3钢结构的连接1学习教案

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1、会计学13钢结构的连接钢结构的连接(linji)1第一页，共128页。大纲要求大纲要求1.1.了解钢结构连接的种类及各自的特点；了解钢结构连接的种类及各自的特点；2.2.了解焊接连接的工作了解焊接连接的工作(gngzu)(gngzu)性能，掌握焊接连接的计算方法及构造要求；性能，掌握焊接连接的计算方法及构造要求；3.3.了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作了解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作(gngzu)(gngzu)的影响；的影响；4.4.了解螺栓连接的工作了解螺栓连接的工作(gngzu)(gngzu)性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求。性能，掌握螺栓连接的计算和构造要求

2、。第1页/共127页第二页，共128页。3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接(linji)(linji)方方法法一、焊缝一、焊缝(hn fn)(hn fn)连接连接 对接焊缝连接对接焊缝连接角焊缝连接角焊缝连接在被连接构件之在被连接构件之间滴落焊条金属间滴落焊条金属构件构件(gujin)的一部分的一部分在被连接构件形成在被连接构件形成的角落里滴落焊条金的角落里滴落焊条金属属不是构件的一不是构件的一部分部分第2页/共127页第三页，共128页。二、铆钉二、铆钉(modng)连接连接三、螺栓三、螺栓(lushun)连接连接 分为：分为： 普通普通(ptng)螺栓连接螺栓连接 高强度螺栓连接高强

3、度螺栓连接NNN第3页/共127页第四页，共128页。一、钢结构常用焊接一、钢结构常用焊接(hnji)方法方法1.1.手工手工(shugng)(shugng)电弧焊电弧焊焊条的选择焊条的选择(xunz)： 焊条应与焊件钢材相适应。焊条应与焊件钢材相适应。原理：利用电弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 3.2 焊接方法和焊接连接形式焊接方法和焊接连接形式 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第4页/共127页第五页，共128页。与低强度钢材与低强度钢材(gngci)相适应的焊条相适应的焊条Q390Q390、Q4

4、20Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)不同钢种的钢材焊接，宜采用什么样的焊条？不同钢种的钢材焊接，宜采用什么样的焊条？第5页/共127页第六页，共128页。2.2.埋弧焊（自动埋弧焊（自动(zdng)(zdng)或半自动或半自动(zdng)(zdng)）、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧

5、自动焊第6页/共127页第七页，共128页。MZMZ系列系列(xli)(xli)自动埋弧焊机自动埋弧焊机第7页/共127页第八页，共128页。门型埋弧焊机门型埋弧焊机第8页/共127页第九页，共128页。3.3.气体气体(qt)(qt)保护焊保护焊焊缝区无焊缝区无熔渣熔渣第9页/共127页第十页，共128页。二、焊接二、焊接(hnji)(hnji)连接形式和焊缝形式连接形式和焊缝形式1.1.焊接焊接(hnji)(hnji)连接形式连接形式对接、搭接对接、搭接(d ji)、形连接、角部连接、形连接、角部连接2.2.焊缝形式焊缝形式（1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝T型对接焊缝型对接焊缝

6、斜对接焊缝斜对接焊缝第10页/共127页第十一页，共128页。（2）角焊缝）角焊缝(hn fn)3. 3. 焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)位置位置第11页/共127页第十二页，共128页。1.1.焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)质量检查质量检查钢结构工程施工及验收钢结构工程施工及验收(ynshu)规范规定：规范规定： 焊缝按其检验方法和质量焊缝按其检验方法和质量(zhling)要求分为一级、二级要求分为一级、二级和三级。和三级。 三级焊缝只要求对全部焊缝作三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查外观检查且符合且符合三级质量标准；三级质量标准； 一、二级焊缝除一、二级焊缝除外观检查外观检查外

7、，尚要求一定数量的外，尚要求一定数量的超声波超声波检验并符合相应级别的质量标准。检验并符合相应级别的质量标准。三、焊缝缺陷及焊缝质量检查三、焊缝缺陷及焊缝质量检查第12页/共127页第十三页，共128页。外观外观(wigun)检查：检查外观检查：检查外观(wigun)缺陷和几何尺寸；缺陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。内部无损检验：检验内部缺陷。 内部检验主要(zhyo)采用超声 波，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方法。还可以采用X射线或射线透照或拍片。第13页/共127页第十四页，共128页。2.2.焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)缺陷缺陷第14页/共127页第十五页，共1

8、28页。四四. .焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)代号代号第15页/共127页第十六页，共128页。hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊缝、角焊缝(hn fn)(hn fn)的形式的形式: :一、角焊缝的形式一、角焊缝的形式(xngsh)和受力分析和受力分析3.3 角焊缝角焊缝(hn fn)的构的构造与计算造与计算直角角焊缝、斜角角焊缝直角角焊缝、斜角角焊缝（1 1）直角角焊缝）直角角焊缝hehfhf凹面式凹面式第16页/共127页第十七页，共128页。按he=0.7hf斜角角焊缝按he=0.7hf(a)hfhfhfhfa）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝(b)按h

9、e=hf coshfhfhfhf2按he=hf cos2（2）斜角）斜角(xi jio)角焊缝角焊缝对于对于(duy)135o(duy)135o或或60o6mmt6mm时，时，h hf,maxf,maxt-(1t-(12)mm2)mm；hf ft t1 1t第22页/共127页第二十三页，共128页。2 2、最小焊脚尺寸、最小焊脚尺寸(ch cun)hf,min(ch cun)hf,min 为了(wi le)避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求: )(5 . 12min,计计算算数数值值只只进进不不舍舍！thf 式中式中: t2-: t2-较厚

