第一篇：焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計doc44

安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

《焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計說明書》

--------------------------支撐座的設(shè)計 姓名：

班級：

系部： 機(jī)械工程系

學(xué)號：

指導(dǎo)老師：

2012-2013第二學(xué)期

第一章

設(shè)計支撐座的目的

為了訓(xùn)練繪圖，對焊接結(jié)構(gòu)制造工藝的熟悉，還有鉚工中的放樣、劃線、下料、裝配、焊接、矯正，檢驗(yàn)等這些技術(shù)方面的練習(xí)。初步積累經(jīng)驗(yàn)，為了自己以后走上工作崗位打下良好基礎(chǔ)。

支撐座三視圖見上圖。

支撐座的組成：所用板材均為6mm厚的板材。肋板、底板、平板、立板、背板。本次課程設(shè)計的支撐座的材料是Q235鋼，材料的合理選用是鋼結(jié)構(gòu)承載能力的根本保證和追求經(jīng)濟(jì)性的前提，Q235鋼塑性好，有一定的強(qiáng)度，用于制造受力不大的零件，對于支撐座的設(shè)計Q235鋼的使用性能完全可以勝任的，具有較好的塑性和焊接性能。而且所使用的鋼板為6mm，在鉚工中規(guī)定4mm以上厚度的鋼板為厚板，通常在把厚4~25mm的鋼板稱為中板，25mm以上的鋼板稱為厚板。

第二章

板材的矯正

板材的矯正可以分為四種，手工矯正，機(jī)械矯正，火焰矯正，高頻火焰矯正。

手工矯正是采用錘擊的方法來進(jìn)行矯正，由于手工矯正操作靈活簡便，所以對較小變形的鋼材，在缺乏或不便使用矯正設(shè)備的場合下可以使用手工矯正。

（一）厚板的手工矯正

厚板的手工矯正通常采用以下兩種方法： ① 直接錘擊凸起處

直接錘擊凸起處的錘擊量要大于材料的屈服極限，這樣才能使凸起處強(qiáng)制壓縮而被矯平。

②錘擊凸起區(qū)域的凹面

錘擊凹面可用較小的力量，使材料僅僅在凹面擴(kuò)展，迫使凸起處受到壓縮。由于厚板的厚度大，其凸起的斷面兩側(cè)邊緣可以看做是同心圓的兩個弧，凹面的弧長小于凸面的弧長，因此，矯正時應(yīng)錘擊凹面，使其表面擴(kuò)展，再加上鋼板厚度大，打擊力量小，結(jié)果凹面的表面擴(kuò)展并不能導(dǎo)致凸面隨之?dāng)U展，從而使厚鋼板得到矯平。

對于厚板的扭曲變形，可沿其扭曲方向和位置，采用反變形的方 法進(jìn)行矯正。

對于矯正后的厚板料，可用直尺檢查是否平直，若用尺得棱邊以不同的方向貼在板上進(jìn)行觀察，當(dāng)其隙縫大小一致時，說明板料已經(jīng)平直。

手工矯正厚板時，往往與加熱矯正等方法結(jié)合進(jìn)行。

第三章

放樣

放樣是制造金屬結(jié)構(gòu)的第一道工序，它對保證產(chǎn)品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、節(jié)約原材料都有著重要的作用。

所謂放樣就是根據(jù)產(chǎn)品圖樣，依照產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造工藝要求等，按一定比例，在放樣平臺上，準(zhǔn)確繪制結(jié)構(gòu)的全部或部分投影圖，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的工藝性處理和必要的計算和展開，最后獲得產(chǎn)品制造所需要的數(shù)據(jù)、樣桿、樣板、和草圖的工藝過程。

金屬結(jié)構(gòu)的放樣線型放樣、結(jié)構(gòu)放樣、展開放樣三個過程，但是并不是所有的金屬結(jié)構(gòu)放樣都經(jīng)過這三個過程，有些構(gòu)件完全是由平板或桿件組成而無需進(jìn)行展開放樣。

放樣的目的

詳細(xì)復(fù)核產(chǎn)品圖樣所表現(xiàn)的構(gòu)件各部分投影關(guān)系、尺寸及外部輪廓形狀是否正確和符合設(shè)計要求。

在不違背原設(shè)計要求的前提下，考慮工藝要求、所用材料、設(shè)備能力和加工條件等因素而進(jìn)行綜合處理。

利用放樣圖，可以確定復(fù)雜構(gòu)件的在縮小比例圖樣中無法表達(dá)、而在實(shí)際制造中又必須明確的尺寸。

利用放樣圖，結(jié)合必要的計算，可以求出構(gòu)件用料的真是形狀和尺寸，有時還要畫出與之連接的構(gòu)建的位置線。

利用放樣圖可以設(shè)計構(gòu)件加工或裝配時所需的胎具和模具，滿足制造工藝要求。

為后續(xù)工序提供施工依據(jù)。

某些構(gòu)件還可以直接利用放樣圖進(jìn)行裝配時的定位。即所謂的“地樣裝配”。

放樣程序與放樣過程

放樣的方法有多種，但在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中形成啦以實(shí)尺放樣為主的放樣方法，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)啦比例放樣、計算機(jī)放樣等新的工藝，并逐步推廣使用，在目前廣泛應(yīng)用的還是實(shí)尺放樣。

實(shí)尺放樣就是采用1:1的比例，根據(jù)圖樣的形狀和尺寸，用基本的作圖方法，以產(chǎn)品的實(shí)際大小，放到放養(yǎng)臺上的工作。

那下面我就簡單的介紹一下線型放樣。

(1)線型放樣 就是根據(jù)結(jié)構(gòu)制造需要，繪制構(gòu)件整體或局部輪廓的投影基本線型。注意的問題有：

1)根據(jù)所要繪圖樣的大小和數(shù)量多少，安排好圖樣在放樣臺上的位置。

2)選取放樣畫線基準(zhǔn)。

3)首先要畫基準(zhǔn)線，其次才能畫其他的線。

4)畫出設(shè)計要求必須保證的輪廓線型為主，因工藝需要可能變化的線型可以不畫。

5)必須嚴(yán)格遵守正投影規(guī)律。

6)對于具有復(fù)雜線型的金屬結(jié)構(gòu)，往往采取采用平行于投影面的翻面剖切，畫出一組或幾組線型，來表示結(jié)構(gòu)的完整形狀和尺寸。

7)放樣應(yīng)該在光線充足的地方，以便于看圖和劃線。(三)放樣時的注意事項(xiàng)： ①放樣開始之前必須看懂圖紙。

②放完樣要進(jìn)行兩個方面的檢查;一方面檢查是否有遺漏的工件和孔，另一方面檢查各部尺寸。

③如果圖紙看不清或?qū)ぷ鲌D有疑問，應(yīng)先向工程技術(shù)人員問清楚，并作出清晰的標(biāo)注和更正。

④放樣時不得將鋒利的工具如劃針立方在場地上，用完的鋼卷尺要隨時放好。

⑤需要保存的式樣圖，應(yīng)注意保護(hù)存放，不得涂抹和踐踏。⑥樣板、樣桿用完后，應(yīng)妥善保管，避免銹蝕和丟失。

第四章

劃線(號料)利用樣板、樣桿、號料草圖及放樣得出的數(shù)據(jù)，在板料和型鋼上劃出零件真實(shí)的輪廓和孔口真實(shí)形狀，以及與零件相連接構(gòu)件的位置、加工線等，并注出加工符號，這一過程稱為劃線，也稱號料。劃 線是一項(xiàng)細(xì)致而重要的工作，必須按有關(guān)的技術(shù)要求進(jìn)行，同時，還要著眼于產(chǎn)品的整個制造工藝過程，充分考慮用料問題，靈活而又準(zhǔn)確的在各種板料、型鋼及成形零件上進(jìn)行劃線。

劃線工具

劃針、圓規(guī)、角尺、樣沖和曲線尺等。為了保證劃線質(zhì)量，必須嚴(yán)格遵守下列規(guī)則：

垂直線必須用作圖法畫，不能用量角器或直角尺，更不能使用目測法劃線。

用圓規(guī)在鋼板上畫圓，圓弧或分量尺寸時，為防止圓規(guī)腳尖的滑動，必須先沖出樣沖眼。

注意事項(xiàng)：

校隊(duì)鋼材牌號和規(guī)則是否與圖紙的要求相符，對于重要產(chǎn)品所用的鋼材，應(yīng)有合格的質(zhì)量證明文件，鋼材的化學(xué)成分與力學(xué)性能應(yīng)符合圖紙所規(guī)定的要求。

劃線前鋼材表面應(yīng)該平整，如果表面呈波浪形或凸凹不平度過大時，就會影響劃線的準(zhǔn)確性，所以事先應(yīng)加以矯正。

鋼材的表面應(yīng)該干凈清潔，并檢查表面有無夾灰、麻點(diǎn)、裂紋等缺陷。

劃線工具應(yīng)定期檢查校正，盡可能采取高效率的工夾具，以提高效率。

熟悉產(chǎn)品圖樣和制造工藝。應(yīng)該根據(jù)制造工藝的要求，合理安排各零件劃線的先后順序以及零件在材料位置上的排布等。

正確使用劃線工具。

劃線后，在零件的加工線、接縫線及孔的中心位置等處，應(yīng)根據(jù)加工需要打上沖眼。

合理用料。利用各種方法，技巧，合理鋪排零件在材料上的位置，最大限度的提高材料的利用率，是劃線的一個重要內(nèi)容。生產(chǎn)中，常常采用下列方法來達(dá)到合理用料的目的：

集中套排 由于零件的材質(zhì)，規(guī)格是不同的，為了做到合理使用原材料，在零件數(shù)量較多時，可以將相同牌號的材料且厚度相同的零件集中在一起，統(tǒng)籌安排，長短搭配，這樣就可以充分利用原材料，提高材料的利用率。

余料利用

由于每一張鋼板和每一張型鋼劃線后，經(jīng)常會出現(xiàn)一些形狀或長度大小不一的余料。將它們集中起來利用，可最大限度的提高材料的利用率。

分塊排料法

生產(chǎn)中為了提高材料的利用率，在工藝許可的條件下，常用以小拼整的方法。

目前合理用料的工作已有計算機(jī)來完成也就是計算機(jī)排樣，并且與數(shù)控切割等先進(jìn)技術(shù)下料方法進(jìn)行配合。

劃線是對加工提供直接依據(jù)。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，對劃線偏差加以控制。

第五章

下料工藝過程

下料是將零件或毛坯從原材料上分離下來的工序。在焊接結(jié)構(gòu)制造中常用的下料方法有機(jī)械切割和熱切割兩大類。機(jī)械切割是指材料在常溫下利用切割設(shè)備進(jìn)行切割的方法，熱切割是利用氧乙炔焰、等離子弧進(jìn)行切割的方法。

一、機(jī)械切割 ㈠鋸割

鋸割主要用于管子、型鋼、圓鋼等的下料 ⑴手工鋸割 一般用弓形鋸也可采用手工電鋸 ⑵機(jī)械鋸割 弓鋸床、帶鋸床、圓盤鋸床等。㈡砂輪鋸割

根據(jù)砂輪磨削特性，采用高速旋轉(zhuǎn)的薄片砂輪進(jìn)行切割。㈢剪切

利用剪板機(jī)將材料剪成一定外形尺寸的毛料。以作為后續(xù)沖壓、邊緣加工和焊接等工序的備料。

剪切設(shè)備 斜口剪床、平口剪床、圓盤剪床、振動剪床、龍門剪床、聯(lián)合沖剪機(jī)。

(四)沖裁

沖裁是沖壓工序的一種。利用沖模將板料以封閉的輪廓與坯料分離的一種沖壓方法，稱為沖裁。

沖裁是下料的方法之一。板材的沖裁分類有兩種：若沖裁的目的 是為了制取一定外形輪廓的工件，即被沖下的為所需要的部分，而剩余的為廢料，這種沖裁稱為落料。反之，若沖裁的目的是為了加工一形狀和外形尺寸的內(nèi)孔，沖下的為廢料，剩余的為所需部分，這種沖裁稱為沖孔。

二、熱切割

(一)氣體火焰切割(氣割)⒈ 氣割原理

氣割的實(shí)質(zhì)是金屬在氧中的燃燒過程。它利用可燃?xì)怏w和氧氣混合燃燒形成的預(yù)熱火焰，將被切割金屬材料加熱到其燃燒溫度，由于很多金屬材料能在氧氣中燃燒并放出大量的熱，被加熱到燃點(diǎn)的金屬材料在高速噴射的氧氣流作用下，就會發(fā)生劇烈燃燒，產(chǎn)生氧化物，放出熱量，同時氧化物熔渣被氧氣流從切口處吹掉，使金屬分割下來達(dá)到切割的目的。

