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83.21殊心力雌讎接
S3.22鮒航力作用
NsinJ】
(3.10)
3.3.4
3,3.4」
(i)恥板艄接魏承受啊加助、压力貓加时
当耶麴心力诅轴心力酬连後鹽中心时间认为财应力是购分布觥酣21醴接申,当只林面鮪啊,按式
(3・8卅策当只有正両鱒狮,按式(3,7卅箫当采用三昭偉3M删戕板再械式⑺7卅虹面解新承踰内力
N1胡仏-
式申汕为齬-肛砒财计算长度的的淸由力
N_W
psa9)
式申力■一连接-躺制面鮪針算皴的脚。
田3⑵所示受鼬飙力的鱷魅瓠有酹特方法。
©分力法和力分第为垂直于恥湘平行瑚繍分力
N产Ns讪Ny=N炯
代入式(3,6)黯鮪繃强氏
破接法砌N力分%統(3JQ)的%和rf代人式(3,6冲福
取紅1・22%1,5馬
N…
+cos叨=wJ\—sir?
0/3<
令盏丽'则斜焊缝的计算式为
(3.11)
式中弘——斜焊缝的强度增大系数,其值介于1.0〜1.22之间;
e—作用力与焊缝长度方向的夹角。
对直接承受动力荷载结构中的焊缝,取向。
=1.0・
(3〉承受轴心力的角钢角焊缝计算
在钢桁架中,角钢複杆与节点板的连接焊経一般采用两面侧焊,也可采用三面围焊,待殊情况也允许采用L形围焊(图3.23)•服杆受轴心力作用,为了避免焊缝偏心受力•焊缝所传递的合力的作用线应与角铭杆件的轴线重合.
对于三面围焊[图3.23(&)],可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸加,求出正面角焊缝所分担的轴心力“3。
当眾杆为双角钢组成的T形截面,且肢宽为6时,
Nj=2X0>7hMfT(3.12)
由平衡条件(工M=0)可得:
M=丛戸一学pN_学〈3•⑶
2=豊一豊=5N-豊(3.14)
式中NE——角钢肢背和肢尖上的侧面角焊缝所分担的轴力;
e角钢的形心距$
91
——角钢肢背和肢尖悍縫的内力分配系数■设计时可近似取如=专灼=专。
图3・23桁架腹杆与节点板的连接
对于两面割焊[图3.23(a)],因“3=0•得
N】=a、N(3.15)
M—a$N(3.16)
求得各条焊缝所受的内力后,按构造要求(角焊缝的尺寸限制)假定肢背和肢尖焊魅的焊脚尺寸,即可求出焊缝的计算长度。
例如对双角钢裁面.
2X0.7htifT
(3.17)
山一2x0・7亦•
式中hg个角钢肢背上的侧面角烬缝的焊脚尺寸及计算长度;
hlg个角钢肢尖上的侧血角焊缝的焊脚尺寸及计算长度。
、
考虑到毎条焊缝两端的起灭弧缺陷•实际焊缝长度为计算长度加10mm;但对于三面围焊,由于在杆件端部转角处必须连续施焊,每条侧面角焊缝只有一端可能起灭弧,故焊缝实际长度为计算长度加5mm;对于采用
绕角焊的側面角烬缝实泳长度導于计算长度(绕角焊缝怏度2加不进入计算儿当杆件受力很小时,可采用L形围焊[图3.23(c)]・由于只有正面角焊缝和角钢肢背上的侧面角痒缝,令式(3.14)中的Nz=0,得
N3=2勺N(3.19)
N\=N—N,(3.20)
角钢肢背上的角焊缝计算长度可按式(3.17)计算,角钢端部的正面角焊缝的长度已知,可按下式计算其焊瞬尺寸:
13_2X0.7X1/JT*
式中$/“nb—Srnm
【例3・1】试验算图3.22所示直角角焊縫的强度。
已知焊缝承受的静态斜向力N=280kN(设计值)"二60°,角焊缝的焊谋尺寸Af=8mm,实际长度rw=155mm,钢材为Q235-B,手工焊,焊条为E43型。
【解】
受斜向轴心力笊角焊缝有两种计算方法:
(1)分力法将N力分解为垂直于悍缝和平行干焊缝的分力,即
y=140kN
N严N•sin(9=N•sin60e=280X—=242.fkN
Ny=N•cos0=N•cos60°=280X
=156N/mn?