10、焊件厚度较厚焊件厚度(hud)(hud) 另另: :对于埋弧自动焊对于埋弧自动焊hf,minhf,min可减去可减去1mm;1mm; 对于对于T T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,minhf,min应加上应加上1mm;1mm; 当当t24mmt24mm时时, hf,min=t2, hf,min=t2第23页/共127页第二十四页，共128页。3.3.侧面侧面(cmin)(cmin)角焊缝的最大计算长度角焊缝的最大计算长度如果焊缝如果焊缝(hn fn)(hn fn)长度太大，焊缝长度太大，焊缝(hn fn)(hn fn)两端首先达到屈服强度，继续加载，应力不会渐趋均匀，破坏首先发生在焊缝两

11、端首先达到屈服强度，继续加载，应力不会渐趋均匀，破坏首先发生在焊缝(hn fn)(hn fn)两端。规范规定：两端。规范规定：,m ax60wflh4.4.侧面侧面(cmin)(cmin)角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。规范规定：焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。规范规定：,min840wflhmm且不得小于第24页/共127页第二十五页，共128页。5. 搭接连接搭接连接(linji)的构造要求（自学）教材的构造要求（自学）教材29,min,maxfffhhh,min,maxwwwl

12、ll为什么限制角焊缝的最大、最小焊脚高度为什么限制角焊缝的最大、最小焊脚高度(god)？限制值是多少？限制值是多少？为什么限制侧面为什么限制侧面(cmin)角焊缝的最大、最小计算长度？限制值是多少？角焊缝的最大、最小计算长度？限制值是多少？第25页/共127页第二十六页，共128页。三、直角角焊缝三、直角角焊缝(hn fn)的强度基本计算公式的强度基本计算公式试验试验(shyn)(shyn)表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，故通常将表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，故通常将45o45o截面作为有效截面（计算截面）截面作为有效截面（计算截面）hfhehh1h2deh-h-焊缝厚度、焊缝厚度、

13、h h1 1熔深熔深h h2 2凸度、凸度、d d焊趾、焊趾、e e焊根焊根hew计算截面计算截面1、有效、有效(yuxio)截面截面0.7ee wf wAh lh l第26页/共127页第二十七页，共128页。lw whe2 2、有效截面、有效截面(jimin)(jimin)上的应力及上的应力及大小大小NNyNxy1y2xe wNh l2ye wNh l第27页/共127页第二十八页，共128页。3、直角、直角(zhjio)角焊缝的强度基本计算公式角焊缝的强度基本计算公式规范假定：焊缝在有效截面处破坏，有效截面各应力分量满足以下折算规范假定：焊缝在有效截面处破坏，有效截面各应力分量满足以下折

14、算(sh sun)(sh sun)应力公式应力公式: :)13()(3222 wuf式中：式中：wuf-焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度helw w由于我国规范给定的角焊由于我国规范给定的角焊缝强度设计值，是根据缝强度设计值，是根据(gnj)(gnj)抗剪条抗剪条件确定的故上式又可表达为：件确定的故上式又可表达为：)23(3)( 3222 wfwuff基本公式基本公式第28页/共127页第二十九页，共128页。基本基本(jbn)计算公式：计算公式：(3 4)xfe wNhl(3 3)yfe wNhlNNyNx2f ff= fh he el lw w45O45Oh hf f第29页/共127

15、页第三十页，共128页。wfffff3232222 将将3 33 3、3 34 4式，代入式，代入3 32 2式得：式得：2f f)23(3)( 3222 wfwuff：得 1.22整理上式，并令 23f 第30页/共127页第三十一页，共128页。ff正面角焊缝强度增大正面角焊缝强度增大(zn d)(zn d)系数；系数； 静载时取静载时取1.221.22，动载时取，动载时取1.01.0。22fwffff（3 35 5）基本计算公式基本计算公式)63( wffewffhlN 对于正面对于正面(zhngmin)(zhngmin)角焊缝角焊缝: :f f=0=0，由，由3 35 5式得：式得：第

16、31页/共127页第三十二页，共128页。对于侧面对于侧面(cmin)(cmin)角焊缝：角焊缝：)73( wfewffhlN f f=0=0，由，由3 35 5式得：式得： 以上各式中：以上各式中： he=0.7hf he=0.7hf； lw lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷(quxin)(quxin)时，每时，每条焊缝取其实际长度减去条焊缝取其实际长度减去2hf2hf如只有如只有(zhyu)(zhyu)起弧或灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去起弧或灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去hfhf第32页/共127页第三十三页，共128页。1 1、什么是直角角焊

17、缝的有效截面、什么是直角角焊缝的有效截面？如何计算？如何计算？2 2、有效截面上的应力有哪几种？、有效截面上的应力有哪几种？大小是多少？大小是多少？3 3、直角角焊缝的强度基本计算公式是什么？、直角角焊缝的强度基本计算公式是什么？正面角焊缝计算公式？侧面角焊缝计算公式？正面角焊缝计算公式？侧面角焊缝计算公式？第33页/共127页第三十四页，共128页。ewwffhlfN 四、各种受力状态四、各种受力状态(zhungti)(zhungti)下的直角角焊缝连接计算下的直角角焊缝连接计算wfwefflhN 1 1、轴心、轴心(zhu xn)(zhu xn)力作用下力作用下(1)(1)轴心力作用下的盖