氣割過程包括三部：①火焰預(yù)熱——使金屬表面達(dá)到燃點(diǎn)；②噴氧燃燒——氧化、放熱；③吹除熔渣——金屬分離。

氣割的特點(diǎn)：設(shè)備簡單、使用方便；生產(chǎn)效率高；成本低、適用范圍廣；可以切割各種形狀的金屬零件，厚度可達(dá)1000mm；主要切割碳鋼、低合金鋼；可用于毛坯；亦可用于開坡口或割孔。

⒉氣割使用氣體

氣割使用氣體分為兩類，即助燃?xì)怏w和可燃?xì)怏w。助燃?xì)怏w是氧氣，可燃?xì)怏w是乙炔氣或石油氣等。氣體火焰是助燃?xì)怏w和可燃?xì)怏w混合而成，形成火焰的溫度可達(dá)3150℃以上最適宜焊接和氣割。

純氧本身不能燃燒，但在高溫下非?；顫?，當(dāng)溫度不變而壓力增大時，氧氣可與油類發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)而自然，產(chǎn)生強(qiáng)烈爆炸，所以要嚴(yán)防氧氣瓶與油脂接觸。

乙炔氣又稱石油氣，為不飽和的碳?xì)浠衔?，是一種可燃?xì)怏w。乙炔溫度超過300℃或壓力超過0.15Mpa時，遇火就會爆炸。當(dāng)空氣中乙炔的體積分?jǐn)?shù)為2.2%~81%時，遇到明火常壓下也會爆炸，所以焊接和氣割現(xiàn)場要特別注意通風(fēng)。

氣割常用的可燃?xì)怏w為乙炔氣。⒊實(shí)現(xiàn)氣割的條件

金屬材料的燃點(diǎn)必須低于熔點(diǎn)。低燃點(diǎn)是金屬進(jìn)行氣割的基本條件，否則，氣割是金屬將在燃燒前現(xiàn)行熔化，使之變?yōu)槿鄹钸^程，不僅各口寬，極不整齊，而且易粘結(jié)，達(dá)不到切割質(zhì)量要求。

燃燒生成的金屬氧化物的熔點(diǎn)，應(yīng)低于金屬本身的熔點(diǎn)，同時流動性要好，否則，就會在割口表面形成固態(tài)氧化物，阻礙氧流與下層金屬的接觸，使切割過程不能正常進(jìn)行。

金屬燃燒時，能放出大量的熱，而且金屬本身的導(dǎo)熱性能要差，以保證下層金屬有足夠的預(yù)熱溫度，使切割過程能連續(xù)進(jìn)行。

金屬中阻礙氣割過程進(jìn)行和提高鋼淬硬性的雜質(zhì)要少。⒋氣割設(shè)備及工具 ⑴氧氣瓶

氧氣瓶是儲存和運(yùn)送高壓氧氣的容器。氧氣瓶體上部裝有瓶閥，通過旋轉(zhuǎn)手輪可開關(guān)瓶閥并能控制氧氣的進(jìn)出流量，瓶帽旋在瓶頭 上，以保護(hù)瓶閥。

氧氣瓶外表應(yīng)涂成天藍(lán)色，并用黑漆表明“氧氣”字樣 ⑵乙炔瓶

是一種儲存和運(yùn)送乙炔的壓力容器，是用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)軋制而成的圓柱形無縫瓶體，外表為白色，并用紅漆標(biāo)注“乙炔”字樣，在使用乙炔時必須嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程。⑶氧氣減壓器

是用來調(diào)節(jié)氧氣工作壓力的裝置。氣割時所需氧氣的壓力有一定的規(guī)范，要使氧氣瓶中的高壓氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)闅飧钚枰姆€(wěn)定的低壓氧氣，就要用它來調(diào)節(jié)。

⑷橡膠軟管

氧氣和乙炔氣是通過橡膠軟管輸送到割據(jù)中去的，氧氣的膠管工作壓力為1.5MPa,孔徑是φ8mm；乙炔膠管工作壓力為0.5MPa,孔徑為φ10mm.為了便于識辨氧氣管采用黑色，乙炔膠管為紅色，氧氣膠管與乙炔膠管的強(qiáng)度不同，不能混用或相互代替。

⑸割炬

割炬的作用是使乙炔氣和氧氣以一定的比例和方式混合，形成具有一定熱量和形狀的預(yù)熱火焰，并在預(yù)熱火焰的中心噴射切割氧氣進(jìn)行切割。

第六章

裝配——焊接工藝

裝配-焊接是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中的核心，直接關(guān)系到焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。同一種焊接結(jié)構(gòu)，由于其生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件不同，或由于結(jié)構(gòu)形式不同，可有不同的裝配方式、不同的焊接工藝、不同的裝配——焊接順序，及會有不同的工藝過程。

6.1

焊接裝配的基礎(chǔ)知識

裝配在焊接結(jié)構(gòu)制造過程中，將組成結(jié)構(gòu)的各個零件按照一定的位置、尺寸關(guān)系和精度要求組合起來的工序。在焊接結(jié)構(gòu)制造中，焊接的裝配是決定焊接質(zhì)量的關(guān)鍵工序，而焊件的裝配質(zhì)量又取決于零件下料和成形的尺寸精度。裝配在焊接結(jié)構(gòu)制造工藝中占有很重要的地位，這不僅是由于裝配工作的質(zhì)量好壞直接影響著產(chǎn)品的最終質(zhì)量，而且還因?yàn)檠b配工序的工作量大，約占整個產(chǎn)品制造的30﹪~40﹪。所以，提高裝配工作的效率和質(zhì)量，在縮短產(chǎn)品制造工期、降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面，都具有重要的意義。

一、裝配的基本條件

在金屬結(jié)構(gòu)裝配中，將零件裝成部件的過程稱為部件裝配，簡稱部裝；將零件或部件裝配成最終產(chǎn)品的過程成為總裝。通常裝配后的部件或整體結(jié)構(gòu)直接送入焊接工序，但有些產(chǎn)品要先進(jìn)行部件裝配-焊接，經(jīng)矯正變形后在進(jìn)行總裝。無論何種裝配方案都要滿足裝配的基本條件。

裝配的基本條件不是組成結(jié)構(gòu)件的零件，在裝配前應(yīng)該達(dá)到的尺 寸精度、熱處理狀態(tài)等，而是指零件在裝配過程中應(yīng)遵循的基本準(zhǔn)則，只有遵循這些準(zhǔn)則才能裝配出合格的焊接結(jié)構(gòu)。

焊接結(jié)構(gòu)的裝配，必須具備三個基本條件：定位、夾緊和測量。裝配的三個基本條件是相輔相成的，定位是整個裝配工序的關(guān)鍵，定位后不進(jìn)行夾緊，正確定位的零件就不能保持其正確性，在隨后的裝配和焊接過程中位置會發(fā)生變化；夾緊是在定位基礎(chǔ)上的夾緊，如果沒有定位夾緊就失去了意義；而沒有測量，則無法判斷定位和夾緊的正確性，難以保證構(gòu)件的裝配質(zhì)量。但在有些情況下可以不進(jìn)行測量。

零件的正確定位尺寸，不一定與產(chǎn)品設(shè)計圖上的定位尺寸一致，有時是采用生產(chǎn)工藝的角度，考慮焊接變形后的工藝尺寸。

二、零件的定位

⒈定位基準(zhǔn)及其選擇

⑴定位基準(zhǔn) 在結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)裝配過程中，必須根據(jù)一些指定的點(diǎn)、線、面，來確定零件和部件在結(jié)構(gòu)中的位置，這些作為依據(jù)的點(diǎn)、線、面，稱為定位基準(zhǔn)。

⑵定位基準(zhǔn)的選擇

合理的選擇定位基準(zhǔn)，對于保證裝配質(zhì)量，安排零部件裝配順序和提高裝配效率均有重要影響。定位基準(zhǔn)選擇時，應(yīng)著重考慮一下幾點(diǎn)：

裝配定位基準(zhǔn)盡量與設(shè)計基準(zhǔn)重合，這樣可以減少基準(zhǔn)不重合所帶來的誤差。

同一構(gòu)件和其它構(gòu)件有連接或配合關(guān)系的各個部件，應(yīng)盡量采用同一定位基準(zhǔn)，這樣能保證構(gòu)件安裝時與其他構(gòu)件的正確連接和配合。

應(yīng)選擇精度較高，又不易變形的零件表面或邊棱作為定位基準(zhǔn)，這樣能夠避免由于基準(zhǔn)面、線的變形造成的定位誤差。

所選擇的定位基準(zhǔn)應(yīng)便于裝配中的零件定位和測量。

在確定定位基準(zhǔn)時應(yīng)綜合生產(chǎn)成本、生產(chǎn)批量、零件精度要求和疲勞強(qiáng)度等因素。例如以已裝配零件做基準(zhǔn)，可以大大簡化工裝的設(shè)計和制造過程，但零件的位置、尺寸一定會受已裝配零件的裝配精度和尺寸的影響。如果前一零件尺寸精度或裝配精度低，則后一零件裝配精度也低。

在實(shí)際裝配中，有時定位基準(zhǔn)的選擇要完全符合上述所有的原則是不可能的。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，選出最有利的定位基準(zhǔn)。

⒉零件的定位方法

在焊接生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)零件的具體情況，選取零件的定位方法。根據(jù)定位方法的不同可以分為如下幾種：

⑴劃線定位

劃線定位是利用在零件表面或裝配臺表面劃出工件的中心線、接合線、輪廓線等作為定位線，來確定零件間的互相位置，通常用于簡單的簡單的單件小批量裝配或總裝時的部分較小的零件的裝配。

⑵樣板定位

利用小塊鋼板或小塊型鋼作為、檔鐵，取材方便，也可以用經(jīng)機(jī)械加工后的擋鐵提高精度。擋鐵的安置要保證構(gòu)件重點(diǎn)部位（點(diǎn)、線、面）的尺寸精度，也要便于零件間的裝拆。常用于鋼板與鋼板之間的角度裝配和容器上的各種管口的安裝。

⑶定位元件定位與胎夾具定位就不一一介紹了。

三、裝配中的定位焊

定位焊是用來固定各焊接零件之間的相互位置，以保證整個結(jié)構(gòu)件得到正確的幾何形狀和尺寸。定位焊有時也叫點(diǎn)固焊。定位焊所用的焊條應(yīng)和焊接時所用焊條相同，以保證焊接質(zhì)量。

進(jìn)行定位焊的注意事項(xiàng)：

定位焊縫的引弧和熄弧處應(yīng)圓弧過渡，否則在焊正式焊縫時在該處易造成未焊透、夾雜的缺陷。

定位焊縫有未焊透、夾渣、裂紋、氣孔等焊接缺陷時，應(yīng)鏟掉并重新焊接，不允許留在焊縫中。

需預(yù)熱的焊件，定位焊時也應(yīng)預(yù)熱，預(yù)熱溫度與正式焊接時相同。由于定位焊為斷續(xù)焊，工件溫度較低，熱量不足而容易產(chǎn)生未焊透，故定位焊接電流應(yīng)比焊接正式焊縫時打10％~15％。

定位焊的尺寸要按要求選用，對保證焊件尺寸起重要作用的部位，可適當(dāng)?shù)脑黾佣ㄎ缓缚p的尺寸和數(shù)量。

在焊縫交叉處和焊縫方向急劇變化處不要進(jìn)行定位焊，而應(yīng)該離開50mm左右。

對于強(qiáng)行裝配的結(jié)構(gòu)，定位焊縫承受較大外力，應(yīng)根據(jù)具體情況 適當(dāng)加大定位焊縫長度，間距適當(dāng)縮小。

必要時采用堿性低氫焊條，而且特別注意定位焊后應(yīng)盡快焊接，避免中途停頓和時間間隔過長。

定位焊所使用的焊條牌號和正式焊接所用的焊條相同，直徑可略細(xì)些，常用φ3.2mm和φ4mm的焊條。

四、裝配中的測量

測量是檢驗(yàn)定位質(zhì)量的一個工序，裝配中的測量包括；正確。合理的選擇測量基準(zhǔn)，準(zhǔn)確完成零件定位所需要的測量項(xiàng)目。在焊接結(jié)構(gòu)中常見的測量項(xiàng)目有；線性尺寸、平行度、垂直度、同軸度及角度等。當(dāng)然了這些測量都是很重要的，如果沒有這些測量那就很難保證裝配后的焊接結(jié)構(gòu)有的準(zhǔn)確性以及質(zhì)量的要求等。

