上海交通大学：《钢结构基本原理》课程教学资源（课件讲稿）第六章 钢结构的连接（焊接）Connections

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 圈上香文廷人坐 第一节概述 Introduction 第六章钢结构的连接 连接要求： 安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便、 Connections 书约材料 连接方式： weld,rivet,bolt 。= 第二节焊缝连接 焊缝的形式： Weld Connection 2.1概述 焊缝形式（构件位置）：平接、搭接、项接、角接 方法：电弧焊、电阳焊、气焊等 to be continued 优缺点：简单方便、不削弱截面、省材、密封、刚度大 热影响区、残余应力与变形、脆断 焊缝缺陷：裂缝、气孔、夹渣等 质量检查：一到三级（目测、超声波、X射线） 焊缝的形式：→ 国 搭接、顶接与角接 平接： T to be continued 1

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 1 第六章 钢结构的连接 Connections 第一节 概述 Introduction 连接要求： 安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便、 节约材料 连接方式： weld, rivet , bolt 2.1 概述 第二节 焊缝连接 Weld Connection 方法：电弧焊、电阻焊、气焊等 优缺点：简单方便、不削弱截面、省材、密封、刚度大 热影响区、残余应力与变形、脆断 焊缝缺陷：裂缝、气孔、夹渣等 质量检查：一到三级（目测、超声波、X射线） 焊缝的形式： 焊缝的形式： 焊缝形式（构件位置）：平接、搭接、顶接、角接 to be continued 平接： to be continued 搭接、顶接与角接

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 国 焊缝形式（施焊位置）：俯、立、横、仰焊 焊缝形式（构造）： 对接焊缝一直、斜缝 角焊缝一侧面、端面 焊缝形式（分布）：连续、断续 2.2对接焊缝(butt welding8eam) 2.2.2对接焊缝计算（三段爆侧成未用引凰) 2.2.1.构造 (1)轴心受力-示意图 I形缝、带钝边单边V形缝、Y形缝、带钝边U形缝、带钝 边双单边V形缝、双Y形缝 口 □□ 六口 ☐二 计算婴求> 国 (2)轴心受力-计算 (3)受弯、受剪-示意图 六s或g 直缝：。= 斜缝：g-Nsn0s厂或r一 近似 1 r-Ncos 1:-2rwhen need Attention please! 2

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 2 焊缝形式（施焊位置）：俯、立、横、仰焊 焊缝形式（分布）：连续、断续 焊缝形式（构造）： 对接焊缝—直、斜缝 角焊缝—侧面、端面 2.2 对接焊缝（butt welding seam） 2.2.1. 构造 I形缝、带钝边单边V形缝、Y形缝、带钝边U形缝、带钝 边双单边V形缝、双Y形缝 计算要求 2.2.2 对接焊缝计算（三级焊缝或未用引弧板） （1）轴心受力-示意图 （2）轴心受力-计算 : sin cos : 2 when need w w t c w w w t c w w v w w N f f l t N f f l t N f l t l t             直缝 或 斜缝： 或 Attention please! 近似 （3）受弯、受剪-示意图

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 国 国 (4)受弯、受剪-计算 (5)受弯、剪、轴力-计算 G=N.M ≤f" A.W. sfr T=- Lt Sf后 T= VG+3≤1.1 VG+3r≤1.1f 国 (6)部分熔透的对接焊缝 例题7-1（陈P202): 按角焊缝计算，详见下节 对接焊缝(T形牛腿) 承受弯、剪 截面几何特性计算：基本功！ 承受剪力问题：焊缝相对刚度 ,3角焊锁(fiI1 t welding seam) 国 侧面角焊缝应力分布 2.3.1.概述 角焊缝构造： 基本要求 m棉m4 md益mmd子 十十 经mmna品mrmd整 mkt.径 3&:a总H3 td) 3

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 3 （4）受弯、受剪-计算 2 2 1 1 3 1.1 w t w w w v w w t M f W VS f I t f           （5）受弯、剪、轴力-计算 2 2 1 1 3 1.1 w t w w w w v w w t N M f A W VS f I t f            （6）部分熔透的对接焊缝 按角焊缝计算，详见下节 例题7-1（陈P202）： 对接焊缝（T形牛腿） 承受弯、剪 截面几何特性计算：基本功！ 承受剪力问题：焊缝相对刚度 2.3 角焊缝（fillet welding seam） 2.3.1. 概述 角焊缝构造： 基本要求 侧面角焊缝应力分布