=N.二242.5XIO3_
140XIO3
2X0.7X8X(155^16)
5一2hX~2X0-7X8X(155-16)
=90N/mm2
焊缝同时承受5和Tr作用,可用式(3・6)验算
156N/mm2
160N/mm2
370530
(2)直接法也就是直接用式(3.11)进行计算。
已知0=60。
・则斜焊缝强度增大系数弘=
L15,则
=155N/mm2£穴=160N/mm:
§=一__280X2
2MS=2V0.TX8X(155-16)X1.15
显然,用直接法计算承受轴心力的角焊缝比用分力法简练。
【例3.2】试设计用拼接盖板的对接连接(图3.24)。
已知钢板宽B=270mm,序度/产28mm,拼接盖板厚度“=该连接承受的静态紬心力N=1400kN(设计值),钢材为Q235E手工焊•焊条为E43型・
图3・24例3・2图
【解】
设计拼接盖板的对接连接冇两种方法•一种方法是假定焊脚尺寸求焊缝长度,再由焊縫长度踊定拼接盖板的尺寸;另一方法是先假定焊脚尺寸和拼接芒板的尺寸,然后验算焊缝的承裁力<如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时,则应谒整焊脚尺寸,再行验算,直到满足承载力要求为止。
角焊缝的焊脚尺寸儿应报据板件厚度确定:
由于此处的焊缝在板件边缘施焊,且拼接盖板厚度it=16mm>6mm.rt hj=/—(}~2)mm=16—(1~2)=15或14mm fiT=5=1・5\/28=7-9mm 取尼=10mm・査附录表1・2得角焊缝强度设计值/r=160N/mn? (1)采用两面测焊时[图3・24(a)] 连接一侧所需焊缝的总长度,可按式(3.8)计算得 eN1400X10$“皿 »・=砾=0.7X10X160=1250mm 此对接连接采用了上下两块拼接盖板,共有4条侧焊缝,一条侧焊缝的实际长度为 I.=+20=+20=333mm<60儿=60X10=600mm 44 所槪拼接盖板长庆 厶=2Z: +10=2X333+10=676mm,取680mmo 式中UOmm为两块彼连接钢板间的间隙。 拼接盖板的宽度Z就是两条侧面角焊缝之间的距离,应根据强度条件和构造要求确定。 根据强度条件,在钢材种类相同的情况下,拼接盖板的載面积"应等于或大于被连接钢板的截面枳. 选定拼接盖板宽^6=240mm»则 /V=240X2X16=7680mm2>A=270X28=7560mm2 满足强度要求。 . 根据构造耍求,应满足: b=240mm 且<16f—16X16—256mm 满足要求•故选定拼接盖板尺寸为660mmX240mmX16mmo (2)采用三面围焊时[图3.240〉] 采用三面围焊可以减小两测侧面角焊缝的长度,从而减小拼接盖板的尺寸•没拼接盖板的宽度和厚度与采用两面侧焊时相同•仅需求盖板长度。 已知正面角焊缝的长度r.=6=240mm■则正面角焊缝所能承旻的内力 N==2X0.7X10X240X1.22X160=655870N 所需连接i側侧面角焊缝的总长度为 G.N—N'1400000-655870 X=~hJT=0.7X10X160=664mm 连接一侧共有4条侧両角焊缝,则一条侧面角焊缝的长度为 J10=+10=176mm.采用180mm。 44 拼接盖板的长度为 乙=2化+10=2X180+10=370mm (3)采用菱形拼接盖板时[图3.24(0] 当拼接板宽度较大时,采用菱形拼接盖板可滅小角部的应力集中,从面使连接的工作性能得以改善.菱形拼接盖板的连接焊缝由正面角焊缝、側面角焊缝和斜焊缝绅组成。 设计时,一般先假定拼接盖板的尺寸再进行验算.拼接盖板尺寸如图3.24(c)所示,则各部分焊缝的承裁力分别为: 正面角焊缝: 侧面角焊缝: “2=4hdJ=4X0.7X10X(110一10)X160=44&OkN 斜焊缝: 此焊缝与作用力夹角0=arcian =33・7°•可得%=1/丿1一血33.7/3=1・06,故有 N、=4九=4X0.7X10X180X1.06X160=854.8kN 连接一侧焊缝所能承受的内力为 N'=M+M+“3=109-3+448.0+854.8=1412kN>N=1400kN,满足要求。 图3.25例3・3图 【例3・3】试确定图3.25所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承戟力及肢尖焊缝的长度.