第三章 鋼結構的連接 角焊縫設計

1、第第 1 頁頁 3.3 3.3 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 P30 直角焊縫直角焊縫 斜角焊縫斜角焊縫 3.3.1 角焊縫的形式角焊縫的形式 （1）按按兩焊角邊夾角劃分兩焊角邊夾角劃分 除鋼管結構外除鋼管結構外, 對于對于135o或或12mm） b b190mm（t 12mm） t 第第 14 頁頁 （6 6）搭接連接的構造要求）搭接連接的構造要求 3.3.2 角焊縫截面尺寸角焊縫截面尺寸 在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度 的的5 5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm25mm。 t1 t2 25,5 1 t 第第 15 頁頁 3.

2、3.2 角焊縫構造要求匯總角焊縫構造要求匯總 角焊縫構造尺寸要求 部位 項目 構 造 要 求 備 注 上限 1 2.1 thf（鋼管構件除外） ； 對板件： mmthmmt thmmt f f )21(6 6 時， 時， 圓孔或槽孔內(nèi)的角焊縫， f h尚不宜大于圓孔直徑 和槽孔短徑的 1/3 1 t為較薄焊件厚度，t 為板邊角焊縫的板件 厚度 焊腳尺寸 f h 下限 2 5.1thf；當4 2 t時，thf 2 t為較厚焊件厚(當 采用低氫型堿性焊條 施焊時， 2 t可采用較 薄焊件的厚度)。對自 動焊可減 1mm；對單面 T 形焊應加 1mm 上限 fw hl60 若超出限值， 則超出部 分

3、在計算中不予考慮。 內(nèi)力沿側(cè)縫全長均勻 分布者不限 焊縫長度 w l 下限 fw hl8 和 mm40 長度 w l dlw w l為每條側(cè)面焊縫的 長度，d為兩條側(cè)面 焊縫之間的距離 板件端部 與節(jié)點板 僅用兩側(cè) 面角焊縫 連接 距離d 時；時mmtmmdmmttd121901216 111 1 t為較薄焊件厚度 搭接連接 搭接最小 長度 1 5t及mm25 1 t為較薄焊件厚度 第第 16 頁頁 角焊縫的其它構造要求：角焊縫的其它構造要求： 3.3.2 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求 (1) 承受動力荷載的結構中，垂直于受力方向的承受動力荷載的結構中，垂直于受力方向的 焊縫不宜采用不焊透

4、的對接焊縫。焊縫不宜采用不焊透的對接焊縫。 (2) 在直接承受動力荷載的結構中，角焊縫表面應在直接承受動力荷載的結構中，角焊縫表面應 做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例：對正面角做成直線形或凹形，焊腳尺寸的比例：對正面角 焊縫宜為焊縫宜為1:1.5,長邊順內(nèi)力方向；對側(cè)面角焊縫可長邊順內(nèi)力方向；對側(cè)面角焊縫可 為為1:1。 (3) 在次要構件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角在次要構件或次要焊接連接中，可采用斷續(xù)角 焊縫。斷續(xù)角焊縫之間的凈距，不應大于焊縫。斷續(xù)角焊縫之間的凈距，不應大于15t（對（對 受壓構件）或受壓構件）或30t（對受拉構件），（對受拉構件），t為較薄焊件的為較薄焊件的 厚度。厚

5、度。 第第 17 頁頁 3.3.3 3.3.3 角焊縫受力特點角焊縫受力特點 第第 18 頁頁 側(cè)焊縫受力特點側(cè)焊縫受力特點 f f e h w l 第第 19 頁頁 側(cè)焊縫受力特點側(cè)焊縫受力特點 （1）主要受剪應力，分布不均。）主要受剪應力，分布不均。 （2）強度相對較低，塑性較好。）強度相對較低，塑性較好。 （3）破壞常發(fā)生在近似）破壞常發(fā)生在近似45 斜平面上斜平面上 第第 20 頁頁 端焊縫受力特點端焊縫受力特點 f f 第第 21 頁頁 應力狀態(tài)復雜，正、剪應力都有，應力狀態(tài)復雜，正、剪應力都有， 且分布很不均勻；且分布很不均勻； 根部應力集中最厲害，常常是開裂根部應力集中最厲害，常

