第3章-连接-5钢结构.ppt

1、,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第3章 连 接Chapter 3 Connections,焊缝连接,螺栓连接,主要内容,钢结构的连接,对接焊缝的构造和计算,角焊缝的构造和计算,普通螺栓的构造和计算,高强度螺栓的构造和计算,角焊缝的构造,直角焊缝的基本计算公式,直角焊缝的计算（轴心力、复杂力）,斜角焊缝计算,当焊缝非轴心受力时，可以将外力作用分解为轴力、弯矩、剪力、扭矩等简单受力情况，分别求出具各自的焊缝应力，然后利用叠加原理，找出焊缝中受力最大的几个点进行验算。,2.复杂受力时角焊缝连接计算,3.3 角焊缝的构造和计算,3.3.3 角

2、焊缝的计算,（1）受弯矩M、剪力V、轴力N联合作用时角焊缝的计算T形连接,由轴心拉力Nx产生的应力：,由弯矩M产生的最大应力：,3.3 角焊缝的构造和计算,A点产生的平行于焊缝长度方向的应力：,A点控制应力最大为控制设计点,A点产生的应力由两部分组成：轴心拉力Nx和弯矩M产生的垂直于焊缝长度方向的正应力。直接叠加得：,代入角焊缝实用计算公式（3.3.6）：,3.3 角焊缝的构造和计算,（2）V、M共同作用下焊缝强度计算,对于1点：,假设：腹板焊缝承受全部剪力，全部焊缝承受弯矩,（3.3.21）,2点处：,式中：Iw全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩；h1两翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离,3.3

3、 角焊缝的构造和计算,工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘角焊缝的连接另一种计算方法是使焊缝传递应力近似与材料所承受应力相协调，即假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩M化为一对水平力H=M/h。,腹板焊缝的强度计算式：,翼缘焊缝的强度计算式：,V,3.3 角焊缝的构造和计算,（3）三面围焊受扭矩、剪力联合作用时角焊缝的计算搭接连接,图3.3.19 承受偏心力的三面围焊,将F向焊缝群形心简化得:轴心力 VF扭矩 T=Fe,故：该连接的设计控制点为A点和A点,计算时按弹性理论假定:被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心O旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直于该

4、点与形心的连线，且应力大小与连线长度r成正比。在轴心力V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。,3.3 角焊缝的构造和计算,T作用下A点应力:,Ip为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，Ip=Ix+IyIx，Iy焊缝计算截面对x、y轴的惯性矩；rx、ry为焊缝形心到焊缝验算点在x、y方向的距离。,轴力F产生的应力按均匀分布计算，A点应力:,A点垂直于焊缝长度方向的应力为:f，F，平行于焊缝长度方向的应力为:T,强度验算公式：,角焊缝计算步骤,确定荷载；进行截面应力状态分析；确定焊脚尺寸，计算截面几何特征值；强度验算。,3.3 角焊缝的构造和计算,（3.3.7）,（3.3.8）,端缝,侧缝,【解】,例3.1

5、0验算图示双面角焊缝连接的强度。已知连接承受动荷载，钢材为Q235BF，焊条为E43。,将外力F1，F2 移向焊缝形心O，得：,构造要求：,3.3 角焊缝的构造和计算,取hf=6mm,连接承受动力荷载：,强度满足要求,例3.11 如图所示钢板与工字形柱的角焊缝T形连接，hf8mm，钢板受斜向拉力F。钢材为Q235B钢，E43型焊条。求图中e=0和e=5cm时，两条角焊缝各能传递的静载设计值F。,1.焊缝有效截面的几何性质,焊缝的有效截面面积：,惯性矩：,【解】,焊缝的计算长度：,截面模量：,3.3 角焊缝的构造和计算,2.焊缝截面上的有效应力,把F分解成两个分力并移至焊缝形心O处，焊缝实际受力

