函授輔導-結(jié)構(gòu)(改)

焊接結(jié)構(gòu)輔導

主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)設計基礎焊接結(jié)構(gòu)設計鋁合金焊接結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設計基礎部分安全校核（強度校核、穩(wěn)定性校核、剛度校核）Sd作用力（結(jié)構(gòu)設計基礎、強度理論基礎） Rd抵抗力（強度理論基礎）-極限應力支座種類

在建筑物中，支座具有通過它的反作用力來承受外力，并且使建筑物保持平衡的功能。支座類型可分為以下三種：

活動支座

固定支座

緊固支座活動支座

只能對垂直方向上的力V產(chǎn)生作用力。對水平方向上的力和力矩不起作用。有兩個運動自由度，一個未知的支座反作用力。固定支座能對垂直方向上的力V和水平方向上的力H產(chǎn)生反作用力。對力矩不起作用。有一個運動自由度，二個未知支座反作用力。緊固支座能對垂直方向上的力V，水平方向上的力H和力矩M產(chǎn)生反作用力或力矩。無運動自由度，有三個未知的支座反作用力。靜定系統(tǒng)如果只有三個未知的支座反作用力，那么這個靜力學系統(tǒng)是可以確定的，因為根據(jù)三個平衡條件可以確定出支座反作用力。人們稱此系統(tǒng)為靜定系統(tǒng)。如果一個靜定系統(tǒng)有三個以上未知的支座反作用，那么，人們稱此系統(tǒng)為靜不定系統(tǒng)。多支撐直通梁、雙鉸鏈框架，緊固框架和樓層框架等都是這種靜不定系統(tǒng)的例子。幾種典型的梁承載結(jié)構(gòu)靜定系統(tǒng)靜定系統(tǒng)判定公式：n=a+z-3sa：支座反作用力的數(shù)量z：構(gòu)件之間反作用力的數(shù)量s：桿件的數(shù)量結(jié)果的意義：n＞0n倍靜不定系統(tǒng)n=0靜定系統(tǒng)n＜0可移動系統(tǒng)幾種典型的梁承載結(jié)構(gòu)靜定系統(tǒng)單一載荷均布載荷靜不定系統(tǒng)

內(nèi)力是指物體內(nèi)部各質(zhì)點之間的相互作用，物體不受外力時，其內(nèi)部各質(zhì)點之間也存在內(nèi)力，它使質(zhì)點間相對位置保持不變。當物體受外力作用而發(fā)生變形時，物體所受內(nèi)力發(fā)生變化，產(chǎn)生了“附加內(nèi)力”，稱為內(nèi)力。在單一傾斜載荷作用下的梁內(nèi)力計算與分布：內(nèi)力主要：軸向內(nèi)力

橫向（剪切）內(nèi)力

彎矩軸向內(nèi)力：橫向內(nèi)力彎矩X∈（0~4）X∈（4~7）應力應力=力/受力面積正應力σ（作用力垂直作用到橫截面積上，可由拉伸載荷、壓縮載荷和彎曲載荷所產(chǎn)生）剪應力

（作用力平行作用到橫截面積上）計算梁的截面參量慣性距Iy和翼板截面參量靜距SyIy慣性矩cm4（彎曲和剪切引起的應力，彎曲所產(chǎn)生的變形）Sy靜矩cm3

（剪切時的應力）彎矩產(chǎn)生的正應力例題：

S235(St37)鋼的應力一應變圖

試件的應變值為橫坐標，以應力的變化量為縱坐標，做出其曲線分布圖，以測定材料機械性質(zhì)的各項指標

上屈服極限：第一次下降前的最大應力抗拉強度斷裂前能夠測得最大應力許用應力為了使建筑物不致在應力達到屈服極限時出現(xiàn)變形現(xiàn)象，許用應力是根據(jù)材料S235屈服極限而不是根據(jù)斷裂極限來進行保障。許用應力與母材種類、受載荷類型、質(zhì)量檢驗有關(guān)。延伸率材料特征值用來表示材料的性能，也用來說明在載荷作用下所能達到的結(jié)構(gòu)關(guān)系。在拉伸試驗中，如果把應力和由應力引起的應變表示在一個坐標系中，就會產(chǎn)生一個應力—應變圖，該圖描繪了變形的特征。屈強比屈強比較大表示可節(jié)約材料，屈強比較大表示可提高安全性

