函授辅导-结构(改)

焊接结构辅导

主要内容结构设计基础焊接结构设计铝合金焊接结构结构设计基础部分安全校核（强度校核、稳定性校核、刚度校核）Sd作用力（结构设计基础、强度理论基础） Rd抵抗力（强度理论基础）-极限应力支座种类

在建筑物中，支座具有通过它的反作用力来承受外力，并且使建筑物保持平衡的功能。支座类型可分为以下三种：

活动支座

固定支座

紧固支座活动支座

只能对垂直方向上的力V产生作用力。对水平方向上的力和力矩不起作用。有两个运动自由度，一个未知的支座反作用力。固定支座能对垂直方向上的力V和水平方向上的力H产生反作用力。对力矩不起作用。有一个运动自由度，二个未知支座反作用力。紧固支座能对垂直方向上的力V，水平方向上的力H和力矩M产生反作用力或力矩。无运动自由度，有三个未知的支座反作用力。静定系统如果只有三个未知的支座反作用力，那么这个静力学系统是可以确定的，因为根据三个平衡条件可以确定出支座反作用力。人们称此系统为静定系统。如果一个静定系统有三个以上未知的支座反作用，那么，人们称此系统为静不定系统。多支撑直通梁、双铰链框架，紧固框架和楼层框架等都是这种静不定系统的例子。几种典型的梁承载结构静定系统静定系统判定公式：n=a+z-3sa：支座反作用力的数量z：构件之间反作用力的数量s：杆件的数量结果的意义：n＞0n倍静不定系统n=0静定系统n＜0可移动系统几种典型的梁承载结构静定系统单一载荷均布载荷静不定系统

内力是指物体内部各质点之间的相互作用，物体不受外力时，其内部各质点之间也存在内力，它使质点间相对位置保持不变。当物体受外力作用而发生变形时，物体所受内力发生变化，产生了“附加内力”，称为内力。在单一倾斜载荷作用下的梁内力计算与分布：内力主要：轴向内力

横向（剪切）内力

弯矩轴向内力：横向内力弯矩X∈（0~4）X∈（4~7）应力应力=力/受力面积正应力σ（作用力垂直作用到横截面积上，可由拉伸载荷、压缩载荷和弯曲载荷所产生）剪应力

（作用力平行作用到横截面积上）计算梁的截面参量惯性距Iy和翼板截面参量静距SyIy惯性矩cm4（弯曲和剪切引起的应力，弯曲所产生的变形）Sy静矩cm3

（剪切时的应力）弯矩产生的正应力例题：

S235(St37)钢的应力一应变图

试件的应变值为横坐标，以应力的变化量为纵坐标，做出其曲线分布图，以测定材料机械性质的各项指标

上屈服极限：第一次下降前的最大应力抗拉强度断裂前能够测得最大应力许用应力为了使建筑物不致在应力达到屈服极限时出现变形现象，许用应力是根据材料S235屈服极限而不是根据断裂极限来进行保障。许用应力与母材种类、受载荷类型、质量检验有关。延伸率材料特征值用来表示材料的性能，也用来说明在载荷作用下所能达到的结构关系。在拉伸试验中，如果把应力和由应力引起的应变表示在一个坐标系中，就会产生一个应力—应变图，该图描绘了变形的特征。屈强比屈强比较大表示可节约材料，屈强比较大表示可提高安全性

抗扭曲扭曲是构件横截面在扭矩（当作用力偏离剪力中心时），则将产生扭矩的作用下相对轴线而产生的转动变形，如果载荷通过剪切中心构件上不产生扭曲。Am是箱形梁的剪力作用的面积，即图中阴影线部分不同载荷下的焊接结构不同载荷条件下的破坏形式——在静载及主要承受静载的状态下，将导致：形变断裂、脆性断裂、层状撕裂和失稳破坏。——在热负荷状态下，将导致：低温的影响—脆性断裂，高温的影响—屈服极限的高温失效及蠕变失效。——在动载荷状态下，将导致：疲劳断裂。

焊接结构设计载荷种类

载荷的分类主要根据载荷特征值通常我们把这种载荷特征值æ（Kappa）称为极限应力比，来确定载荷的种类：分为：主静载荷

æ=+1

静载荷

æ=+0.5

主要静载荷，联系到构件寿命，载荷作用次数限制到10000次动载荷

æ=±0

脉动载荷

æ=-1

交变载荷主静载：能够出现应力均匀化，因此应力集中在一定情况下将为次要地位动载：失效形式是疲劳断裂缺口效应

工程上通常用作用在截面上力线的疏密程度表现应力的分布状况。形状均匀的横截面上,力线分布是均匀的缺口使力线发生偏离，使受载构件缺口处附近力线密集缺口处局部应力升高应力集中焊接接头中的缺口效应

