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4.3钢结构连接计算和构造4.3.1对接焊缝的构造和计算4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.3普通螺栓连接的受力性能和计算4.3.4高强度螺栓连接的受力性能和计算4.3.1对接焊缝的构造和计算4.3.1.1、对接焊缝的构造要求(1)对接焊缝按坡口形式分:1)工字型:焊件厚度t很小(t≤10mm)2)带钝边单边V形缝或Y形缝:焊件厚度t(t=10~20mm)3)带钝边U形缝、带钝边双单边V形缝(K形缝)或双Y形缝(X形缝):焊件厚度t较厚(t20mm)(2)当两焊件宽度或厚度不同时焊缝处理(3)交叉焊(十字、T形)a200mm4.3.1.1、对接焊缝的构造要求4.3.1.2对接焊缝的计算(1)轴心受力的对接焊缝计算公式:式中:N——轴心拉力或压力的设计值lw——焊缝计算长度。有引弧板,lw=l;无引弧板,lw=l-10mmt——在对接连接中为连接件的较小厚度;在T形连接中为腹板厚度;fcw、ftw——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。wcwtwfftlN或4.3.1.2对接焊缝的计算(1)轴心受力的对接焊缝计算公式:式中:Ww——焊缝截面的抵抗矩Iw——焊缝截面对其中和轴的惯性矩Sw——焊缝截面在计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩fvw——对接焊缝的抗剪强度设计值wtwfWMmax正应力(2)同时受弯、受剪的对接焊缝计算公式1)矩形截面剪应力wvwwftIVSmax4.3.1.2对接焊缝的计算(2)同时受弯、受剪的对接焊缝计算公式wtf1.1321212)工字形截面wtwfWMmaxwvwwftIVSmax4.3.1.2对接焊缝的计算例1:设计500×14钢板的对接焊缝连接。钢板承受轴向拉力,其中恒荷载和活荷载标准值引起的轴心拉力值分别为700kN和400kN,相应的荷载分项系数为1.2和1.4。已知钢材为Q235-B.F(A3F),采用E43型焊条手工电弧焊,三级质量标准,施焊时未用引弧板。解tlNwwtfRkNN14004.14002.17002/185mmNfwt23/1.204]14)10500/[(101400/mmNtlNw22/215/185mmNfmmNfwt但思路:效应S抗力R(即S=)1.焊缝承受的轴心拉力设计值为:2.三级对接焊缝抗拉强度设计值3.先考虑用直焊缝验算其强度直焊缝强度不够,故应采用斜焊缝。按照(tg1.5即560)的要求布置斜焊缝。例2:8m跨度简支梁的截面和荷载(设计值,包括梁自重),拟在离支座2.5m处做翼缘和腹板的工厂拼接,试设计其拼接对接焊缝。已知钢材为Q235-B.F(A3F),采用E43型焊条手工电弧焊,三级质量标准,用引弧板施焊。解kNmqabM2.10312/)5.28(5.21502/kNalqV225)5.22/8(150)2/(思路:首先分析此对接焊缝的受力情况为受弯和受剪,再对最不利点进行强度验算1.离支座2.5m处的内力(设计值)为2.计算梁截面参数:463310289812/)10002401032250(mmIW366max10616.5516/102898mmyI3611110032.250816250mmyASw362610282.32/5001010032.2mmSw2266/185/6.183)10616.5/(102.1031mmNfmmNWMwtw22463/125/5.25)10102898/(10282.310225mmNfmmNtIVSwvWW3.先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接,验算其强度:26611/9.177)102898/(500102.1031mmNIMyW266311/8.15)10102898/(10032.210225mmNtIVSWW22222121/5.2031851.11.1/0.1808.1539.1773mmNfmmNwtcq3.先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接,验算其强度:一、角焊缝的分类:(1)按夹角分:斜角角焊缝(6001200)直角角焊缝(=900);4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.1、角焊缝的构造4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.1、角焊缝的构造(2)按受力:侧面角焊缝(平行于作用力方向)正面角焊缝(垂直于作用力方向)斜向角焊缝(与作用力方向斜交)二、角焊缝的尺寸限制:(1)焊脚尺寸的限制:212.15.1thtft1___较厚焊件厚度(mm),t2___较薄焊件厚度(mm),hf__焊缝尺寸4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.1、角焊缝的构造①自动焊:hf=hfmin-1(mm);②T形连接的单面角焊缝:hf=hfmin+1(mm);③当t4mm时,hfmin=t(mm);④当t≤6mm时,hfmax≤t(mm);当t6mm时,hfmax=t-(1~2)(mm);4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.1、角焊缝的构造(2)焊缝长度的限制8hf(40mm)≤lw≤40hf(动力荷载作用下侧向角焊缝)60hf(静力荷载作用下侧向角焊缝)若内力沿侧向角焊缝全长分布,其计算长度不受限制4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.1、角焊缝的构造(3)当板件仅用两条侧向角焊缝连接时,lw≥bb16t(t12mm)或b200mm(t≤12mm)[t为较薄焊件厚度]4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.1、角焊缝的构造(4)搭接连接中,搭接长度≥5t[t为较薄焊件厚度]且≥25mm4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.1、角焊缝的构造一、角焊缝的应力状态和强度在轴心力N作用下,侧面角焊缝主要承受剪应力(1)侧面角焊缝4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式在轴心力N作用下,正面角焊缝主要承受正应力、剪应力(2)正面角焊缝4.3.2角焊缝的构造和计算一、角焊缝的应力状态和强度4.