《结构设计原理》课件--第20-1-4章-残余应力+螺栓连接只是课件.ppt

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1、《结构设计原理》课件--第20-1-4章-残余应力+螺栓连接20.1.7焊接残余应力及残余变形高度不均匀的温度场造成构件内部收缩与膨胀的不均匀性，致使构件产生变形，这种变形叫焊接变形。(a)纵向收缩和横向收缩；(b)弯曲变形；(c)角变形；(d)波浪变形；(e)扭曲变形而焊缝和焊缝附近钢材不能自由地变形，因受到周围钢材的约束而产生焊接残余应力。一、焊接残余应力的分类和原因焊接应力是一种无荷载作用的内应力，因此会自相平衡，包括以下三个部分：1、纵向焊接应力2、横向焊接应力3、沿厚度方向的焊接应力20.1.7焊接残余应力及残余变形+--500oC800oC300oC300o

2、C500oC800oC施焊方向8cm64202468cm施焊时焊缝附近达1600℃以上，而邻近区域温度骤降。焊缝周围产生不均匀温度场-----++1、纵向焊接应力——沿焊缝长度方向成因：施焊时焊缝处钢材受热伸长，但受两侧低温区域的限制产生热塑性压缩；焊缝冷却时收缩又受到限制而产生拉应力；拉应力大小可达钢材屈服点fy；远离焊缝区域产生纵向压应力，焊件内应力自相平衡。2、横向焊接应力两部分组成：其一是由焊缝区的纵向收缩所引起。如把钢板假想沿焊缝切开，由于焊缝的纵向收缩，两块钢板产生如图(a)中虚线所示的弯曲变形。因而可见在焊缝长度的中间部分必然产生横向拉应力，而在焊缝的两瑞

3、则产生横向压应力，应力分布如图(b)所示。其二是由焊缝的横向收缩所引起。施焊时，焊缝的形成有先有后，先焊的部分先冷却，先冷却的焊缝区限制了后冷却焊缝区的横向收缩，使产生横向焊接残余应力如图(c)所示。最后的横向焊接残余应力当为两者即图(b)和图(c)的叠加，如图(d)所示。在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。沿厚度方向先焊焊缝凝固，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形。-+-321σxσyσz冷却时外围焊缝散热快先冷固，内层焊缝收缩受限制产生沿厚度方向的拉应力，外部则产生压应力。因此除了横向和纵向焊接残余应力x，y外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力z，这三种应

4、力形成同号三向拉应力，大大降低连接的塑性。3、厚度方向的焊接应力20.1.7焊接残余应力及残余变形二、减少焊接应力和变形的措施1、合理的焊缝设计（1）合理的选择焊缝的尺寸和形式满足最小焊脚尺寸的条件下，一般用较小的hf加大焊缝长度，即设计成焊脚尺寸较小而焊缝长度长些；注意：不要因考虑“安全”而任意加大超过计算所需要的焊缝尺寸。（2）尽可能减少不必要的焊缝不但增加了装配和焊接的工作量，易引起大的焊接变形。20.1.7焊接残余应力及残余变形（3）合理地安排焊缝的位置焊缝不宜过分集中并尽量对称布置焊缝以消除焊接残余变形和尽量避免三向焊缝相交。三向焊缝相交时，中断次要焊缝使主要

5、焊缝保持连续（4）尽量避免截面突变引起的应力集中现象，连接过渡平缓。（5）避免焊接缺陷，尽量避免仰焊二、减少焊接应力和变形的措施1、合理的焊缝设计20.1.7焊接残余应力及残余变形2、合理的工艺措施（1）采用合理的焊接顺序和方向。先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝，先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝，使焊缝有较大的横向收缩余地。二、减少焊接应力和变形的措施20.1.7焊接残余应力及残余变形采用适当的焊接顺序和方向。例如采用对称焊，分段退焊(即分段焊接，每段施焊方向与焊接推进的总方向相反)、跳焊、多层多道焊等，使各次焊接的残余应力和变形的方向相反和互相抵消。3、锤

6、击或辗压焊缝，使焊缝舒张，降低焊接残余应力；4、预热和回火对于小尺寸焊件，焊前预热，或焊后回火加热至600℃左右，然后缓慢冷却。2、采用反变形法减小焊接变形或焊接应力。5、局部加热；6、退火法二、减少焊接应力和变形的措施20.1.7焊接残余应力及残余变形焊前预热和焊后缓冷是减少焊缝区与焊件其他部分的温差，降低焊缝区的冷却速度，使焊件能较均匀地冷却下来，减少残余应力与变形螺栓连接螺栓连接是用螺栓将构件、部件连成整体的连接方式。螺栓是由螺杆、螺母、垫圈组成的坚固件。缺点优点施工简单，拆装方便，摩擦型高强度螺栓连接动力性能好耐疲劳，易阻止裂纹扩展费料、开孔截面削弱螺栓孔加工精

7、度要求高20.2钢结构螺栓连接①普通螺栓连接根据加工精度分A、B、C三级。A、B级精制螺栓，采用低合金钢或再经热处理后制成，Ⅰ类孔，孔径比杆径大0.3-0.5mm，抗剪性能好，制造安装费工，少用。性能等级5.6级或8.8级。C级粗制螺栓，一般Q235钢，Ⅱ类孔，孔径比杆径大1.5-2.0mm，抗剪性能差，但传递拉力性能好，性能等级为4.6级或4.8级。②高强螺栓连接高强钢材制成：优质碳素钢和合金钢性能等级：8.8级、10.9级。等级符号说明：小数点前8、10——螺栓材料经热加工后的最低抗拉强度为800、1000N/mm2；小数点后0.8、