6、常是開裂 的起源點；的起源點； 焊縫破壞強度高，但塑性差。焊縫破壞強度高，但塑性差。 A B C D 端焊縫受力特點端焊縫受力特點 破壞模式 第第 22 頁頁 90側(cè)焊縫側(cè)焊縫 0端焊縫端焊縫 荷載變形曲線荷載變形曲線 端焊縫與側(cè)焊縫的比較端焊縫與側(cè)焊縫的比較 第第 23 頁頁 hf he h h1 h2 d e h-h-焊縫厚度焊縫厚度 h h1 1熔深熔深 h h2 2凸度凸度 dd焊趾焊趾 ee焊根焊根 3.3.3 3.3.3 直角直角角焊縫強度計算基本公式角焊縫強度計算基本公式 第第 24 頁頁 計算截面計算截面 均取焊縫均取焊縫4545有效截面（假定破壞截面）有效截面（假定破壞截面）

7、 有效焊縫高度有效焊縫高度 h e 0.7 h f ( (焊縫高度焊縫高度) ) h f h f h e 有效截面有效截面 焊縫計算長度焊縫計算長度lwl -2h f（每端扣（每端扣h f ） hf he h h1 h2 d e 3.3.3 3.3.3 直角直角角焊縫強度計算基本公式角焊縫強度計算基本公式 第第 25 頁頁 N 3.3.3 3.3.3 直角直角角焊縫強度計算基本公式角焊縫強度計算基本公式 N 第第 26 頁頁 3.3.3 3.3.3 直角直角角焊縫強度計算基本公式角焊縫強度計算基本公式 N N 應力應力 nf nf f f f f cos f n sin f n f f 2 2

8、 f 2 2 f 第第 27 頁頁 3.3.3 3.3.3 直角直角角焊縫強度計算基本公式角焊縫強度計算基本公式 N Nx Ny N Nx=N sin Ny=N cos 端焊端焊 f 側(cè)焊側(cè)焊 f f 第第 28 頁頁 f A f f 第第 29 頁頁 222w t 3() f f 破壞面上破壞面上A點折算應力點折算應力 ： 3.3.3 3.3.3 直角直角角焊縫強度計算基本公式角焊縫強度計算基本公式 f A 又又 w t 3 w f ff 222w f 3()3 f f 整理得：整理得： 222 1 () 3 w ff f 第第 30 頁頁 3.3.3 3.3.3 直角直角角焊縫強度計算基本

9、公式角焊縫強度計算基本公式 f A 又又 即：即： 222 1 () 3 w ff f 2 2 f 帶入整理得：帶入整理得： 22 2 3 w fff f 22 () 1.22 fw ff f 第第 31 頁頁 3.3.3 3.3.3 直角直角角焊縫強度計算基本公式角焊縫強度計算基本公式 f A 又又 帶入整理得：帶入整理得： 22 () 1.22 fw ff f f f cos f n sin f n 2 1 sin 1 3 w ff nf w ff f N nf f f 第第 32 頁頁 構件鋼材 對接焊縫 角焊縫 焊縫質(zhì)量為下列等級時， 抗拉 w t f 焊接方法 和焊條型號 牌號 厚度

10、或直徑 （mm） 抗壓 w c f 一級、二級 三級 抗剪 w v f 抗拉、 抗壓 和抗彎 w f f 16 215 215 185 125 1640 205 205 175 120 4060 200 200 170 115 自動焊、 半自動 焊和E43型焊條 的手工焊 Q235 鋼 60100 190 190 160 110 160 16 310 310 265 180 1635 295 295 250 170 3550 265 265 225 155 自動焊、 半自動 焊和E50型焊條 的手工焊 Q345 鋼 50100 250 250 210 145 200 16 350 350 30

