由角焊缝构成的搭接接头,其应力分布很不均匀,它不是理想的结构接头形式,在动载和低温时尤其应避免采用。但由于采用搭接接头,装配工作十分简便,焊前准备工作简单,构件收缩量小,故在一些受静载的建筑结构中和用薄板制造的储罐结构中仍被采用。应该指出:搭接接头又可分为正面搭接和侧面搭接,搭接接头中不仅存在角焊缝横截面上应力分布不均的情形(和T形接头角焊缝类似),而且正面和侧面搭接焊缝中的应力分布也不同,侧面搭接焊缝沿焊缝长度的应力分布不均,如图5-8所示。该图是仅有侧面搭接焊缝的情况,A1、A2表示搭接板的截面积,曲线为切应力Tx的分布。由图5-8c可见,当焊缝长度增加,应力分布不均加剧,中段几乎不受力,故一些标准规定了承载搭接焊缝(侧面搭接)的长度。 二、焊接接头的设计 (1)焊接接头的设计特点 优良的接头设计是防止结构破坏的条件之一。实际受力十分复杂的接头,进行设计应考虑以下问题: 1)焊接结构应该优先采用接头(焊缝)形式简单、应力集中小、不破坏结构连续性的,即不使或很少使力线密集或出现转折的接头和焊缝形式。 上述熔焊接头中,对接接头是最符合上述条件的,因此应优先考虑采用,其次应考虑采用T形(十字)接头,而搭接接头则应避免采用,但如上述在一些静载的,不是很重要的结构中为了施工方便仍有采用。 2)在有可能的条件下,尽量将焊接接头布置在工作载荷较小处,以及构件几何尺寸和形状不变的地方。 3)角焊缝的焊脚尺寸不宜过大,搭接角焊缝不宜过长。如前所述,应力分布沿角焊缝截面是不均匀的,截面越大,应力分布不均匀的程度越大,故大截面的角焊缝承载能力低。而焊接材料与工时消耗却随焊脚尺寸成平方地增加。在搭接接头中,正面角焊缝的刚度大于侧面角焊缝,实际强度也大,所以具有正侧面角焊缝的联合搭接角焊缝中的应力分布不均,侧面角焊缝沿焊缝长度方向的应力分布亦不均,故对重要的结构、变形能力差的接头,尤其要注意。 4)钢板在厚度方向上(Z向)性能差,因此组成T形(十字)接头,如要在厚度方向上传递外力,应选用Z向钢。 5)焊接接头刚度大,焊缝未达屈服前变形量很小,故对于作为铰接点的接头(如桁架的节点)可能产生高的附加应力,此时应采取诸如减小焊接截面、改变焊缝位置等措施来增加接头的柔性。 6)充分考虑制造厂的条件,提高设计接头的工艺性。如使焊接结构的接头种类少,采用的焊接方法种类少,接头尺寸单一;施工时的可达性好,包括焊接时的可达性和焊接完成后的可检验性(如射线探伤便于布片,超声探伤有合适的探头移动范围等);施焊性好等等。 7)计算接头时不考虑应力分布不均及焊接残余应力,下面还要介绍到这种计算是作了一些假定和简化的。而对于工作条件苛刻,如在低温或动载下或接头刚度大的场合,则要适当考虑这些因素。而对于在腐蚀环境下工作的焊接结构的接头,接头的细节设计也需要特殊考虑。 (2)焊接接头静载强度的计算 1)以许用应力法为基础的计算 ①对接接头强度的计算:图5 -9为典型对接接头及其受力情况,可按表5-8的公式进行计算。由计算公式中可以看出,计算不考虑接头中的应力集中(应力分布不均),也不考虑焊接残余应力,并认为工作应力沿焊缝是均匀分布的。从图5-9a可以看出,当不同厚度的两板对接,厚度差(δ一δ1)超过规定值时(按GB 985标准,允许厚度差1~4mm),需在厚板上削出斜面,斜面长L>3(δ一δ1),也可两面削出斜面。 ②搭接接头强度的计算:图5-10为典型的搭接接头及受力情况,这里还列出了塞焊和电铆焊搭接接头(见图5-10g、h),除此以外,搭接接头都是角焊缝组成的,和对接接头强度计算主要是验算对接焊缝的强度一样,搭接接头强度计算则主要是计算角焊缝的强度。在搭接角焊缝的计算中进行了下述假定: 第一,对于此种角焊缝的形状(见图5 -3)都将内接等腰直角三角形的高即 K0,作为计算厚度,不计及焊缝的凸凹度,也不考虑熔深的差别,这样 K0≈0. 7K, K为焊脚尺寸。当熔深较大,如埋弧焊时,可考虑K0≈0. 8K,甚至等于K。
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