【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2 hf1 hf2 b 圖 B 由于斜角角焊縫的研究不夠充分，為簡(jiǎn)化計(jì)算， 規(guī)范規(guī)定：對(duì)于兩焊腳邊夾角 60o≤α≤135o的 斜 T形連接，其 斜角角焊縫采用與直角角焊縫相 同的計(jì)算公式，且統(tǒng)一取 βf=。 斜角角焊縫的計(jì)算厚度 hei 由幾何關(guān)系得其通式為： ? ?2c o ss i n21 iifieibbbhh ?? ??????? ?? 、或式中： b、 b1和 b2≤5mm 說(shuō)明： A. b1和 b2≤ 時(shí) , 可取 b b2=0 B. b1和 b2 5mm時(shí) , 應(yīng)如圖 “ B”方式處 理，且使 b≤5mm 。 α 1 α2 hf1 hf2 b1 b2 圖 A α 1 α2 hf1 hf2 b 圖 B 167。 焊接應(yīng)力和焊接變形 (P85) 一、焊接殘余應(yīng)力和變形的成因 焊接殘余應(yīng)力的成因 縱向焊接殘余應(yīng)力 — 沿焊縫長(zhǎng)度方向 。 橫向焊接殘余應(yīng)力 — 垂直于焊縫長(zhǎng)度方向 。 沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力。 焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻的加熱和冷卻過(guò)程，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫處可達(dá) 1600oC，而鄰近區(qū)域溫度驟降。高溫鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度低、膨脹小的鋼材限制，產(chǎn)生 熱態(tài)塑性壓縮 ，焊縫冷卻時(shí)被 塑性壓縮 的焊縫區(qū)趨向收縮，但受到兩側(cè)鋼材的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力 。對(duì)于低碳鋼和低合金鋼，該拉應(yīng)力可以使鋼材達(dá)到 屈服強(qiáng)度 。焊接殘余應(yīng)力是無(wú)荷載的 內(nèi)應(yīng)力 ，故在焊件內(nèi)自相平衡，這必然在焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力。 + 500oC 800oC 300oC 300oC 500oC 800oC 施焊方向 8cm 6 4 2 0 2 4 6 8cm + + （ 1）縱向焊接殘余應(yīng)力 （ 2）橫向焊接殘余應(yīng)力 產(chǎn)生的原因 : 焊縫的縱向收縮，使焊件有反向 彎曲變形 的趨勢(shì)，導(dǎo)致兩焊件在焊縫處 中部受拉，兩端受壓 ； 焊接時(shí)已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的橫向膨脹，產(chǎn)生 橫向塑性壓縮變形 。 焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因 應(yīng)力自相平衡 ，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力 ； 應(yīng)力分布與施焊方向有關(guān) 。 以上兩種應(yīng)力的組合即為，橫向焊接殘余應(yīng)力 。 (a) 焊縫縱向收縮 時(shí)的變形趨勢(shì) + (b) 焊縫縱向收縮 時(shí)的橫向應(yīng)力 x y + + 施焊方向 (c) 焊縫橫向收縮 時(shí)的橫向應(yīng)力 x y + + (d) 焊縫橫向 殘余應(yīng)力 y x 不同施焊方向下 ,焊縫橫向收縮時(shí)產(chǎn)生的橫向殘余應(yīng)力 : + + 施焊方向 (e) + 施焊方向 ( f ) x y y x （ 3）沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力 在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊，焊接時(shí)沿厚度方向已凝固的先焊焊縫，阻止后焊焊縫的膨脹，產(chǎn)生 塑性壓縮變形 。焊縫冷卻時(shí)，后焊焊縫的收縮受先焊焊縫的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，而先焊焊縫產(chǎn)生壓應(yīng)力，因 應(yīng)力自相平衡 ，更遠(yuǎn)處焊縫則產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此，除了橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力 σ x,σ y 外，還存在沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力 σ z，這三種應(yīng)力形成同號(hào) (受拉 )三向應(yīng)力，大大 降低連接的塑性 。 + 321 σ x σ y σ z 二、焊接殘余變形的成因 (P86) 焊接變形包括： 縱向收縮、 橫向收縮 、 彎曲變形 、角變形 和 扭曲變形 等，通常是幾種變形的組合。 二、焊接殘余應(yīng)力和變形對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響 (P87) (1)、對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響 f + b fy + b fy Ny Ny 因焊接殘余應(yīng)力自相平衡，故： ? ? yyty ftBftbBNN ????????當(dāng)板件全截面達(dá)到 fy，即 N=Ny時(shí)： 結(jié)論： 焊接殘余應(yīng)力 對(duì)結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度沒有影響。 + fy f b B t ftbBNftbN cyt ?????????? )(焊接應(yīng)力的影響 (2)、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響 A、當(dāng)焊接殘余應(yīng)力存在時(shí)，因截面的 bt部分拉應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到 fy ，故該部分剛度為零 （屈服）， 這時(shí)在 N作用下應(yīng)變?cè)隽繛椋? ? ? EtbBN??????1?f + b fy N N + fy f N N b B t 因?yàn)?BbB，所以△ ε 1 △ ε 2。 結(jié)論： 焊接殘余應(yīng)力的存在增大了結(jié)構(gòu)的變形，即降低了結(jié)構(gòu)的剛度。 B、當(dāng)截面上沒有焊接殘余應(yīng)力時(shí)，在 N作用下應(yīng)變?cè)隽繛椋? EtBN?????2? 另外，對(duì)于軸心受壓構(gòu)件，焊接殘余應(yīng)力使其撓 曲剛度減小，降低壓桿的穩(wěn)定承載力（詳見第五章）。 ? ? EtbBN??????1? 對(duì)于厚板或交叉焊縫，將產(chǎn)生 三向焊接殘余拉應(yīng)力 ，限制了其塑性的發(fā)展，增加了鋼材低溫脆斷傾向。 所以， 降低或消除焊接殘余應(yīng)力是改善結(jié)構(gòu)低溫冷脆性能的重要措施 。 (3)、對(duì)低溫冷脆的影響 (4)、對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響 在焊縫及其附近主體金屬焊接殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度，此部位是形成和發(fā)展疲勞裂紋的 敏感區(qū)域 。因此焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度 有明顯的不利影響 。 焊接變形的影響 (P88) 安裝困難 矯正麻煩 引入幾何缺陷，降低穩(wěn)定承載力 三、減小焊接殘余應(yīng)力和變形的措施 （自學(xué)） 設(shè)計(jì)上的措施； （ 1）焊接位置的合理安排 （ 2）焊縫尺寸要適當(dāng) （ 3）焊縫數(shù)量要少，且不宜過(guò)分集中 （ 4）應(yīng)盡量避免兩條以上的焊縫垂直交叉 （ 5）應(yīng)盡量避免母材在厚度方向的收縮應(yīng)力 加工工藝上的措施 （ 1）采用合理的施焊順序（ 2） （ 2）采用反變形處理 （ 3）小尺寸焊件，應(yīng)焊前預(yù)熱或焊后回火處理 一、螺栓的排列和其他構(gòu)造要求 (1)并列 — 簡(jiǎn)單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu)件截面削弱大； B 錯(cuò)列 A 并列 中距 中距 邊距 邊距 端距 (2)錯(cuò)列 — 排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截 面削弱??； 167。 螺栓連接的構(gòu)造和工作性能 (P90) 螺栓的排列 (3).螺栓排列的要求 ① 受力要求 : 垂直受力方向： 為了防止螺栓應(yīng)力集中相互影響、截面削弱過(guò)多而降低承載力， 螺栓的邊距和端距不能太??； 順力作用方向： 為了防止板件被拉斷或剪壞， 端距不能太??； 對(duì)于受壓構(gòu)件： 為防止連接板件發(fā)生鼓曲， 中距不能太大。 ② 構(gòu)造要求 : 螺栓的邊距和中距不宜太大，以免板件間貼合不密，潮氣侵入腐蝕鋼材。 ③ 施工要求 為了便于扳手?jǐn)Q緊螺母，螺栓中距應(yīng)不小于 3do。 根據(jù)以上要求，規(guī)范給定了螺栓的容許間距。 螺栓連接的其他構(gòu)造要求（ P91） ?為了保證連接的可靠性，每個(gè)桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端不宜少于 兩個(gè)永久螺栓 ，但組合構(gòu)件的綴條除外； ?直接承受動(dòng)荷載的普通螺栓連接應(yīng)采用 雙螺帽 ，或其他措施以防螺帽松動(dòng)； ?C級(jí)螺栓宜用于沿桿軸方向的受拉連接，以下情況可用于抗剪連接： 承受靜載或間接動(dòng)載的次要連接； 承受靜載的可拆卸結(jié)構(gòu)連接； 臨時(shí)固定構(gòu)件的安裝連接。 ?型鋼構(gòu)件拼接采用高強(qiáng)螺栓連接時(shí)，為保證接觸面緊密，應(yīng)采用鋼板而不能采用型鋼作為拼接件； 二、螺栓的工作性能 (P91) F N F A 只受剪力 B 只受拉力 C 剪力和拉力共同作用 （一）、螺栓的抗剪性能 (P91) 工作性能和破壞形式 (1).普通螺栓的工作性能 對(duì)圖示螺栓連接做抗剪試驗(yàn) ,即可得到板件上 a、 b兩點(diǎn)相對(duì)位移 δ 和作用力 N的關(guān)系曲線 ,該曲線清楚的揭示了抗剪螺栓受力的四個(gè)階段 ,即： ① 摩擦傳力的彈性階段 (0~1段 ) 直線段 — 連接處于彈性狀態(tài)； 該階段較短 — 摩擦力較小。 N δ O 1 2 3 4 N N a b N N/2 N/2 ② 滑移階段 (1~2段 ) 克服摩擦力后，板件間突然發(fā)生水平滑移，最大滑移量為栓孔和栓桿間的距離，表現(xiàn)在曲線上為水平段。 N δ O 1 2 3 4 a b N N/2 N/2 ③ 栓桿傳力的彈性階段 (2~3段 ) 該階段主要靠栓桿與孔壁的接觸傳力。栓桿受剪力、 拉力 、彎矩作用 ，孔壁受擠壓。由于材料的彈性以及 栓桿拉力增大 所導(dǎo)致的板件間摩擦力的增大， Nδ關(guān)系以曲線狀態(tài)上升。 ④ 彈塑性階段 (3~4段 ) 達(dá)到 ‘ 3’后，即使給荷載以很小的增量，連接的剪切變形迅速增大，直到連接破壞。 ‘ 4’點(diǎn)（曲線的最高點(diǎn)）即為普通螺栓抗剪連接的極限承載力 Nu。 N δ O 1 2 3 4 a b N N/2 N/2 Nu (2)高強(qiáng)螺栓抗剪連接工作性能 受力過(guò)程與普通螺栓相似， 分為四個(gè)階段： 摩擦傳力的彈性 階段 、 滑移階段 、 栓桿傳力的彈 性階段 、 彈塑性階段 。 但比較兩條 N— δ 曲線可知， 由于高強(qiáng)度螺栓因連接件間存在 很大的摩擦力，故其第一個(gè)階段 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通螺栓。 高強(qiáng)度螺栓 N δ O 1 2 3 4 1 2 3 4 普通螺栓 a b N N/2 N/2 N N (3).破壞形式 ① 螺栓桿剪斷 栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí) ② 孔壁擠壓破壞 栓桿較粗而板件較薄時(shí) ③ 板件凈 截面強(qiáng)度破壞 截面削弱過(guò)多時(shí) N/2 N N/2 N N 通過(guò)計(jì)算來(lái)保證 ④ 板件端部沖剪破壞 端距過(guò)小時(shí)；端距不應(yīng)小于 2dO N N ⑤ 栓桿彎曲破壞 螺栓桿過(guò)長(zhǎng)；栓桿長(zhǎng)度不應(yīng)大于 5d 這兩種破壞構(gòu)造解決 N/2 N N/2 (二 )、螺栓的抗拉性能 (P93) 普通螺栓的抗拉性能 抗拉螺栓連接在外力作用下， 連接板件接觸面有脫開趨勢(shì) ，螺栓桿受桿軸方向拉力作用，以 栓桿被拉斷為其破壞形式。 ?螺栓垂直連接件的剛度對(duì)螺栓抗拉承載力的影響 A、 螺栓有被撬開的趨勢(shì)（杠桿作用） ，使螺桿中的拉力增加 （撬力 Q） 并產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。 連接件剛度越小撬力越大 。試驗(yàn)證明影響撬力的因素較多，其大小難以確定，規(guī)范采取簡(jiǎn)化計(jì)算的方法，取ftb=（ f— 螺栓鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值） 來(lái)考慮其影響。 QNN t ?? B、 在構(gòu)造上可以通過(guò)加強(qiáng)連接件的剛度的方法，來(lái)減小杠桿作用引起的撬力，如設(shè)加勁肋 ，可以減小甚至消除撬力的影響。 (2) 高強(qiáng)螺栓的抗拉性能 (P94) 承受拉力前 承受拉力后 ）（ aPC ?）（ bCCNPPP tf ???????（ a）代入（ b）得： CNP t ????變形協(xié)調(diào)條件 et ????EAPbt????? EA