11、0 205 1635 335 335 285 190 3550 315 315 270 180 Q390 鋼 50100 295 295 250 170 220 16 380 380 320 220 1635 360 360 305 210 3550 340 340 290 195 自動焊、 半自動 焊和E55型焊條 的手工焊 Q420 鋼 50100 325 325 275 185 220 角角焊縫強度設計值焊縫強度設計值 第第 33 頁頁 角焊縫計算長度：角焊縫計算長度：2 wf llh 強度增大系數(shù)強度增大系數(shù) f 靜載、靜載、 間接動載間接動載 ：按公式計算；：按公式計算； 直接動載直

12、接動載 ：=1.0 第第 34 頁頁 .4典型節(jié)點典型節(jié)點受軸心力作用時受軸心力作用時 =0，側(cè)面角焊縫，側(cè)面角焊縫 N Nx Ny N Nx=N sin Ny=N cos 端焊端焊 f 側(cè)焊側(cè)焊 f 2 1 sin 1 3 w ff nf 1.0 f 22 () 1.22 fw ff f w ff f 得：得： 第第 35 頁頁 0.7 w ff fw N f h l .4典型節(jié)點典型節(jié)點受軸心力作用時受軸心力作用時 =0，側(cè)面角焊縫，側(cè)面角焊縫1.0 f 假定：軸心力作用下，焊縫有效截面上的假定：軸心力作用下，焊縫有效截面上的應力均布應力均布 f f e h

13、 w l 第第 36 頁頁 .4典型節(jié)點典型節(jié)點受軸心力作用時受軸心力作用時 =90，端焊縫，端焊縫 N Nx Ny N Nx=N sin Ny=N cos 端焊端焊 f 側(cè)焊側(cè)焊 f 2 1 sin 1 3 w ff nf 1.22 f 22 () 1.22 fw ff f w fff f 得：得： 第第 37 頁頁 0.7 1.22 w ff fw N f h l .4典型節(jié)點典型節(jié)點受軸心力作用時受軸心力作用時 1.22 f 假定：軸心力作用下，焊縫有效截面上的假定：軸心力作用下，焊縫有效截面上的應力均布應力均布 =90，端焊縫，端焊縫 0.7 w ff

14、fw N f h l 第第 38 頁頁 .4典型節(jié)點典型節(jié)點受軸心力作用時受軸心力作用時 0 90 2 1 sin 1 3 w ff nf N nf f f 假定：軸心力作用下，焊縫有效截面上的假定：軸心力作用下，焊縫有效截面上的應力均布應力均布 0.7 w ff f f w N nf h l 第第 39 頁頁 .4典型節(jié)點典型節(jié)點受軸心力作用時受軸心力作用時( (總結）總結） N 0.7 1.22 w ff fw N f h l 0.7 w ff fw N f h l 0.7 w ff f f w N nf h l 假定：軸心力假定：軸心力 作用下，焊縫作用下

15、，焊縫 有效截面上的有效截面上的 應力均布應力均布 第第 40 頁頁 端焊縫強度增大系數(shù)端焊縫強度增大系數(shù) f 直角焊縫直角焊縫 斜角焊縫斜角焊縫 1.0 1.22 靜載、靜載、 間接動載間接動載 1.0 直接動載直接動載 第第 41 頁頁 兩邊側(cè)焊兩邊側(cè)焊 驗算驗算 認為焊縫有效截面上認為焊縫有效截面上 應力均勻分布應力均勻分布 一條單獨的焊縫，每端扣除一條單獨的焊縫，每端扣除hf 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點典型節(jié)點拼接板連接承受軸力拼接板連接承受軸力N N作用作用 第第 42 頁頁 兩邊端焊兩邊端焊 驗算驗算 認為焊縫有效截面上認為焊縫有效截面上 應力均勻分布應力均勻分布 3.3.4