6、为：,水平轴心力,剪力,弯矩,焊缝有效截面上应力分量为：,3.3 角焊缝的构造和计算,（e=5cm）,当e=5cm，焊缝强度应满足：,可见当连接存在偏心时将较大的降低其承载力,3.求角焊缝所能传递的F,当e=0，M=0，焊缝强度应满足：,3.3 角焊缝的构造和计算,例3.12 试设计如图a所示牛腿和柱连接的角焊缝。已知F=420kN(静力荷载），钢材为Q235B，焊条为E43，手工焊。,【解】,采用如图b所示沿牛腿周边围焊的角焊缝，且再转角处连续施焊。为避免焊缝相交的不利影响，将牛腿的上下角切去r15 mm的弧形缺口，因此可取焊缝的有效截面如图c所示。,力F在角焊缝形心处引起的剪力：V=420

7、kN弯矩：M=Fe=4200.3=126kN.m，由于牛腿翼缘竖向刚度低，故一般考虑剪力由腹板上两条竖向焊缝承受，弯矩则由全部焊缝承受。,F,1.焊缝有效截面的几何性质,取,两条竖向焊缝的有效截面面积：,全部焊缝有效截面对x轴的惯性矩：,全部焊缝有效截面模量：,3.3 角焊缝的构造和计算,2.焊缝强度验算,B点，承受由弯矩和剪力共同作用,满足,A点承受由弯矩产生的垂直于焊缝长度方向的应力,满足,3.3 角焊缝的构造和计算,例3.13 试设计如图所示厚度为12mm支托板与柱翼缘搭接连接的角焊缝。已知F=100kN(静力荷载），钢材为Q235B，焊条为E43，手工焊。,【解】,采用图示三面围焊,3

8、.3 角焊缝的构造和计算,A,1.焊缝有效截面的几何性质,焊缝有效截面的形心位置,3.3 角焊缝的构造和计算,2.焊缝强度验算(A点),满足,3.3 角焊缝的构造和计算,（1）不考虑应力方向，统一取f=1.0。,3.3.4 斜角角焊缝和部分焊透对接焊缝的计算,1.斜角焊缝的计算,计算方法与直角焊缝相同，按公式（3.3.6）至（3.3.8）计算,（2）在确定斜角角焊缝的有效厚度时，假定焊缝在其所成夹角的最小斜面上发生破坏。,3.3 角焊缝的构造和计算,（3）规范规定：当两焊脚边夹角60o290o，90o 1 135o，且根部间隙（b、b1、b2）不大于1.5mm时，取焊缝有效厚度为：he=hfc

9、os(a/2),（4）当根部间隙（b、b1、b2）大于1.5mm时，焊缝有效厚度为：,（5）任何根部间隙不得大于5mm。,3.3 角焊缝的构造和计算,（1）焊缝受力很小甚至不受力，且要求外观齐平美观。（2）焊缝受力虽较大，但采用焊透对接焊缝强度又得不到发挥；如采用角焊缝，焊脚又过大，于是做成用坡口加强的角焊缝。,2.部分焊透对接焊缝的计算,图3.3.22 部分焊透的对接焊缝截面型式,坡口形式有V形（全V形和半V形）、U形和J形三种。在转角处采用半V形和J形坡口时，不宜在板的厚度上开坡口，这样可避免焊缝收缩的板厚度方向产生裂纹。,3.3 角焊缝的构造和计算,由于未焊透，在焊件之间存在缝隙，焊根处

10、有较大的应力集中，受力性能接近于角焊缝。规范规定：部分焊透的对接焊缝的强度按角焊缝强度公式计算，在垂直于焊缝长度方向的压力作用下，取 f1.22；其他情况取 f1.0。,部分焊透对接焊缝计算用角焊缝公式计算,焊缝有效厚度 he 的取值为：a)V形坡口60时，取he=s；60时，取he=0.75s b)单边V形和K形坡口，455取he=s-3 mmc)U形、J形坡口，取he=s s 为坡口根部至焊缝表面的最短距离（不考虑焊缝的凸度）为V形、单边V形、K形坡口的角度。,3.3 角焊缝的构造和计算,部分焊透对接焊缝的禁用 规范规定：（1）在直接承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不得采用部分焊透的对接焊缝；,（2）对重级工作制和起重量大于或等于50吨的中级工作制吊车梁上翼缘和腹板间的T型连接应采用焊透的对接焊缝。,3.3 角焊缝的构造和计算,