《钢结构的连接》PPT课件.ppt

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1、第第第第三三三三章章章章大纲要求大纲要求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性能，了解焊接连接的工作性能，掌握焊接连接的计算掌握焊接连接的计算方法及构造要求；方法及构造要求；3.3.理解理解焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构焊接应力和焊接变形产生的原因及其对结构工作的影响；工作的影响；4.4.了解螺栓连接的工作性能，了解螺栓连接的工作性能，掌握螺栓连接的计算掌握螺栓连接的计算和构造要求。和构造要求。一、一、焊缝连接焊缝连接 3.13.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法对接焊缝连接对接焊缝连接优点：不削弱截面，方便施工，连接

2、刚度大；优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质缺点：材质易脆易脆易脆易脆，存在残余应力，对裂纹敏感，存在残余应力，对裂纹敏感，低温冷脆。低温冷脆。角焊缝连接角焊缝连接三、螺栓连接三、螺栓连接 优点：连接刚度大，传力可靠；优点：连接刚度大，传力可靠；分为：分为：普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接二、铆钉连接二、铆钉连接N缺点：对施工技术要求很高，缺点：对施工技术要求很高，劳动强度大，施工条件差，劳动强度大，施工条件差，施施工速度慢。工速度慢。普通螺栓连接：普通螺栓连接：分为分为A、B、C三级。三级。A级与级与B级为精级为精制螺接，制螺接，c级为组制螺栓。级为组制螺

3、栓。高强度螺栓连接高强度螺栓连接：两种方法工艺相同，但计算不同。两种方法工艺相同，但计算不同。摩擦型连接：摩擦型连接：摩擦型连接：摩擦型连接：依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接依靠摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩接力作为设计准则。触面摩接力作为设计准则。摩擦型剪切变形小，弹性性能好，施工较简单，可摩擦型剪切变形小，弹性性能好，施工较简单，可拆卸，耐疲劳，拆卸，耐疲劳，特别适用于承受动力荷裁的结构特别适用于承受动力荷裁的结构特别适用于承受动力荷裁的结构特别适用于承受动力荷裁的结构 承压型承载力高于摩擦型，连接紧凑，但剪切变形承压型承载力高于摩擦型，连接紧凑，但剪切变形大，故大，故不得用于承受

4、动力荷裁的结构中不得用于承受动力荷裁的结构中不得用于承受动力荷裁的结构中不得用于承受动力荷裁的结构中。承压型连接：承压型连接：承压型连接：承压型连接：允许接触面滑移，以连接达到破坏的极允许接触面滑移，以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则限承载力作为设计准则.一、钢结构常用焊接方法一、钢结构常用焊接方法1.1.手工电弧焊手工电弧焊A、焊条的选择：、焊条的选择：焊条应与焊件焊条应与焊件钢材相适应。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

5、保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧Q390Q390、Q420Q420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)B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E焊条焊条(Electrode)第第1 1、2 2位数字为熔融金属的最小抗拉强度位数字为熔融金属的最小抗拉强度（N/mm2)第第3 3、4 4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条

6、。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)C C、优、缺点、优、缺点2.2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）、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自动焊A A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。B B、优、缺点：、优、缺点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强

7、度低，优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。焊接质量好。缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。送送丝丝器器机机器器3.3.气体保护焊气体保护焊优、缺点：优、缺点：优点：焊接速度快，焊接质优点：焊接速度快，焊接质量好。量好。缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。二、焊接连接形式和焊缝形式二、焊接连接形式和焊缝形式1.1.焊接连接形式焊接连接形式搭接搭接角角部部连连接接T形连接形连接对接对接2.2.焊缝形式焊缝形式（1）对接焊缝）对接焊缝正正对接焊缝对接焊缝（2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝3.3.焊缝位置焊缝位

8、置三、焊缝缺陷及焊缝质量检查三、焊缝缺陷及焊缝质量检查1.1.焊缝缺陷焊缝缺陷2.2.焊缝质量检查焊缝质量检查外观检查：外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。检验内部缺陷。内部检验主要采用内部检验主要采用超声超声 波波，有时还用磁粉检验，有时还用磁粉检验 荧光检验等辅助检验方荧光检验等辅助检验方法。还可以采用法。还可以采用X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。钢结构工程施工及验收规范钢结构工程施工及验收规范规定：规定：焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。和三级。三级焊缝

