V作用下的应力三、角焊缝的构造和计算T形角焊缝连接—受弯矩M、剪力V和轴力N第58页/共92页在弯矩M作用下的应力三、角焊缝的构造和计算T形角焊缝连接分析受力类型

设计焊角尺寸

寻找最不利受力点

计算最不利点在每种荷载作用下的应力大小

角焊缝强度验算或计算判断结果三、角焊缝的构造和计算角焊缝连接的设计与校核第59页/共92页分析受力类型三、角焊缝的构造和计算角焊缝连接的设计与

例1：如图所示拼接板的平接连接，若主板截面为14×400mm,承受轴心力设计值N=920KN（静力荷载），钢材为Q235，采用E43型系列焊条，手工焊。试设计拼接板尺寸。对比两方案（a）用侧面角焊缝；（b）用三面围焊。第60页/共92页

例1：如图所示拼接板的平接连接，若主板截面为14×400解

（1）拼接板截面选择关键：分析角焊缝的受力拼接板厚度：t1=40×1.4/(2×36)=0.78cm，取8mm，故每块拼接板截面为8×360mm考虑拼接板要侧面施焊，取拼接板宽度为360mm。(主板和拼接板宽度差略大于2hf)。三、角焊缝的构造和计算

根据拼接板和主板承载能力相等原则，拼接板钢材亦采用Q235，两块拼接板截面面积之和应不小于主板截面面积。第61页/共92页解（1）拼接板截面选择关键：分析角焊缝的受力（2）焊缝设计直角角焊缝的强度设计值为fｆw=160N/mm2。设hf=6mmhf=8-(1~2)=6~7mm(t=8>6mm)三、角焊缝的构造和计算第62页/共92页（2）焊缝设计设hf=6mmhf=8-(1~2)=6~

因b>200mm（b<200mm当t<12mm),加直径为20mm的电铆钉4个，其设计强度与角焊缝相同，电铆钉承担力(a)采用侧面角焊缝三、角焊缝的构造和计算第63页/共92页

因b>200mm（b<20侧面角焊缝的实际长度为三、角焊缝的构造和计算被拼接两板间留出隙缝10mm,拼接板长度为57cm.。(a)采用侧面角焊缝第64页/共92页侧面角焊缝的实际长度为三、角焊缝的构造和计算被拼接两板间留出

三、角焊缝的构造和计算

正面角焊缝承担力为(b)采用三面围焊第65页/共92页

三、角焊缝的构造和计算

正面角焊缝承担力为(b)采用比较以上两种方案，可见三面围焊比侧面焊缝加电铆钉经济合理，侧面焊缝加电铆钉在实际设计中较少采用

拼接板长度为侧面角焊缝的实际长度为三、角焊缝的构造和计算(b)采用三面围焊对比分析第66页/共92页比较以上两种方案，可见三面围焊比侧面焊缝加电铆钉经济合理，侧

例2：在如图所示角钢和节点板采用两边侧焊缝的连接中，N=660kN（静力荷载，设计值），角钢为2L110×10，节点板厚度t1=12mm，钢材为Q235-A•F，焊条为E43系列型，手工焊。试确定所需角焊缝的焊脚尺寸hf和实际长度。三、角焊缝的构造和计算第67页/共92页

例2：在如图所示角钢和节点板采用两边侧焊缝的连接中，N=6角钢肢尖和肢背都取hf=8mm

1．角焊缝焊脚尺寸选择

角钢肢尖处最大hf:思路：分析角钢连接的焊缝形式

查表得，角焊缝的强度设计值fｆｗ=160kN/mm2

角钢肢背处最大hf:hf≤1.2t2=1.2×10=12mm三、角焊缝的构造和计算第68页/共92页角钢肢尖和肢背都取hf=8mm1．角焊缝焊脚尺寸选择2.焊缝受力分配角钢肢背角钢肢尖三、角焊缝的构造和计算第69页/共92页2.焊缝受力分配角钢肢背角钢肢尖三、角焊缝的构造和计算第69三、角焊缝的构造和计算3.计算焊缝长度第70页/共92页三、角焊缝的构造和计算3.计算焊缝长度第70页/共92页

例3：设有牛腿与钢柱连接，牛腿尺寸及作用力的设计值（静力荷载）如图所示。钢材为Q235-A.F，采用E43系列型焊条，手工焊，试验算角焊缝。三、角焊缝的构造和计算第71页/共92页

例3：设有牛腿与钢柱连接，牛腿尺寸及作用力的设计值（静力荷思路：分析角焊缝的受力情况，找出最不利点设焊缝为周边围焊，转角处连续施焊，没有起弧落弧所引起的焊口缺陷，且假定剪力仅由牛腿腹板焊缝承受。取焊角hf=8mm,并对工字型翼缘端部绕转部分焊缝忽略不计。三、角焊缝的构造和计算第72页/共92页思路：分析角焊缝的受力情况，找出最不利点设Iw=2×0.7×0.8×20×17.782+4×0.7×0.8×(