钢结构B复习

f
l
h
（2 ）V、M共同作用下焊缝强度计算
V
e
F
2 h1 h h2 x
1
σf1 σf2
x h1
τf
M M
2’
假设：腹板焊缝承受全部剪力，全部焊缝承受弯矩
对于1点：
M h1 f1 f f f w Iw 2
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
在扭矩作用下，螺栓1受力： N1Ty N1T
x1 r1
y1 N N r1
T 1x T 1
在剪力V和轴心力N作用下，螺栓均匀受力：
N1Vy V n
N1N N n x
则螺栓1承受的最大剪力N1应满足：
T V T b N1 ( N1N N1x )2 ( N1y N1y )2 Nmin x
（3）三面围焊受扭矩、剪力联合作用时角焊缝的计算
e a
y
rx
A
e1
将F向焊缝群形心简化得: 轴心力 V＝F 扭矩 T=Fe
F
x
h
x
V r
0
T
A’
y l2
承受偏心力的三面围焊
计算时按弹性理论假定: ①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。 ②扭距在角焊缝群上产生的任一点的应 力方向垂直于该点与形心的连线，且应 力大小与连线长度r成正比。 ③在轴心力V作用下，焊缝群上的应力 均匀分布。
钢材的规格
第一章
概率极限状态设计法
绪 论
结构的极限状态
（1）承载能力极限状态
（2）正常使用极限状态
对接焊缝连接的构造和计算 Details &. Design of Groove Welds
一、构造要求 二、焊缝强度计算方法
强度计算
1、承担轴心力
N f t w或f cw ([ tw ]或[ cw ]) l wt
普通螺栓的受拉连接 单个螺栓的承载力 轴心受拉
N Ae f t
b t b
d e2
4
ft
b
同时受拉和受剪
Nv Nt b b 1 N N v t
2
2
（2） 螺栓群受弯矩
（3） 螺栓群偏心受拉
偏心较小，即弯矩较小，全部螺栓受拉。 偏心较大，即弯矩较大，在端板底部将出现受压区。
(4) 螺栓群同时受剪力和拉力
每个螺栓的剪力为：
V N v N cb n
按(2)或（3）的方法计算每个螺栓的拉力
Nv Nt b b 1 N N v t
2
2
高强螺栓
高强螺栓，通过拧紧螺母，在螺杆中施加很大的预拉力，此预 拉力将连接件夹紧，使接触面间产生很大摩擦阻力，抵消外荷载产 生的剪力。 摩擦型高强螺栓 完全依靠被连接件间的摩阻力传力，当剪力等于 最大摩擦力时即为承载能力极限状态。使用于动载结构。
承压型高强螺栓 剪力超过摩阻力时，构件之间产生相对滑动，螺 杆和孔壁接触，由摩阻力、螺杆剪力、承压力共同传力。以螺栓剪 坏或孔壁承压破坏为承载力极限状态。类似于普通螺栓的受力性能。
预拉力控制方法：扭矩法、扭剪法、转角法。
摩擦型高强螺栓
单个螺栓抗剪承载力
N
b v
n f P
R
0.9n f P
故：该连接的设计控制点为A点和A’点
焊接应力和焊接变形 Welding Stress & Welding Deformation
焊接残余应力及其影响
增大结构的变形，降低结构刚度，影响受压柱的稳定承载力， 局部形成三向拉应力场。
1.对结构静力强度的影响
2、对结构刚度的影响
减少或消除焊接残余应力及残余变形的措施 1. 合理的焊缝设计和焊接工艺 2. 反变形 3. 预热、后热等矫正方法
在扭矩或扭矩和剪力共同作用时的抗剪计算方法与普通螺栓群 相同，但应该采用高强度螺栓承载力设计值进行计算。
高强度螺栓群受拉
（1）轴心受拉
高强度螺栓连接所需的螺栓数目： 对于摩擦型连接：
N n b Nt
N tb 0.8P
（2）高强度螺栓群受弯矩作用
由于高强度螺栓的抗拉承载力一般总小于其预拉力P，故在弯矩作用 下，连接板件接触面始终处于紧密接触状态，弹性性能较好，可认 为是一个整体,所以假定连接的中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧 螺栓受力最大。
为什么焊脚尺寸不能过小？
焊脚尺寸过小，在施焊过程中高温的焊缝热量很快被焊件吸收， 焊缝冷却过快，焊缝易变脆。
为什么焊脚尺寸也不能过大？
焊脚尺寸过大，可能造成焊件过烧或被烧穿； 焊脚尺寸过大，冷却时的收缩变形加大，增大焊接应力，焊件 易产生翘曲变形。
1. 最小焊脚尺寸 hf min
h f 1.5 t (mm) 手工焊： h f 1.5 t - 1 (mm) 自动焊： T形连接单面焊缝： h f 1.5 t 1 (mm) t 4mm时，则取h f t 当焊件厚度 式中 t 为较厚焊件的厚度（mm)