抗扭曲扭曲是構(gòu)件橫截面在扭矩（當作用力偏離剪力中心時），則將產(chǎn)生扭矩的作用下相對軸線而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動變形，如果載荷通過剪切中心構(gòu)件上不產(chǎn)生扭曲。Am是箱形梁的剪力作用的面積，即圖中陰影線部分不同載荷下的焊接結(jié)構(gòu)不同載荷條件下的破壞形式——在靜載及主要承受靜載的狀態(tài)下，將導致：形變斷裂、脆性斷裂、層狀撕裂和失穩(wěn)破壞?！跓嶝摵蔂顟B(tài)下，將導致：低溫的影響—脆性斷裂，高溫的影響—屈服極限的高溫失效及蠕變失效?！趧虞d荷狀態(tài)下，將導致：疲勞斷裂。

焊接結(jié)構(gòu)設計載荷種類

載荷的分類主要根據(jù)載荷特征值通常我們把這種載荷特征值?（Kappa）稱為極限應力比，來確定載荷的種類：分為：主靜載荷

?=+1

靜載荷

?=+0.5

主要靜載荷，聯(lián)系到構(gòu)件壽命，載荷作用次數(shù)限制到10000次動載荷

?=±0

脈動載荷

?=-1

交變載荷主靜載：能夠出現(xiàn)應力均勻化，因此應力集中在一定情況下將為次要地位動載：失效形式是疲勞斷裂缺口效應

工程上通常用作用在截面上力線的疏密程度表現(xiàn)應力的分布狀況。形狀均勻的橫截面上,力線分布是均勻的缺口使力線發(fā)生偏離，使受載構(gòu)件缺口處附近力線密集缺口處局部應力升高應力集中焊接接頭中的缺口效應