18、板对接轴心力作用下的盖板对接(du ji)(du ji)连接连接: :B B、采用三面围焊连接：、采用三面围焊连接：wfewffhlNN NNl lw wl lw wA A、采用侧面焊缝连接：采用侧面焊缝连接：端焊缝受力：端焊缝受力：第34页/共127页第三十五页，共128页。(2)T(2)T形角焊缝形角焊缝(hn fn)(hn fn)连接连接)83(cos ewfhlN )93(sin ewfhlN )53(22 wfffff 代入式代入式3-53-5验算焊缝验算焊缝(hn fn)(hn fn)强度，即强度，即: :N Nx xN Ny yN N2wl2wl基本计基本计算公式算公式N Nx

19、xN Ny y第35页/共127页第三十六页，共128页。(3)(3)角钢角钢(jiogng)(jiogng)角焊缝连接角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝、仅采用侧面角焊缝(hn fn)(hn fn)连接连接)113()103(221121 eNeNNNN由力及力矩由力及力矩(l j)(l j)平衡得平衡得: :故故: :)133()123(2211212121 NkeeeNNNkeeeNN肢肢尖尖焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数肢肢背背焊焊缝缝内内力力分分配配系系数数 2211212121keeekkeeekNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2第36页/共127页第三十七页，共12

20、8页。)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 对于对于(duy)(duy)校核问题校核问题: :对于设计对于设计(shj)(shj)问题问题: :)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxl lw1w1l lw2w2第37页/共127页第三十八页，共128页。B B、采用、采用(ciyng)(ciyng)三面围焊三面围焊)213(2)203(2322311 NNkNNNkN由力及力矩由力及力矩(l j)(l j)平衡得平衡得: :)183(333 wffewfhlN 332(3 19)weffNbhf余下的问题余下

21、的问题(wnt)(wnt)同情况同情况A A，即，即: :Ne1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2第38页/共127页第三十九页，共128页。)153()143(222111 wfewfwfewffhlNfhlN 对于校核对于校核(xio h)(xio h)问题问题: :对于设计对于设计(shj)(shj)问题问题: :)173()163(222111 wfewwfewfhNlfhNlNe1e2bN1N2xxN3l lw1w1l lw2w2第39页/共127页第四十页，共128页。)233()223(23123 NNNNkNC C、采用、采用(ciyng)L(ciyng)L形围

22、焊形围焊代入下式代入下式3-203-20，3-213-21得得: :对于设计对于设计(shj)(shj)问题问题: :02 N111333(324)wweffwffwNlh fNhfl)213(2)203(2322311 NNkNNNkNNe1e2bN1xxN3l lw1w1第40页/共127页第四十一页，共128页。轴心轴心(zhu xn)力作用下角焊缝计算力作用下角焊缝计算(1)(1)轴心轴心(zhu xn)(zhu xn)力作用下的盖板对接连接力作用下的盖板对接连接: :(2)T(2)T形角焊缝形角焊缝(hn fn)(hn fn)连接连接(3)(3)角钢角焊缝连接角钢角焊缝连接采用侧面焊

23、缝连接采用侧面焊缝连接采用三面围焊连接采用三面围焊连接仅采用侧面角焊缝连接仅采用侧面角焊缝连接采用三面围焊采用三面围焊采用采用L L形围焊形围焊第41页/共127页第四十二页，共128页。2 2、N N、M M、V V共同共同(gngtng)(gngtng)作用下作用下(1(1）偏心轴力作用下角焊缝）偏心轴力作用下角焊缝(hn fn)(hn fn)强度计算强度计算NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNy 2,6weewxAflhMhlN ewyAfhlN , wfAffAff 2,2, h he eh he et t“A”点为最不利点为最不利(bl)点点第42页/共127页第

24、四十三页，共128页。(2) (2) 工字形截面在工字形截面在V V、M M共同作用共同作用(zuyng)(zuyng)下焊缝强度计算下焊缝强度计算h1fAfAfBfBf fwffwfAfhIM 21对于对于(duy)A(duy)A点：点：式中：式中：IwIw全部全部(qunb)(qunb)焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；焊缝有效截面对中和轴的惯性矩； h1 h1两翼缘焊缝最外侧间的距离。两翼缘焊缝最外侧间的距离。xxh h2BBAh1MeFVM第43页/共127页第四十四页，共128页。对于对于(duy)B(duy)B点：点： 2,2,22weffBwfBlhVhIM wffBffBf 22

25、强度强度(qingd)(qingd)验算公式：验算公式：式中：式中：h2h2、lw,2lw,2腹板焊缝腹板焊缝(hn fn)(hn fn)的计算长度；的计算长度； he,2 he,2腹板焊缝腹板焊缝(hn fn)(hn fn)截面有效高度。截面有效高度。h1fAfAfBfBf fxxh h2BBAh1MVM第44页/共127页第四十五页，共128页。假定假定: :A A、被连接件绝对、被连接件绝对(judu)(judu)刚性刚性，焊缝为弹性，即：，焊缝为弹性，即：T T作用下作用下被连接件有绕焊缝形心旋转被连接件有绕焊缝形心旋转的趋势；的趋势；B B、T T作用下焊缝群上任意点的应作用下焊缝群