16、 3.3.4 典型節(jié)點典型節(jié)點拼接板連接承受軸力拼接板連接承受軸力N N作用作用 端焊縫強度提高系端焊縫強度提高系 數(shù)數(shù) 第第 43 頁頁 驗算驗算 四周圍焊四周圍焊 當焊縫受直接動力荷載時：當焊縫受直接動力荷載時： 由端焊縫由端焊縫 N1 再驗算側(cè)焊縫再驗算側(cè)焊縫 N1,lw1 N2， ，lw2 21 NNN 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點典型節(jié)點拼接板連接承受軸力拼接板連接承受軸力N N作用作用 1 1 w ff ew N f hl 2 2 w f ew N f hl w f ew N f hl 第第 44 頁頁 減小拼接板角部減小拼接板角部 應力集中應力集中 四周菱形圍焊四周菱形圍焊

17、簡化驗算簡化驗算 無論靜載、動載無論靜載、動載 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點典型節(jié)點拼接板連接承受軸力拼接板連接承受軸力N N作用作用 w f ew N f hl w f ewifi N f hl 驗算驗算 第第 45 頁頁 b e1 e2 三面圍焊三面圍焊 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點角鋼與典型節(jié)點角鋼與拼接板連接承受軸拼接板連接承受軸 力力N N作用作用 肢背焊縫肢背焊縫 肢尖焊縫肢尖焊縫 hf2-lw2 hf1-lw1 hf3-lw3 關鍵關鍵求解求解N1、 、N2、N3 由由N3按按端端焊縫受焊縫受 軸心力設計軸心力設計 由由N1 、N2按按側(cè)側(cè)焊焊 縫受軸心力設計縫受軸心力設

18、計 第第 46 頁頁 三面圍焊三面圍焊 b e1 e2 肢背焊縫肢背焊縫 肢尖焊縫肢尖焊縫 hf2-lw2 hf1-lw1 hf3-lw3 平面平行力系平面平行力系 （1 1）求解）求解N3 3 3 3 0.7 w ff wf N h f l 按構造要求設按構造要求設hf3，解出，解出N3 第第 47 頁頁 三面圍焊三面圍焊 b e1 e2 肢背焊縫肢背焊縫 肢尖焊縫肢尖焊縫 hf2-lw2 hf1-lw1 hf3-lw3 （2 2）求解）求解 N1、N2 對對N2取矩：取矩： 1 N b + 3 2 b N= 2 Ne 整理得：整理得： 32 1 2 Ne NN b 3 1 2 N N（3.

19、12） 第第 48 頁頁 三面圍焊三面圍焊 b e1 e2 肢背焊縫肢背焊縫 肢尖焊縫肢尖焊縫 hf2-lw2 hf1-lw1 hf3-lw3 （2 2）求解）求解 N1、N2 對對N1取矩：取矩： 2 N b + 3 2 b N= 1 Ne 整理得：整理得： 31 2 2 Ne NN b 3 2 2 N N（3.13） 第第 49 頁頁 角鋼類型角鋼類型連接形式連接形式 內(nèi)力分配系數(shù)內(nèi)力分配系數(shù) 肢背肢背1肢尖肢尖2 等肢角鋼等肢角鋼 0.700.30 不等肢角鋼不等肢角鋼 短肢連接短肢連接 0.750.25 不等肢角鋼不等肢角鋼 長肢連接長肢連接 0.650.35 3.3.4 3.3.4

20、典型節(jié)點角鋼與典型節(jié)點角鋼與拼接板連接承受軸拼接板連接承受軸 力力N N作用作用 第第 50 頁頁 三面圍焊三面圍焊 b e1 e2 肢背焊縫肢背焊縫 肢尖焊縫肢尖焊縫 hf2-lw2 hf1-lw1 hf3-lw3 （3 3）側(cè)焊）側(cè)焊 縫設計縫設計 肢背焊縫：肢背焊縫： 1 1 1 0.7 f w f w N f lh 肢尖焊縫：肢尖焊縫： 2 2 2 0.7 w f w N f lh 312fff hhh 可求可求 12ww ll、 第第 51 頁頁 三面圍焊三面圍焊 b e1 e2 肢背焊縫肢背焊縫 肢尖焊縫肢尖焊縫 hf2-lw2 hf1-lw1 hf3-lw3 （3 3）側(cè)焊）側(cè)焊