9、只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；三级质量标准；一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊缝）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：质量等级的选用有如下规定：(1)(1)需要进行需要进行疲劳计算疲劳计算疲劳计算疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。的横向对接焊缝受拉时应为一级，受

10、压时应为二级。3.3.焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用(2)(2)在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。（）重级工作制和起重量（）重级工作制和起重量 的中级工作的中级工作制吊车梁的腹板与制吊车梁的腹板与上翼缘板上翼缘板之间以及吊车桁架之间以及吊车桁架上弦杆上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。不应低于二级。（）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷（）角焊缝质量等级一般为三级

11、，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。4.4.焊缝、螺栓及孔眼图例焊缝、螺栓及孔眼图例hehfhf普通式普通式hehf1.5hf平坡式平坡式1 1、角焊缝的形式、角焊缝的形式:一、角焊缝的形式和受力分析一、角焊缝的形式和受力分析3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构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（2）斜角角焊缝斜角角焊缝对于对于135135o o或或606mmt6mm时，时，h hf,maxf,max

12、t-(1t-(12)mm2)mm；hf ft t1 1t2 2、最小焊脚尺寸、最小焊脚尺寸hf,min 为了避免在焊缝金属中由于为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬冷却速度快而产生淬冷却速度快而产生淬冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂硬组织，导致母材开裂硬组织，导致母材开裂硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求应满足以下要求:式中式中:t t2-较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另另:对于埋弧自动焊对于埋弧自动焊hf,min可减去可减去1mm;对于对于T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,min应加上应加上1mm;当当t t24mm时时,hf,min=t=t23.3.侧面角焊缝的

13、最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性工作阶段侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均沿长度方向受力不均沿长度方向受力不均沿长度方向受力不均，两端大而中间小两端大而中间小两端大而中间小两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大焊缝长度越长，应力集中系数越大焊缝长度越长，应力集中系数越大焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，

14、故：注注注注：1 1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；2 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。4.4.侧面角焊缝的最小计算长度侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且严重且起落弧坑起落弧坑起落弧坑起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：定：5.搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求 当板件端部仅采

15、用两条侧面角焊缝连接时：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力 不均，规范规定：不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收、为了避免焊缝横向收 缩时引起板件的拱曲缩时引起板件的拱曲 太大，规范规定：太大，规范规定：t1t2bD.在在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度 的的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。C.当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2h2hf f的的绕绕 角焊角焊，且转角处必须连续施焊。，且转角处必须连续施焊。b2

16、hf ft1t2三、直角角焊缝的强度计算公式 1 1、试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部喉部，故通常将故通常将45454545o o o o截面作为计算截面截面作为计算截面截面作为计算截面截面作为计算截面，作用在该截面上的，作用在该截面上的应力如下图所示：应力如下图所示：hfhehh1h2dehelw wh-h-焊缝厚度、焊缝厚度、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2 2、实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难，实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难，为了简化计算，规范假定：为了简化计算，规范假定：焊缝在有效截

17、面处破坏焊缝在有效截面处破坏，且各应力分量满足以下且各应力分量满足以下折算应力折算应力公式公式:3 3、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，是缝强度设计值，是根据抗剪条根据抗剪条根据抗剪条根据抗剪条件件件件确定的故上式又可表达为：确定的故上式又可表达为：式中：式中：-焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度 helw w4 4、直角角焊缝的强度计算公式：直角角焊缝的强度计算公式：NNyNx f=fh he ellw w45O45Oh hf f将将3 33 3、3 34 4式，代入式，代入3 32 2式得：式得：式式3 35 5即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式即为，规范给

18、定的角焊缝强度计算通用公式f f正面角焊缝强度增大系数；正面角焊缝强度增大系数；静载时取静载时取1.221.22，动载时取，动载时取1.01.0。对于正面角焊缝，对于正面角焊缝，f f=0=0，由，由3 35 5式得：式得：对于侧面角焊缝，对于侧面角焊缝，f f=0=0，由，由3 35 5式得：式得：以上各式中：以上各式中：h he e=0.7h=0.7hf f；llw w角焊缝计算长度，考虑角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷起灭弧缺陷起灭弧缺陷起灭弧缺陷时，每条焊缝取其时，每条焊缝取其实际长度减去实际长度减去实际长度减去实际长度减去2h2h2h2hf f f f。四、各种受力状态下的直角角焊缝连