26、上任意点的应力方向垂直于该点与焊缝形力方向垂直于该点与焊缝形心的连线，且大小与心的连线，且大小与r r成正比成正比；C C、在、在V V作用下，焊缝群上的应力作用下，焊缝群上的应力均匀分布。均匀分布。3、T、V共同共同(gngtng)作用下作用下将将F F向焊缝向焊缝(hn fn)(hn fn)群形心群形心简化得简化得: : V=F V=F T=F(e1+e2) T=F(e1+e2)Fe1e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr故：该连接的设计控制点故：该连接的设计控制点 为为A A点和点和A A点点第45页/共127页第四十六页，共128页。xxyyrrxryATAxTAxTATAy y

27、TATA0VAyVAyh he e)253( yxPTAIIrTIrT T作用作用(zuyng)下下A点应力点应力:将其沿将其沿x x轴轴和和y y轴分解轴分解(fnji):(fnji):)273(cos)263(sin rrIrTrrIrTxPTTAyyPTTAx e2x0l l1l l2xxyyAA0TVr第46页/共127页第四十七页，共128页。剪力剪力V V作用作用(zuyng)(zuyng)下下,A,A点应力点应力: :weVVAylhVA A点垂直于焊缝点垂直于焊缝(hn fn)(hn fn)长度方长度方向的应力为向的应力为: :TAyVAyf A A点平行于焊缝长度点平行于焊缝

28、长度(chngd)(chngd)方方向的应力为向的应力为: :TAxf 强度验算公式：强度验算公式：wfffff 22 wfTAxfVAyTAyf 22 即：即：思考思考: :以上计算方法为近似计算，为什么以上计算方法为近似计算，为什么? ?V VxxyyrrxryATAxTAxTATAy yTATA0VAyVAyh he e第47页/共127页第四十八页，共128页。(1(1）偏心轴力作用下矩形截面角焊缝强度计算（、共同作用）偏心轴力作用下矩形截面角焊缝强度计算（、共同作用）（2 2）、共同作用下角焊缝强度）、共同作用下角焊缝强度(qingd)(qingd)计算计算第48页/共127页第四十

29、九页，共128页。五、斜角五、斜角(xi jio)角焊缝的计算（自学）角焊缝的计算（自学）1、其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相同、其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相同(xin tn)的计算公式，且统一取的计算公式，且统一取f=1.0。2 2、斜角角焊缝的计算厚度、斜角角焊缝的计算厚度(hud)hei(hud)hei的确定的确定1 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式: :一、对接焊缝的构造一、对接焊缝的构造3.4 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和施工条件板厚和施工条件有关。有关。 第49页/共127页第五十页，

30、共128页。t-t-焊件厚度焊件厚度(1)(1)当当:t6mm(:t6mm(手工焊手工焊),t10mm(),t20mm(3)t20mm时，宜采用时，宜采用(ciyng)U(ciyng)U形、形、K K形、形、X X形坡口。形坡口。C=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）第50页/共127页第五十一页，共128页。2 2、V V形、形、U U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行补焊；3 3、采用、采用(ciyng)(ciyng)引弧板施焊，焊完后将其切去，不能做引弧板

31、时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去引弧板施焊，焊完后将其切去，不能做引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2 21 1t1t1较薄焊件厚度；较薄焊件厚度；4 4、当板件厚度或宽度在一侧相差大于、当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm4mm时，应做坡度不大于时，应做坡度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载) )或或1:4(1:4(动载动载) )的斜角，以平缓过度，减小应力集中。的斜角，以平缓过度，减小应力集中。1:2.51:2.5第51页/共127页第五十二页，共128页。对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学对接焊缝分为：焊透和部分焊透（自学(zxu)）两种；）两种；动荷载作用下部分焊透

32、的对接焊缝不宜用做垂直受力方向的连接焊缝；动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受力方向的连接焊缝；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不予计算。三级焊缝需进行计算；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视为与母材相同，不予计算。三级焊缝需进行计算；对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。二、对接焊缝二、对接焊缝(hn fn)的计算的计算NNt第52页/共127页第五十三页，共128页。1、轴心力作用下的对接、轴心力作用下的对接(du ji)焊缝计算焊缝计算)283( wcwtwfft

33、lN或 式中：式中： N轴心拉力或压力；轴心拉力或压力； t板件较小厚度；板件较小厚度；T形连接中为腹板厚度；形连接中为腹板厚度； ftw、fcw 对接焊缝的抗拉和抗压强度对接焊缝的抗拉和抗压强度(kn y qin d)设计值。设计值。NNl lw wtA 当不满足上式时，可采用斜对接焊缝当不满足上式时，可采用斜对接焊缝(hn fn)连接如图连接如图B。wvwwcwtwftlNfftlN cossin或另另: :当当tantan1.51.5时时, ,不用验算不用验算! !NNtBNsinsinNcoscosl lw w第53页/共127页第五十四页，共128页。2、M、V共同共同(gngtng

34、)作用下的对接焊缝计算作用下的对接焊缝计算l lw wtAMV)293(62max wtwwftlMWM )303(23max wVwwwftlVtIVS 因焊缝截面因焊缝截面(jimin)为矩形，为矩形，M、V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度故其强度(qingd)计算公式为：计算公式为：式中：式中：W Ww w焊缝截面模量；焊缝截面模量； S Sw w-焊缝截面面积矩；焊缝截面面积矩； I Iw w-焊缝截面惯性矩。焊缝截面惯性矩。（1）板件间对接连接）板件间对接连接第54页/共127页第五十五页，共128页。（2）工字形截面梁对接）工字形截面梁对接(du ji)连接计算（自