21、 縫設計縫設計 肢尖焊縫實長：肢尖焊縫實長： 111wf llh 222wf llh 肢背焊縫實長：肢背焊縫實長： 轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊轉(zhuǎn)角處連續(xù)施焊 第第 52 頁頁 兩邊側(cè)焊兩邊側(cè)焊 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點角鋼與典型節(jié)點角鋼與拼接板連接承受軸拼接板連接承受軸 力力N N作用作用 關鍵關鍵求解求解N1和和N2 分別按側(cè)焊縫受軸心力分別按側(cè)焊縫受軸心力 設計肢背和肢尖焊縫設計肢背和肢尖焊縫 肢背焊縫肢背焊縫 肢尖焊縫肢尖焊縫 b hf1-lw1 hf1-lw1 第第 53 頁頁 兩邊側(cè)焊兩邊側(cè)焊 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點角鋼與典型節(jié)點角鋼與拼接板連接承受軸拼接板連接承受軸 力力N

22、N作用作用 肢背焊縫肢背焊縫 肢尖焊縫肢尖焊縫 b hf1-lw1 hf1-lw1 3 11 2 N NN 3 22 2 N NN 肢背焊縫：肢背焊縫： 1 1 1 0.7 f w f w N f lh 肢尖焊縫：肢尖焊縫： 2 2 2 0.7 w f w N f lh 第第 54 頁頁 兩邊側(cè)焊兩邊側(cè)焊 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點角鋼與典型節(jié)點角鋼與拼接板連接承受軸拼接板連接承受軸 力力N N作用作用 肢背焊縫肢背焊縫 肢尖焊縫肢尖焊縫 b hf1-lw1 hf1-lw1 肢尖焊縫實長：肢尖焊縫實長： 111 2 wf llh 222 2 wf llh 肢背焊縫實長：肢背焊縫實長： 繞

23、角施焊繞角施焊 第第 55 頁頁 角鋼用角鋼用“L”型焊縫與節(jié)點板連接的焊縫計算型焊縫與節(jié)點板連接的焊縫計算 由由 N2 = 0得：得： 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點角鋼與典型節(jié)點角鋼與拼接板連接承受軸拼接板連接承受軸 力力N N作用作用 3 11 2 N NN 3 22 2 N NN 32 2NN 112 ()NN b lw2 繞角施焊繞角施焊 第第 56 頁頁 f f My I max w fff w M f W 任一點任一點A處：處： 式中式中 Ww角焊縫有效截面的截面模量。角焊縫有效截面的截面模量。 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點典型節(jié)點彎矩單獨作用時彎矩單獨作用時的焊縫計算的焊

24、縫計算 M 0.7hf lw A 3 1 (0. 12 27) ffw Ih l 2 1 (0.7)2 6 wfw Whl 第第 57 頁頁 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點彎矩、剪力、軸向力典型節(jié)點彎矩、剪力、軸向力共同作用共同作用 時時的焊縫計算的焊縫計算 1、求出單獨外力作用下的角焊縫的應力，分別用、求出單獨外力作用下的角焊縫的應力，分別用 和和 表示。表示。 f f 2、將焊縫截面上、將焊縫截面上同一點同一點處的應力值進行疊加，而處的應力值進行疊加，而 不是最大應力值進行疊加。不是最大應力值進行疊加。 第第 58 頁頁 梁柱連接受彎矩梁柱連接受彎矩M、剪力、剪力V、軸力、軸力N 作用作