19、接计算四、各种受力状态下的直角角焊缝连接计算1 1、轴心力作用下、轴心力作用下(1)(1)(1)(1)轴心力作用下的盖板对接连接轴心力作用下的盖板对接连接轴心力作用下的盖板对接连接轴心力作用下的盖板对接连接:A A、仅采用侧面角焊缝连接：仅采用侧面角焊缝连接：B B、采用三面围焊连接：、采用三面围焊连接：NNllw wllw w(2)(2)T形角焊缝连接形角焊缝连接N Nx xN Ny yN NN N代入式代入式3-53-5验算焊缝强度，即验算焊缝强度，即:(3)(3)角钢角焊缝连接角钢角焊缝连接A A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得:故故:Ne1e

20、2bN1N2xxllw1w1llw2w2对于校核问题对于校核问题:对于设计问题对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxllw1w1llw2w2B B、采用三面围焊采用三面围焊由力及力矩平衡得由力及力矩平衡得:余下的问题同情况余下的问题同情况A，即，即:Ne1e2bN1N2xxN3llw1w1llw2w2对于校核问题对于校核问题:对于设计问题对于设计问题:Ne1e2bN1N2xxN3llw1w1llw2w2C C、采用、采用L L形围焊形围焊代入下式代入下式3-203-20，3-213-21得得:对于设计问题对于设计问题:Ne1e2bN1xxN3llw1w12 2、N、M、V共同作用下共同作用下(

21、1(1)偏心轴力作用下角焊缝强度计算偏心轴力作用下角焊缝强度计算NeNx xNy yMANxNxM MNyNyh he eh he et t注：弯矩作用方向，验算点的位置注：弯矩作用方向，验算点的位置(2)V、M共同作用下焊缝强度计算共同作用下焊缝强度计算h1fAfAfBfBf f对于对于A点：点：式中：式中：I Iw w全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；h h1 1两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注：验算点注：验算点A A、B B B B对于对于B点：点：强度验算公式：强度验算公式：式中：式中：h h2 2

22、、llw,2w,2腹板焊缝的计算长度；腹板焊缝的计算长度；h he,2e,2腹板焊缝截面有效高度。腹板焊缝截面有效高度。h1f1f1f2f2f fxxh h2BBAh1MVM五、斜角角焊缝的计算五、斜角角焊缝的计算1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b1 1b b2 2图图A1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b图图B1 1、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算，、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算，规范规定：对于两焊脚边夹角规范规定：对于两焊脚边夹角60o

23、135o的的 斜斜T T形连接，其形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相斜角角焊缝采用与直角角焊缝相 同的计算公式，同的计算公式，且统一取且统一取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hei由几何关系得其通式为：由几何关系得其通式为：式中：式中：1.5mmb、b1和和b25mm说明：说明：A.bA.b1和和b b21.5mm1.5mm时时,可取可取b b1、b b2=0=0B.bB.b1和和b b2 5mm 5mm时时,应如图应如图“B B”方式方式处处 理，且使理，且使b5mmb5mm。1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2

24、h he1e1b b1 1b b2 2图图A1 12 2h hf1f1h hf1f1h hf2f2h hf2f2h he2e2h he1e1b b图图B1 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，坡口形式与板厚板厚板厚板厚和和施工条件施工条件施工条件施工条件有关。有关。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U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。C

25、=0.52mm（a）C=23mm（b）C=23mm（C）p p（d）C=34mmp pC=34mmp p（e）C=34mmp p（f）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、对接焊缝的对接焊缝的起、灭弧点易出现缺陷起、灭弧点易出现缺陷起、灭弧点易出现缺陷起、灭弧点易出现缺陷，故一般用，故一般用引弧引弧引弧引弧板板板板引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条引出，焊完后将其切去；不能做引弧板时，每条焊缝的焊缝的计算长度等于实际长度减去计算长度等于实际长度减去计算长度等于实际长度减去计算长度等于实际长度减去2t2t2t2t1

26、 1 1 1，t t1 1较薄焊较薄焊件厚度；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，应做坡时，应做坡度不大于度不大于1:2.5(1:2.5(静载静载)或或1:4(1:4(动载动载)的斜角，以平缓的斜角，以平缓过度，过度，减小应力集中减小应力集中减小应力集中减小应力集中。1:2.51:2.5对接焊缝分为：对接焊缝分为：焊透焊透和和部分焊透部分焊透（自学）两种；（自学）两种；动荷载作用下动荷载作用下部分焊透部分焊透的对接焊缝不宜用做的对接焊缝不宜用做垂直受垂直受力方向力方向的连接焊缝；的连接焊缝；对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其对于静载作