对接焊缝时的应力分布

对接接头基本上满足焊缝中的力线分布不受干扰和应力分布均匀要求

如果在一个对接接头中，由于施工制造缺陷而产生内部的或外部的缺口时，那么这种焊接接头是不完善的。

不同厚度的构件焊成的对接接头，形成结构设计方面造成的缺口，此时所产生的峰值应力高度与所选择的过渡形状有关。角焊缝形式：面角焊缝，最经济的，因为它不存在多余的焊缝体积。尽管存在小的外部缺口效应，但在主要承受静载荷的构件上仍可使用这种焊缝形状。凸面角焊缝一般应被避免。它是不经济的并且具有最大的缺口效应。仅在角接焊缝时使用这种焊缝形状，甚至认为是有利的。凹面角焊缝的焊缝体积大于平角焊缝的焊缝体积。凹形角焊缝具有最小的外部缺口效应，因此优先用于承受动载的构件中。它们多半只能在船形位置焊接时得到。不等腰焊缝常用于端面焊缝的焊接，目的是减少缺口效应（应力集中）。主静载焊接结构钢结构特点——钢材强度高，塑性、韧性较好；重量轻；材质均匀和力学计算的假定比较符合；制作简便，施工工期短；密闭性好；耐蚀性差；耐热不耐火；低温和其它条件下，可能发生脆断。构件结构设计要求（受压条件下的失稳、桁架梁和实壁梁）——受压构件的弯曲失稳——轴心受力构件（轴心受力构件的常用截面形式可分为实腹式和格构式两大类）——受弯构件（实腹式受弯构件梁、格构式受弯构件桁架梁、梁的局部稳定和腹板加劲肋设计）焊接的实壁梁——使用轧制型材可以很方便地改变实壁梁的高度，只需改变腹板的高度，可增大该处的惯性矩，并减小支座，但应注意在支承处验证其抗剪能力。——在弯矩和剪力的作用下，需对受弯梁进行局部加强。在L0长度区域内进行加强后，增大在该区域内的惯性矩，提高承载能力。实壁梁加强板的配置及翼板加强时端部的焊接接头——由腹板及加强板组成的区域称作翘曲区，为提高梁的稳定性及承受弯曲和剪应力的能力，需对梁进行刚度加强，即：横向加强和纵向加强。桁架梁——桁架梁的优点是，每个杆件的材料性能均可得到充分利用。从焊接观点来说，每个杆件的截面形状选择以及节点的结构形式设计非常重要。——杆件的截面形状可根据不同的条件进行选择，并有不同的方案（合理的焊接方案、合理的制作方案、防腐技术方案）——焊接节点框架转角结构——角平分线上受载时的应力分布（应力分布不是直线而是双曲线；在直角截面上，平面交界处的拉应力，在转角凸出处上的分布一直为零；尖锐的转角凹进处，压应力在理论上上升到无穷大）。框架转角结构设计准则——选R/h≥1——内翼板的强度要高于外翼板——框架转角区域的腹板加强——对于径向力，采取通过径向的调整加强，同时增加板厚等措施，提高稳定性——腹板和翼板之间的颈部焊缝测定为双轴应力状态疲劳断裂的产生原因及特点——脆性破坏与疲劳破坏的相同点（都属于低应力破坏；破坏之前，结构都没有明显的征兆或外观变形，突发性强，令人促不及防；都对应力集中很敏感起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于应力集中点）——脆性破坏与疲劳破坏的相同点与不同点（载荷性质不同、对温度敏感性、受载次数多少、断裂经历时间、断裂经历过程、断裂机理机制、宏观断口形貌、微观断口形貌）影响焊接接头疲劳强度的因素——疲劳载荷的性质和大小；腐蚀介质会加速疲劳裂纹的萌生和扩展速率，降低疲劳寿命——结构构造刚柔相济的程度；结构上，特别是接头上的各种应力集中现象；材质的纯度与材料的塑性和韧度；结构残余拉应力提高焊接结构疲劳强度的工艺 ——结构中的应力集中是降低焊接结构疲劳强度的最主要因素。预防、减小应力集中的工作，应该贯穿于产品设计、制造和使用的整个过程当中。——设计措施——工艺措施——使用中的维护措施材料特点——非热处理强化的铝合金在焊接状态下的断裂强度和0.2%屈服强度与供货状态几乎没有区别，而对一可热处理化铝合金则有明显的差别。非热处理强化铝合金的比值大约0.5至0.6之间，在焊接状态要稍低一些，对于热处理强化铝合金钢在0.7至0.8之间。——铝合金的断裂延伸率还没有达到EN10025中普通结构钢的一半（S235）。——焊后接头强度下降。——铝合金基本没有低温脆性问题铝合金焊接结构设计原则——铝结构的设计，虽然在计算方法上与钢结构基本相同，但由于其焊接接头性能的特殊性，在接头设计、许用应力等方面又不同于钢结构。——铝与钢相比重要的区别（比较低的强度；低弹性模量；焊接热影响区；挤压型材的成型不可预测性；有减少轻型结构质量可能性）结构设计及焊接——钢和铝的坡口有区别：——应该考虑到，焊接时在热影响区的横截面内要产生强度的降低。焊接结构的热影响区是从焊缝中点及根部算起向各个方向延伸30mm的区域。