第4章钢结构的焊缝连接.ppt

1、第四章钢结构的焊接连接，钢结构-原理与设计，同济建筑工程与沈德红，第四章焊接连接Chapter 4 Welt Connections，焊接连接，主要内容，钢结构连接，对接焊缝的结构与计算，角焊缝的结构与计算，焊接残余应力与焊接变形4.1钢结构的连接图3.1.1连接方法、螺栓连接、铆钉连接、焊接连接、缺陷、*材料经济不会削弱截面。*生产和加工易于执行自动化任务。*连接的密封性好，结构刚度大，完整性好。*材质容易变脆。*残余应力、残余变形、焊接缺陷发生*柱稳定性降低、疲劳强度影响*对裂纹非常敏感*低温制冷问题尤为突出。优点，3.1.1焊接连接，1 .焊接连接的特点，现代钢结构最基本的连接方式，使用

2、最广泛。2 .钢结构常用的焊接方法、电阻焊、气体保护焊、(1)手动电弧焊、原理、优点：方便、适应性强，特别适合高空和野外工作，最广泛的使用为小型焊接。缺点：质量波动大，焊工等级高，劳动强度大，生产率低。A，选择焊条：焊条必须适合焊条钢(本体金属)。Q390，Q420钢选择E55英寸焊条(E5500-E5518)，Q345钢选择E50英寸焊条(E5001-E5048)，Q235钢选择E43英寸焊条(E4300 - E，每个，(2)埋弧焊管电弧焊(自动或半自动)，埋在焊剂下的光缆，传记电弧熔化导线、焊接件和焊剂，形成焊接。焊接剂熔化后，焊接残渣漂浮在熔化的金属表面，切断空气接触，提供必要的合金元素

3、。优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：设备投资，建设位置限制。导线选择必须与焊接件强度相同。(4)使用来自火炬的CO2或其他惰性气体，而不是电阻焊、(3)气体保护焊、焊剂的电弧溶解方法。直接依赖保护气体在电弧周围形成保护层，防止有害气体的侵入。优点：无渣，焊接速度快，焊接质量好。缺点：施工条件有限，不适用于在风大的地方焊接。电流通过焊接件接触点表面电阻产生的热量熔化金属，然后通过压力焊接。适用于板块叠层厚度小于12的焊接。3 .焊缝和焊缝形状，(1)焊缝接头：分为对接、搭接、t形接头和拐角接头。(2)熔接类型：对接熔接和填角熔接。对接焊缝分为力和焊缝方向。1)直对接焊

4、缝2)斜对接焊缝，角焊缝分为力和焊缝方向。1)前角焊缝：力方向垂直于焊缝长度方向。2)侧角熔接：作用方向平行于熔接长度方向。角焊缝沿长度放置的布局，1)连续角焊缝：力性能好，主要角焊缝形式。2)间断填角熔接：在起始、终止中可能会引起应力集中。不重要或力较小的元件，可以使用间断填角熔接连接、平面熔接、垂直熔接、十字熔接和背熔接。焊接方法，图3.1.6焊接方法，4 .焊接缺陷和焊接质量等级，(1)焊接缺陷焊接缺陷是焊接期间焊接金属或附近热影响区域钢表面或内部发生的缺陷。常见缺陷包括裂纹、焊接种、燃烧、弧坑、气孔、碎屑、咬边、未熔合、未焊接等。例如，熔接大小不符合要求或熔接联珠不良。，(2)焊接质量

5、等级，钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001规定，焊接根据检验方法和质量要求分类为一级、二级和三级。第三次熔接仅需要所有熔接的外观检查，符合第三次品质标准，并适用于一般连接。外观检查(肉眼)尺寸偏差，表面缺陷；无损检查(仪器)检查内部缺陷(超声波检查、X射线检查、磁粉检查、渗透探伤)。二次焊缝：用于外观检查无损检查(超声波检查)资格，受大拉应力的重要连接。20% 1级焊缝：用于需要外观检查无损检查(超声波检查、X-张艺兴检查)资格、抗力、疲劳检查的重要连接。100%、(3)焊接质量等级和选择，钢结构设计规范(GB50017 - 2003)对焊接质量等级的选择有以下规定：1)需要疲劳