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 端面角焊缝应力分布 端面角焊缝与侧面角焊缝的区分 相对于受力方向而言！ 2.3.2.角焊髓计算公式 角焊缝尺寸要求 max. 烧穿 for h min. 冷却过快 1s/L max. 侧面角焊缝 for I min. 起落弧近 (1)理论公式（第四强度理论） Voi+3(i+r)s3 (2)理论公式的实用简化1-→一情况 (3)理论公式的实用筒化2+双向受力 6s21h N五端缝应力 6r21 承受一个平行于焊缝的力和一个垂直于焊缝的力 上侧缝应力 t1h 2 +≤f B-1.22 +i-,≤ 关于端面角焊缝强度设计值增大系数 4

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 4 端面角焊缝应力分布 端面角焊缝与侧面角焊缝的区分 相对于受力方向而言！ 角焊缝尺寸要求 f for h    max. 烧穿 min. 冷却过快 : w for l    max. 侧面角焊缝 min. 起落弧近 2.3.2. 角焊缝计算公式   2 2 2 3 3 w f    f      （1）理论公式(第四强度理论) （2）理论公式的实用简化1→一般情况   2 2 2 2 3 w fx fy fx fy fz f          f e e e fx fy fx fy w w fz fz w N N l h l h N l h       端缝应力 侧缝应力 （3）理论公式的实用简化2 →双向受力 2 2 1.22 f w f f f f f                承受一个平行于焊缝的力和一个垂直于焊缝的力 关于端面角焊缝强度设计值增大系数

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 (4)实用计算公式+单向-触心力作用 (5)实用计算公式+弯矩单独作用 基本公式： 侧面角焊缝： N 127f +行≤ 端面角焊缝： N 基本公式： h∑ ≤Bfi 2 sB0 M +号≤f (6)实用计算公式→扭矩单独作用（示例） 实用计算公式→扭矩单独作用（公式） T.ry 应力： T.r T.r JI+, 验算 B. +≤ (7)实用计算公式+弯，剪，轴力共同作用（示例） 实用计算公式→弯、剪、轴力共同作用（公式） M-0-M 应力： 基本公式： h.∑l N→o= 22 VB,) +≤f片 2 验算： B +()≤f疗 5

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 5 （4）实用计算公式→单向-轴心力作用 w f f e w w f f f e w N f h l N f h l          侧面角焊缝： 端面角焊缝： 2 f 2 w f f f f              基本公式： （5）实用计算公式→弯矩单独作用 w f f f w M f W     2 f 2 w f f f f              基本公式： （6）实用计算公式→扭矩单独作用(示例) 实用计算公式→扭矩单独作用（公式）   2 2 T y A A x y T x A T A T w A f f T r T r T r J J I I T r J f                             应力： 验算： （7）实用计算公式→弯、剪、轴力共同作用(示例) 实用计算公式→弯、剪、轴力共同作用(公式)   2 2 M A w V A e w N A e w M N A A V w A f f M M W V V h l N N h l f                                   应力： 验算： 2 f 2 w f f f f              基本公式：

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 实用计算公式→扭。剪，轴力共同作用（公式） (8)实用计算公式→扭，剪，轴力共同作用（示例 基本公式： 2 h∑1n +≤ 应力： h∑ln 验算： 以+ B +(+x)≤疗 2.3.3.常用连接方式计算示例 国 轴心受力计算应用实例1一拼接板连接 (1)轴心受力 设计：构造→h 拼接板连接示例 计算→1 ·拼接板连接→只有侧面或端面焊缝的计算 ·拼接板连接→矩形、圆焊：先魔定端铺分担的力， 侧缝：1≥ N 厂 再确定侧微长度 端缝：，≥B, 例愿7-2，三面围焊，陈P215 零心受力计算应用实例刚2一角钢与节点板连接 拼接板连接示例 角解与节点板连接示例圆 ·受力分配回 ·分配系数的简化→系数表国 ·L形焊髓：N2=0 例题7-3，陈P216;朴充查看三面圆焊算例 (o (b) 6

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 6 （8）实用计算公式→扭、剪、轴力共同作用(示例) 实用计算公式→扭、剪、轴力共同作用(公式)   2 2 V A e w N A e w T y A A T x A T V A A T N w A A f f V V h l N N h l T r T r J T J T r J f                                      应力： 验算： 2 f 2 w f f f f              基本公式： 2.3.3. 常用连接方式计算示例 （1）轴心受力 f w h l   设计：构造 计算 w w e t w w e f t N l h f N l h f    侧缝： 端缝： 轴心受力计算应用实例1－拼接板连接 拼接板连接示例 • 拼接板连接→只有侧面或端面焊缝的计算 • 拼接板连接→矩形、围焊：先确定端缝分担的力， 再确定侧缝长度 例题7-2，三面围焊，陈P215 轴心受力计算应用实例2－角钢与节点板连接 角钢与节点板连接示例 • 受力分配 • 分配系数的简化→系数表 • L形焊缝：N2＝0 例题7-3，陈P216；补充查看三面围焊算例 拼接板连接示例

