3.钢结构的连接-焊缝解析.ppt

二、焊接残余应力 1、焊接残余应力的分类 A、纵向焊接残余应力—沿焊缝长度方向; B、横向焊接残余应力—垂直于焊缝长度方向; C、沿厚度方向的焊接残余应力。 （2）横向焊接残余应力 产生的原因: 1、焊缝的纵向收缩引起横向应力： 二、焊接残余应力对结构性能的影响 1、对结构静力强度的影响 2、对结构刚度的影响 B、当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为： 因为B-bB，所以△ε1 △ε2。 4、对低温冷脆的影响 对于厚板或交叉焊缝，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。 所以，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。 四、减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法（自学） 1、设计上的措施； （1）焊接位置的合理安排 （2）焊缝尺寸要适当 （3）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 （5）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 （1）采用合理的施焊顺序 （2）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 结论： 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。 3、降低压杆的稳定承载力 f + - - b fy N N + - - fy f N N b B t 如图，残余压应力区不能承压，仅拉应力区bt部分参加工作，有效截面和有效惯性矩减小了。 ∴降低 Ncr 。 5、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钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。 焊接残余变形 三、焊接残余变形 纵向收缩 横向收缩 弯曲变形 角变形 扭曲变形 靠合理设计、合理制造和合理的焊接工艺来减小。 ④肢尖焊缝承担的力N2 ⑤肢尖焊缝长度 2、N、M、V共同作用下 ① 承受偏心斜向力的角焊缝连接计算 σNx σM τNy he he t 例：图示焊接连接，焊缝焊脚尺寸hf＝10mm，ffw=160N/mm2，此连接受静载作用，求此连接能承受的最大荷载P? 解：将力向焊缝群形心简化 P M Nx Ny P M Nx Ny 焊缝最上边缘为最危险点： 解得： 故最大承载力为237.4kN。 ② 工字型截面梁(牛腿)角焊缝连接计算 h1 σf1 σf2 τf a：对于翼缘焊缝最外边缘： 式中：Iw—全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩； h1—上下翼缘焊缝最外侧间的距离。 x x h2 h1 M e F V M 第一种方法假定：剪力由腹板焊缝承担，弯矩由全部焊缝承担 b：对于腹板焊缝： 式中：lw2—腹板焊缝的实际长度； h1 σf1 σf2 τf x x h2 h1 M V M 腹板焊缝既承受垂直于焊缝长度方向的正应力又承受平行于焊缝长度方向的剪应力。 a：翼缘焊缝： 第二种方法假定：剪力由腹板焊缝承担，弯矩由翼缘焊缝承担。 M V M 弯矩M可转化为一对水平力H=M/h b：腹板焊缝： 式中：he1lw1— 一个翼缘上角焊缝的有效截面积； 2he2lw2— 两条腹板焊缝的有效截面积。 x x h h2 h1 ③ T形截面牛腿角焊缝连接计算 计算时忽略绕角部分，认为焊缝端部无缺陷，即认为焊缝缺陷在绕角部分。 ③ T形截面牛腿角焊缝连接计算 计算时通常假定：剪力由腹板焊缝承担，弯矩由全部焊缝承担 例:设计如图所示牛腿与柱连接的角焊缝，焊脚尺寸hf=10mm，钢材Q235－B?F，手工焊、E43焊条，荷载的设计值P＝250kN(静载)，e=200mm。 计算时忽略绕角部分，认为焊缝端部无缺陷，即认为焊缝缺陷在绕角部分。 解： 将P移至焊缝群形心上 V=250 kN M=Pe=5×107 N?mm ① 确定中和轴的位置 ② 应力计算 剪应力由腹板上的两条竖焊缝承受，且均匀分布。 最下边缘为最危险点： 小，忽略 满足要求，安全。 §3.4 焊接残余应力和焊接残余变形 一、焊接残余应力和焊接残余变形的现象和成因 焊件在焊接时产生的变形△1，称热变形，产生的应力称热应力。 焊件冷却后产生的变形△2 ，称焊接残余变形，此时焊件中的应力称焊接残余应力。 刚焊好 焊好冷却后 得到概念： 在施焊过程中，焊件局部区域加热熔化，随后又冷却凝固，由于这不均匀的温度场导致焊件不均匀的膨胀和收缩，产生应力和变形，残存于焊件内部，即称为焊接残余应力和焊接残余变形。 + - - 500oC 800oC 300oC 300oC 500oC 800oC