27、用下的一级和二级对接焊缝其强度可视强度可视为与母材相同为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；，不与计算。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。件强度计算相同。二、对接焊缝的计算二、对接焊缝的计算NNt1 1、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；f ft tw w、f fc cw w 对接焊缝的对接焊缝的抗拉和抗压强度设计

28、值抗拉和抗压强度设计值抗拉和抗压强度设计值抗拉和抗压强度设计值。NNllw wtA 当当不满足不满足不满足不满足上式时，可采用斜对上式时，可采用斜对接焊缝连接如图接焊缝连接如图B。另另:当当tantan1.51.5时时,不用验算不用验算!NNtBNsinsinNcoscosllw w2、M、V共同作用下的对接焊缝计算共同作用下的对接焊缝计算llw wtAMV因焊缝截面为矩形，因焊缝截面为矩形，M、V共同作用下应力图为：共同作用下应力图为：故其强度计算公式为：故其强度计算公式为：式中：式中：W W W Ww w w w焊缝截面模量；焊缝截面模量；S S S Sw w w w-焊缝截面面积矩；焊缝

29、截面面积矩；I I I Iw w w w-焊缝截面惯性矩。焊缝截面惯性矩。（1 1）板件间对接连接）板件间对接连接）板件间对接连接）板件间对接连接注：注：注：注：1 1）不验算折算应力；不验算折算应力；不验算折算应力；不验算折算应力；2 2）剪应力剪应力剪应力剪应力 的计算的计算的计算的计算（2 2）工字形截面梁对接连接计算）工字形截面梁对接连接计算）工字形截面梁对接连接计算）工字形截面梁对接连接计算MV1焊缝截面焊缝截面A A、对于焊缝的、对于焊缝的maxmax和和maxmax应满足式应满足式3-29和和3-30要求；要求；max11maxB B、对于翼缘与腹板交接点焊缝、对于翼缘与腹板交接

30、点焊缝（1点）点），其，其折算应折算应折算应折算应 力力力力尚应满足下式要求：尚应满足下式要求：1.11.11.11.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。注：注：注：注：(1)(1)、(2)(2)区区区区别别别别35 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形一、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 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焊缝长度方向;B B、横向

31、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;C C、沿厚度方向的焊接残余应力。沿厚度方向的焊接残余应力。2 2、焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力产生的原因 （1 1）纵向焊接残余应力）纵向焊接残余应力 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达产生不均匀的温度场，焊缝处可达16001600o oC C，而邻近区域，而邻近区域温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀温度骤降。高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生小的钢材限制，产生热态塑性压缩热态塑性压缩，焊缝冷却时被，

32、焊缝冷却时被塑性塑性压缩压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力拉应力。+-500500o oC C800800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC C800800o oC C施施焊焊方方向向8cm64202468cm-+对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到达到屈服强度屈服强度。焊接残余应力是无荷载的焊接残余应力是无荷载的内应力内应力，故在焊件内自相，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力压应力。+-5005

33、00o oC C800800o oC C300300o oC C300300o oC C500500o oC C800800o oC C施施焊焊方方向向8cm64202468cm-+（2 2）横向焊接残余应力）横向焊接残余应力产生的原因产生的原因:1 1、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向、焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形弯曲变形的趋势，的趋势，导致两焊件在焊缝处导致两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压中部受拉，两端受压；2 2、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向、焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生膨胀，产生横向塑性压缩变形横向塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝冷却时，后焊

34、焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应力则产生拉应力；应力分布与施焊方向有关应力分布与施焊方向有关。以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力以上两种应力的组合即为，横向焊接残余应力。(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

35、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（3 3）沿厚度方向的焊接残余应力）沿厚度方向的焊接残余应力 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊，焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产生膨胀，产生塑性压缩变形塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因生压应力，因应力自相平衡

36、应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应，更远处焊缝则产生拉应力。因此，除了横向和纵向焊接残余应力力。因此，除了横向和纵向焊接残余应力x x,y y 外，外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力还存在沿厚度方向的焊接残余应力z z，这三种应力形，这三种应力形成同号成同号(受拉受拉)三向应力，大大三向应力，大大降低连接的塑性降低连接的塑性。-+-321x xy yz z二、焊接残余应力对结构性能的影响二、焊接残余应力对结构性能的影响1 1、对、对结构静力强度结构静力强度结构静力强度结构静力强度的影响的影响f f+-b bf fy y+-b bf fy yNyNy因焊接残余应力自相平衡，故：因焊接残余应力自相