測量所用的工具有鋼直尺、水平尺、90°角尺等。

五、裝配前的準(zhǔn)備

裝配前的準(zhǔn)備工作是裝配工藝的重要組成部分。充分細(xì)致的準(zhǔn)備工作，是高質(zhì)量高效率的完成裝配工作的有力保證。準(zhǔn)備工作通常包括一下幾個方面：

熟悉產(chǎn)品圖樣和工藝規(guī)程。要清楚各部件之間的關(guān)系和連接方法，并根據(jù)工藝規(guī)程選擇好裝配基準(zhǔn)和裝配方法。

裝配現(xiàn)場和裝配設(shè)備的選擇。裝配所需要的操作空間要對周圍進(jìn)行清理，使之達(dá)到場地平整、清潔、人行道通暢。

裝配的工具準(zhǔn)備，如焊機(jī)，氣割設(shè)備，砂輪機(jī)等都必須安置在規(guī)定的場所。

零、部件的預(yù)檢和除銹。對零部件的表面進(jìn)行去毛刺，除銹等清理工作。對于已經(jīng)切割好的零件也要進(jìn)行檢查。

適當(dāng)?shù)膭澐植考?，可以提高生產(chǎn)效率，還可以減小焊接變形。1.焊接結(jié)構(gòu)的裝配特點(diǎn)；

1)產(chǎn)品的零件由于精度低，裝配時需要進(jìn)行調(diào)整。

2)產(chǎn)品的連接大多采用焊接結(jié)構(gòu)，采用的是不可以拆的連接方式。返修困難，因此裝配時應(yīng)該嚴(yán)格要求。

3)裝配時有大量的焊接工作，應(yīng)該掌握焊接的盈利和變形。在裝配時應(yīng)該采取措施，防止焊接后變形。

⒉裝配——焊接順序的類形： ①整裝整焊②分部件裝配③隨裝隨焊 ⒊裝配的質(zhì)量檢驗(yàn);裝配質(zhì)量的好壞將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，所以產(chǎn)品裝好后應(yīng)進(jìn)行檢查是否符合技術(shù)要求。

裝配質(zhì)量的檢驗(yàn)，包括裝配過程中的檢驗(yàn)和完工產(chǎn)品的檢驗(yàn)，主要內(nèi)容有：

按圖樣檢查產(chǎn)品各零、部件的裝配位置和主要尺寸是否正確。檢查產(chǎn)品各連接部位的連接形式是否正確，并根據(jù)技術(shù)條件、規(guī)范和圖樣來檢查。

檢查產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件上為連接、加固各零、部件所做的定位焊是不是符合要求，要使這種結(jié)構(gòu)在焊接后不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

檢查產(chǎn)品連接部位焊縫處的金屬表面，不允許有油，鐵銹，以免 焊接后造成不可避免的焊接缺陷。

檢查產(chǎn)品的表面質(zhì)量，對于剛才上的裂紋，起層、砂眼等等應(yīng)該根據(jù)技術(shù)要求酌情處理。

裝配質(zhì)量的檢驗(yàn)方法，主要是運(yùn)用測量技術(shù)和各種量具，儀器進(jìn)行檢查，有些檢驗(yàn)項(xiàng)目，比如表面質(zhì)量，也常用外觀檢驗(yàn)的方法。

第七章

焊接工藝制定

7.1 焊接方法的選擇

在支撐座的制造中，生產(chǎn)中常用的焊接方法有很多，但是我們選擇的是焊條電弧焊，使用焊條電弧焊應(yīng)該考慮其生產(chǎn)效率，但是由于是課程設(shè)計而且做的是支撐座生產(chǎn)成本也不是很高。由于工件材料是Q235，板厚均為6mm,屬于中厚板，選用手工電弧焊，其特點(diǎn)為：

⑴焊接結(jié)構(gòu)簡單，成本低。

⑵工藝靈活，對焊接場所沒有什么特殊的要求。⑶可以在任何位置焊接 ⑷對各種鋼材的適應(yīng)性強(qiáng)

⑸焊條的品種齊全，可以達(dá)到和母材同樣的強(qiáng)度 ⑹焊縫金屬的力學(xué)性能好，特別是低溫韌性特別好 ⑺操作方便，容易控制焊接變形

7.2

焊接工藝參數(shù)的選擇

⒈焊接電流的選擇

選擇焊接電流時，應(yīng)該根據(jù)板材的厚度、焊條直徑、接頭形式、焊接位置等綜合因素考慮。如果焊接電流過小會使電弧不穩(wěn)，造成為焊透，夾渣以及焊縫成形不良等焊接缺陷。反之，焊接電流過大容易產(chǎn)生咬邊、焊穿，增加工件變形和金屬飛濺，也會使焊接接頭的組織由于過熱而發(fā)生變化。所以焊接時要合理選擇電流。

⒉電弧電壓的選擇和速度的選擇

焊條電弧焊的電弧電壓主要由電弧長度決定：電弧長度越大,電弧電壓越高；電弧長度越短，電弧電壓越低。在焊接過程中，應(yīng)盡量使用短弧焊接。立焊。仰焊時弧長應(yīng)比平焊更短些，以利于熔滴過渡。防止熔化金屬不滴。堿性焊條焊接時應(yīng)比酸性焊條焊接弧長短些，以利于電弧的穩(wěn)定和防止氣孔。

焊接過程中，焊接速度應(yīng)該均勻適當(dāng)，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時還要使焊縫寬度和余高符合設(shè)計要求。如果焊接過快；，融化能量不夠，易造成未融合，焊縫成形不良等缺陷；如果焊速過慢，使高溫停留時間增長，熱影響區(qū)寬度增加，焊接焊頭的晶粒變粗，力學(xué)性能降低，同時使工件變形量增大。當(dāng)焊接較薄工件時，易形成燒穿。

⒊焊條直徑的選擇

焊條直徑一般根據(jù)工件厚度選擇，還要考慮接頭形式和焊接位置平焊位置焊接所選用的焊條直徑應(yīng)該比其他位置大些，立焊橫焊仰焊應(yīng)選用較細(xì)的焊條，一般不超過4.0毫米。T型接頭，搭接接頭都應(yīng)選用較大直徑的焊條。

⒋焊接區(qū)域的清理

它是指焊前對焊件表面的油、銹、漆和水等污染的清理，用堿性焊條焊接時，清理要求嚴(yán)格和徹底，否則容易產(chǎn)生氣孔和延遲裂紋。酸性焊條焊接時，對于銹不敏感，若銹蝕較輕，而且對于焊縫質(zhì)量的要求不高時，可以不清理。清理時可以根據(jù)被清污的種類和條件，分別選用鋼絲刷，砂輪打磨等機(jī)械處理方法，必要時候也可以用化學(xué)方法處理，還可以用氧乙炔焰烘烤等。

⒌焊接順序

在各部位點(diǎn)牢后在進(jìn)行焊接一般先焊肋板焊縫，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，保證零件在裝配位置的穩(wěn)定性。先焊利縫，在焊水平的，對于長焊縫應(yīng)該采取分段焊，以減少應(yīng)力集中，避免所帶來的傷害。在結(jié)構(gòu)中一些突變的地方一定要改成圓滑過渡，減少應(yīng)力突變。

⒍確定焊接順序 ⑴背板與底板之間的焊接(2)肋板與底板之間的焊接(3)背板與肋板之間的焊接(4)肋板與平板之間的焊接(5)平板與背板之間的焊接(6)立板與平板之間的焊接

7.3 焊接工藝卡的內(nèi)容

⑴合理的選擇焊接方法和焊接設(shè)備以及焊接材料

⑵合理的選擇焊接工藝參數(shù) ⑶合理的選擇焊接材料 ⑷合理的選擇焊接工藝參數(shù) ⑸選擇或設(shè)計合理的工藝裝備 ⑹合理的選擇控制焊縫質(zhì)量 焊接工藝制定的原則 ⑴技術(shù)上的可行性 ⑵經(jīng)濟(jì)上的合理性 ⑶良好的勞動條件

本次的課程設(shè)計我們的支撐座雖然結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求是完全相同的焊接結(jié)構(gòu)，但是我們六個組的工藝過程是不一樣的，而且大家做出來的產(chǎn)品也是不一樣的，大家做的尺寸多少多有點(diǎn)誤差的，但是由于各組的焊接順序不同，做成的產(chǎn)品產(chǎn)生的應(yīng)力也是不同的，我們在焊接之前都是采取先整體點(diǎn)固好然后在焊接的方法。

第八章

課程設(shè)計總結(jié)

⒈通過支撐座的焊接結(jié)構(gòu)的課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，不僅僅鞏固了現(xiàn)學(xué)的專業(yè)知識，也學(xué)到了書本中沒有學(xué)到的知識。

⒉通過課程設(shè)計綜合運(yùn)用《焊接結(jié)構(gòu)制造及工藝實(shí)施》和《鉚工》課程和相關(guān)課程的學(xué)習(xí)起到了鞏固，深化，融會貫通和擴(kuò)展焊接方面有關(guān)的知識。

⒊重要的是通過這次焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計，是我們掌握了焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想

⒋通過焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計的實(shí)踐學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了和分析解決問題的能力，同時也使自己掌握了焊接各方面的有關(guān)知識。

⒌通過這次焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計，提高了有關(guān)自己的設(shè)計能力，如思考能力、繪圖能力還有氣割能力、焊接角焊縫的能力。

⒍同時也掌握了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，我們這次分工明確，大家都有自己的活干，使這次的產(chǎn)品有條不紊的進(jìn)行。而且在這次比賽中獲得了良好的成績，這都與團(tuán)隊(duì)合作是分不開的。

謝謝老師在這次課程設(shè)計中的幫助，及時幫我們解決難題，才使得我們的課程設(shè)計圓滿的完成。

第二篇：焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計教學(xué)大綱2002

《焊接結(jié)構(gòu)課程設(shè)計》教學(xué)大綱

（Design of Welding Structure）

課程編號：0601A014

學(xué)時/學(xué)分： 3周/6分

一、大綱說明

本大綱根據(jù)材料成型及控制專業(yè)2002年教學(xué)計劃制訂

（一）適用專業(yè)：材料成型及控制專業(yè)焊接方向

（二）課程設(shè)計性質(zhì)：專業(yè)必修課

（三）主要先修課程和后續(xù)課程

1.先修課程：焊接結(jié)構(gòu)、材料力學(xué)、機(jī)械制圖原理 2.后續(xù)課程：暫無

二、課程設(shè)計目的及基本要求

1.目的：理論聯(lián)系實(shí)際，掌握一般焊接結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計的基本方法 2.基本要求：完成一般焊接結(jié)構(gòu)件整體設(shè)計過程

三、課程設(shè)計內(nèi)容及安排

1.設(shè)計內(nèi)容：壓力容器和起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.安排：前期準(zhǔn)備1周：分析課程設(shè)計題目，查閱相關(guān)資料，撰寫設(shè)計說明書；

中期繪圖1周：運(yùn)用AutoCAD軟件進(jìn)行計算機(jī)繪圖；

后期答辯1周：修改說明書和圖紙。

四、指導(dǎo)方式

指導(dǎo)教師對設(shè)計題目、要求和設(shè)計環(huán)節(jié)充分講解后，以學(xué)生獨(dú)立分析設(shè)計為主，指導(dǎo)教師隨時給予輔導(dǎo)。

五、課程設(shè)計考核方法及成績評定

1.考核方法：設(shè)計期間表現(xiàn)20%，圖紙及說明書成績40%，答辯表現(xiàn)40% 2.成績評定：優(yōu)良制

六、課程設(shè)計教材及主要參考資料

１.田錫唐.焊接結(jié)構(gòu).機(jī)械工業(yè)出版社

２.中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊,第三卷焊接結(jié)構(gòu).機(jī)械工業(yè)出版社 ３.陳允中譯.壓力容器設(shè)計手冊.中國石化出版社 ４.張質(zhì)文等.起重機(jī)設(shè)計手冊.中國鐵道出版社

