第3章-钢结构的连接.ppt

①焊缝的纵向收缩：使焊件有反向弯曲变形的趋势，而实际又不能分开，于是导致两焊件在焊缝处中间产生横向拉应力，两端则产生压应力； 由以下两部分收缩力所引起 （2）横向焊接残余应力 ②施焊先后约束影响：焊接时先焊焊缝已凝固，会阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性压缩变形。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，而先焊焊缝产生横向压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生横向拉应力。 第九十五页，编辑于星期三：二十点 分。 （3）沿厚度方向的焊接残余应力 σx σy σz 图3.5.3 焊缝的纵向收缩 施焊先后约束影响 横向焊接残余应力 图3.5.2 第九十六页，编辑于星期三：二十点 分。 ① 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，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形。 ②焊缝冷却成形时，与空气接触的焊缝表面先冷却结硬，中间部分后冷却，沿厚度方向的收缩受到外面已冷却焊缝的约束，因而在焊缝内部形成沿厚度方向的拉应力，外部为压应力。 当钢材厚度t≤20mm时,厚度方向焊接应力较小,可忽略;但t≥50mm时,厚度方向焊接应力可达50N／mm2 如果纵、横、厚三个方向的焊接应力在焊缝某区域形成三向拉应力场，将大大降低焊缝的塑性。 第九十七页，编辑于星期三：二十点 分。 3.5.2 焊接应力对结构性能的影响 1、对结构静力强度的影响 因焊接残余应力自相平衡，故： 当板件全截面达到fy，即N=Ny时： 因此：焊接残余应力对结构的静力强度无影响。 B fy 面积=A t N=0 Ac 2 Ac 2 Ac N N b fy a b c d f e fy N=Ny σ=N/Bt 无残余应力 有残余 应力 △σ △e ε 图3.5.4 第九十八页，编辑于星期三：二十点 分。 2、对结构刚度的影响 当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应力已经达到fy ，故该部分刚度为零（已屈服），这时在N作用下应变增量为： 当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为： 因此：存在焊接残余应力将使结构变形增大，即降低了结构的刚度。 以上图轴心受拉杆件为例： △ε1 △ε2 显然： 第九十九页，编辑于星期三：二十点 分。 3、对压杆稳定承载力的影响 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。 5、对疲劳强度的影响 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，阻碍塑性的发展，使裂缝容易发生和发展，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。 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。 三向焊接残余应力 σx σz σy 第一百页，编辑于星期三：二十点 分。 3.5.3 焊接变形 1、焊接残余变形的种类 在焊接过程中，由于不均匀加热和冷却收缩，势必使构件产生局部鼓曲、 歪曲、弯曲或扭转等。焊接变形的基本形式有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。实际的焊接变形常常是几种变形的组合。 纵向及横向收缩 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形 图3.5.5 第一百零一页，编辑于星期三：二十点 分。 2、焊接变形对结构性能的影响 ①焊接变形若超出验收规范规定，需花许多工时去矫正； ②影响构件的尺寸和外形美观，还可能降低结构的承载 力，引起事故。 3.5.4 减小焊接应力和焊接变形的措施 1. 设计方面的措施 推荐 不推荐 推荐 不推荐 （1）合理安排焊缝的位置 （对称布置焊缝可减小焊接变形） 第一百零二页，编辑于星期三：二十点 分。 （4）尽量避免母材在厚度方向的收缩应力 （2）合理的选择焊缝的尺寸和形式 （3）尽量避免焊缝的过分集中和交叉 推荐 不推荐 推荐 不推荐 切角 推荐 不推荐 易引起层状撕裂 第一百零三页，编辑于星期三：二十点 分。 2、工艺上的措施 （1）采用合理的施焊顺序 分块拼接 1 2 3 4 5 分段退焊 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 8 7 7 8 6 6 I II III 对角跳焊 1 2 3 4 沿厚度分层焊 III II I 图3.5.6 第一百零四页，编辑于星期三：二十点 分。 （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 焊前反变形 图3.5.7 第一百零五页，编辑于星期三：二十点 分。 第3.6节 螺栓连接的构造 1. 螺栓的种类 2. 螺栓的排列3