37、平衡，故：当板件全截面达到当板件全截面达到fy，即，即N=Ny时：时：结论：结论：焊接残余应焊接残余应力力对结构的对结构的静力强度没静力强度没有影响。有影响。+-f fy yf fb bB Bt t2 2、对结构刚度的影响、对结构刚度的影响A、当焊接残余应力存在时，因截面的、当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应部分拉应力已经达到力已经达到fy，故该，故该部分刚度为零部分刚度为零（屈服），这时（屈服），这时在在N作用下应变增量为：作用下应变增量为：f f+-b bf fy yNN+-f fy yf fNNb bB Bt t因为因为B-bBB-b 2 2。结论：结论：焊接残余应力的存在增大了

38、结构的变形，即降低焊接残余应力的存在增大了结构的变形，即降低了结构的刚度。了结构的刚度。B、当截面上没有焊接残余应力时，在、当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增作用下应变增量为：量为：另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠另外，对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力（详见第五章）。对于厚板或交叉焊缝，将产生对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力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。限制了其塑性的发展，增加了钢材低温脆断倾向。所以，所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷

39、降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施脆性能的重要措施。3 3、对低温冷脆的影响、对低温冷脆的影响4 4、对疲劳强度的影响、对疲劳强度的影响 在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感敏感区域区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不有明显的不利影响利影响。三、焊接变形三、焊接变形 焊接变形包括：焊接变形包括：纵向收缩、纵向收缩、横向收缩横向收缩、弯曲变形弯曲变形、角变形角变形和和扭曲变形扭曲变形等，通

40、常是几种变形的组合。等，通常是几种变形的组合。四、减小焊接残余应力和焊接变形的措施四、减小焊接残余应力和焊接变形的措施1、设计上的措施设计上的措施；（1）焊接位置的合理安排）焊接位置的合理安排（2）焊缝尺寸要适当）焊缝尺寸要适当（3）焊缝数量要少，且不宜过分集中）焊缝数量要少，且不宜过分集中（4）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉）应尽量避免两条以上的焊缝垂直交叉（5）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力）应尽量避免母材在厚度方向的收缩应力2、加工工艺上的措施、加工工艺上的措施（1）采用合理的施焊顺序）采用合理的施焊顺序（2）采用反变形处理）采用反变形处理（3）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理

41、）小尺寸焊件，应焊前预热或焊后回火处理336 6 螺栓连接的构造螺栓连接的构造一、螺栓的种类一、螺栓的种类1.1.普通螺栓普通螺栓C级级-粗制螺栓，性能等级为粗制螺栓，性能等级为4.6或或4.8级；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，孔径类孔，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，性能等级为精制螺栓，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800N/mm800N/mm2 2,0.6或或0

42、.8表示表示f fy y/f/fu u=0.6=0.6或或0.80.8；类孔，孔径类孔，孔径(d(do o)-)-栓杆直径栓杆直径(d)(d)0.30.30.5mm0.5mm。按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。2.2.高强度螺栓高强度螺栓由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢加工而成，并经过热处理钢加工而成，并经过热处理45号8.8级；40B和20MnTiB10.9级 （a a）大六角头螺栓大六角头螺栓 （b b）扭剪型螺栓扭剪型螺栓扭剪型高强度螺栓扭剪型高强度螺栓二、螺栓的排列二、螺栓的排列1.1.并列并列简单

43、、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构简单、整齐、紧凑所用连接板尺寸小，但构 件截面削弱大；件截面削弱大；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2.2.错列错列排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截排列不紧凑，所用连接板尺寸大，但构件截 面削弱小；面削弱小；3.3.螺栓排列的要求螺栓排列的要求（1 1）受力要求）受力要求:垂直受力方向：垂直受力方向：为了防止螺栓应力集中相互影响、为了防止螺栓应力集中相互影响、截面削弱过多而降低承载力，截面削弱过多而降低承载力，螺栓的边距和端距不能螺栓的边距和端距不能太小；太小；顺力作用方向：顺力作用方向：为了防止板件被拉断或剪坏，