制 定 人： 教研室主任： 教 學(xué) 院 長：

第三篇：焊接結(jié)構(gòu)教案

第三編 焊接結(jié)構(gòu) 第十三章

焊接應(yīng)力與變形

本章主要討論焊接應(yīng)力與變形的基本概念及其產(chǎn)生原因；焊接應(yīng)力的分布規(guī)律；焊接過程中如何降低焊接應(yīng)力和焊后如何消除焊接殘余應(yīng)力；焊接變形的種類，焊接過程中如何控制焊接變形和焊后的矯正措施。

第一節(jié) 焊接應(yīng)力和變形的形成過程

一、應(yīng)力與變形的基本知識

1．應(yīng)力

物體在單位截面上表現(xiàn)的內(nèi)力稱為應(yīng)力。根據(jù)引起內(nèi)力的原因不同，應(yīng)力可分為：工作應(yīng)力：物體由于外力作用在其單位截面上出現(xiàn)的內(nèi)力。

內(nèi)應(yīng)力：物體在無外力作用下而存在于內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因不同分為熱應(yīng)力、裝配應(yīng)力、相變應(yīng)力和殘余應(yīng)力。

2．變形

物體在外力或溫度等因素的作用下，其內(nèi)部原子的相對位置發(fā)生改變，其宏觀表現(xiàn)為形狀和尺寸的變化，這種變化稱為物體的變形。

按變形性質(zhì)可分為：彈性變形和塑性變形；

按變形的拘束條件可分為：自由變形和非自由變形。

二、研究焊接應(yīng)力與變形的基本假定

（1）平截面假定

（2）金屬性能不變的假定

（3）金屬屈服點(diǎn)的假定

三、焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生原因

影響焊接應(yīng)力與變形的因素很多，如焊件受熱不均勻、焊縫金屬的收縮、金相組織的變化及焊件剛性與拘束的影響等，其最根本的原因是焊件受熱不均勻。

為便于了解焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的基本原因，首先對均勻加熱時產(chǎn)生的應(yīng)力與變形進(jìn)行討論。

1．均勻加熱時引起應(yīng)力與變形的原因

（1）不受約束的桿件，均勻加熱

屬于自由變形，無殘余應(yīng)力，無殘余變形。

（2）受約束的桿件在均勻加熱時的應(yīng)力與變形

如果加熱溫度較低，材料的變形在彈性范圍內(nèi)，根據(jù)虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)變符合線性關(guān)系，當(dāng)溫度恢復(fù)到原始溫度時，桿件自由收縮到原來的長度，壓應(yīng)力全部消失，即不存在殘余應(yīng)力與殘余變形。

如果加熱溫度比較高，達(dá)到或超過材料屈服點(diǎn)溫度時，桿件的壓縮變形量增大，產(chǎn)生塑性變形，此時的內(nèi)部變形率由彈性變形率和塑性變形率兩部分組成。當(dāng)溫度恢復(fù)到原始溫度時，彈性變形部分恢復(fù)，塑性變形部分不能恢復(fù)。① 若桿件能自由收縮，則由于壓縮塑性變形的出現(xiàn)，桿件將比原來長度縮短，出現(xiàn)縮短的殘余變形，但無殘余應(yīng)力存在。② 如果桿件不能自由收縮，則不存在外觀的殘余變形，但桿件中會產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。

2．不均勻加熱時引起的應(yīng)力與變形

（1）長板條中心加熱引起的應(yīng)力與變形

（2）長板條一側(cè)加熱引起的應(yīng)力與變形 綜上所述：

① 金屬不均勻受熱時，只要加熱溫度高于屈服點(diǎn)溫度，加熱時產(chǎn)生壓縮塑性變形，焊后就會產(chǎn)生殘余應(yīng)力與殘余變形；

② 焊接過程中的變形與焊接殘余變形方向相反；

③ 焊接加熱時，焊縫附近產(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻后收縮，如果收縮充分，則變形大，應(yīng)力小；否則變形小，應(yīng)力大。

④ 焊接瞬時及殘余應(yīng)力分布不均勻，焊縫及其附近區(qū)域通常為殘余拉應(yīng)力。

第二節(jié) 焊接殘余應(yīng)力

一、焊接殘余應(yīng)力的分類

1．根據(jù)應(yīng)力性質(zhì)劃分：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力

2．根據(jù)引起應(yīng)力的原因劃分：熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、拘束應(yīng)力

3．根據(jù)應(yīng)力作用方向劃分：縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力、厚度方向應(yīng)力

4．根據(jù)應(yīng)力在焊接結(jié)構(gòu)中的存在情況劃分：單向應(yīng)力、兩向應(yīng)力、三向應(yīng)力

5．根據(jù)內(nèi)應(yīng)力的發(fā)生和分布范圍劃分：第一類應(yīng)力、第二類應(yīng)力、第三類應(yīng)力

二、焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律

1．縱向應(yīng)力бx的分布

бx在焊件橫截面上的分布規(guī)律為：焊縫及其附近區(qū)域?yàn)闅堄嗬瓚?yīng)力，一般可達(dá)材料的屈服強(qiáng)度，隨著離焊縫距離的增加，拉應(yīng)力急劇下降并轉(zhuǎn)為壓應(yīng)力。

бx在焊件縱截面上的分布規(guī)律為：在焊件縱截面端頭，бx=0，越靠近縱截面的中間，бx越大，逐漸趨近于бs。如圖2-9所示。

圖2-11為板邊堆焊時，бx在焊縫橫截面上的分布。

T形接頭的бx分布與立板和水平板尺寸有很大關(guān)系，δ/h越小，接近于板邊堆焊的情況；δ/h越大，接近于等寬板對接的情況。

2．橫向應(yīng)力бy的分布

бy =бy′+бy″

бy′：焊縫及其塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向應(yīng)力；

бy″：焊縫及其塑性變形區(qū)的橫向收縮不均勻、不同時引起的橫向應(yīng)力。

3．特殊情況下的焊接殘余應(yīng)力

① 厚板中的焊接殘余應(yīng)力

② 拘束狀態(tài)下焊接殘余應(yīng)力

③ 封閉焊縫中的殘余應(yīng)力

④ 焊接梁柱中的殘余應(yīng)力

⑤ 焊接管道中的殘余應(yīng)力

三、焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的影響

1．對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響

只要材料具有足夠的塑性，焊接殘余應(yīng)力的存在并不影響結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度。

對脆性材料制造的焊接結(jié)構(gòu)，由于材料不能進(jìn)行塑性變形，隨著外力的增加，構(gòu)件不可能產(chǎn)生應(yīng)力均勻化，所以在加載過程中應(yīng)力峰值不斷增加。當(dāng)應(yīng)力峰值達(dá)到材料的強(qiáng)度極限時，局部發(fā)生破壞，而最后導(dǎo)致構(gòu)件整體破壞。所以焊接殘余應(yīng)力對脆性材料的靜載強(qiáng)度有較大的影響。

2．對構(gòu)件加工尺寸精度的影響 3．對梁柱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響

四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施

一般來說，可以從設(shè)計和工藝兩方面著手：

1．設(shè)計措施

① 盡可能減少焊縫數(shù)量；

② 合理布置焊縫；

③ 采用剛性較小的接頭形式。

2．工藝措施

（1）采用合理的裝配和焊接順序及方向

① 鋼板拼接焊縫的焊接；

② 同時存在收縮量大和收縮量小的焊縫時，應(yīng)先焊收縮量大的焊縫；

③ 對工作時受力較大的焊縫應(yīng)先焊；

④平面交叉焊縫的焊接。

（2）縮小焊接區(qū)與結(jié)構(gòu)整體之間的溫差

（預(yù)熱法、冷焊法）

（3）加熱“減應(yīng)區(qū)”法

（4）降低接頭局部的拘束度

（5）錘擊焊縫

五、消除焊接殘余應(yīng)力的方法

1．熱處理法

熱處理法是利用材料在高溫下屈服點(diǎn)下降和蠕變現(xiàn)象來達(dá)到松馳焊接殘余應(yīng)力的目的，同時熱處理還可以改善接頭的性能。

（1）整體熱處理

整體爐內(nèi)熱處理、整體腔內(nèi)熱處理

整體加熱熱處理消除殘余應(yīng)力的效果取決于熱處理溫度、保溫時間、加熱和冷卻速度、加熱方法和加熱范圍。保溫時間根據(jù)板厚確定，一般按每毫米板厚1~2 min計算，但最短不小于30 min，最長不超過3h。

碳鋼及中、低合金鋼：加熱溫度為580~680℃；

鑄鐵：加熱溫度為600~650℃。

（2）局部熱處理

局部熱處理只能降低殘余應(yīng)力峰值，不能完全消除殘余應(yīng)力。加熱方法有電阻爐加熱、火焰加熱、感應(yīng)加熱、遠(yuǎn)紅外加熱等，消除應(yīng)力效果與加熱區(qū)的范圍、溫度分布有關(guān)。

2．加載法

加載法就是通過不同方式在構(gòu)件上施加一定的拉伸應(yīng)力，使焊縫及其附近產(chǎn)生拉伸塑性變形，與焊接時在焊縫及其附近所產(chǎn)生的壓縮塑性變形相互抵消一部分，達(dá)到松馳應(yīng)力的目的。

（1）機(jī)械拉伸法

（2）溫差拉伸法

（3）振動法

六、焊接殘余應(yīng)力的測定

目前，測定焊接殘余應(yīng)力的方法主要可歸結(jié)為兩類，即機(jī)械方法和物理方法。

1．機(jī)械方法

利用機(jī)械加工將試件切開或切去一部分，測定由此而釋放的彈性應(yīng)變來推算構(gòu)件中原有的殘余應(yīng)力。包括切條法、鉆孔法和套孔法。

2．物理方法

是非破壞性測定焊接殘余應(yīng)力的方法，常用的有磁性法、超聲波法和X射線衍射法。

（1）磁性法是利用鐵磁材料在磁場中磁化后的磁致伸縮效應(yīng)來測量殘余應(yīng)力的。（2）X射線衍射法是根據(jù)測定金屬晶體晶格常數(shù)在應(yīng)力的作用下發(fā)生變化來測定殘余應(yīng)力的無損測量方法。

（3）超聲波法是根據(jù)超聲波在有應(yīng)力的試件和無應(yīng)力的試件中傳播速度的變化來測定殘余應(yīng)力的。

第三節(jié) 焊接殘余變形

一、焊接殘余變形的種類及其影響因素

按變形對整個焊接結(jié)構(gòu)影響程度分類：局部變形、整體變形

按變形特征分類：收縮變形、彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形、錯邊變形

1．收縮變形

焊件焊后其尺寸的縮短稱為收縮變形。它可分為縱向收縮變形和橫向收縮變形。

（1）縱向收縮變形Δx

產(chǎn)生原因：焊縫及其附近區(qū)域在焊接高溫的作用下產(chǎn)生縱向的壓縮塑性變形。

焊件在假想力的作用下產(chǎn)生的縱向收縮量可用下式表示：

影響因素：

① 焊縫長度L

② 焊件的截面積A

③ 壓縮變形區(qū)的面積Ap

④ 壓縮塑性應(yīng)變εp（與焊接方向、焊接線能量、焊接工藝有關(guān)）

（2）橫向收縮變形Δy

橫向收縮變形的過程比較復(fù)雜，影響因素很多，現(xiàn)分述如下：

1）堆焊焊縫及角焊縫的橫向收縮

影響因素：

① 焊接線能量：焊接線能量越大，橫向收縮量越大；

② 板厚：板厚增加，橫向收縮量減小。

③ 沿焊縫長度方向Δy逐漸增大，但到一定長度后趨于穩(wěn)定，不再增大。

2）對接焊縫的橫向收縮

影響因素：

Δy的大小與板厚、材質(zhì)、拘束情況、焊接工藝、焊接順序有關(guān)。

2．角變形

中厚板對接焊、堆焊、搭接焊及T形接頭焊接中會產(chǎn)生角變形。

原因：熔化金屬在厚度上收縮量不一致而引起的。

（1）平板堆焊的角變形

影響因素：

① 焊接線能量

② 板厚

堆焊引起的角變形沿堆焊焊縫長度方向開始比較小，隨后增加，直至達(dá)到穩(wěn)定。

（2）對接接頭的角變形

影響因素：

①坡口形式

②坡口尺寸

③焊接層數(shù)