35、学）连接计算（自学）A A、验算、验算(yn sun)(yn sun)焊缝的焊缝的maxmax和和maxmaxB B、验算翼缘与腹板交接点焊缝的折算、验算翼缘与腹板交接点焊缝的折算(sh sun)(sh sun)应力应力对接焊缝的构造要求有哪些对接焊缝的构造要求有哪些轴心力作用下的对接焊缝计算轴心力作用下的对接焊缝计算MM、V V共同作用下矩形截面对接焊缝的计算共同作用下矩形截面对接焊缝的计算第55页/共127页第五十六页，共128页。35 焊接应力焊接应力(yngl)和焊接变形和焊接变形1 1、焊接残余应力的分类、焊接残余应力的分类 A A、纵向焊接残余应力、纵向焊接残余应力沿焊缝长度方向沿

36、焊缝长度方向(fngxing);(fngxing); B B、横向焊接残余应力、横向焊接残余应力垂直于焊缝长度方向垂直于焊缝长度方向(fngxing);(fngxing); C C、沿厚度方向、沿厚度方向(fngxing)(fngxing)的焊接残余应力。的焊接残余应力。焊接残余应力焊接残余应力: :由于焊接时不均匀由于焊接时不均匀(jnyn)(jnyn)加热和不均匀加热和不均匀(jnyn)(jnyn)冷却而在构件内部产生的自相平衡的内力。冷却而在构件内部产生的自相平衡的内力。一、焊接残余应力的分类及其产生的原因一、焊接残余应力的分类及其产生的原因2 2、焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力产

37、生的原因（1 1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力第56页/共127页第五十七页，共128页。+-500500o oC C800800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC C800800o oC C施施焊焊方方向向8cm64202468cm-+焊件上产生焊件上产生(chnshng)不均匀的温度场不均匀的温度场焊缝处产生热态塑性焊缝处产生热态塑性(sxng)压缩压缩焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制(xinzh)而产生拉应力而产生拉应力原因：原因：第57页/共127页第

38、五十八页，共128页。 （2 2）横向焊接残余）横向焊接残余(cny)(cny)应力应力(a)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的变形趋势时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩焊缝纵向收缩 时的横向应力时的横向应力xy+-+施施焊焊方方向向(c)焊缝横向收缩焊缝横向收缩 时的横向应力时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向焊缝横向残余应力残余应力yx不同施焊方向下不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力焊缝横向收缩时产生的横向残余应力:-+施施焊焊方方向向(e)-+-施施焊焊方方向向( f )xyyx第58页/共127页第五十九页，共128页。原因原因(yunyn)：1 1、焊缝纵向收缩，钢板、

39、焊缝纵向收缩，钢板(gngbn)(gngbn)趋于形成反方向的弯曲变形；趋于形成反方向的弯曲变形；2 2、已凝固的焊缝阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，发生横向塑性压缩变形。、已凝固的焊缝阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，发生横向塑性压缩变形。（3 3）沿厚度）沿厚度(hud)(hud)方向的焊接残余应力方向的焊接残余应力-+-321沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形塑性压缩变形。原因：原因：x xy yz z第59页/共127页第六十页，共128页。二、焊接残余应力对结构二、焊接残余应力对结构(jigu)(jigu)性能的

40、影响性能的影响1 1、对结构静力强度、对结构静力强度(qingd)(qingd)的影响的影响f f+-b bf fy y+-b bf fy yNyNy因焊接残余因焊接残余(cny)应力自相平衡，故：应力自相平衡，故：当板件全截面达到当板件全截面达到fy所承受的外力所承受的外力Ny：结论：结论：焊接残余应力焊接残余应力对结构的静力强度没有影响。对结构的静力强度没有影响。+-f fy yf fb bB Bt tftbBNftbNcyt )(第60页/共127页第六十一页，共128页。2 2、对结构、对结构(jigu)(jigu)刚度的影响刚度的影响A、当焊接残余应力存在时，因截面的、当焊接残余应力

41、存在时，因截面的bt部分拉应力已经达到部分拉应力已经达到fy ，故该部分刚度，故该部分刚度(n d)为零（屈服），这时在为零（屈服），这时在N作用下应变增量为：作用下应变增量为： EtbBN 1 f f+-b bf fy yNN+-f fy yf fNNb bB Bt t第61页/共127页第六十二页，共128页。因为因为(yn wi)B-bB(yn wi)B-b 1 22。结论：结论： 焊接残余应力的存在增大焊接残余应力的存在增大(zn d)了结构的变形，即降低了结构的刚度。了结构的变形，即降低了结构的刚度。B、当截面上没有、当截面上没有(mi yu)焊接残余应力时，在焊接残余应力时，在N作

42、用下应变增量为：作用下应变增量为：EtBN 2 EtbBN 1 第62页/共127页第六十三页，共128页。焊接残余应力焊接残余应力(yngl)使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。3 3、对压杆稳定、对压杆稳定(wndng)(wndng)的影响的影响 对于对于(duy)厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向4 4、对低温冷脆的影响、对低温冷脆的影响5 5、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响 焊接

