第3章1_焊缝连接

第三章 连接的构造与计算1、下图中I32a 牛腿用对接焊缝与柱连接。

钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊，用II 级焊缝的检验质量标准。

对接焊缝的抗压强度设计值2215/w f f N mm =，抗剪强度设计值2125/w v f N mm =。

已知：I32a 的截面面积267.12A cm =；截面模量3692.2x W cm =，腹板截面面积225.4w A cm =。

试求连接部位能承受的外力F 的最大值（施焊时加引弧板）。

°图 牛腿连接示意图解：T V 707.0=，T N 707.0=)(4.141200707.0mm N T T M ⋅=⨯=(1) 221125104.25707.0mm N T A V w =⨯==τ )(1049.4707.0104.25125521N T ⨯=⨯⨯=∴(或：2211251095.032707.0mm N T A Vw =⨯⨯==τ )1037.551N T ⨯=∴(2) 2222154.141707.0mm N WT A T =+=σ2232215)102.6924.1411012.67707.0(mm N T =⨯+⨯∴ )(1094.652N T ⨯=∴(3) 折算应力（在顶部中点亦可）()2151.11.1000555.0000278.03000276.03)000233.0104.30707.0( 000278.0104.25707.0000276.01605.26160102.6924.1411012.67707.03322212133213321333231⨯=≤=⨯+=+=⨯==⨯==-⨯⨯+⨯=w f f T T T T T T T T T τσττσ或得：)(1.4263KN T ≤ （KN T f T 3wf 33.484 1.10.000488≤≤或）由T 1、T 2、T 3中取最小值，得T ＝426.1（KN ）m KN M Nmm ⋅=⨯⨯=4104105 N V 5104⨯=f ff f h h W M 6.4283.93331046=⨯==σ22.1=f β， f ff f h h A V 6.14282801045=⨯==τ 2002.1471)6.1428()22.16.428()(2222≤=+=+ff f f f f h h h τβσ mm h f 4.7≥，取mm h f 8=.3、如图所示的牛腿用角焊缝与柱连接。

第三章 钢结构的连接3。

1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3。

80)。

钢材为Q235B,焊条为E43型，手工焊,轴心力N=1000KN （设计值）,分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。

解：（1）三面围焊 2160/w f f N mm = 123α=213α= 确定焊脚尺寸:,max min 1.2 1.21012f h t mm ≤=⨯=， ,min min 1.5 1.512 5.2f h t mm ≥==， 8f h mm =内力分配:30.7 1.2220.78125160273280273.28w f f f N h b f N KN β=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==∑ 3221273.281000196.69232N N N KN α=-=⨯-= 3112273.281000530.03232N N N KN α=-=⨯-=焊缝长度计算：11530.032960.720.78160w wf fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑, 则实际焊缝长度为 1296830460608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取310mm 。

22196.691100.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑, 则实际焊缝长度为 2110811860608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=,取120mm 。

（2)两面侧焊确定焊脚尺寸:同上，取18f h mm =， 26f h mm = 内力分配:22110003333N N KN α==⨯=， 11210006673N N KN α==⨯= 焊缝长度计算：116673720.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑,则实际焊缝长度为：mm h mm l f w48086060388283721=⨯=<=⨯+=',取390mm 。

第三章：钢结构的连接本章知识点：§3.1 钢结构的连接方法§3.2 对接焊缝的构造与计算§3.3 角焊缝的构造与计算§3.4 焊缝应力和焊接变形§3.5 普通螺栓连接§3.6 高强螺栓连接本章重点难点：1．钢材的屈服点、抗拉强度、伸长率、冷弯性能和冲击韧性。

2．化学成分碳、硫、磷对钢材性能的影响。

3．钢材疲劳破坏的概念和疲劳强度验算。

4．钢结构常用钢材的钢种和钢号。

本章学习目标：1．掌握钢结构的连接方法及各方法的适用条件。

2．掌握角焊缝、对接焊缝（焊透和部分焊透）的构造和计算。

4．了解焊接应力和焊接变形产生的原因以及对构件承载力的影响。

3．掌握普通螺栓连接和高强度螺栓连（摩擦型连接和承压型连接）的构造和计算。

本章小结：通过本章学习，掌握钢结构的连接方法及各方法的适用条件，掌握角焊缝、对接焊缝（焊透和部分焊透）的构造和计算，了解焊接应力和焊接变形产生的原因以及对构件承载力的影响，掌握普通螺栓连接和高强度螺栓连（摩擦型连接和承压型连接）的构造和计算。