④焊接順序

（3）T形接頭角變形

T形接頭角變形可以看成是由立板相對于水平板的回轉(zhuǎn)角變形β′與水平板本身的角變形β″兩部分組成。

減小T形接頭角變形的方法有：

① 采用開坡口，減小立板與水平板之間焊縫夾角，減小β′；

② 通過減小焊腳尺寸以減小焊縫金屬量，降低β″。3．彎曲變形

產(chǎn)生原因：焊縫的中心線與結(jié)構(gòu)截面的中性軸不重合或不對稱，焊縫的收縮沿構(gòu)件寬度方向分布不均勻引起的。

（1）縱向收縮引起的彎曲變形

（2）橫向收縮引起的彎曲變形

4．波浪變形

波浪變形是一種失穩(wěn)變形，一般產(chǎn)生于薄板結(jié)構(gòu)中。

產(chǎn)生原因：板中遠(yuǎn)離焊縫區(qū)的壓縮殘余應(yīng)力超過了失穩(wěn)的臨界應(yīng)力值。

防止措施：

① 能降低焊接殘余壓應(yīng)力的措施都可以減小波浪變形；

② 提高板的剛度或增大板的拘束度均可減小或防止波浪變形。

5．扭曲變形

產(chǎn)生原因：焊縫的角變形沿焊縫長度方向分布不均勻。

6．錯邊變形

錯邊變形可分為長度方向錯邊和厚度方向錯邊。

產(chǎn)生原因：

① 裝配不良；

② 組成焊件的零件裝配時夾緊不一致；

③ 兩零件的剛度或熱物理性質(zhì)不一樣；

④ 電弧偏離坡口中心。

以上6種變形是焊接變形的基本形式，其中收縮變形是最基本的變形形式，所有焊件都不可避免地會產(chǎn)生收縮變形，而其它幾種變形在有些焊接結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)，而在有些焊接結(jié)構(gòu)中不容易出現(xiàn)。

二、焊接變形對焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的影響

首先，零部件的焊接變形給裝配帶來困難，進(jìn)而影響后續(xù)焊接質(zhì)量；

其次，焊接變形增加了結(jié)構(gòu)的制造成本；

另外，焊接變形也會降低焊接接頭性能和承載能力。

三、控制焊接變形的措施

1．設(shè)計措施

（1）盡量選用對稱的構(gòu)件截面和焊縫位置

（2）合理地選擇焊縫長度和焊縫數(shù)量

（3）合理選擇焊縫截面尺寸和坡口形式

2．工藝措施

（1）留余量法

主要是用于補(bǔ)償焊件的收縮變形。

（2）反變形法

主要用于控制角變形及彎曲變形。

例：V形坡口單板對接；（圖2-52）

鍋爐集箱；（圖）

工字梁翼板；（圖2-53）

板式起重機(jī)主梁，腹板預(yù)制上拱度（圖2-54）

（3）剛性固定法

① 焊件固定在剛性平臺上（圖2-55）

② 將焊件組合成剛性更大或?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)（圖2-56）

③ 利用焊接夾具增加結(jié)構(gòu)的剛性和拘束（圖2-57）

④ 利用臨時支撐增加結(jié)構(gòu)的拘束（圖2-58）（4）選擇合理的裝配焊接順序

① 正在施焊的焊縫應(yīng)盡量靠近結(jié)構(gòu)截面的中性軸。（圖2-54）

② 對于焊縫非對稱布置的結(jié)構(gòu)，裝配焊接時應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)。（圖2-59）

③ 焊縫對稱布置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)由偶數(shù)焊工對稱地施焊。（圖2-60）

④ 長焊縫焊接時，應(yīng)采用合理的分段焊接順序。（圖2-61）

⑤ 相鄰兩條焊縫，為防止產(chǎn)生扭曲變形，應(yīng)注意焊接方向與順序。（圖2-62）

（5）合理地選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù)（圖2-63）

（6）熱平衡法（圖2-64）

（7）散熱法（圖2-65）

四、矯正焊接殘余變形的方法

矯正焊接變形的實(shí)質(zhì)是使構(gòu)件產(chǎn)生新的變形，以抵消焊接殘余變形。矯正的方法一般有機(jī)械矯正法和火焰加熱矯正法。

1．機(jī)械矯正法

機(jī)械矯正法是在機(jī)械力的作用下使部分金屬得到延伸，產(chǎn)生拉伸塑性變形，使變形的構(gòu)件恢復(fù)到所要求的形狀。（如圖2-66）

2．火焰加熱矯正法

火焰加熱矯正，是利用火焰加熱時產(chǎn)生的局部壓縮塑性變形使較長的部分在冷卻后縮短來消除變形。

加熱方式：

① 點(diǎn)狀加熱

用于矯正薄件的波浪變形。

② 線狀加熱

用于矯正焊件的角變形及大厚度板的彎曲變形。

③ 三角形加熱 用于矯正剛度大，厚度大的焊件的彎曲變形。

第十四章 焊接接頭強(qiáng)度及計算

本章主要介紹焊接接頭的作用和基本形式；焊接接頭的工作應(yīng)力分布狀況及其靜載強(qiáng)度計算；影響焊接接頭的疲勞強(qiáng)度因素有提高疲勞強(qiáng)度的措施；焊接接頭脆性斷裂、影響脆性斷裂的因素及防止措施。

第一節(jié) 焊接接頭的特點(diǎn)及形式

一、焊接接頭的基本形式

1．電弧焊接頭的基本形式

（1）對接接頭

把同一平面上的兩被焊工件相對焊接起來而形成的接頭。這是一種比較理想的接頭形式，受力狀況好，應(yīng)力集中小，材料消耗小。

（2）角接接頭

是兩被焊工件端面間構(gòu)成大于30o、小于150o夾角的接頭。多用于箱形構(gòu)件上。

（3）T形接頭

是把互相垂直的被焊工件用角焊縫連接起來的接頭，可承受各種方向的力和力矩。

（4）搭接接頭

是把兩被焊工件部分地重疊在一起，以角焊縫連接，或加上塞焊縫、槽焊縫連接起來的接頭。

（5）端接接頭

是兩被焊工件重疊放置或兩被焊工件之間夾角不大于30o在端面進(jìn)行連接的接頭。

2．電阻焊接頭的基本類型

（1）對接接頭

（2）點(diǎn)焊接頭（3）縫焊接頭

二、電弧焊焊縫的類型

1．按工作特點(diǎn)分

①承載焊縫

②非承載焊縫

③密封焊縫

④定位焊縫

2．按接頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分

①對接焊縫 ②角焊縫 ③端接焊縫 ④塞焊縫 ⑤組合焊縫

第二節(jié) 焊接接頭的工作應(yīng)力分布

一、應(yīng)力集中

1．應(yīng)力集中概念

在幾何形狀突變處或不連續(xù)處應(yīng)力突然增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中程度的大小，常以應(yīng)力集中系數(shù)KT表示：

KT=бmax/бm

2．焊接接頭中產(chǎn)生應(yīng)力集中的原因

（1）焊縫中的工藝缺陷

如氣孔、夾渣、裂紋和未焊透等。

（2）焊接接頭處幾何形狀的改變

（3）不合理的接頭形式和不合理的焊縫外形

二、電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布

1．對接接頭的工作應(yīng)力分布

對接接頭的應(yīng)力集中位于由焊縫向母材過渡的轉(zhuǎn)角處，KT的大小取決于焊縫寬度c、余高h(yuǎn)、焊趾處的θ角及轉(zhuǎn)角半徑r。在其它因素不變的情況下，余高h(yuǎn)增加、焊縫寬度c減少、θ角增加、r減小等都會使KT增加。

2．搭接接頭的工作應(yīng)力分布

（1）正面角焊縫的工作應(yīng)力分布

如圖3-5所示，在角焊縫的根部A點(diǎn)和焊趾B點(diǎn)有較大的應(yīng)力集中，B點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)隨角焊縫的斜邊與水平邊的夾角θ而變，減小θ、增大熔深及焊透根部等都可降低應(yīng)力集中系數(shù)。

搭接接頭的正面角焊縫受偏心載荷時，在焊縫上會產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致彎曲變形，見圖3-6。為了減少彎曲應(yīng)力，兩條正面角焊縫之間的距離l應(yīng)不小于其板厚的4倍。

（2）側(cè)面角焊縫的工作應(yīng)力分布

在用側(cè)面角焊縫連接的搭接接頭中，其應(yīng)力分布更加復(fù)雜。切應(yīng)力沿焊縫長度上分布是不均勻的，它與焊縫尺寸、斷面尺寸和外力作用點(diǎn)的位置等因素有關(guān)。

外力作用如圖3-7a所示時，其沿側(cè)面焊縫長度上切力分布見圖3-8，因?yàn)榇罱影宀牟皇墙^對剛體，在受力時本身產(chǎn)生彈性變形，所以形成兩端切力大，中間切力小的分布狀態(tài)。

外力作用如圖3-7 b所示時，兩板各對應(yīng)點(diǎn)的相對位移從左至右逐漸下降，因而焊縫傳遞的切力以左端為最高，向右逐漸減小。當(dāng)側(cè)面角焊縫長度超過某一長度時，焊縫中間部分的切力就會接近零，因此，采用過長的側(cè)面角焊縫是不合理的。一般工藝規(guī)定側(cè)面角焊縫長度不得大于50K。

（3）聯(lián)合角焊縫搭接接頭工作應(yīng)力分布

如圖3-9b所示，在B—B截面上正應(yīng)力的分布比較均勻，最大切應(yīng)力ηmax 降低，所以在B—B截面兩端點(diǎn)的應(yīng)力集中得到改善。

3．T形接頭的工作應(yīng)力分布

T形接頭在角焊縫的過渡處和根部都有很大的應(yīng)力集中，如圖3-10所示。

（1）未開坡口的T形接頭

如圖3-10a所示，焊縫根部應(yīng)力集中很大，在焊趾截面B—B上應(yīng)力分布也不均勻，B點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)隨角焊縫θ角減小而減小，也隨焊腳尺寸增大而減??；但非承載焊縫在B點(diǎn)的KT隨焊腳尺寸增大而增大。

（2）開坡口并焊透的T形接頭

如圖3-10b所示，這種接頭的應(yīng)力集中大大降低?？梢?，保證焊透是降低T形接頭應(yīng)力集中的重要措施之一。

第三節(jié) 焊接接頭強(qiáng)度計算基礎(chǔ)

一、焊接接頭的設(shè)計

1．焊接接頭設(shè)計要點(diǎn)

（1）應(yīng)盡量使接頭形式簡單、結(jié)構(gòu)連續(xù)，且不設(shè)在最大應(yīng)力作用截面上。

（2）要特別重視角焊縫的設(shè)計。

（3）盡量避免在厚度方向傳遞力。

（4）接頭的設(shè)計要便于制造和檢驗(yàn)。

（5）一般不考慮殘余應(yīng)力對接頭強(qiáng)度的影響。

2．常見不合理的接頭設(shè)計及改進(jìn)

見表3-3

二、電弧焊接頭靜載強(qiáng)度計算

1．焊接接頭靜載強(qiáng)度計算的幾個假設(shè)

2．電弧焊接頭的靜載強(qiáng)度計算

靜載強(qiáng)度計算方法，目前仍采用許用應(yīng)力法，強(qiáng)度計算時許用應(yīng)力均為焊縫的許用應(yīng)力。

焊縫的強(qiáng)度計算一般表達(dá)為：

б≤[б′]或η≤[η′]

(1)對接接頭的靜載強(qiáng)度計算

對接接頭強(qiáng)度計算時，不考慮焊縫余高，焊縫長度取實(shí)際長度，計算厚度取兩板中較薄者。

全部焊透的對接接頭如圖3-17所示。其各種受力情況的計算公式如下：

1）受拉時

2）受壓時

3）受剪切時

4）受板平面內(nèi)彎矩

5）受垂直板面彎矩

（2）搭接接頭靜載強(qiáng)度計算

受拉、壓的搭接接頭計算公式如下：

正面焊縫

側(cè)面焊縫

聯(lián)合焊縫

第十五章 焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂

第一節(jié) 金屬材料或結(jié)構(gòu)的斷裂及其影響因素

一、疲勞破壞

重復(fù)應(yīng)力所引起的裂紋起始和緩慢擴(kuò)展而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)部件的損傷。焊接結(jié)構(gòu)在交變應(yīng)力或應(yīng)變作用下，也會由于裂紋引發(fā)擴(kuò)展而發(fā)生疲勞破壞。疲勞破壞一般從應(yīng)力集中處開始，而焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞又往往從焊接接頭處產(chǎn)生。

