鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》

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第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點

連接的作用將板材或型鋼組合成構(gòu)件，再將構(gòu)件組合成整體結(jié)構(gòu)。連接方式及其質(zhì)量直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能。必須安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡單、制造方便和節(jié)約鋼材。連接方法：焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接三種。

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點

2鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件33.1.1焊接連接最主要的連接方法。優(yōu)點任何形式的構(gòu)件都可直接相連，構(gòu)造簡單，制作加工方便；不削弱截面，用料經(jīng)濟；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大；可實現(xiàn)自動化操作，提高焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量。缺點在熱影響區(qū)內(nèi)，金相組織發(fā)生改變，局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴展到整體，低溫冷脆問題較為突出。3.1.1焊接連接4通常采用電弧焊（包括手工電弧焊）、埋弧焊(自動或半自動焊)以及氣體保護(hù)焊等。

鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

1.手工電弧焊最常用的一種焊接方法。通電后在涂有藥皮的焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧。

通常采用電弧焊（包括手工電弧焊）、埋弧焊(自動或半自動焊)以5手工電弧焊所用焊條應(yīng)與焊件鋼材(或稱主體金屬)相適應(yīng)：Q235鋼E43型焊條(E4300~E4328)；Q345鋼E50型焊條(E5000~E5048)；Q390鋼Q420鋼E55型焊條(E5500~E5518)。E表示焊條、前兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強度(以kgf／mm2表示)，第三、四位數(shù)字表示適用焊接位置、電流以及藥皮類型等。不同鋼種的鋼材相焊接時，宜采用與低強度鋼材相適應(yīng)的焊條。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件6

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埋弧焊(自動或半自動)

電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。自動電弧焊焊絲送進(jìn)和電弧按焊接方向的移動有專門機構(gòu)控制完成。半自動電弧焊焊絲送進(jìn)有專門機構(gòu)，而電弧按焊接方向的移動靠人手工操作完成。電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，生產(chǎn)率高。工藝條件穩(wěn)定，焊縫的化學(xué)成分均勻，焊縫質(zhì)量好、焊件變形小。同時，高焊速也減小了熱影響區(qū)的范圍。但埋弧焊對焊件邊緣的裝配精度(如間隙)要求比手工焊高。埋弧焊所用焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬強度相適應(yīng)，即要求焊縫與主體金屬等強度。

2

埋弧焊(自動或半自動)7

3.

氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊是利用二氧化碳?xì)怏w或其他惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍造成局部的保護(hù)層，以防止有害氣體的侵入并保證了焊接過程中的穩(wěn)定性。氣體保護(hù)焊的焊縫熔化區(qū)沒有熔渣，焊工能夠清楚地看到焊縫成型的過程；由于保護(hù)氣體是噴射的，有助于熔滴的過渡；又由于熱量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊縫強度比手工電弧焊高，塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接。但不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。

3.

氣體保護(hù)焊83.1.2

鉚釘連接制孔和打鉚。塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，對主體金屬的材質(zhì)質(zhì)量要求低。削弱截面，費鋼費工，要求技工技術(shù)水平高，勞動條件差。很少采用，被焊接和螺栓連接所取代。3.1.2

鉚釘連接93.1.3螺栓連接

普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種。1普通螺栓連接普通螺栓分為A、B、C三級。A與B級為精制螺栓，C級為粗制螺栓。A級和B級螺栓材料性能等級則為5.6級或8.8級。C級螺栓材料性能等級為4.6級或4.8級。小數(shù)點前面的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強度不小于400N/mm2，小數(shù)點及小數(shù)點以后數(shù)字表示其屈強比為0.6或0.8。3.1.3螺栓連接10

A、B級精制螺栓是由毛坯在車床上經(jīng)過切削加工精制而成。表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，對成孔質(zhì)量要求高。有較高的精度，因而受剪性能好。制作和安裝復(fù)雜，價格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用C級螺栓由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成。螺栓表面粗糙，一般采用在單個零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計孔徑的孔(II類孔)。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.5~2mm。螺栓桿與螺栓孔之間有較大的間隙，受剪力作用時，將會產(chǎn)生較大的剪切滑移，連接的變形大。安裝方便，且能有效地傳遞拉力，可用于沿螺栓桿軸受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時的臨時固定。A、B級精制螺栓是由毛坯在車床上經(jīng)過切削加工精制而成。表面112.高強度螺栓連接兩種類型摩擦型連接：依靠摩擦阻力傳力，并以剪力不超過接觸面摩擦力作為設(shè)計準(zhǔn)則；承壓型連接：允許接觸面滑移，以連接達(dá)到破壞的極限承載力作為設(shè)計準(zhǔn)則。采用45號鋼、40B鋼和20MnTiB鋼加工而成，經(jīng)熱處理后，螺栓抗拉強度應(yīng)分別不低于800N／mm2和1000N／mm2，即前者的性能等級為8.8級，后者的性能等級為10.9級。摩擦型連接螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑大1.5-2.0mm；承壓型連接高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑大1.0-1.5mm。2.高強度螺栓連接兩種類型12摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，施工較簡單，可拆卸，耐疲勞，特別適用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型連接的承載力高于摩擦型，連接緊湊，但剪切變形大，故不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中。

摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，施工較簡單，可拆卸，耐疲13

3.2.1焊縫的形式

3.2

焊縫和焊接連接的形式角焊縫和坡口焊縫。1.角焊縫連接板件不必坡口，焊縫金屬填充在連接板件形成的直角或斜角區(qū)域內(nèi)。按截面形式可分為：直角角焊縫兩焊腳邊的夾角為90°，微凸的等腰直角三角形，直角邊邊長hf稱為角焊縫的焊腳尺寸。he＝0.7hf為直角角焊縫的有效厚度。斜角角焊縫兩焊腳邊的夾角不等于90°斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。夾角大于l35°或小于60°的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作受力焊縫。3.2.1焊縫的形式3.2焊縫和焊接連接的形式角14鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件15

2.坡口焊縫焊件常需做成坡口，焊縫金屬填充在坡口內(nèi)。坡口形式與焊件厚度有關(guān)：焊件厚度很小(小于等于10mm)：直邊縫。一般厚度(t=10~20mm)

:具有斜坡口的單邊V形或V形焊縫。斜坡口和離縫b共同組成一個焊條能夠運轉(zhuǎn)的施焊空間，使焊縫易于焊透；鈍邊p有托住熔化金屬的作用。較厚的焊件(t＞20mm)，則采用U形、K形和X形坡口。V形縫和U形縫需對焊縫根部進(jìn)行補焊。坡口形式的選用，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》要求進(jìn)行。2.坡口焊縫16對接焊縫：兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)；對接與角接組合焊縫：T形、十字形或角接接頭的坡口焊縫。對接焊縫：兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)；17

3.2.2焊接連接的形式

3.2焊縫和焊接連接形式

1.焊接連接形式被連接板件的相互位置：對接、搭接、T形連接和角部連接四種。連接所采用的焊縫主要有坡口焊縫和角焊縫。對接連接：主要用于厚度相同或接近相同的兩構(gòu)件的相互連接。采用對接焊縫，兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)，傳力均勻平緩，沒有明顯的應(yīng)力集中，用料經(jīng)濟，但是焊件邊緣需要加工，被連接兩板的間隙和坡口尺寸有嚴(yán)格的要求。采用雙蓋板和角焊縫，傳力不均勻、費料，但施工簡便，所連接兩板的間隙大小無需嚴(yán)格控制。搭接連接：適用于不同厚度構(gòu)件的連接。傳力不均勻，材料較費，構(gòu)造簡單，施工方便，廣泛應(yīng)用。

3.2.2焊接連接的形式3.2焊縫和焊接連接形式118鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件19T形連接省工省料，常用于制作組合截面。采用角焊縫連接焊件間存在縫隙，截面突變，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，疲勞強度較低，可用于不直接承受動力荷載結(jié)構(gòu)的連接中。采用坡口焊縫對于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，如重級工作制吊車梁，其上翼緣與腹板的連接。角部連接主要用于制作箱形截面。

T形連接省工省料，常用于制作組合截面。202.焊縫的施焊位置平焊、橫焊、立焊及仰焊。平焊(又稱俯焊)施焊方便。立焊和橫焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。仰焊的操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證，因此應(yīng)盡量避免采用仰焊。2.焊縫的施焊位置21

3.3焊縫缺陷和質(zhì)量檢驗

3.3.1焊縫缺陷焊縫缺陷：焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。裂紋是焊縫連接中最危險的缺陷。3.3焊縫缺陷和質(zhì)量檢驗3.3.1焊縫缺陷22

3.3.2焊縫質(zhì)量檢驗

缺陷削弱焊縫受力面積，焊縫處應(yīng)力集中，對連接的強度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。焊縫質(zhì)量檢驗極為重要。外觀檢查檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無損檢驗檢查內(nèi)部缺陷。采用超聲波檢驗，用磁粉、熒光檢驗等較簡單的方法作為輔助。此外還可采用X射線或γ射線透照或拍片，X射線應(yīng)用較廣?！朵摻Y(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》規(guī)定焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一、二、三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級、二級焊縫除外觀檢查外，還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗并符合相應(yīng)級別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3.3.2焊縫質(zhì)量檢驗缺陷削弱焊縫受力面積，焊縫處應(yīng)力23