已知角钢为2L125X10,与厚度为8n)m的节点板连接,其搭接长度为300mm•焊脚尺寸Af=8mm,钢材为Q235-B,手工焊•焊条为E438L 【解】 角烬缝强度设计t/r=160N/mm\焊缝内力分配系数为如=0・67山2=0・33。 正面角焊缝的长度等于相连角钢 肢的宽度,即Zw3=6=125mm.W正面角焊缝所能承受的内 M2X0.7X8X125X1.22X160=273・3kN 肢背角焊缝所能承受的内力N]为: M=2九5=2X0・7X8X(300-8)X160=523・3kN 由式(3・13)知 N、=JN-豊=0.67N-空尹=528.6kN N=倔•讥;36"=985RN 由式(3.14)计算肢尖岸缝承受的内力Nt为: Nz=sN—才=0.33X985一136・6=188kN 由此町笄出肢尖焊缝的长度为: 2、°188X10』…… '"瓦7? +8=2X0.7X8X160+8=113mm 3-3-4.2承受于矩、轴心力或剪力联合作用的角坪缝连接计算■ 图3.26所示的双面角焊缝连接承受偏心斜拉力N作用•计算时,可将作用力N分解为和N,两个分力。 角焊缝同时承受轴心力N、、剪力Ny和弯矩Af=N.・e的共同作用。 焊缝卄真截面上的应力分布如图3.26Q)所示•图中A点应力最大为控制设计点.此处垂直于焊缝长度方向的应力由两部分组成,即由轴心拉力产生的应力 _N*_N* 叶=瓦=丽; 由弯矩M产生的应力 M6M. %5=砥心.22) 这两部分应力由于在? ! 点处的方向相同,可貢接叠加•故S点垂宣于焊绅长度方向的应力为 "N、丄6M 图3.26承受偏心斜披力的角焊缝 剪力Ny在/! 点处产生平行于捽缝长度方向的应力 r=M=旦 742札人 式中Zw—焊缝的计算长度,为实际长度减2九。 则焊缝的强度计算式为 如+X穴 当连接直接承受动力荷载作用时,取向=1.0。 对于工字梁(或牛腿〉与钢柱翼缘的角焊缝连接(图3.27).通常承受弯矩M和剪力卩的联合作用。 由于翼缘的竖向刚度较差,在剪力作用下,如果没有股板焊缝存在,翼缘将发生明显挠曲’这就说明,•翼缘板的抗剪能力极差。 因此,计算时通常假设腹板焊缝承受全部剪力■而弯矩则由全部焊缝承受。 图3.27工字形梁(或牛腮〉的角焊縫邊接 为了悍缝分布较合理,宜在每个冀缘的上下两侧均匀布置角焊缝,由于其缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方向的弯曲应力,此弯曲应力沿梁高度呈三角形分布[图3.27(c)],最大应力发生在翼缘焊缝的最外纤维处,为了保证此焊缝的正常工作,应使興缘焊缝最外纤维处的应力濟足角焊缝的强度条舛,即 %=¥•辛WPtft(3.23) 式中M—全部焊縫所承受的弯矩; J——全部焊建有效截面对中和轴的惯性矩; h——上下翼缘焊缝有效截而最外纤维之间的距离。 腹板焊缝承受两种应力的联合作用,即垂克于焊缝长度方向、且沿梁高度呈三角形分布的弯曲应力和平行于焊缝长度方向、且沿焊缝截面均匀分布的剪应力的作用,设计控船点为翼缘焊缝与腹板焊婕的交点处人,眈处的弯曲应力和剪应力分别按下式计算 r-Ed)式中Y(九2仁2)——腹板烽缝有效截血积之和; h2——腹板牌缝的实际长度。 则腹板焊罐在A点的强度验算式为 +4 工字梁〈或牛腿)与钢柱翼缘角焊缝连接的另一种计算方法是使焊缝传递应力与母材所承受应力相协调.即假设腹板焊缝只承受剪力;翼缘焊缝承担全部弯矩,并将弯矩M化为一对水平力H=M/九则規缘焊缝的强度计算式为 €Ptfi 腹板焊缝的强度计算式为 式中Z个翼缠上角焊缝的有效載面积, 2九2人2——两条腹板焊缝的有效截面积. 【例3.4】试验算图3.28所示牛她与钢柱连接角焊缝的强度.钢材为QZ35,焊条为E43型,手工焊。 荷载设计值N=365kN,偏心距350mm<焊脚尺寸仙严8mm人严6mm。 图3・28(6)为焊缝有效截面。 图3.28例3.4图 【解】 N力在角悍缝形心处引起剪力V=N=365kN和弯矩M=Ne=365X0.35=127.8kN・m. (1)考虑腹板焊缝参加传递弯矩的计算方法 为了计算方便,将图中尺寸尽可能取为整数. 全部焊隽有效截面对中和轴的惯性矩为 仁=2X①4];3"+2X21X0.56X20.288+4X9.5X0.56X17-28'=18779cm*翼缘焊缝的最大应力 引=¥•伶=}|蔦龙X205.6«=140N/mm2<0(*=L22X160—195N/mml腹板焊缝中由于弯矩M引起的最大应力 170 %=140X=115.8N/mm2 由于剪力V在腹板焊缝中产生的平均剪应力 365X10J 127.8N/mmz 石=2X0.7X6X340 则腹板焊缝的强度(A点为设计控制点)为 J罟+彳=務|+127-8: =】59・2N/mm2 (2)按不考虑腹板焊缝传递弯矩的计算方法翼缘悍缱所承受的水平力 方=半=12噹世=336kN(A值近似取为翼缘中线间距离) 翼缘悍缓的强度 "总=0.7X8務茨95)=⑸N/mm,<话=]95N/mm, 腹板焊聲的强度 r;=i=2X器7Ji340=127-8N/mm! <160N/mmi 【创3.5】试验算图3・29所示钢管柱与钢底板的连接角焊缝。 