1．影響焊接接頭疲勞強(qiáng)度的因素

（1）應(yīng)力集中的影響

（2）殘余應(yīng)力的影響（3）缺陷的影響

2．提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施

（1）降低應(yīng)力集中

1）采用合理的結(jié)構(gòu)形式，減少應(yīng)力集中，以提高疲勞強(qiáng)度。

2）盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的焊接接頭，如對接接頭。

3）當(dāng)采用角焊縫時，應(yīng)采取綜合措施來提高接頭的疲勞強(qiáng)度。

4）用表面機(jī)械加工方法消除焊縫及其附近的各種刻槽，通過降低應(yīng)力集中程度來提高接頭的疲勞強(qiáng)度。

（2）調(diào)整殘余應(yīng)力場

消除焊接接頭應(yīng)力集中處的殘余拉應(yīng)力或使該處產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，都可以提高疲勞強(qiáng)度。

1）整體處理。包括整體退火或超載預(yù)拉伸法。

2）局部處理。采用局部加熱或擠壓可以調(diào)節(jié)殘余應(yīng)力場，在應(yīng)力集中處產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。

（3）改善材料的力學(xué)性能。

（4）特殊保護(hù)措施

二、焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂

在應(yīng)力不高于結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)力和沒有明顯塑性變形的情況下發(fā)生，并瞬時擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)整體的破壞方式。

1．影響金屬脆斷的主要因素

（1）應(yīng)力狀態(tài)的影響

實(shí)驗(yàn)證明，許多材料處于單軸或雙軸拉伸應(yīng)力下，可呈塑性狀態(tài)。當(dāng)處于三軸拉伸應(yīng)力時，因不易發(fā)生塑性變形而呈脆性。

（2）溫度的影響

對于一定的加載方式，當(dāng)溫度降至某一臨界值時，將出現(xiàn)塑性到脆性斷裂的轉(zhuǎn)變，這個溫度稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度。脆性斷裂通常發(fā)生在體心立方和密排六方點(diǎn)陣的金屬和合金中，只有在特殊情況下，如應(yīng)力腐蝕條件下才在面心立方點(diǎn)陣金屬中發(fā)生。

（3）加載速度的影響

提高加載速度能促使材料脆性破壞，其作用相當(dāng)于降低溫度。

（4）材料狀態(tài)的影響

1）厚度的影響

①厚板在缺口處容易形成三軸應(yīng)力，因?yàn)檠睾穸确较虻氖湛s和變形受到較大的限制，產(chǎn)生三軸應(yīng)力使材料變脆。

②冶金因素。厚板軋制次數(shù)少、終軋溫度高，組織疏松，內(nèi)外層均勻性差。

2）晶粒度的影響。對于低碳鋼和低合金鋼來說，晶粒度越細(xì)，其轉(zhuǎn)變溫度越低。

3）化學(xué)成分的影響。鋼中C、N、O、H、S、P均增加鋼的脆性。Mn、Ni、Cr、V加入適量，有助于減少鋼的脆性。

2．預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施

（1）正確選用材料

①在結(jié)構(gòu)工作條件下，焊縫、熱影響區(qū)、熔合區(qū)的最脆部位應(yīng)有足夠的抗開裂性能，母材應(yīng)具有一定的止裂性能。

②材料的選擇可通過缺口韌性試驗(yàn)或斷裂韌性評定試驗(yàn)來確定。

（2）采用合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）盡量減少結(jié)構(gòu)或焊接接頭部位的應(yīng)力集中。

2）在滿足結(jié)構(gòu)的使用條件下盡量減少結(jié)構(gòu)的剛度，以降低應(yīng)力集中和附加應(yīng)力。

3）不應(yīng)通過降低許用應(yīng)力值來減少脆性的危險性。

4）對于附件或不受力焊縫的設(shè)計，應(yīng)與主要承力焊縫一樣給予足夠重視。

5）減少和消除焊接殘余拉伸應(yīng)力的不利影響。在制訂工藝過程中，應(yīng)當(dāng)考慮盡量減少焊接殘余應(yīng)力值，在必要時應(yīng)考慮消除應(yīng)力熱處理。第二節(jié) 金屬材料和焊接結(jié)構(gòu)斷裂的評定方法

轉(zhuǎn)變溫度

金屬材料有兩個重要的強(qiáng)度指標(biāo)，即屈服強(qiáng)度ζs和斷裂強(qiáng)度ζf。溫度降低，ζs上升速率大于ζf上升速率，兩線交點(diǎn)對應(yīng)溫度Tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，當(dāng)T

防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆性破壞有兩種設(shè)計原則

防止開裂原則：

止裂原則：設(shè)計的結(jié)構(gòu)在可能出現(xiàn)的最低溫度下工作，必須能阻止裂紋的自由擴(kuò)展。

根據(jù)斷裂力學(xué)理論，能夠止裂的條件是裂紋起源于局部脆化區(qū)內(nèi)，且處于較高的應(yīng)力場中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展進(jìn)入韌性區(qū)和低應(yīng)力場時，該裂紋如果小于失穩(wěn)斷裂的臨界長度，則該裂紋被阻止。

轉(zhuǎn)變溫度評定方法(沖擊試驗(yàn))(一)沖擊試驗(yàn)

分為夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)和梅氏U形缺口沖擊試驗(yàn)。

夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)評定：

1． 能量準(zhǔn)則：以沖擊斷裂功αk值降低到某一特定數(shù)值時的溫度作為臨界溫度Tk。

斷口形貌準(zhǔn)則：按斷口中纖維狀區(qū)域與結(jié)晶狀區(qū)域某一相對面積對應(yīng)的溫度來確定臨界溫度Tk。

延性準(zhǔn)則：按斷口在缺口根部橫向相對收縮變形急劇降低的溫度來作為臨界轉(zhuǎn)變溫度Tk。轉(zhuǎn)變溫度評定方法(威爾斯寬板試驗(yàn))

在實(shí)驗(yàn)室里再現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂的開裂情況，同時又能在板厚、焊接殘余應(yīng)力、焊接熱循環(huán)方面模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)。

該試驗(yàn)脆性斷裂有三種情況： 1． 低應(yīng)力產(chǎn)生裂紋并立即斷裂

2． 低應(yīng)力產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展一定長度后自行停止

3． 在較高溫度下，要有高達(dá)屈服強(qiáng)度的應(yīng)力才會產(chǎn)生

裂紋，最后產(chǎn)生斷裂。轉(zhuǎn)變溫度評定方法(落錘試驗(yàn))

測定厚度大于16mm鋼板的NDT(無塑性轉(zhuǎn)變溫度)的試驗(yàn)方法，可替代大型止裂試驗(yàn)研究材料的止裂性能，其缺點(diǎn)是試樣尺寸不能反映大型焊接結(jié)構(gòu)的尺寸效應(yīng)和較大拘束效應(yīng)，表面堆焊脆性焊道，對熱敏感的合金材料難以使用。

轉(zhuǎn)變溫度評定方法(動態(tài)撕裂試驗(yàn))

確定材料斷裂韌性的全范圍的試驗(yàn)方法，屬于大型沖擊試驗(yàn)。除了確定NDT溫度之外，還能確定最高塑性斷裂溫度及相應(yīng)的沖擊功。適用于高強(qiáng)鋼及厚板和特厚板焊接結(jié)構(gòu)。這類鋼與低強(qiáng)度鋼相比，各向異性受鋼中雜質(zhì)的影響，難以保證穩(wěn)定的抗脆斷性能；晶粒大小及碳化物金相組織的大小、分布等對顯微裂紋的形成有較大的影響。

轉(zhuǎn)變溫度評定方法(雙重拉伸)

前述各種方法試件中的脆性裂紋都是在沖擊載荷作用下開裂的，但大多數(shù)焊接結(jié)構(gòu)工作在靜載下，所以開裂條件不夠真實(shí)。

通過試驗(yàn)確定止裂應(yīng)力與溫度的關(guān)系。利用一塊耳板在低溫和拉伸負(fù)載下將試樣拉斷，使裂紋向有均勻拉伸負(fù)載的試件主體擴(kuò)展。第三節(jié) 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其對脆斷的影響

設(shè)計影響

焊接結(jié)構(gòu)的整體性及大剛度 1． 引起較大的附加應(yīng)力 2． 對應(yīng)力集中因素特別敏感

3． 一旦有不穩(wěn)定脆性裂紋出現(xiàn)，很可能會穿越接頭擴(kuò)展至整個結(jié)構(gòu)，從而造成整個結(jié)構(gòu)的破壞。不應(yīng)在高應(yīng)力集中區(qū)布置焊縫。制造影響(應(yīng)變時效)人工時效：鋼材在剪切、冷作、彎曲成型之后，如果在150~450℃范圍內(nèi)加熱，材料性能會產(chǎn)生脆化，即產(chǎn)生應(yīng)變時效。該應(yīng)變時效較動應(yīng)變時效的影響弱的多。

動應(yīng)變時效：材料在熱循環(huán)和熱塑性變形循環(huán)的作用下，在缺陷處和產(chǎn)生較嚴(yán)重的應(yīng)變集中，具有較大的熱應(yīng)變量，降低了材料的延性，提高了材料的轉(zhuǎn)變溫度。

制造影響(接頭金相組織、焊接缺陷)在焊接熱循環(huán)的作用下，焊縫及近縫區(qū)的組織會發(fā)生一系列的變化，使接頭各部位的缺口韌性不同。金相組織變化取決于材料原始組織、化學(xué)成分、焊接方法和焊接線能量。過小的線能量，引起淬硬組織，易產(chǎn)生裂紋；過大的線能量，使晶粒粗大，造成韌性降低。焊接缺陷是造成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆斷的重要因素。其影響程度與缺陷的性質(zhì)、尺寸、形狀及部位有關(guān)，其中裂紋、未焊透等影響最為嚴(yán)重。制造影響(角變形、錯邊、殘余應(yīng)力)產(chǎn)生附加彎曲力矩和新的應(yīng)力應(yīng)變集中，在拉伸載荷和附加彎曲力矩的共同作用下，易造成接頭破壞。

平面缺陷―裂紋、分層、未焊透

非平面缺陷―氣孔、夾渣

1)試驗(yàn)溫度在材料的轉(zhuǎn)變溫度以上時對脆斷無影響

2)試驗(yàn)溫度在材料的轉(zhuǎn)變溫度以下時，和拉伸載荷疊加，造成脆斷的產(chǎn)生。

第四節(jié) 預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施

設(shè)計方面

(一)掌握結(jié)構(gòu)工作條件：最低溫度、介質(zhì)溫度和工作載荷的性質(zhì)。(二)減少結(jié)構(gòu)和接頭的應(yīng)力集中

1． 選擇結(jié)構(gòu)傳力截面及接頭形式要盡量使力線均勻分布，避免截面尺寸突變，防止應(yīng)力集中。

2． 盡量減小結(jié)構(gòu)剛性，大型結(jié)構(gòu)采用較薄的材料。3． 充分考慮到可焊到性。4． 避免焊縫密集和焊縫相交 正確選用材料

按缺口韌性試驗(yàn)驗(yàn)收材料

一般對選定的材料用V形缺口沖擊試驗(yàn)的結(jié)果來驗(yàn)證其適應(yīng)性，即所選材料和焊接填充金屬保證在工作溫度下有合格的缺口韌性。

按斷裂韌性和屈服極限之比選擇材料

斷裂韌性尚不足以說明材料的脆-塑性，斷裂韌性(KIC)與材料屈服極限之比才能好好地說明這一問題，因?yàn)閮烧咧确从沉肆鸭y尖端處在斷裂前塑性區(qū)的大小。嚴(yán)格制造工藝和質(zhì)量監(jiān)督

1．嚴(yán)格按規(guī)定的工藝參數(shù)施工，禁止使用過大的線能量 2．較強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，及時消除嚴(yán)重缺陷

3．盡可能利用焊接工夾具和機(jī)械化裝置進(jìn)行施工

4．對于重要的和危險的結(jié)構(gòu)應(yīng)通過試驗(yàn)決定是否需要焊后熱處理

第十六章 焊接接頭和焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度

第一節(jié) 疲勞斷裂的基本概念

疲勞斷裂分類

按疲勞破壞的原因分為：腐蝕疲勞；熱疲勞；機(jī)械疲勞 按應(yīng)力大小和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分為

1．低周高應(yīng)變疲勞：作用的應(yīng)力超過彈性范圍，疲勞循環(huán)次數(shù)小于104~105 2．高周低應(yīng)力疲勞：公稱循環(huán)應(yīng)力小于材料的屈服極限，疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)大于104~105 疲勞裂紋形成過程