43、残余应力对结构的疲劳强度焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。有明显的不利影响。第63页/共127页第六十四页，共128页。三、焊接三、焊接(hnji)变形变形 焊接变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等，通常是几种焊接变形包括：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等，通常是几种(j zhn)变形的组合。变形的组合。 收缩收缩弯曲弯曲角变形角变形波浪波浪扭曲扭曲第64页/共127页第六十五页，共128页。四、减小焊接四、减小焊接(hnji)残余应力和焊接残余应力和焊接(hnji)变形的措施（自学）变形的措施（自学）1 1、设计上的措施；、设计上的措施；2

44、2、加工工艺上的措施、加工工艺上的措施采用合理的施焊顺序：分段退焊、工字钢对角跳焊、钢板分块拼接采用合理的施焊顺序：分段退焊、工字钢对角跳焊、钢板分块拼接(pn ji)(pn ji)正确施焊顺序。正确施焊顺序。1 1、焊接残余应力的分类、焊接残余应力的分类2 2、焊接残余应力对结构性能的影响、焊接残余应力对结构性能的影响第65页/共127页第六十六页，共128页。3 36 6 螺栓螺栓(lushun)(lushun)连接连接的构造的构造一、螺栓一、螺栓(lushun)的种类的种类1.1.普通普通(ptng)(ptng)螺栓螺栓C级级-粗制螺栓粗制螺栓，性能等级为，性能等级为4.6或或4.8级；

45、级；4表示表示f fu u400N/mm400N/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d) (d) 1 13mm3mm。A、B级级-精制螺栓精制螺栓，性能等级为，性能等级为5.6或或8.8级级; ;5或或8表示表示f fu u500500或或800800N/mmN/mm2 2, , 0.6或或0.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔类孔，孔径，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按

46、其加工的精细程度和强度分为按其加工的精细程度和强度分为: :A、B、C三个级别。三个级别。第66页/共127页第六十七页，共128页。2.2.高强度螺栓高强度螺栓(lushun)(lushun)由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工钢加工(ji gng)(ji gng)而成，并经过热处理而成，并经过热处理45号8.8级； 40B和20MnTiB10.9级大六角头螺栓大六角头螺栓扭剪型螺栓扭剪型螺栓8.88.8级、级、10.910.9级中数字的含义级中数字的含义第67页/共127页第六十八页，共128页。大六角大六角(li jio)型型扭剪型扭剪型第68页/共12

47、7页第六十九页，共128页。引弧结引弧结圆头焊钉圆头焊钉钢网架螺栓钢网架螺栓(lushun)球节点用球节点用第69页/共127页第七十页，共128页。第70页/共127页第七十一页，共128页。二、螺栓二、螺栓(lushun)的排列的排列B B 错列错列A A 并列并列中距中距中距中距边距边距边距边距端距端距螺栓排列螺栓排列(pili)(pili)的要求的要求（1）受力要求）受力要求（2）构造要求）构造要求（3）施工要求）施工要求三、螺栓连接的构造要求三、螺栓连接的构造要求(yoqi) 教材教材P50第71页/共127页第七十二页，共128页。3 37 7 普通普通(ptng)(ptng)螺栓

48、连接计算螺栓连接计算一、螺栓连接一、螺栓连接(linji)的受力形式及特点的受力形式及特点FA 只受剪力只受剪力螺栓的作用力与杆轴垂直螺栓的作用力与杆轴垂直被连接件有错动的趋势被连接件有错动的趋势NN第72页/共127页第七十三页，共128页。NFB 只受拉力只受拉力(ll)C 剪力和拉力剪力和拉力(ll)共同作用共同作用螺栓的作用力与杆轴平行螺栓的作用力与杆轴平行被连接件有脱开的趋势被连接件有脱开的趋势第73页/共127页第七十四页，共128页。 二、普通(ptng)螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏（一）工作性能和破坏(phui)(phui)形式形式 1. 1.工作性能工作性能通过试验由通过

49、试验由a a、b b两点相对位移两点相对位移和作用力和作用力N N的关系曲线得到抗剪螺栓受力的四个阶段的关系曲线得到抗剪螺栓受力的四个阶段, ,即：即： NO1234NNabNN/2N/2(2)滑移滑移(hu y)阶段阶段(12段段)(1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(01段段)第74页/共127页第七十五页，共128页。NO1234abNN/2N/2Nu4点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接点（曲线的最高点）即为普通螺栓抗剪连接(linji)的极限承载力的极限承载力Nu。(3)栓杆传力的弹性栓杆传力的弹性(tnxng)阶段阶段(23段段)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(jidun)(3

50、4段段)第75页/共127页第七十六页，共128页。2.2.破坏破坏(phui)(phui)形式形式（1 1）螺栓杆被剪坏）螺栓杆被剪坏 栓杆较细而板件较厚时栓杆较细而板件较厚时（2 2）孔壁的挤压破坏）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时栓杆较粗而板件较薄时（3 3）板件被拉断）板件被拉断 截面削弱过多时截面削弱过多时 以上破坏形式予以以上破坏形式予以(yy)(yy)计算解决。计算解决。N/2NN/2NNNN第76页/共127页第七十七页，共128页。（4 4）板件端部被剪坏）板件端部被剪坏( (拉豁拉豁) ) 端矩过小时端矩过小时(xiosh)(xiosh)；端矩不应小于；端矩不应小于2d

51、O2dONN（5 5）栓杆弯曲）栓杆弯曲(wnq)(wnq)破坏破坏 螺栓杆过长；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这两种破坏构造解决这两种破坏构造解决N/2NN/2第77页/共127页第七十八页，共128页。（二）抗剪螺栓（二）抗剪螺栓(lushun)(lushun)的单栓承载力设计值的单栓承载力设计值 由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔壁承压两种情况(qngkung)(qngkung)，故单栓抗剪承载力由以下两式决定，故单栓抗剪承载力由以下两式决定: :nv剪切面数目；剪切面数目； d螺栓杆直径；