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式二、角焊缝强度条件的一般表达式(1)在垂直于焊缝长度方向的轴心力Nx作用下产生的应力:wexflhN4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式2f2f将其分解为垂直于焊缝有效截面的正应力σ⊥和垂直于焊缝长度方向的剪应力τ⊥,即:4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式weyflhN//(2)在平行于焊缝长度方向的轴心力Ny作用下,按焊缝有效截面计算的剪应力τ∥:4.3.2角焊缝的构造和计算4.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式(3)在σ⊥、τ⊥和τ∥综合作用下,角焊缝处于复杂应力状态,按强度理论其不破坏的强度条件为:wff332//22wfffff3)2(3)2(222所以:wffff22)22.1(4.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式令——正面角焊缝的强度设计值增大系数;=1.22对承受静力荷载和间接动力荷载直角角焊缝;=1.0对承受直接动力荷载的正面直角角焊缝;侧面直角角焊缝和斜角角焊缝;——角焊缝的强度设计值;——两焊件间角焊缝计算长度总和。每条焊缝实际长度-10mm;对圆孔或槽孔内的焊缝,取有效厚度中心线实际长度。ffwffwlwfffff22则:f4.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式(1)只有垂直于焊缝长度方向的轴心力作用时:(=0正面角焊缝受力)fwffwefflhN正应力:wfffff224.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式fwfwefflhN(2)只有平行于焊缝长度方向的轴心力作用时:(=0侧面角焊缝受力)剪应力:wfffff224.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式(3)平行和垂直焊缝长度的轴心力同时作用于焊缝时:wfffff224.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式4.3.2.3轴心力、弯距和扭矩单独作用时的角焊缝的计算(1)轴心力(拉力、压力、剪力)单独作用时:wfwefflhN①当外力平行焊缝长度方向时:②当外力垂直焊缝长度方向时:wffwefflhN③当外力方向与焊缝长度方向呈夹角时:4.3.2.3轴心力、弯距和扭矩单独作用时的角焊缝的计算(1)轴心力(拉力、压力、剪力)单独作用时:wffewNfhl2111sin3f④当采用侧面角焊缝连接角钢时:l两面侧焊:NKeeNeN12121NKeeNeN22112角钢肢背焊缝内力:角钢肢尖焊缝内力:4.3.2.3轴心力、弯距和扭矩单独作用时的角焊缝的计算(1)轴心力(拉力、压力、剪力)单独作用时:4.3.2.3轴心力、弯距和扭矩单独作用时的角焊缝的计算(1)轴心力(拉力、压力、剪力)单独作用时:④当采用侧面角焊缝连接角钢时:l三面围焊:wffwfflhN337.0223132121NNKNeeNeN223232112NNKNeeNeN角钢肢尖焊缝内力:角钢正面角焊缝内力:角钢肢背焊缝内力:4.3.2.3轴心力、弯距和扭矩单独作用时的角焊缝的计算(1)轴心力(拉力、压力、剪力)单独作用时:角钢肢背焊缝内力:N1=N-N3wffwfflhN337.0NKN232•L形焊缝:正面角焊缝内力:4.3.2.3轴心力、弯距和扭矩单独作用时的角焊缝的计算(1)轴心力(拉力、压力、剪力)单独作用时:4.3.2.4在轴心力、弯距和剪力共同作用下的T形连接的角焊缝计算:wfVAfNAMAf22)()()7.02(62wfWMAlhMWM)7.02(wfWNAlhNAN)7.02(wfWVAlhVAV在弯距M作用下的应力在轴力N作用下的应力在剪力V作用下的应力4.3.2.5在轴心力、扭距和剪力共同作用下的搭接连接的角焊缝计算:在扭距T作用下的应力在扭距T作用下A点应力分解到x轴和y轴上的分应力;PxTAITrPyTAITr)7.0(wfWNAlhNAN)7.0(wfWVAlhVAV在轴力N作用下的应力在剪力V作用下的应力wfNATAfVATAf22)()(4.3.2.5在轴心力、扭距和剪力共同作用下的搭接连接的角焊缝计算:4.3.2.5在扭距和剪力共同作用下的搭接连接的角焊缝计算:在扭距T作用下的应力在扭距T作用下A点应力分解到x轴和y轴上的分应力;PxTAITrPyTAITr4.3.2.5在轴心力、扭距和剪力共同作用下的搭接连接的角焊缝计算:)7.0(wfWVAlhVAV在剪力V作用下的应力22()()TVTwAAAfff360400180180570801208010920kN920kN66400920kN36066920kN1027081481488例1:如图所示拼接板的平接连接,若主板截面为14×400mm,承受轴心力设计值N=920KN(静力荷载),钢材为Q235,采用E43型系列焊条,手工焊。试设计拼接板尺寸,两方案(a)用侧面角焊缝;(b)用三面围焊。解(1)拼接板截面选择根据拼接板和主板承载能力相等原则,拼接板钢材亦采用Q235,两块拼接板截面面积之和应不小于主板截面面积。关键:分析角焊缝的受力拼接板厚度:t1=40×1.4/(2×36)=0.78cm,取8mm,故每块拼接板截面为8×360mm考虑拼接板要侧面施焊,取拼接板宽度为360mm(主板和拼接板宽度差略大于2hf)。(2)焊缝设计:直角角焊缝的强度设计值为ftw=160N/mm2。设hf=6mmmmthf6.514
本文标题:钢结构焊接和计算
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