1.疲勞形核：疲勞裂紋首先在應(yīng)力最高、強(qiáng)度最弱的基體上形成。

2.擴(kuò)展階段；初始裂紋在交變載荷作用下，當(dāng)裂紋尖端處在拉伸應(yīng)力場時，由于裂紋尖端極大的應(yīng)力集中，使該處晶粒發(fā)生滑移，裂紋張開，尖端向前延伸

3.瞬時斷裂階段：當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到材料的強(qiáng)度極限時，疲勞裂紋達(dá)到臨界裂紋尺寸而產(chǎn)生瞬時斷裂。

疲勞斷口可分成三個區(qū)域

1.疲勞裂紋源：肉眼可見晶粒的粗滑移。

2．疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)：宏觀有條帶和貝殼狀花紋，每一條輝紋代表一次應(yīng)力(應(yīng)變)循環(huán)及裂紋逐次向前推進(jìn)的位置。對于高強(qiáng)鋼來說，很難辨認(rèn)明顯的疲勞條紋

3.瞬時斷裂區(qū)：一般呈粗晶狀斷口或出現(xiàn)放射棱線，外觀與脆性失穩(wěn)斷裂相似。

第二節(jié) 疲勞破壞機(jī)理

裂紋亞臨界擴(kuò)展

裂紋受到一個低于ζc但有足夠大的循環(huán)應(yīng)力時，則初始裂紋會由起始尺寸a0逐漸擴(kuò)展到臨界尺寸ac，這一過程稱為疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展。

可以分為兩種類型來研究裂紋的亞臨界擴(kuò)展：裂紋在裂紋尖端彈性區(qū)的擴(kuò)展和裂紋在塑性區(qū)的擴(kuò)展。在前一種情況，裂紋長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過裂紋尖端塑性區(qū)的尺寸，承受低載荷、高循環(huán)、低裂紋擴(kuò)展速率的屬于該情況；當(dāng)裂紋尺寸遠(yuǎn)小于塑性區(qū)尺寸，并承受高載荷、低循環(huán)、高裂紋擴(kuò)展速率屬于后者情況。裂紋擴(kuò)展速率

當(dāng)外加應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度達(dá)到臨界值ΔKth后，裂紋擴(kuò)展速率急劇上升，此線段幾乎與縱坐標(biāo)平行；此后，da/dN與ΔK成指數(shù)關(guān)系變化，斷口平直，與拉應(yīng)力成900，穿晶斷裂，疲勞輝紋明顯；繼續(xù)增加ΔK出現(xiàn)斜率轉(zhuǎn)折點(diǎn)I，過此點(diǎn)斜率n2斜率，出現(xiàn)切變斜斷口，為解理斷裂和疲勞斷裂的混合型；繼續(xù)增加ΔK接近材料的KIC時，到了材料的第Ⅱ轉(zhuǎn)折點(diǎn)，過此點(diǎn)后，斜率增加，點(diǎn)Ⅱ是裂紋擴(kuò)展加速轉(zhuǎn)變點(diǎn)，此區(qū)內(nèi)斷口全為切變斷口。

帕瑞斯表達(dá)式

ΔK―應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度(ΔK=Kmax-Kmin)

c、n―由試驗(yàn)確定的材料、環(huán)境、頻率和循環(huán)特形等的函數(shù)

帕瑞斯表達(dá)式不足：沒有考慮平均應(yīng)力對da/dN影響；沒有考慮當(dāng)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子趨近于其臨界值KIC時，裂紋加速擴(kuò)展效應(yīng)

da

dN?????n第三節(jié) 疲勞斷裂力學(xué)的基本概念

疲勞設(shè)計方法分類

1． 許用應(yīng)力設(shè)計法：把各種構(gòu)件和接頭試驗(yàn)疲勞強(qiáng)度除以特殊安全系數(shù)作為許用應(yīng)力(疲勞極限、非破壞概率95％的2×106次疲勞強(qiáng)度等)，使設(shè)計載荷引起應(yīng)力最大值不超過其許用應(yīng)力，從而確定構(gòu)件斷面尺寸設(shè)計方法。

2． 安全壽命設(shè)計：傳統(tǒng)疲勞設(shè)計方法都是安全壽命設(shè)計。所謂安全壽命指在某一環(huán)境下，在已知小于疲勞破壞許用應(yīng)力的最大負(fù)載概率時工作的循環(huán)次數(shù)。由ζ-N曲線獲得ζr，并利用ζmax-ζmin疲勞圖進(jìn)行設(shè)計。

應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)圖(小載荷)

應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)圖(大載荷)

第四節(jié) 疲勞強(qiáng)度的常用表示法

在靜強(qiáng)度計算中，所用材料的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服極限ζS和強(qiáng)度極限ζb，靜載強(qiáng)度計算的出發(fā)點(diǎn)是名義應(yīng)力(或稱基本應(yīng)力)，而疲勞強(qiáng)度計算中，所用材料的強(qiáng)度指標(biāo)是疲勞極限ζr，計算的出發(fā)點(diǎn)是是局部應(yīng)力(或稱峰值應(yīng)力)。

將破壞應(yīng)力與加載循環(huán)次數(shù)N繪成如圖5-7所示的曲線，曲線上對應(yīng)的某一循環(huán)次數(shù)N的破壞應(yīng)力即為該循環(huán)次數(shù)條件下的疲勞強(qiáng)度，曲線的水平漸近線代表疲勞極限。

第五節(jié) 影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素

(一)應(yīng)力集中的影響

當(dāng)局部峰值應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限時，在斷裂前局部材料將產(chǎn)生塑性變形，造成應(yīng)力重新分布，故實(shí)際峰值應(yīng)力低于理論峰值應(yīng)力。在這種情況下，應(yīng)該用有效應(yīng)力集中系數(shù)Kf來估計，其值為光滑試樣的疲勞強(qiáng)度ζp與有效應(yīng)力集中試樣的疲勞強(qiáng)度ζp’之比

對接接頭焊縫形狀變化不大，因此和角接接頭及十字等相比，應(yīng)力集中程度要小，接頭疲勞強(qiáng)度最高。

(二)焊接殘余應(yīng)力的影響

在ζa和ζm表示的疲勞圖中，曲線ACB代表不同平均應(yīng)力時的極限應(yīng)力振幅值ζa。當(dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力振幅值大于極限振幅值時，將發(fā)生疲勞破壞。隨著ζm的增加，極限應(yīng)力幅值有所下降。

(三)材料表面狀態(tài)

材料表面有缺陷易造成疲勞強(qiáng)度降低。疲勞裂紋開始產(chǎn)生于材料表面，尤其在拉伸載荷作用下，表層應(yīng)力最高。

(四)焊接缺陷的影響

焊接缺陷在焊件中會引起應(yīng)力集中，在交變載荷作用下，很容易引發(fā)疲勞裂紋。缺陷對疲勞強(qiáng)度的影響比對靜載強(qiáng)度的影響大得多。(五)不同強(qiáng)度金屬的影響 強(qiáng)度極限越高，材料對應(yīng)力集中就越敏感，只有表面拋光的試件其疲勞強(qiáng)度才能隨強(qiáng)度極限的提高而增大。

(六)其他影響因素

1．試樣尺寸的影響：尺寸增大，疲勞極限降低； 2．負(fù)載特點(diǎn)：交變彎曲疲勞破壞的壽命最短。3．溫度升高，裂紋擴(kuò)展速率隨之增高。

第六節(jié) 提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的措施

(一)降低應(yīng)力集中

1.采用合理的結(jié)構(gòu)形式

2．盡量采用應(yīng)力集中系數(shù)小的焊接接頭。3．改善非連續(xù)的幾何形狀，緩和應(yīng)力集中

(二)調(diào)整殘余應(yīng)力場

在易產(chǎn)生裂紋的缺口部位預(yù)制殘余壓應(yīng)力，消除接頭應(yīng)力集中處的殘余拉應(yīng)力。

(三)表面強(qiáng)化處理

第四篇：結(jié)構(gòu)課程設(shè)計總結(jié)

結(jié)構(gòu)課程設(shè)計心得

回顧這此次結(jié)構(gòu)課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從開始著手做，從理論到實(shí)踐，在這一周的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如對單向板肋形樓蓋進(jìn)行整體設(shè)計計算，包括單向板的設(shè)計計算、次梁的設(shè)計計算、主梁的設(shè)計計算、繪制樓蓋的結(jié)構(gòu)布置圖、次梁與主梁的模板配筋圖等等

這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在朱老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！

第五篇：砌體結(jié)構(gòu)課程設(shè)計

砌體設(shè)計

樓梯間采用現(xiàn)澆混凝土樓蓋，縱橫向承重墻厚度均為190mm，采用單排孔混凝土小型砌塊、雙面粉刷，一層采用MU20砌塊和Mb15砂漿，二至三層采用MU15砌塊和Mb砂漿，層高3.3m一層墻從樓板頂面到基礎(chǔ)頂面的距離為4.1m，窗洞均為1800mm×1500mm，門洞寬均為1000mm，在在縱橫相交處和屋面或樓面大梁支撐處，均設(shè)有截面為190mm×250mm的鋼筋混凝土構(gòu)造柱（構(gòu)造柱沿墻長方向的寬度為250mm），圖中虛線梁L1截面為250mm×600mm，兩端伸入墻內(nèi)190mm，施工質(zhì)量控制等級為B級。

縱墻計算單元橫墻計算單元

三氈四油鋪小石子10.809009.90+油膏嵌實(shí)15mm厚水泥砂漿40mm厚水泥石灰焦渣砂漿3‰找坡 +100mm厚瀝青膨脹珍珠巖120mm厚現(xiàn)澆混凝土板33006.60+3.3010mm厚水磨石地面面層 20mm厚水泥打底 120mm鋼筋混凝土板33003300

1、荷載計算：

（1）屋面荷載：

防水層：三氈四油鋪小石子 0.4kN/㎡ 找平層：15mm水泥砂漿 0.3kN/㎡

800++-0.00

找坡層：40mm厚水泥焦渣砂漿3‰找坡 0.56kN/㎡ 保溫層：100mm厚瀝青膨脹珍珠巖 0.8kN/㎡ 結(jié)構(gòu)層：120mm厚現(xiàn)澆混凝土板 3.0kN/㎡ 抹灰層：10mm厚混合砂漿 0.17kN/㎡ 鋼筋混凝土進(jìn)深梁250mm×600mm 1.18 kN/㎡ 屋蓋永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值： ∑6.41kN/㎡ 屋蓋可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 0.5kN/㎡ 由屋蓋大梁給計算墻垛計算：

標(biāo)準(zhǔn)值：N1k =Gk＋Qk=(6.41 kN/㎡＋0.5 kN/㎡)×1/2×6.3m×3.6m=78.36 kN 設(shè)計值：

由可變荷載控制組合：N1=1.2Gk+1.4Qk=(1.2×6.41 kN/㎡+1.4×0.5 kN/㎡)×1/2×6.3m×3.6m=95.17 kN 由永久荷載控制組合：N1=1.35Gk+1.0Qk=（1.35×6.41 kN/㎡+1.0×0.5 kN/㎡）×1/2×6.3m×3.6m=103.80 kN（2）樓面荷載：

10mm厚水磨石地面面層 0.25 kN/㎡ 20mm厚水泥打底 0.40 kN/㎡ 結(jié)構(gòu)層120mm鋼筋混凝土板 3.0 kN/㎡ 抹灰層10mm厚 0.17 kN/㎡ 鋼筋混凝土進(jìn)深梁250mm×600mm 1.18 kN/㎡ 樓面永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值： ∑5.0kN/㎡

樓面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 1.95kN/㎡ 由樓面大梁傳給計算墻垛的荷載：

標(biāo)準(zhǔn)值：N2k =Gk＋Qk=(5.0 kN/㎡+1.95 kN/㎡)×1/2×6.3m×3.6m=78.81 kN 設(shè)計值：

由可變荷載控制組合：N2=1.2Gk+1.4Qk=(1.2×5.0kN/㎡+1.4×1.95 kN/㎡)×1/2×6.3m×3.6m=99.0 kN 由永久荷載控制組合：N2=1.35Gk+1.0Qk=（1.35×5.0 kN/㎡+1.0×1.95 kN/㎡）×1/2×6.3m×3.6m=98.66 kN（3）墻體自重：