52、螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和承压强度设计值；附表螺栓抗剪和承压强度设计值；附表1.3t连接接头一侧承压构件连接接头一侧承压构件(gujin)总厚度的较小值。总厚度的较小值。 )343(minmin bcbvbNNN，单栓抗剪承载力：单栓抗剪承载力：)323(42 bvvbvfdnN 抗剪承载力：抗剪承载力：)333(bcbc ftdN承压承载力：承压承载力：d第78页/共127页第七十九页，共128页。剪切面数目剪切面数目(shm)nv(shm)nvNN1 vn单单剪剪：NN/2N/22 vn双双剪剪：4 vn四四剪剪：N/2N/3N/3N/3N/2第79页/共127页第八十页，共12

53、8页。（三）普通螺栓群抗剪连接（三）普通螺栓群抗剪连接(linji)(linji)计算计算1 1、普通螺栓群轴心、普通螺栓群轴心(zhu xn)(zhu xn)力作用下抗剪计算力作用下抗剪计算 N/2Nl l1 1N/2平均值平均值螺栓的内力分布螺栓的内力分布 试验证明试验证明, ,栓群在轴力作栓群在轴力作用下各个用下各个(gg)(gg)螺栓的内力沿栓螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大群长度方向不均匀，两端大, ,中中间小。间小。 当当l l1 115d15d0 0(d(d0 0为孔径为孔径) )时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定时，连接进入弹塑

54、性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定N由各个螺栓均担。由各个螺栓均担。bNNnmin 所以，连接所需螺栓数为：所以，连接所需螺栓数为：第80页/共127页第八十一页，共128页。 当当l115d0(d0l115d0(d0为孔径为孔径) )时，连接进入弹塑性工作状态后，即使时，连接进入弹塑性工作状态后，即使内力重新分布内力重新分布, ,各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏各个螺栓内力也难以均匀，端部螺栓首先破坏(phui),(phui),然后依次破坏然后依次破坏(phui)(phui)。)353(1501 . 1601501010 dldld 时时：当当ECCS试验

55、曲线试验曲线8.88.8级级 M22M22我国规范我国规范1.00.750.50.25010 20 30 40 50 60 70 80l l1 1/d/d0 0平均值平均值长连接螺栓的内力分布长连接螺栓的内力分布7 .06001 时时：当当dl)363(min bNNn 故，连接所需栓数：故，连接所需栓数：由试验可得连接由试验可得连接(linji)(linji)的抗剪强度折减系数的抗剪强度折减系数与与l1/d0l1/d0的关系曲线。的关系曲线。第81页/共127页第八十二页，共128页。2 2、普通螺栓群偏心力作用、普通螺栓群偏心力作用(zuyng)(zuyng)下抗剪计算下抗剪计算F作用作用

56、(zuyng)下每个螺栓受力：下每个螺栓受力：FeFTTxyN1TN1TxN1Tyr11F1N1F)373(1 nFNFT作用下连接按弹性作用下连接按弹性(tnxng)设计，其假定为：设计，其假定为： （1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性(tnxng)； （2） T作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与作用下连接板件绕栓群形心转动，各螺栓剪力与其至形心距离呈线形关系，方向与ri垂直。垂直。第82页/共127页第八十三页，共128页。TxyN1TN1TxN1Tyr11 显然，显然，T T作用作用(zuyng)(zuyng)下下1 1号

57、螺栓所受剪力最大（号螺栓所受剪力最大（r1r1最大）。最大）。)383(2211 nnTTTrNrNrNT)393(332211 nnTTTTrNrNrNrN由假定由假定(jidng)(jidng)(2)(2)得得由式由式3-393-39得得: :)403(1131132112 nTnTTTTTrrNNrrNNrrNN；由力的平衡条件得：由力的平衡条件得：第83页/共127页第八十四页，共128页。TxyN1TN1TxN1Tyr11将式将式3-40代入式代入式3-38得得: : )413(12112222111 niiTnTrrNrrrrNT)423(112211211 niniiiniiTy

58、xrTrrTN)383(2211 nnTTTrNrNrNT)403(1131132112 nTnTTTTTrrNNrrNNrrNN；第84页/共127页第八十五页，共128页。将将N1TN1T沿坐标轴分解沿坐标轴分解(fnji)(fnji)得得: :)443()433(11221111122111122111112211 niniiininiiiTyniniiininiiiTxyxxTrxyxrTNyxyTryyxrTNTxyN1TN1TxN1Tyr11由此可得螺栓由此可得螺栓“1 1”的强度的强度(qingd)(qingd)验算公式为验算公式为: : )453 (min21121 bFTyT

59、xNNNN第85页/共127页第八十六页，共128页。 当螺栓布置比较狭长当螺栓布置比较狭长(xichng)(xichng)(如如y13x1)y13x1)时时, ,可进行如下简化计算：可进行如下简化计算：令令:xi=0:xi=0，则，则N1Ty=0N1Ty=0)463(121111211 niiniiTxyyTryyrTN2211min(347)bTxFNNNTxyN1TN1TxN1Tyr11第86页/共127页第八十七页，共128页。1 1、螺栓抗剪连接破坏形式？、螺栓抗剪连接破坏形式？2 2、如何进行普通螺栓群抗剪连接的验算？、如何进行普通螺栓群抗剪连接的验算？3 3、普通螺栓群在轴心力作