6、计算的零部件中，垂直于力方向的侧对接焊缝必须为一级，压力时必须为二级，平行于作用力方向的垂直对接焊缝必须为辅助焊缝。2)在不需要疲劳计算的零部件中，强大的拉伸对接焊缝(例如毛料)必须为二次或更多。受到压力的时候是2级。3)中级工作制和重量为50t的中级工作制起重机梁的腹板与上部翼缘板之间、起重机桁架上弦杆与节点板块之间的形状连接穿透的对接和角度连接组合焊接，质量必须在二次以下。4)角焊缝质量等级一般为3级，但需要直接承受动力载荷检查疲劳和重量的中级工作制起重机梁的角焊缝外观质量应符合2级。5 .焊接符号和标注方法。焊接符号主要包括图形符号、辅助符号和引线、焊接符号表示法(GB/T324-198

7、8)、建筑结构制图标准(GB/T50105-2001)、1。对接X-接缝，K-接缝，3。对接焊缝的施工处理，2 .对接焊缝的优缺点，优点：材料经济，电动势均匀，没有明显的应力集中，有助于承受动力负荷。缺点：截面、焊接件长度要求正确。1)如果需要，可以在槽下添加垫，以阻止熔化的金属流动。2)焊接起始弧经常出现弧坑等缺陷，焊接时可以设置弧板和导板，焊接后可以进行剪切。通常无法设定承受静态负载的结构、弧板，但是熔接的计算长度比实际长度减少2t或2hf。4 .对接熔接的强度，1)压缩，切割的对接熔接等于母材强度。2)第三质量的焊缝有很多缺陷，所以抗拉强度是母材强度的85%。3)第一质量和第二质量的焊缝

8、的拉伸强度可以视为与母材强度相同。3)在对接熔接的接合中，如果熔接件的宽度不同或厚度差异超过4mm，则应在宽度方向或厚度方向上，在一侧或两侧各产生1:2.5以下的坡度，以平滑剖面转移并减少应力集中。4.2.2对接焊缝计算，1 .轴向力对接焊缝，(3.2.1)，N轴张力或压力设计值lw焊缝计算长度，如果没有电弧板，则焊缝计算长度为实际长度减去2t。有弧板的时候取实际长度。t接头的小厚度；t形三通的腹板的厚度。Ftw、fcw对接焊缝的拉伸、压缩强度设计值(P382表1.3)。与元件母料强度计算方法一样，如果材料动力学计算公式中加入了弧板(引线板)，则无需计算主要对接熔接和次要对接熔接。只有在拉3段

9、焊缝时或没有导板(导板)牙齿时，才进行检查。要点，承受斜向力的对接熔接，对接熔接斜向力表示力通过熔接重心并与熔接长度方向的角度，计算为lw斜熔接计算长度。添加电弧板时LWB/sinq；lwb/sinq2t(如果未添加导板)。Fvw对接焊缝剪切设计强度。根据规格，可以认为斜焊缝倾斜56.3，即tan 1.5具有较强的对接斜焊缝和母材等特点，无需计算。，b，(3.2.2)，(3.2.3)，2。承受弯曲距离和剪切力结合的对接焊缝，焊缝内应力分布母材。焊缝截面为矩形，正应力和剪切应力图形分布分别为三角形和抛物线，最大值必须分别满足以下强度条件：(3.2.5)，(3.2.4)，M焊接可承受的弯矩；Ww熔

10、接剖面系数。v焊接剪切电阻；Iw焊缝计算截面惯性矩。Sw焊缝截面计算剪切应力的上述部分对和轴的面积力矩。对于I型或t型剖面，必须分别检查最大正应力和最大剪应力，也必须检查腹板和凸缘相接处的转换应力：(3.2.6)，表示式的： 1，1表示腹板和凸缘相接处的正应力和剪应力。考虑到1.1最大转换应力仅发生在焊缝部分，相应增加焊缝强度设计值的系数。I型轮廓弯曲时，弯曲正应力主要由上凸缘和下凸缘承担，剪切应力主要由腹板承担，从而充分利用整个剖面中的材料。3 .作用于轴向力、弯矩和剪切力组合的对接焊缝、轴向力和弯矩下的对接焊缝产生正应力，剪切作用下的剪切应力为，(3.2.4 *)，(3.2.5 *)，(3

11、.2.5*)，对接焊缝计算焊缝长度是否减小，(3 . 2 . 5 * *)，对接焊缝计算阶段，载荷确定；执行剖面应力状态分析。计算截面的几何特征值。强度检查。查看对接焊缝计算(矩形、I型)、3.2对接焊缝的配置和计算以及图中所示的钢板块对接焊缝的连接。M=1008kN.m，V=240KN，钢Q235，E43杆，手动焊接，质量等级为3，使用渐开线板。1 .计算截面几何特征值，示例4.1，分析，2。焊缝强度计算，检查牛腿和柱的对接焊缝连接，如图所示。F=170kN，钢Q390，E55焊条，手动焊接，质量等级为3级，渡边杏使用电弧板。示例4.2，3.2对接焊缝的配置和计算，2。负载计算，1 .计算截