2、承担弯矩和剪力
M ft w Ww VS w f vw I wt
在正应力和剪应力同时作用点处：

2
3
2
1.1 f t w 或 1.1 f cw
1.1为考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适当提高系数。
角焊缝的构造和计算 Configuration &. Design of Fillet Weld
2.复杂受力时角焊缝连接计算
（1）受弯矩M 、剪力V 、轴力N联合作用时角焊缝的计算 e
θ M A Ny Nx
lw 2
lw
2
N
he t he
σNx
σM τNy
由轴心拉力Nx产生的应力：
由弯矩M产生的最大应力：
Nx Nx N Ae 2helw
A点产生的剪应力：
M
Ny
w e
M 6M 2 We 2helw
2). 侧面角焊缝不宜过长； lw 40h f (动载) lw 60h f (静载) lw若超出上述规定值，超长部分不予考虑。 侧面角焊缝沿长度方向受力不均匀，两端大而中间小，故规 定有效长度。 若内力是沿侧面角焊缝全长分布时，其计算长度不受此限制。
直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：Biblioteka fu fy=f0.2
0.2%
εp
无屈服点钢材的应力-应变曲线
影响钢材力学性能的主要因素
1.化学成分 2.冶金缺陷 3.钢材硬化 4.温度的影响 5.复杂应力和应力集中的影响 6.荷载类型的影响 7.残余应力
用轧钢机将钢锭轧成钢胚，再通过一系列不同形状和孔径的轧 机，轧成所需形状和尺寸的钢材。 钢材的热轧成型，压密钢的晶粒，改善钢的材质。薄的钢材， 辊轧次数多，压缩比大，因而屈服点及伸长率均大于厚板。 钢材的力学性能按板厚或直径分组。
钢材的疲劳 Fatigue
钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐积累损伤、产生裂纹即裂 纹逐渐扩展，当循环次数达到某定值时，发生突然破坏的现象，称为 疲劳。（high-cycle fatigue low-cycle fatigue) 高周低应力疲劳：破坏前的应力循环次数n≥5×104 ，疲劳破坏 时的应力较低， f y 。 一般属于此类疲劳。 低周高应力疲劳：破坏前的应力循环次数n=102~5×104 ,疲劳破 坏时的应力水平较高， f y 。
2. 最大焊脚尺寸 hf max
h f 1.2t
t为较薄焊件的厚度。 板件厚度为t1的板件边缘焊缝尚应满足： (1) 当t1 6mm时，h f t1; (2) 当t 6mm时，h t (1 ~ 2)mm。
1 f 1
3. 焊缝的计算长度
1). 角焊缝的计算长度不宜过小；
lw 8h f , 且lw 40mm
应力比：
min max
应力幅：
max min
循环次数： n （要求n≥ 5×104时，应进行疲劳计算）
钢材的选择
钢材的选用应保证结构安全可靠和经济合理，选用时应考虑： 结构的类型及重要性；结构所受荷载性质（动载、静载）； 连接的方法；焊接、螺栓连接；结构的工作温度和所处的环 境，钢材厚度。
（3）高强度螺栓群偏心受拉
N
1 2 3 4 N1 N2
R=1.111
单个螺栓抗拉承载力
Ntb 0.8P
高强螺栓群连接的计算
分析方法和计算公式与普通螺栓同。
高强度螺栓群受剪 （1）轴心受剪
设一侧的螺栓数为n，平均受 剪，承受外力N。轴力通过螺 栓群的形心，所需螺栓数目：
对于摩擦型连接：
N n b Nv
（2）高强度螺栓群非轴心受剪
n1 N (1-0.5 ) f n An
M
1 2 3 4
M
N1 N2 N3 N4
y1 y2 中 和 轴 受压区
由力学知识可得：
N3 Nn N1 N 2 y1 y2 y3 yn
M N1 y1 N 2 y2 N n yn
因此，设计时只要满足下式即可：
N1
M y1 yi2
i 1 n
N tb
f f f2 f f w
2
角焊缝的计算
1.轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算 (1）用盖板的对接连接
lw
N
N
角焊缝计算长度=l实-2hf
B、采用三面围焊连接
lw
N
lw
’
N
（3）承受轴心力的角钢端部连接
K1—角钢肢背焊缝的内力分配系数 K2—角钢肢尖焊缝的内力分配系数