【文章內(nèi)容簡介】 + (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 (受拉 )三向應(yīng)力，大大 降低連接的塑性 。 + 321 σ x σ y σ z 二、焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響 對結(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： 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 對結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度沒有影響。 + fy f b B t ftbBNftbN cyt ?????????? )(對結(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)變增量為： ? ? 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)變增量為： EtBN?????2? 另外，對于軸心受壓構(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 。 對低溫冷脆的影響 對疲勞強(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)力對結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度 有明顯的不利影響 。 三、焊接變形 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。 單擊圖片播放 單擊圖片播放 單擊圖片播放 單擊圖片播放 單擊圖片播放 單擊圖片播放 單擊圖片播放 單擊圖片播放 四、減小焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的措施 （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）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 單擊圖片播放 單擊圖片播放 167。 4－ 6 螺栓連接的構(gòu)造 一、螺栓的種類 C級 粗制螺栓 ，性能等級為 ； 4表示 fu≥400N/mm 2, fy/fu= ； Ⅱ類孔 ，孔徑 (do)栓桿直徑 (d) ＝ 1～ 3mm。 A、 B級 精制螺栓 ，性能等級為 。 5或 8表示 fu≥500 或 800N/mm2, fy/fu= 或 ； Ⅰ 類孔 ，孔徑 (do)栓桿直徑 (d)＝ ～ 。 按其加工的精細(xì)程度和強(qiáng)度分為 :A、 B、 C三個級別。 由 45號、 40B和 20MnTiB鋼加工而成，并經(jīng)過熱處理 45號－ ； 40B和 20MnTiB－ （ a）大六角頭螺栓 （ b）扭剪型螺栓 扭剪型高強(qiáng)度螺栓 單擊圖片播放 二、螺栓的排列 — 簡單、整齊、緊湊所用連接板尺寸小，但構(gòu) 件截面削弱大； B 錯列 A 并列 中距 中距 邊距 邊距 端距 — 排列不緊湊，所用連接板尺寸大，但構(gòu)件截 面削弱?。? （ 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。 三、螺栓連接的構(gòu)造要求 ?為了保證連接的可靠性，每個桿件的節(jié)點(diǎn)或拼接接頭一端不宜少于 兩個永久螺栓 ，但組合構(gòu)件的綴條除外； ?直接承受動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； ?C級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； 167。 普通螺栓連接計(jì)算 一、螺栓連接的受力形式 F N F A 只受剪力 B 只受拉力 C 剪力和拉力共同作用 二、普通螺栓抗剪連接 （一）工作性能和破壞形式 對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 （ 1）螺栓桿被剪壞 栓桿較細(xì)而板件較厚時(shí) （ 2）孔壁的擠壓破壞 栓桿較粗而板件較薄時(shí) （ 3）板件被拉斷 截面削弱過多時(shí) 以上破壞形式予以計(jì)算解決。 N/2 N N/2 N N N N （ 4）板件端部被剪壞 (拉豁 ) 端矩過小時(shí)；端矩不應(yīng)小于 2dO N N （ 5）栓桿彎曲破壞 螺栓桿過長；栓桿長度不應(yīng)大于 5d 這兩種破壞構(gòu)造解決 N/2 N N/2 （二）抗剪螺栓的單栓承載力設(shè)計(jì)值 由破壞形式知 抗剪螺栓的承載力取決于螺栓桿受剪和孔壁承壓兩種情況，故單栓抗剪承載力由以下兩式?jīng)Q定 : nv— 剪切面數(shù)目 ； d— 螺栓桿直徑； fvb、 fcb— 螺栓抗剪和承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； ∑ t— 連接接頭一側(cè)承壓構(gòu)件總厚度的較小值 。 ? ? )344(m i nm i n ?? bcbvb NNN ，單栓抗剪承載力： )324(42?? bvvbv fdnN ?抗剪承載力： )334(bcbc ?? ? ftdN承壓承載力： d 剪切面數(shù)目 nv N N 1?vn單剪：N N/2 N/2 2?vn雙剪：4?vn四剪：N/2 N/3 N/3 N/3 N/2 （三）普通螺栓群抗剪連接計(jì)算 普通螺栓群軸心力作用下抗剪計(jì)算 N/2 N l1 N/2 平均值 螺栓的內(nèi)力分布 試驗(yàn)證明 ,栓群在軸力作用下各個螺栓的內(nèi)力沿栓群長度方向不均勻，兩端大 ,中間小。 當(dāng) l1≤15d 0(d0為孔徑 )時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，內(nèi)力重新分布，各個螺栓內(nèi)力趨于相同，故設(shè)計(jì)時(shí)假定 N有各螺栓均擔(dān)。 bNNnm i n?所以，連接所需螺栓數(shù)為： 當(dāng) l115d0(d0為孔徑 )時(shí)，連接進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)后，即使內(nèi)力重新分布 ,各個螺栓內(nèi)力也難以均勻，端部螺栓首先破壞 ,然后依次破壞。由試驗(yàn)可得連接的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù) η 與 l1/d0的關(guān)系曲線 。 )354(1 50601501010?????dldld?時(shí)：當(dāng)ECCS 試驗(yàn)曲線 M22 我國規(guī)范 0 10 20 30 40 50 60 70 80 l1/d0 η 平均值 長連接螺栓的內(nèi)力分布 60 01???時(shí)：當(dāng) dl)364(m i n?? bNNn ?故，連接所需栓數(shù)： N N b t t1 b1 普通螺栓群軸心力作用下，為了防止板件被拉斷尚應(yīng)進(jìn)行板件的凈截面驗(yàn)算。 拼接板的危險(xiǎn)截面為 22截面 : A、螺栓采用并列排列時(shí) : 主板的危險(xiǎn)截面為 11截面 : 1 1 2 2 ? ?主板厚度。主板寬度；危險(xiǎn)截面上的螺栓數(shù)；螺栓孔直徑；鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值???????????tbmdftdmbAfANnn001,1,。?? ?拼接板厚度。危險(xiǎn)截面上的螺栓數(shù)；拼接板寬度；螺栓孔直徑；鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值???????????1101012,2,。tmbdftdmbAfANnn?N N t t1 b c2 c3 c 4 c 1 B、螺栓采用錯列排列時(shí) : 主板的危險(xiǎn)截面為 11和 1’1’截面 : ? ?? ?主板厚度。主板寬度；危險(xiǎn)截面上的螺栓數(shù)；螺栓孔直徑；鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；式中：截面：’’對于截面：對于??????????????????????????tbmdftdmccmcAtdmbAfANnnn00222140。1211。11?1 1 1’ 1’ N N b t t1 b1 c2