25、用 w ff w a w MaNfa f I My A N 危險點危險點 a：驗算驗算 w ffb f fb f 2 2 , b fbNMbfbv www MyNV AIA 危險點危險點 b： 僅腹板僅腹板 焊縫截面焊縫截面 梁柱連接梁柱連接 整個焊縫截面整個焊縫截面 焊縫應力分布焊縫應力分布 彎矩彎矩 軸力軸力 剪力剪力 加勁肋加勁肋 整個截面整個截面Aw, Iw 第第 59 頁頁 A 3.3.4 3.3.4 典型節(jié)點典型節(jié)點扭矩單獨作用時扭矩單獨作用時的焊縫計算的焊縫計算 x y T o x y T o T fA n T fA T fA 22 () 1.22 fw ff f A T fA

26、p T r n I rA sin TT fAfA n sin A p Tr I p A Ty I yA cos TT fAfA n cos A p Tr I p A Tx I xA 第第 60 頁頁 焊縫截面焊縫截面 =V(a+e) V f A ew V hl 剪力剪力V產(chǎn)生的產(chǎn)生的 A點應力點應力 牛腿焊接牛腿焊接 扭矩、剪力、軸力作用扭矩、剪力、軸力作用 , f yyyTTT x f Af A zwzwzwzwzw rTrr TrTrTrTr IIrIIrI 軸力軸力N產(chǎn)生產(chǎn)生A點點 的應力的應力 N f A ew N hl 扭矩扭矩T產(chǎn)生產(chǎn)生A點的應力點的應力 第第 61 頁頁 焊縫截面

27、焊縫截面 =V(a+e) TV ff Af A TN ff Af A X方向合應力方向合應力： Y方向合應力：方向合應力： w ff f f f 2 2 驗算：驗算： A A點：點： 牛腿焊接牛腿焊接 扭矩、剪力、軸力作用扭矩、剪力、軸力作用 第第 62 頁頁 第第 63 頁頁 第第 64 頁頁 3.5 3.5 焊接應力和焊接變形焊接應力和焊接變形 P48 焊接變形：焊接變形： 鋼結構構件或節(jié)點在焊接過程中，局部區(qū)域受鋼結構構件或節(jié)點在焊接過程中，局部區(qū)域受 到很強的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過程到很強的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過程 中產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。中產(chǎn)生的變形稱為焊接

28、變形。 焊接應力：焊接應力： 焊接后冷卻時，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自焊接后冷卻時，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自 由收縮，由此約束而產(chǎn)生的應力稱為焊接由收縮，由此約束而產(chǎn)生的應力稱為焊接 產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因： 鋼材高溫膨脹時產(chǎn)鋼材高溫膨脹時產(chǎn) 生了熱態(tài)塑性壓縮生了熱態(tài)塑性壓縮 第第 65 頁頁 3.5.1 3.5.1 焊接應力的分類焊接應力的分類 縱向焊接應力沿焊縫方向縱向焊接應力沿焊縫方向 橫向焊接應力垂直焊縫方向橫向焊接應力垂直焊縫方向 厚度方向焊接應力厚度方向焊接應力 X ( (橫向焊接應力橫向焊接應力) ) Y (縱向焊接應力 ) Z ( (厚度方向厚度方向 焊接應力焊接應力) ) 焊縫焊縫 第第 66 頁頁 縱向焊接應力縱向焊接應力 平平 板板 工字形截面工字形截面 3.5.1 3.5.1 焊接應力的分類焊接應力的分類 兩板焊接兩板焊接 焊縫區(qū)受拉、兩側(cè)受壓焊縫區(qū)受拉、兩側(cè)受壓 焊接工字鋼焊接工字鋼腹板中央受壓，兩端受拉翼緣中央受拉，腹板中央受壓，兩端受拉翼緣中央受拉， 兩端受壓兩端受壓 第第 67 頁頁 第一部分第一部分 施焊施焊 方向方向 收縮收縮 橫向焊接應力橫向焊接應力 應力分布應力分布 第二部分第二部分 = = 合成合成 應力應力 3.5.1 3.5.1 焊接應力的分類焊接應力的分類 A. 焊縫