對接焊縫時的應力分布

對接接頭基本上滿足焊縫中的力線分布不受干擾和應力分布均勻要求

如果在一個對接接頭中，由于施工制造缺陷而產(chǎn)生內(nèi)部的或外部的缺口時，那么這種焊接接頭是不完善的。

不同厚度的構(gòu)件焊成的對接接頭，形成結(jié)構(gòu)設計方面造成的缺口，此時所產(chǎn)生的峰值應力高度與所選擇的過渡形狀有關(guān)。角焊縫形式：面角焊縫，最經(jīng)濟的，因為它不存在多余的焊縫體積。盡管存在小的外部缺口效應，但在主要承受靜載荷的構(gòu)件上仍可使用這種焊縫形狀。凸面角焊縫一般應被避免。它是不經(jīng)濟的并且具有最大的缺口效應。僅在角接焊縫時使用這種焊縫形狀，甚至認為是有利的。凹面角焊縫的焊縫體積大于平角焊縫的焊縫體積。凹形角焊縫具有最小的外部缺口效應，因此優(yōu)先用于承受動載的構(gòu)件中。它們多半只能在船形位置焊接時得到。不等腰焊縫常用于端面焊縫的焊接，目的是減少缺口效應（應力集中）。主靜載焊接結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)特點——鋼材強度高，塑性、韌性較好；重量輕；材質(zhì)均勻和力學計算的假定比較符合；制作簡便，施工工期短；密閉性好；耐蝕性差；耐熱不耐火；低溫和其它條件下，可能發(fā)生脆斷。構(gòu)件結(jié)構(gòu)設計要求（受壓條件下的失穩(wěn)、桁架梁和實壁梁）——受壓構(gòu)件的彎曲失穩(wěn)——軸心受力構(gòu)件（軸心受力構(gòu)件的常用截面形式可分為實腹式和格構(gòu)式兩大類）——受彎構(gòu)件（實腹式受彎構(gòu)件梁、格構(gòu)式受彎構(gòu)件桁架梁、梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設計）焊接的實壁梁——使用軋制型材可以很方便地改變實壁梁的高度，只需改變腹板的高度，可增大該處的慣性矩，并減小支座，但應注意在支承處驗證其抗剪能力?！趶澗睾图袅Φ淖饔孟?，需對受彎梁進行局部加強。在L0長度區(qū)域內(nèi)進行加強后，增大在該區(qū)域內(nèi)的慣性矩，提高承載能力。實壁梁加強板的配置及翼板加強時端部的焊接接頭——由腹板及加強板組成的區(qū)域稱作翹曲區(qū)，為提高梁的穩(wěn)定性及承受彎曲和剪應力的能力，需對梁進行剛度加強，即：橫向加強和縱向加強。桁架梁——桁架梁的優(yōu)點是，每個桿件的材料性能均可得到充分利用。從焊接觀點來說，每個桿件的截面形狀選擇以及節(jié)點的結(jié)構(gòu)形式設計非常重要?！獥U件的截面形狀可根據(jù)不同的條件進行選擇，并有不同的方案（合理的焊接方案、合理的制作方案、防腐技術(shù)方案）——焊接節(jié)點框架轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)——角平分線上受載時的應力分布（應力分布不是直線而是雙曲線；在直角截面上，平面交界處的拉應力，在轉(zhuǎn)角凸出處上的分布一直為零；尖銳的轉(zhuǎn)角凹進處，壓應力在理論上上升到無窮大）?？蚣苻D(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)設計準則——選R/h≥1——內(nèi)翼板的強度要高于外翼板——框架轉(zhuǎn)角區(qū)域的腹板加強——對于徑向力，采取通過徑向的調(diào)整加強，同時增加板厚等措施，提高穩(wěn)定性——腹板和翼板之間的頸部焊縫測定為雙軸應力狀態(tài)疲勞斷裂的產(chǎn)生原因及特點——脆性破壞與疲勞破壞的相同點（都屬于低應力破壞；破壞之前，結(jié)構(gòu)都沒有明顯的征兆或外觀變形，突發(fā)性強，令人促不及防；都對應力集中很敏感起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于應力集中點）——脆性破壞與疲勞破壞的相同點與不同點（載荷性質(zhì)不同、對溫度敏感性、受載次數(shù)多少、斷裂經(jīng)歷時間、斷裂經(jīng)歷過程、斷裂機理機制、宏觀斷口形貌、微觀斷口形貌）影響焊接接頭疲勞強度的因素——疲勞載荷的性質(zhì)和大小；腐蝕介質(zhì)會加速疲勞裂紋的萌生和擴展速率，降低疲勞壽命——結(jié)構(gòu)構(gòu)造剛?cè)嵯酀某潭?；結(jié)構(gòu)上，特別是接頭上的各種應力集中現(xiàn)象；材質(zhì)的純度與材料的塑性和韌度；結(jié)構(gòu)殘余拉應力提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度的工藝 ——結(jié)構(gòu)中的應力集中是降低焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度的最主要因素。預防、減小應力集中的工作，應該貫穿于產(chǎn)品設計、制造和使用的整個過程當中?！O計措施——工藝措施——使用中的維護措施材料特點——非熱處理強化的鋁合金在焊接狀態(tài)下的斷裂強度和0.2%屈服強度與供貨狀態(tài)幾乎沒有區(qū)別，而對一可熱處理化鋁合金則有明顯的差別。非熱處理強化鋁合金的比值大約0.5至0.6之間，在焊接狀態(tài)要稍低一些，對于熱處理強化鋁合金鋼在0.7至0.8之間?！X合金的斷裂延伸率還沒有達到EN10025中普通結(jié)構(gòu)鋼的一半（S235）?！负蠼宇^強度下降?！X合金基本沒有低溫脆性問題鋁合金焊接結(jié)構(gòu)設計原則——鋁結(jié)構(gòu)的設計，雖然在計算方法上與鋼結(jié)構(gòu)基本相同，但由于其焊接接頭性能的特殊性，在接頭設計、許用應力等方面又不同于鋼結(jié)構(gòu)。——鋁與鋼相比重要的區(qū)別（比較低的強度；低彈性模量；焊接熱影響區(qū)；擠壓型材的成型不可預測性；有減少輕型結(jié)構(gòu)質(zhì)量可能性）結(jié)構(gòu)設計及焊接——鋼和鋁的坡口有區(qū)別：——應該考慮到，焊接時在熱影響區(qū)的橫截面內(nèi)要產(chǎn)生強度的降低。焊接結(jié)構(gòu)的熱影響區(qū)是從焊縫中點及根部算起向各個方向延伸30mm的區(qū)域。