44、为了防止板件被拉断或剪坏，端距端距不能太小；不能太小；对于受压构件：对于受压构件：为防止连接板件发生鼓曲，为防止连接板件发生鼓曲，中距不中距不能太大。能太大。（2 2）构造要求；）构造要求；螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合不密，潮气侵入腐蚀钢材。不密，潮气侵入腐蚀钢材。（3 3）施工要求）施工要求 为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于为了便于扳手拧紧螺母，螺栓中距应不小于3d3do o。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。根据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距。三、螺栓连接的构造要求三、螺栓连接的构造要求为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点

45、或拼接接头一为了保证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一端不宜少于端不宜少于两个永久螺栓两个永久螺栓，但组合构件的缀条除外；，但组合构件的缀条除外；直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽双螺帽，或其他，或其他措施以防螺帽松动；措施以防螺帽松动；C C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，以下情况可用于抗剪连接：于抗剪连接：1 1、承受静载或间接动载的次要连接；、承受静载或间接动载的次要连接；2 2、承受静载的可拆卸结构连接；、承受静载的可拆卸结构连接；3 3、临时固定构件的安装连接。、临时固定构件的安装连接。型钢

46、构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密，应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件；337 7 普通螺栓连接计算普通螺栓连接计算一、螺栓连接的受力形式一、螺栓连接的受力形式FNFA 只受剪力只受剪力B 只受拉力只受拉力C 剪力和剪力和拉力拉力共同作用共同作用？弯矩？弯矩？弯矩？弯矩 二、普通螺栓抗剪连接二、普通螺栓抗剪连接（一）工作性能和破坏形式（一）工作性能和破坏形式 1.1.工作性能工作性能 对图示螺栓连接做对图示螺栓连接做抗剪试验抗剪试验抗剪试验抗剪试验,即即可得到板件上可得到板件上a、b两点相对位移两点

47、相对位移和作用力和作用力N的关系曲线的关系曲线,该曲线该曲线清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四个阶段个阶段,即：即：(1)(1)摩擦传力的弹性阶段摩擦传力的弹性阶段(0(01 1段段)直线段直线段连接处于弹性状态；连接处于弹性状态；该阶段较短该阶段较短摩擦力较小。摩擦力较小。NO1234NNabNN/2N/2 (2)(2)滑移阶段滑移阶段(1(12 2段段)克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大克服摩擦力后，板件间突然发生水平滑移，最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平滑移量为栓孔和栓杆间的距离，表现在曲线上为水平段。段。NO1234abNN/2N/2 (

48、3)(3)栓杆传力的弹性阶段栓杆传力的弹性阶段(2(23 3段段)该阶段主要靠栓杆与孔壁的该阶段主要靠栓杆与孔壁的接触传力。栓杆受剪力、拉力、接触传力。栓杆受剪力、拉力、弯矩作用，孔壁受挤压。由于材弯矩作用，孔壁受挤压。由于材料的弹性以及栓杆拉力增大所导料的弹性以及栓杆拉力增大所导致的板件间摩擦力的增大，致的板件间摩擦力的增大，N-N-关系以曲线状态上升。关系以曲线状态上升。(4)(4)弹塑性阶段弹塑性阶段(3(34 4段段)达到达到3后，即使给荷后，即使给荷载以很小的增量，连接的剪切载以很小的增量，连接的剪切变形迅速增大，直到连接破坏。变形迅速增大，直到连接破坏。4点（曲线的最高点）点（曲线

49、的最高点）即为普通螺栓抗剪连接的极限即为普通螺栓抗剪连接的极限承载力承载力Nu。NO1234abNN/2N/2Nu2.2.破坏形式破坏形式（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 以上破坏形式予以计算解决。以上破坏形式予以计算解决。N/2NN/2NNNN（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；端矩不应小于端矩过小时；端矩不应小于2d2dO ONN（5 5）栓杆弯曲破坏栓杆弯曲破坏 螺栓杆过长

50、；栓杆长度不应大于螺栓杆过长；栓杆长度不应大于5d5d这这两两种种破破坏坏构构造造解解决决N/2NN/2（二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值二）抗剪螺栓的单栓承载力设计值 由破坏形式知由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取抗剪螺栓的承载力取决于决于螺栓杆受剪螺栓杆受剪螺栓杆受剪螺栓杆受剪和和孔壁承压孔壁承压孔壁承压孔壁承压两种情况，两种情况，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；螺栓杆直径；fvb、fcb螺栓抗剪和孔壁承压强度设计值；螺栓抗剪和孔壁承压强度设计值；tt连接接头连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。一侧承压构件总厚度的较小值。单栓