图中内力均为设计值,其中N=280kN,M=16kN・mW=212kN°悍脚尺寸08mm,钢材为Q235,手工悍,悍条为E43型。 图3・30环形角焊囊受曲 M(b) 3・3・4・3承受扭矩戎扭矩与剪力联合作用的角坪缝连接计算 (1)环形角焊缝承受扭矩T作用时的计算(图3.30) 由于焊缝有效厚度九比圆环宜径Q小得多•通常A<<0.ID•故环形角 焊缝承受扭矩7、作用时,可视为薄壁岡环的受扭问题。 柱有效截面的任一点上所受切线方向的剪应力应按下式计算 n=— 式中r—圆心至焊缝有效截面中线的距离; 人——焊缝有效載面的惯性矩,对于薄璧圆环可取7P=2xA.r\ (2〉圈焊承受剪力和扭矩作用时的计算 图3.31所示为采用三面围焊搭接连接。 该连接角焊缝承受竖向剪力V =F和扭矩T=F(6+e»作用。 计算角焊缝在扭矩T作用下产生的应力 时,是基于下列假定: ①被连接件是绝对刚性的•它有绕焊缝形心O旋转的趋势•而角烬缝本身是弹性。 ②角焊缝群上任一点的应力方向垂宜于该点与形心的连线•且应力大小与连线长度厂成正比。 图3・31中-4点与4点 距形心O点最远•故A点和河点由母矩T引迟的劳应力rT最大■焊缝菲其他各处由扭矩T引起的剪应力rT (3.25) (3.26) (3.27) 图3.31受剪力和扭矩作用的角焊縫 在扭矩T作用下/点(或"点)的应力为: T-rT-r "■片=7T+T 将"沿Z轴和丁轴分解为两分力 %="•sind=丁j『•孑= 由剪力V在焊做群引起的剪应力FV按均匀分布•则在A点(或占点〉引起的应力"为 V rvr= 则A点受到垂直于焊缝长度方向的应力为 S工Fm 沿烬缝长度方向的应力为r“,则A点的合应力满足的强度条件为 7F評 当连接直接承受动态荷戟时,取伐=1.Oa 应该指出的是上述计算方法中,假定轴心力产生的应力为平均分布。 实际上,在图3.31所示轴心力作用下,水平焊缝为正面焊缝•而竖直焊缝为側面焊缝,两者单位长度分担的应力是不同的■前者较大,后者较小。 显然•轴心力产生的应力皱设为平均分布,与前面基本公式推导中,考虑焊缝方向的思路不符。 同样,在确定形心位置以及计算扭矩下所产生的应力时,也没有考虑焊缝方向•而只在最后验算式中引进了系数向,上面计算方法有一定的近似性。 【例3.6】图3.31钢板长度2,=400mm.搭接长度Z2=3C0mm>荷戮设计慎F=2】7kN,偏心距勺=300mm(至柱边缘的距离)•钢材为Q235,手工焊,焊条E43型,试确定该焊缝的鷄脚尺寸并验算该焊缝的强度。 【解】 图3.31几段焊缝俎成的围焊共同旅受剪力V和扭矩T=F(el4-e2)的作用,设焊缝的焊胸尺寸均为h产8mmo 焊缝计算截面的童心位置为 Xo-2Z.+Z.60+40 在计算中,由于焊瘻的实际长度稍大于人和伍•故焊缝的计算长度直接采用厶和厶,不再扣除水平焊缝的两端缺陷。 焊缝截面的极惯性矩: 7X=XX0.7X0.8X403+2X0.7X0.8X30X202=16400cm4 X2X0.7X0.8X303+2X0.7X0.8X30X(15-9): 4-0.7X0.8X40X92 =5500cm4 人=人+儿=16400+5500=2l900cn? 由于勺=仇一九=30—9=21cm rx=21cm口=20cm 故扭矩T=F(®+勺)=217X(30+21)X107=110.7kN•m 110・7X200XW ~-21900X101~ 21900X104 H0.7X210X10«=106N/mml 217XIO3 轴心力V在虫点产生的应力为 =V 38・8N/mm2 5=£九厶=0.7X8X(2X300+400) 由图3.31(6)可见,与rv『在A点的作用方向相同,且垂直于焊琏长度方向,可用刃衷示。 5=rT>+rVy=106+3&8=144.8N/mm2 平行于焊缝长度方向则 +rf= 1.22 +Id2=155-8N/mm2 说明取A=8mm是合适的&
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