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 角钢与节点板的连接示例 角钢角焊缝分配系数表 角候角焊通的钠力分配系藏 在要原况 配系数 海技为朝-发漆场 不收角利安适使 不零胶角帮长线速蜜 竹 角钢与节点板连接受力分配 (2)受弯、剪 示例：例题7-4，陈P217 N=K N-N/2 K,= 力平衡三 e+e2 N2=KN-N,/2 K=9 e+e 啦 国 受弯、剪计算公式 受弯、剪计算要点： 云构造确定焊缝高度，如8m。(待检验) M→o"=M 因焊髓群几何特性计算：基本技能 应力： V ©全截面抗弯，竖缝单独承剪 ∑ 因确定验算位置，各外力效应分别计算，垂加验算 验算： +()≤ 7

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 7 角钢与节点板的连接示例 角钢角焊缝分配系数表 角钢与节点板连接受力分配 2 1 1 3 1 1 2 1 2 2 3 2 1 2 2 2 e N K N N K e e e N K N N K e e                力平衡 （2）受弯、剪 示例：例题7-4，陈P217 受弯、剪计算公式   2 2 M A w V A e w M A V w A f f M M W V V h l f                            应力： 验算： 受弯、剪计算要点： 构造确定焊缝高度，如8mm。（待检验） 焊缝群几何特性计算：基本技能 全截面抗弯，竖缝单独承剪 确定验算位置，各外力效应分别计算，叠加验算

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 国 (3)受扭、剪 国 受扭、剪计算公式 示例：例愿7-6，陈P219(示意图) h∑1 应力： T.ry d- TtA= J 2 验算： +()'≤f B 国 2.3.4.角焊缝计算小结 受扭、剪计算要点： √明确研究对象（力的传递途径） √分清焊髓受力大小及性质（形心处，弯与扭） ©参见弯剪 √叠加原理 √基本计算能力（形心位置与几何参数等） √表达要规范 角焊缝计算作业 2.4焊缝的标注(weld symbols) ⑦陈P302,习题8.7（角朝与节点板，改用三面 圆焊，焊脚尺寸全部为 组成： 指引线 沈P268,习题8.5（工字形牛愿周圈焊储 基本符号 沈P268,习题8.8（牛） 辅助符号和补充符号 8

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 8 （3）受扭、剪 示例：例题7-6，陈P219（示意图） 受扭、剪计算公式   2 2 V A e w T y A A T x A T V A A T w A f f V V h l T r T r J T J T r J f                                         应力： 验算： 受扭、剪计算要点： 参见弯剪 2.3.4. 角焊缝计算小结 明确研究对象（力的传递途径） 分清焊缝受力大小及性质（形心处，弯与扭） 叠加原理 基本计算能力（形心位置与几何参数等） 表达要规范 角焊缝计算作业 陈P302 ，习题8.7（角钢与节点板，改用三面 围焊，焊脚尺寸全部为8） 沈P268，习题8.5（工字形牛腿，周围焊缝） 沈P268，习题8.8（牛腿） 2.4 焊缝的标注（weld symbols） 组成 ： 指引线 基本符号 辅助符号和补充符号

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 国 焊缝表示相关规范 实例：单面焊缝、双面焊缝 G日 a有 人L G 单面焊缝 华人议共和国国室长事 名∠ 建件师平带多 双面焊缝 1性1。 2.5.1.焊接残余应力分类和产生的原因 2.5焊接残余应力和残余变形 纵向残余应力 横向残余应力 (Residual stress and residual 厚度方向残余应力 deformation) 纵向残余应力一钢板 纵向残余应力一（焊接）工字形截面 (b) (e) 9

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 9 实例：单面焊缝、双面焊缝 单面焊缝 双面焊缝 焊缝表示相关规范 2.5 焊接残余应力和残余变形 （Residual stress and residual deformation） 2.5.1.焊接残余应力分类和产生的原因 纵向残余应力 横向残余应力 厚度方向残余应力 纵向残余应力－钢板 纵向残余应力－（焊接）工字形截面

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 横向残余应力一钢板一纵向收缩 横向残余应力一钢板一横向收缩 IWy 厚度方向残余应力 2.5.2.焊接残余应力的影响 影响项目： 静力强度 点 刚度 稳定性 低温冷脆 疲劳强度 焊接残余应力的影响一静力强度 焊接残余应力的影响一刚度 由于材料塑性→无影响 塑性区→刚度减小 ⊕ f。 N=0 N-Nr N=0 N=N 10

钢结构基本原理-焊接 2018/6/4 10 横向残余应力－钢板－纵向收缩 横向残余应力－钢板－横向收缩 厚度方向残余应力 2.5.2.焊接残余应力的影响 影响项目： 静力强度 刚度 稳定性 低温冷脆 疲劳强度 焊接残余应力的影响－静力强度 由于材料塑性→无影响 焊接残余应力的影响－刚度 塑性区→刚度减小