钢结构焊接和计算

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）a200mm4.3.1.1、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wtwfWMmax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wvwwftIVSmax4.3.1.2对接焊缝的计算(2)同时受弯、受剪的对接焊缝计算公式wtf1.1321212）工字形截面wtwfWMmaxwvwwftIVSmax4.3.1.2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tlNwwtfRkNN14004.14002.17002/185mmNfwt23/1.204]14)10500/[(101400/mmNtlNw22/215/185mmNfmmNfwt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（tg1.5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(mmIW366max10616.5516/102898mmyI3611110032.250816250mmyASw362610282.32/5001010032.2mmSw2266/185/6.183)10616.5/(102.1031mmNfmmNWMwtw22463/125/5.25)10102898/(10282.310225mmNfmmNtIVSwvWW3．先考虑翼缘和腹板都用直焊缝拼接，验算其强度：26611/9.177)102898/(500102.1031mmNIMyW266311/8.15)10102898/(10032.210225mmNtIVSWW22222121/5.2031851.11.1/0.1808.1539.1773mmNfmmNwtcq3．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（6001200）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:212.15.1thtft1___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：wexflhN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2f2f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//22wfffff3)2(3)2(222所以:wffff22)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。ffwffwlwfffff22则：f4.3.2.2、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）fwffwefflhN正应力：wfffff224.3.2.2、角焊缝的强度和基本计算公式fwfwefflhN（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：wfffff224.3.2.2、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：wfffff224.3.2.2、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：wfwefflhN①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：wffwefflhN③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：wffewNfhl2111sin3f④当采用侧面角焊缝连接角钢时：l两面侧焊：NKeeNeN12121NKeeNeN22112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：wffwfflhN337.0223132121NNKNeeNeN223232112NNKNeeNeN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-N3wffwfflhN337.0NKN232•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：wfVAfNAMAf22)()()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；PxTAITrPyTAITr)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wfNATAfVATAf22)()(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；PxTAITrPyTAITr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：)7.0(wfWVAlhVAV在剪力V作用下的应力22()()TVTwAAAfff360400180180570801208010920kN920kN66400920kN36066920kN1027081481488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