局部加强的三面围焊角焊缝连接受力性能研究及参数分析

发布时间：2020-05-04 13:35

【摘要】：随着钢结构的应用越来越广泛,钢构件的连接也越来越重要。在过去的半个世纪里,各国学者们对角焊缝焊接连接的受力性能做了很多的研究工作,对于角焊缝连接的研究工作主要集中在单向角焊缝,我国《钢结构设计规范》GB50017(送审稿)给出了单向角焊缝的连接构造,但是对于三面围焊角焊缝搭接连接的构造要求还有空白需要填补。而在德国《钢结构设计规范》DIN18800-1中,对三面围焊角焊缝有着不同的构造要求,规定正面角焊缝需要加强,即正面角焊缝的焊脚尺寸要求比侧面角焊缝焊脚尺寸要大,并在正面角焊缝和侧面角焊缝相邻部分增加一个侧面角焊缝过渡段进行加强。众所周知,德国的焊接理论和技术一直是处于世界焊接水平的领先地位,对三面围焊进行局部加强这一构造做法,能增加结构的安全性,提高焊缝质量,减少焊接连接的破坏。因为有这些优点,所以对三面围焊角焊缝进行进一步研究,为中国设计规范里的三面围焊角焊缝提出一些有意义的建议。为此,针对两国《钢结构设计规范》的差异性,本文特别提出了采用德国《钢结构设计规范》DIN18800-1构造要求设计的局部加强的三面围焊角焊缝和采用中国《钢结构设计规范》GB50017(送审稿)构造要求设计的常规三面围焊角焊缝进行受力状态和承载力的对比分析,包括常规型与局部加强型三面围焊角焊缝连接的承载性能分析、各荷载步下的应力对比分析和对影响连接承载力性能的参数分析等。通过对各个组试件的荷载-位移曲线、von Mises应力云图、应力分布状况和应力路径分析了连接的承载力、剪切强度和拉剪比等性能,明确了在两个国家的《钢结构设计规范》中对于三面围焊角焊缝构造要求这部分更加优化的建议,以及各参数的合理取值范围。通过对比分析,结果表明:按照德国《钢结构设计规范》DIN18800-1设计的三面围焊角焊缝相比中国《钢结构设计规范》GB50017(送审稿)更优化,承载力更大,应力分布更均匀,出现应力集中情况较少,延缓了焊缝段的破坏,正面角焊缝和侧面角焊缝的过渡加强段几乎同时达到破环,有效利用了侧面角焊缝的强度。因此,局部加强的三面围焊角焊缝能够一定程度地提高三面围焊的力学性能,将各焊缝段的极限强度更加完全的发挥出来,且节省了钢材,为钢结构设计提供一定的参考价值,并且有效提高了结构的承载力和安全储备,为三面围焊角焊缝在实际工程应用中的焊接质量提供了保障。本文的主要研究内容包括:(1)通过对有限元计算分析和三面围焊角焊缝连接的静力性能试验结果进行对比,验证了有限元模型的正确度和精度。(2)合理地对三面围焊角焊缝进行局部加强后,与常规三面围焊角焊缝连接对比分析,通过von Mises应力分析、荷载-位移曲线等方面的分析,评价局部加强的三面围焊角焊缝连接在力学性能上发挥的作用。(3)通过对局部加强的三面围焊角焊缝连接的各个参数进行分析,明确合理的取值范围和构造要求。(4)总结中国和德国的《钢结构设计规范》中对三面围焊角焊缝的计算方法,将数值分析计算结果与中国和德国的《钢结构设计规范》中的计算结果分别进行对比,并采用数值分析结果来研究目前两国《钢结构设计规范》中的设计公式对局部加强的三面围焊角焊缝连接的适用性,分析对比各个参数对两国《钢结构设计规范》中公式的影响。
【图文】：

影响结构的刚度 强度 稳定，使结构的承载力下降 为此，常需进行变形的校正和应力的消除处理，导致工作量和成本提高 （2）对应力集中敏感 焊接结构的整体性强，刚度大，焊缝布置位置 数量 次序等都会影响到应力的分布，产生应力集中，而应力集中又是脆性断裂 疲劳等破坏的起源，所以焊接结构设计时要处理好 （3）焊接接头的性能不均匀 焊接金属是由母材和填充金属在焊接热作用下熔合而成的，靠近焊接金属的母材受热影响，组织性能均发生变化，产生热影响区，因此焊接接头的成分 组织 性能都是个不均匀体，不均匀性对结构的力学行为和断裂行为都有着重要的影响 1.2.2 焊接结构的焊缝形式[8][9][10]焊缝根据钢材的相互位置的不同分成不同的连接形式，通常可以分为搭接连接 对接连接 角接连接和 T 型连接 4 种类型，如图 1-1 所示 这些连接使用的焊缝主要有角焊缝和对接焊缝

局部加强的三面围焊角焊缝连接受力性能研究及参数分析1 对接焊缝焊接接头[11][12][13]接焊缝可以用于厚度相近或者相同的两个构件的相互连接，由于对接焊缝具有：匀平缓，传力路径简洁，受力性能较好，，静力和疲劳强度较高，用料相对经济，显应力集中等特质，因而在钢结构的使用中，不可避免 而且对接焊缝的连接板需要开成不同的坡口形式，把焊缝金属填充到坡口里面，因而对接焊缝是对接连的一部分 接焊缝按照受力方向的不同又可以分为正对接焊缝和斜对接焊缝，当正对接焊缝强度不能满足要求时，应该增加焊缝的长度，或者使用斜对接焊缝 1）正对接焊缝焊缝质量为一级或二级时，或承受抗压和抗剪的三级对接焊缝，即对接焊缝与焊度设计值相等，此时可采用正对接焊缝，如图 1-2 所示
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391

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本文编号：2648623