60、用下抗剪计算的步骤？、普通螺栓群在轴心力作用下抗剪计算的步骤？ 4 4、普通螺栓群在偏心力作用下抗剪计算的步骤？、普通螺栓群在偏心力作用下抗剪计算的步骤？第87页/共127页第八十八页，共128页。三、普通螺栓三、普通螺栓(lushun)的抗拉连接的抗拉连接（一）单个普通（一）单个普通(ptng)螺栓的抗拉承载力设计值螺栓的抗拉承载力设计值 4834 btebtebtfdfAN 式中：式中：Ae-螺栓的有效截面螺栓的有效截面(jimin)面积；附表面积；附表8.1 de-螺栓的有效直径；螺栓的有效直径； ftb-螺栓的抗拉强度设计值。附表螺栓的抗拉强度设计值。附表1.3N螺栓的作用力与杆轴螺栓

61、的作用力与杆轴平行，被连接件有脱平行，被连接件有脱开的趋势开的趋势第88页/共127页第八十九页，共128页。dedndmd公式公式(gngsh)的两点说明：的两点说明：（1）螺栓的有效）螺栓的有效(yuxio)截面面积截面面积 因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效因栓杆上的螺纹为斜方向的，所以公式取的是有效(yuxio)直径直径de而不是净直径而不是净直径dn，现行国家标准取：，现行国家标准取：)493()(32413 螺螺距距ttdde第89页/共127页第九十页，共128页。（2 2）螺栓）螺栓(lushun)(lushun)的抗拉强度设计值的抗拉强度设计值ftbftb的取值的取

62、值为什么为什么f ft tb b不等于？不等于？当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用），使螺杆中的拉力当连接板件发生变形时，螺栓有被撬开的趋势（杠杆作用），使螺杆中的拉力(ll)(ll)（NtNt）增加（撬力）增加（撬力Q Q）)503(22 QNNt规范规范(gufn)规定：规定：ftb=0.8f第90页/共127页第九十一页，共128页。 在构造上可以在构造上可以(ky)通过加强连接件的刚度的方法，来减小撬力影响，如设加劲肋通过加强连接件的刚度的方法，来减小撬力影响，如设加劲肋单击播放单击播放(b fn)第91页/共127页第九十二页，共128页。( (二）普通螺栓二）普通螺

63、栓(lushun)(lushun)群的轴心受拉设计群的轴心受拉设计 一般假定每个螺栓均匀受力，因此一般假定每个螺栓均匀受力，因此(ync)(ync)，连接所需的螺栓数为：，连接所需的螺栓数为：)513( btNNnN验算验算(yn sun)：1btNNNn一个螺栓受力一个螺栓受力1：第92页/共127页第九十三页，共128页。( (三）普通三）普通(ptng)(ptng)螺栓群在弯矩作用下螺栓群在弯矩作用下M刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为： （1）连接板

64、件绝对）连接板件绝对(judu)刚性，螺栓为弹性；刚性，螺栓为弹性； （2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各 螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。第93页/共127页第九十四页，共128页。显然显然(xinrn)1(xinrn)1号螺栓在号螺栓在M M作用下所受拉力最大作用下所受拉力最大)533(2211 nnyNyNyNM由力学及假定可得：由力学及假定可得：)523(332211 nnyNyNyNyNM刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)M1 2 3 4受压区受压区y1y2y3N1N2N3N4中和轴中和轴第

65、94页/共127页第九十五页，共128页。由式由式3-52得得: :将式将式3-54代入式代入式3-53得得: :)543(1131132112 nnyyNNyyNNyyNN； )553(12112222111 niinyyNyyyyNM)563(1211 niiyyMN)533(2211 nnyNyNyNM)523(332211 nnyNyNyNyN第95页/共127页第九十六页，共128页。因此，设计时只要满足下式，即可：因此，设计时只要满足下式，即可：)573(1 btNN( (五）五） 普通螺栓群在偏心拉力普通螺栓群在偏心拉力(ll)(ll)作用下作用下刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)

66、Fe1 2 3 4FMN1Fy1y2中和中和轴轴y1y2NmaxN2N3NminM=Fey1y2N1MN2MN3M中和中和轴轴N4My1y2eF第96页/共127页第九十七页，共128页。y1y2中和中和轴轴y1y2NmaxN2N3Nmin21max21min/iiN nNeyyN nNeyyNNN1Fy1y2N1MN2MN3M中和中和轴轴N4My1y2e21min/0iN nNeyyN21iyeny全部全部(qunb)螺栓受拉：螺栓受拉：第97页/共127页第九十八页，共128页。刨平顶紧刨平顶紧承托承托(板板)e1 2 3 4MM=ey1y2y3N1N2N3中和中和轴轴e大偏心大偏心(pinxn)受拉受拉为小偏心为小偏心(pinxn)受拉受拉maxbtNN21iyeny若若21iyeny当当为大偏心为大偏心(pinxn)受拉受拉中和轴取为最下排螺栓处中和轴取为最下排螺栓处中和轴取为螺栓群的形心中和轴取为螺栓群的形心第98页/共127页第九十九页，共128页。大偏心受拉计算：大偏心受拉计算：中和轴取为最下排螺栓处中和轴取为最下排螺栓处121btiNe yNNy M=ey1y2y3N1