第一节：钢结构的连接方法一．连接形式：平接（对接），搭接，垂直连接二．连接方法1．焊接连接优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。

（1）手工焊原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。

原则：焊缝和母材等强度。

优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；焊条：E43××（T42××）——适用于Q235（A3）E50××（T50××）——适用于16Mn，16MnqE55××（T55××）——适用于15MnV，15MnVqkg；其中43，50，55——最小抗拉强度，单位为2mm××——电流种类，药皮及不同焊接位置。

缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。

第3章焊接接头的组织和性能★焊接熔池和焊缝焊接熔池的结晶特点、结晶形态，焊缝的相变组织及焊缝组织和性能的控制。

★焊接热影响区焊接热影响区的组织转变特点、组织特性及性能。

★熔合区熔合区的边界，熔合区的形成机理，熔合区的特征焊接熔池：由熔化的局部母材和填加材料所组成的具有一定几何形状的液态区域。

焊缝：熔池凝固后所形成的固态区域。

焊缝组织性能不仅取决于焊缝的相变行为，而且受到焊接熔池结晶行为的直接影响。

一. 焊接熔池的结晶特点(1) 熔池体积小、冷却速度大局部加热，熔池体积小；熔池被很大体积的母材包围，界面导热很好，熔池冷速很快。

碳当量高的钢种焊接时，易产生淬硬组织，甚至产生冷裂纹。

(2) 熔池过热、温度梯度大焊接加热速度快，熔池金属处于过热状态；熔池体积小，温度高，熔池边界的温度梯度很大。

非自发晶核质点显著减少，柱状晶得到显著发展。

(3) 熔池在动态下结晶熔池结晶和母材熔化同时进行，焊接区内各种力交互作用，使正在结晶中的熔池受到激烈的搅拌。

有利于气体的排除、夹杂物的浮出以及焊缝的致密化。

2. 联生结晶和竞争成长(1) 联生结晶焊接熔池结晶一般是从熔池边界开始，即在半熔化的母材晶粒表面上开始并长大。

结晶取向与焊缝边界母材晶粒的取向相同，初始晶粒尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸。

结晶取向与焊缝边界母材晶粒的取向相同，初始晶粒尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸。

(2) 竞争成长晶粒在不同方向上的成长趋势不同，只有最优结晶取向与温度梯度最大的方向(即散热最快的方向，亦即熔池边界的垂直方向)相一致的晶粒才有可能持续成长，并一直长到熔池中心；反之，只能长到一定尺寸而中止每个晶粒都是在不断的竞争中成长的，只有竞争优势明显的晶粒才能得到不断的成长，而竞争优势较弱的晶粒将在成长的中途夭折。

3. 结晶速度和方向动态变化(1) 结晶速度的表达式设任意晶粒主轴、任意点的结晶等温面法线方向与焊接方向的夹角为a,晶粒成长方向与焊接方向之间的夹角为在dt时间内熔池边界的结晶等温面从t时刻的位臵移到t+dt时刻的位臵。

第三章连接课后习题参考答案第三章连接课后习题参考答案焊接连接参考答案一、概念题3．1 从功能上分类，连接有哪几种基本类型？3．2 焊缝有两种基本类型—对接坡口焊缝和贴角焊缝，二者在施工、受力、适用范围上各有哪些特点？3．3 对接接头连接需使用对接焊缝，角接接头连接需采用角焊缝，这么说对吗？3．4 h和lw相同时，吊车梁上的焊缝采用正f面角焊缝比采用侧面角焊缝承载力高？3．5 为何对角焊缝焊脚尺寸有最大和最小取值的限制？对侧面角焊缝的长度有何要求？为什么？【答】（1）最小焊脚尺寸：角焊缝的焊脚尺寸不能过小，否则焊接时产生的热量较小，致使施焊时冷却速度过快，导致母材开裂。

《规范》规定：h f≥1.5t，式中：t2——较厚焊件厚度，单2位为mm。

计算时，焊脚尺寸取整数。

自动焊熔深较大，所取最小焊脚尺寸可减小1mm；T形连接的单面角焊缝，应增加1mm；当焊件厚度小于或等于4mm时，则取与焊件厚度相同。

（2）最大焊脚尺寸：为了避免焊缝区的主体金属“过热”，减小焊件的焊接残余应力和残余变形，角焊缝的焊脚尺寸应满足12.1t h f式中： t 1——较薄焊件的厚度，单位为mm 。