12、面几何特征值，分析，3。焊缝强度校核，1 .角焊缝的形状和强度、4.3.1、(1)直角角焊缝通常生成曲面稍凸的等腰直角三角形截面(A)。在承受功率负载的结构中，前填角熔接的剖面通常为(b)，侧填角熔接的剖面通常为凹面(c)。(2)斜角圆角焊接的两个焊接边的角度90或90焊接。通常用于钢漏斗和钢管结构。HF瑞格大小；瑞格角；对于He有效厚度(面上的焊缝厚度破坏)和HFCOS/2、135o或60o倒角角焊缝，渡边杏用作除钢管结构以外的力焊缝。(2)正面角焊缝：焊缝垂直于力方向，应力状态更复杂。焊接截面各面有正应力和剪切应力，分布不均匀，焊接根部形成峰值应力，容易产生裂纹。破坏强度高，但可塑性不好，

13、弹性系数大。(1)侧角焊缝：焊缝长度方向平行于力方向，应力分布简单。主要受剪应力，弹性阶段分布不均匀，剪切应力两端大，中间小。强度低，弹性系数低，但塑性好。角焊缝的操作性能，图3.3.3角焊缝的应力分布，图3.3.4角焊缝载荷与变形关系，斜焊缝的力和强度介于前角焊缝和侧角焊缝之间。q是测试焊接与试件水平方向之间的角度。正面角焊缝的破坏强度高于侧面角焊缝。2 .配置要求，角焊缝的焊脚尺寸是指焊缝根部-HF，(1)焊脚尺寸。保证焊缝的最小载荷能力，冷却速度快，防止焊缝产生硬化组织，从而导致母材裂纹。，a)最小焊脚大小(hf，min)，手动填角熔接：t厚熔接件的厚度。自动焊接(温度高且均匀):焊缝厚

14、度t6mm: hfmin=t，T连接截面角焊缝(冷却速度):b)最大焊脚大小(hfmax)，板块(厚度T)边角度t6mm为了防止焊接部分过热，燃烧薄焊接件，减少焊接残余应力和残余变形。Hf，max必须满足以下要求：直接焊接钢管结构的大小不能大于分支墙厚度的2倍：圆孔或槽孔内的圆角焊接尺寸不能大于圆孔直径或槽孔小径的三分之一。(2)角焊缝计算长度、角焊缝计算长度(lw)值lwminlw lwmax、焊脚大小值hfmin HF hfmax、最小计算长度(lwmin)、为焊缝提供恒定载荷能力的使用经验，侧面实际长度必须大于上述数字2HF如果LW MAX 60 HF实际长度超过上述值，则计算的长度中不

15、包括超出部分。如果内力沿侧焊缝的总长度分布，则计算长度不受牙齿限制。B)侧熔接的最大计算长度(lwmax)，(3)减少填角熔接应力集中的措施，图3.3.5侧熔接导致熔接件的拱。为了防止焊缝横向收缩导致板拱过大，双面角焊缝距离不应过大。如果B16t(t 12mm)或190mm (t12mm):A)元件末端仅连接两侧接缝，则实验结果表明连接中的负载力与b/lw相关。要使零部件中的应力不均匀，以避免应力传递的过度弯曲，请选择b/lw 1；b两个接缝之间的距离；Lw侧焊缝计算长度；t薄焊接件的厚度。C)在直接承受动力负载的结构中，填角熔接表面必须以直线型或凹面型、蛋形大小的比率制作。前角焊缝必须为1:

16、1.5，长边必须与内力方向一致。可用于侧角焊缝的直角焊缝为1:1。b)在仅使用前角焊缝的搭接长度不能小于焊接件厚度的5倍或25mm。d)焊接端位于焊接件拐角处时，焊接必须绕过拐角焊接2hf继续。避免在起始和终止胡歌拐角处发生应力集中。图3.3.6搭接连接，4.3.2直角焊接的基本计算公式，1 .焊缝的破坏面、h焊缝厚度、h1焊透H2拉伸、D焊趾、E焊根、2。有效剖面中的应力状态直角填角熔接的有效剖面中有三个茄子应力。正应力垂直于焊缝有效截面，正应力垂直于焊缝长度，剪切应力平行于焊缝长度方向剪切应力，常识建议使用国产Q235钢，其他钢公式左侧系数(1.73.0)，公式中：fuw -焊缝金属的拉伸强度，(3.引入抗力子系数后，出于安全原因，角焊缝计算公式将欧洲钢结构