女兒墻重（厚190mm，高900mm）計入兩面抹灰40mm其標(biāo)準(zhǔn)值為：N3k =2.96 kN/㎡×3.6m×0.9m=9.59 kN 設(shè)計值：

由可變荷載控制組合：N3=9.59 kN×1.2=11.51 kN 由永久荷載控制組合：N3=9.59 kN×1.35=12.95 kN 女兒墻根部至計算截面高度范圍內(nèi)墻體厚190mm其自重標(biāo)準(zhǔn)為：2.96 kN/㎡×3.6m×0.6m=6.39 kN 設(shè)計值：

由可變荷載控制組合：N3=6.39 kN×1.2=7.67 kN 由永久荷載控制組合：N3=6.39 kN×1.35=8.63 kN 計算每層墻體自重，應(yīng)扣除窗面積，對于2、3層墻體厚190mm，高3.3m自重為：(3.3m×3.6m-1.8m×1.5m)×2.96 kN/㎡＋

1.8m×1.5×0.25 kN/㎡=27.85 kN 設(shè)計值：

由可變荷載控制組合：27.85 kN×1.2=33.42 kN 由永久荷載控制組合：27.85 kN×1.35=37.60 kN 對于1層墻體厚190mm計算高度4.1m其自重為：（3.5m×3.6m-1.8m×1.5m)×2.96 kN/㎡＋1.8m×1.5×0.25 kN/㎡=29.98 kN 設(shè)計值：

由可變荷載控制組合：29.98 kN×1.2=35.97 kN 由永久荷載控制組合：29.98 kN×1.35=40.47 kN

2、內(nèi)力計算：

樓蓋、屋蓋大梁截面b×h=250mm×600mm，梁端在外墻的支撐長度為190mm，下設(shè)由bb×ab×ta=190mm×500mm×180mm的剛

a0??1hf性墊塊，則梁端上表面有效支撐長度采用墻偏心距e=h/2-0.4a0。h為支撐墻厚。，對于外由可變荷載控制下的梁端有效支撐長度計算表：

樓層 h/mm f /N/㎡

N /kN 600 4.02 11.51 600 4.02 140.1 0.41 600 5.68 272.52 0.80 ?0/N/mm2 0.034

?1

?0/mm

5.41 66.10

5.55 67.80

5.63 57.90 由永久荷載控制下的梁端有效支撐長度計算表：

樓層 h/mm f /N/㎡

N /kN 600 4.02 12.95 600 4.02 154.35 0.45 5.57 68.05 600 5.68 290.61 0.85 5.62 57.76 ?0/N/mm2 0.038

?1

?0/mm

5.41 66.10 外重墻的計算面積為窗間墻垛的面積A=1800mm×190mm墻體在豎向荷載作用下的計算模型與計算簡圖如下

縱向墻體的計算簡圖

各層I-I、IV-IV截面內(nèi)力按可變荷載控制和永久變荷載控制組

合分別列于下表

由可變荷載控制的縱向墻體內(nèi)力計算表

截面上層傳荷

樓層

Nu 3 2 1 /kN 11.51(7.67)147.77 280.19

本層樓蓋荷載 Nl

/kN 95.17 99.0 99.0

截面I-I

IV-IV NⅥ

/kN 147.77 280.19 412.61

e2

/mm 0 0 0

e1

M NⅠ

/mm /(kN/m)/kN 68.56 6.52 114.35 67.88 6.72 246.77 71.84 7.11 379.19 表

NⅠ= Nu+ Nl M= Nu·e2+ Nl·e1 NⅥ=NⅠ+NW(墻重)由永久荷載控制的縱向墻體內(nèi)力計算表

中

截面上層傳荷

樓層

Nu 3 2 1 /kN 12.95(8.63)162.98 299.24

本層樓蓋荷載 Nl

/kN 103.80 98.66 98.66

截面I-I

IV-IV NⅥ

/kN 162.98 299.24 435.5

e2

/mm 0 0 0

e1

M NⅠ

/mm /(kN/m)/kN 68.56 7.12 125.38 67.78 6.30 261.64 71.94 7.10 397.9

3、墻體承載力計算：

本建筑墻體的最大高厚

??H04100mm??21.58??c?2????0.8?1.069?26?24.46h190mm滿足要求

承載力計算一般對I-I截面進(jìn)行，但多層磚房的底部可能IV-IV截面更不利計算結(jié)果如下表

縱向墻體由可變荷載控制時的承載力計算表

計算項(xiàng)目

M/(kN·m)N/kN e/mm h/mm e/h

第2層

截面第3層

截面I-I 6.52 114.35 57.02 190 0.3 17.37 0.26 342000 15 10 4.02 357.46 >1

6.72 246.77 27.23 190 0.14 17.37 0.44 342000 15 10 4.02 604.93 >1

IV-IV

第1層

截面

截面I-I 7.11 379.19 18.75 190 0.099 18.42 0.45 342000 20 15 5.68 875.15 >1

IV-IV

0 280.19 0 190 0 17.37 0.69 342000 15 10 4.02 948.64 >1

0 412.61 0 190 0 18.42 0.63 342000 20 15 5.68 1223.81 >1 ??H0h

?

A/m㎡ 砌塊MU 砂漿M f/(N/mm2)

?Af/kN ?Af/N

縱向墻體由永久荷載控制時的承載力計算表 計算項(xiàng)目

M/(kN·m)N/kN e/mm h/mm e/h

第2層

截面第3層

截面I-I 7.12 125.38 56.78 190 0.30 17.37 0.26 342000 15 10 4.02 357.46 >1

6.30 255.98 24.61 190 0.14 17.37 0.44 342000 15 10 4.02 604.93 >1

第1層

截面

截面I-I 7.10 397.9 17.84 190 0.099 18.42 0.45 342000 20 15 5.68 875.15 >1

IV-IV IV-IV

0 435.5 0 190 0 18.42

0 293.58 0 190 0 17.37 0.69 342000 15 10 4.02 948.64 >1 ??H0h

?

A/m㎡ 砌塊MU 砂漿M

0.63 342000 20 15 5.68 1223.81 >1 f/(N/mm2)

?Af/kN ?Af/N

由上表可知砌體墻均能滿足要求。

4、氣體局部受壓計算：

以上述窗間墻第一層為例，墻垛截面為190mm×1800mm，混凝土梁截面為250mm×600mm，支承長度a=190mm，根據(jù)規(guī)范要求在梁下設(shè)190mm×600mm×180mm(寬×長×厚)的混凝土墊塊。根據(jù)內(nèi)里計算，當(dāng)由可變荷載控制時，本層梁的支座反力為Nl=99.0kN墻體的上部荷載Nu=280.19KN,當(dāng)由永久荷載控制時，本層梁的支座反力為Nl=98.66kN，墻體的上部荷載Nu=299.24KN。墻體采用MU20空心砌體磚，M10混合砂漿砌筑。由a0=57.76mm A0=(b+2h)h=(600mm+2×190mm)×190mm=186200

190mm=324000mm2mm2<1800mm×

故取

A0=186200mm2

2墊塊面積：Ab=bb×ab=190mm×600mm=114000mm

計算墊塊上縱向的偏心距，取Nl作用點(diǎn)位于墻距內(nèi)表面0.4 a0處，由可變荷載荷載控制組合下：

280190N?114000?93.40kN1800mm?190mm 190mm99.0kN(?0.4?57.76mm)2e??37.0mm99.0kN?93.40kN NU??0Ab?e?37.0mm?0.195h190mm查表得?=0.69 A0186200mm2r?1?0.35?1?1?0.35?1?1.292rl?0.8r?0.8?1.29?1.032 Ab114000mm墊塊下局壓承載力按下列公式計算：

N0?NL?99.0kN?93.40kN?192.4kN

??rl?Ab?f?0.69?1.032?114000mm2?5.68kN/mm2?461.09kN

N0?NL???rl?Ab?f

由永久荷載控制組合下

299240N?114000?99.75kN1800mm?190mm 190mm98.66kN(?0.4?57.76mm)2e??35.75mm98.66kN?99.75kN NU??0Ab?e?35.75mm?0.188h190mm查表得?=0.704 墊塊下局壓承載力按下列公式計算：

N0?NL?98.66kN?99.75kN?192.4kN

??rl?Ab?f?0.704?1.032?114000mm2?5.68kN/mm2?470.44kN

N0?NL???rl?Ab?f

由此可見，在永久荷載控制下，局壓承載能力能滿足要求。

5、橫墻荷載

(1)屋面荷載：

防水層：三氈四油鋪小石子 0.4kN/㎡ 找平層：15mm水泥砂漿 0.3kN/㎡ 找坡層：40mm厚水泥焦渣砂漿3‰找坡 0.56kN/㎡ 保溫層：100mm厚瀝青膨脹珍珠巖 0.8kN/㎡ 結(jié)構(gòu)層：120mm厚現(xiàn)澆混凝土板 3.0kN/㎡ 抹灰層：10mm厚混合砂漿 0.17kN/㎡ 屋蓋永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值： ∑5.23kN/㎡ 屋蓋可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 0.5kN/㎡

標(biāo)準(zhǔn)值：N1k =Gk＋Qk=(5.23 kN/㎡＋0.5 kN/㎡)×1/2×1.0m×3.6m=10.31 kN 設(shè)計值：

由可變荷載控制組合：N1=1.2Gk+1.4Qk=(1.2×5.23 kN/㎡+1.4×0.5 kN/㎡)×1/2×1.0m×3.6m=12.56kN 由永久荷載控制組合：N1=1.35Gk+1.0Qk=（1.35×5.23 kN/㎡+1.0×0.5 kN/㎡）×1/2×1.0m×3.6m=13.61 kN（2）樓面荷載：

10mm厚水磨石地面面層 0.25 kN/㎡ 20mm厚水泥打底 0.40 kN/㎡ 結(jié)構(gòu)層120mm鋼筋混凝土板 3.0 kN/㎡ 抹灰層10mm厚 0.17 kN/㎡ 樓面永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值： ∑3.82kN/㎡ 樓面可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值 1.95kN/㎡ 由樓面大梁傳給計算墻垛的荷載：

標(biāo)準(zhǔn)值：N2k =Gk＋Qk=(3.82 kN/㎡+1.95 kN/㎡)×1/2×1.0m×3.6m=10.39 kN 設(shè)計值：

由可變荷載控制組合：N2=1.2Gk+1.4Qk=(1.2×5.0kN/㎡+1.4×1.95 kN/㎡)×1/2×1.0m×3.6m=13.17 kN 由永久荷載控制組合：N2=1.35Gk+1.0Qk=（1.35×5.0 kN/㎡+1.0×1.95 kN/㎡）×1/2×1.0m×3.6m=12.79 kN

橫向墻體計算簡圖

（2）橫墻自重承載力計算

對于2、3層墻體厚190mm，高3.3m自重為2.96 kN/㎡×3.3m×1.0m=9.768kN 設(shè)計值：

由可變荷載控制組合：9.768 kN×1.2=11.72 kN 由永久荷載控制組合：9.768 kN×1.35=13.19kN 對于1層墻體厚190mm計算高度4.1m其自重為： 2.96 kN/㎡×3.3m×1.0m=12.14kN 設(shè)計值：

由可變荷載控制組合：12.14kN×1.2=14.57kN 由永久荷載控制組合：12.14 kN×1.35=16.39 kN 本建筑墻體高厚比

??H04100mm??21.58?????26h190mm滿足要求。

橫向墻體由可變荷載控制組合表 計算項(xiàng)目 第3層

N/kN h/mm H0/m

24.28 190 3.3 17.37 0.69 190000 15 10 4.02 527.02 >1

第2層 49.17 190 3.3 17.37 0.69 190000 15 10 4.02 527.02 >1

第1層 76.91 190 4.1 21.58 0.59 190000 20 15 5.68 636.73 >1 ??H0h

?

A/m㎡ 磚MU 砂漿M f/(N/mm2)

?Af/kN ?Af/N

橫向墻體由永久荷載控制組合表 計算項(xiàng)目 第3層

N/kN h/mm H0/m

26.8 190 3.3 17.37 0.69 190000 15 10 4.02 527.02 >1

第2層 52.78 190 3.3 17.37 0.69 190000 15 10 4.02 527.02 >1

第1層 81.96 190 4.1 21.58 0.59 190000 20 15 5.68 636.73 >1 ??H0h

?

A/m㎡ 磚MU 砂漿M f/(N/mm2)

?Af/kN ?Af/N

由上表可知砌體墻均能滿足要求