（3）侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大而中间小，可能首先在焊缝的两端破坏，故规定侧面角焊缝的计算长度l w ≤60h f 。

若内力沿侧面角焊缝全长分布，例如焊接梁翼缘与腹板的连接焊缝，可不受上述限制。

3．6 简述焊接残余应力产生的实质，其最大分布特点是什么？ 3．7 画出焊接H 形截面和焊接箱形截面的焊接残余应力分布图。

3．8 贴角焊缝中，何为端焊缝？何为侧焊缝？二者破坏截面上的应力性质有何区别？3．9 规范规定：侧焊缝的计算长度不得大于焊脚尺寸的某个倍数，原因何在？规范同时有焊缝最小尺寸的规定，原因何在？ 3.10 规范禁止3条相互垂直的焊缝相交，为什么。

3.11 举3～5例说明焊接设计中减小应力集中的构造措施。

《钢结构设计原理》作业答案 3. 连接3.8 试设计如图所示的对接连接 （直缝或斜缝） 。

轴力拉力设计值 N=1500kN， 钢材 Q345-A，焊条 E50 型，手工焊，焊缝质量三级。

解： 三级焊缝 查附表 1.3： f t w  265N/mm2 ， f vw  180N/mm2 不采用引弧板： l w  b  2t  500 2 10  480mmN 1500 103    312.5N/mm2  f t w  265N/mm2 ，不可。

lw t 480 10改用斜对接焊缝： 方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度：  (b / sin  )  2t  (500/ sin 56)  20  (500/ 0.829)  20  583mm lwN sin  1500 103  0.829    213N/mm2  f t w  265N/mm2 t lw 583 10N cos  1500 103  0.559   144N/mm2  fvw  180N/mm2 t lw 583 10设计满足要求。

方法二：以 θ 作为未知数求解所需的最小斜缝长度。

此时设置引弧板求解 方便些。

3.9 条件同习题 3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。

解：依题意设计加盖板的对接连接，采用角焊缝连接。

10500NN查附表 1.3： f fw  200N/mm2 试选盖板钢材 Q345-A，E50 型焊条，手工焊。

设盖板宽 b=460mm，为 保证盖板与连接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。

所需盖板厚度： t2 A1 500 10   5.4mm ，取 t2=6mm。

2b 2  460由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽 b 不宜大于 190，要保证与母材等强，则盖板厚则不小于 14mm。

第三章：钢结构的连接练习与作业(附答案)：例题3.1 试计算图3. □. 1 (a)所示牛腿与柱连接的对接焊缝所能承受的最大荷载F (设计值)。

钢材为Q235,焊条为E43型，手工焊，施焊时不用引弧板，焊缝质量为三图3. 口 . 1牛腿与柱用对接焊缝连接解：1. 确定对接焊缝计算截面的几何特性⑴确定中和轴的位置160 10 10 5 240 5 10 127.5y1 -------------------------------------------------------- 79.8 mm160 10 10 240 5 10y2250 79.8 170.2 mm(2)焊缝计算截面的几何特征1 3 2-2 4I x1 24 0.5 24 0.5 1 4.77216 1 1 7.4822445 cm12腹板焊缝计算截面的面积：- ._ , 2A w 24 0.5 1 23.5cm2. 确定焊缝所能承受的最大荷载设计值F。

将力F向焊缝截面形心简化得：M Fe 160F (KN・ mmV F (KN215 N/mm, f t w 185 N/mnn^, f v w 125 N/mm 2解得：F 355.7 KN点b 的压应力 M ,且要求解得：F 193.7 KN由V F 产生的剪应力解得：F 290.7 KNw...................................................................... t解得：F 152.2 KN例题3.2 如图3. 3所示两块钢板的对接连接焊缝，已知偏心拉力 F =420KN,钢材为Q235,焊缝E43型，手工焊，施焊时采用引弧板，试问此对接焊缝需采用哪种质量f查表得：f cwc点a 的拉应力MM w a ，且要求 a V f tMy i I x3160 F 100.52 F f t w 185 N/mr2iMy 2 I x160F 103 170.2 2455 1041.11F f c w 215 N/mm 2F 103 23.5 1020.43F席 125 N/mm 222... 1.11F3 0.43F1.1 f t w故此焊缝所能承受的最大荷载设计值F 为 152.2KN 。