3.3.3焊縫代號圖例

《焊縫符號表示法》規(guī)定：焊縫代號由引出線、圖形符號和輔助符號三部分組成。引出線由橫線和帶箭頭的斜線組成。箭頭指到圖形上的相應(yīng)焊縫處，橫線的上面和下面用來標(biāo)注圖形符號和焊縫尺寸。當(dāng)引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時，應(yīng)將圖形符號和焊縫尺寸等標(biāo)注在水平橫線的上面；當(dāng)箭頭指向?qū)?yīng)焊縫所在的另一面時，則應(yīng)將圖形符號和焊縫尺寸標(biāo)注在水平橫線的下面。必要時，可在水平橫線的末端加一尾部作為其他說明之用。圖形符號表示焊縫的基本型式，如用表示角焊縫，用V表示V型坡口的對接焊縫。輔助符號表示焊縫的輔助要求，如用表示現(xiàn)場安裝焊縫等。3.3.3焊縫代號圖例《焊縫符號表示法》規(guī)定：焊縫代24鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件253.4

角焊縫的構(gòu)造要求和計算角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：正面角焊縫焊縫長度方向與作用力垂直；側(cè)面角焊縫焊縫長度方向與作用力平行；斜焊縫焊縫長度方向與作用力方向成一角度；圍焊縫

正面、側(cè)面、斜焊縫組成的混合焊縫。3.4角焊縫的構(gòu)造要求和計算角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為26側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強度也較低。傳力線通過時產(chǎn)生彎折，應(yīng)力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。焊縫越長，應(yīng)力分布不均勻性越顯著，但在屆臨塑性工作階段時，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，可使應(yīng)力分布的不均勻現(xiàn)象漸趨緩和。側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強度也較27正面角焊縫受力復(fù)雜，截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根處存在著很嚴(yán)重的應(yīng)力集中。正面角焊縫的破壞強度高于側(cè)面角焊縫，但塑性變形能力差。斜焊縫的受力性能和強度值介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。正面角焊縫受力復(fù)雜，截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根28

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

1.最小焊腳尺寸焊腳尺寸過小，施焊時冷卻速度過快，產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開裂。焊腳尺寸t2為較厚焊件厚度(mm)，焊腳尺寸取整數(shù)。自動焊熔深較大，最小焊腳尺寸可減小1mm；T形連接的單面角焊縫，增加1mm；當(dāng)焊件厚度小于或等于4mm時，取與焊件厚度相同。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

1.最小焊腳尺寸29

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

2最大焊腳尺寸避免焊縫收縮時產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和殘余變形，熱影響區(qū)擴大，產(chǎn)生熱脆，較薄焊件燒穿，除鋼管結(jié)構(gòu)外焊腳尺寸t1為較薄焊件厚度（mm）。板件邊緣的焊縫：板件厚度t＞6mm時，hf≤t-(1~2)mmt≤6mm時，取hf≤t。不等角焊角尺寸。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求2最大焊腳尺寸30

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

3角焊縫的最小計算長度焊腳尺寸大而長度較小時，焊件的局部加熱嚴(yán)重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，以及焊縫中可能產(chǎn)生的其他缺陷(氣孔、非金屬夾雜等)，使焊縫不夠可靠。搭接連接的側(cè)面角焊縫，如果焊縫長度過小，由于力線彎折大，會造成嚴(yán)重應(yīng)力集中。為了使焊縫能夠具有一定的承載能力，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計算長度不得小于8hf和40mm。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求3角焊縫的最小計算長度31

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

4側(cè)面角焊縫的最大計算長度側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長度方向受力不均勻，兩端大中間小。焊縫越長，應(yīng)力集中越明顯。若焊縫長度適宜，兩端點處的應(yīng)力達(dá)到屈服強度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會漸趨均勻。若焊縫長度超過某一限值時，有可能首先在焊縫的兩端破壞，故一般規(guī)定側(cè)面角焊縫的計算長度

lw≤60hf當(dāng)實際長度大于上述限值時，其超過部分在計算中不予考慮。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長分布，比如焊接梁翼緣板與腹板的連接焊縫，計算長度可不受上述限制。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求4側(cè)面角焊縫的最大計算長32

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

5搭接連接的構(gòu)造要求

當(dāng)板件端部僅有2條側(cè)面角焊縫時，連接的承載力與b/lw有關(guān)，B為兩側(cè)焊縫的距離，lw為側(cè)焊縫長度。當(dāng)b/lw＞1時，連接的承載力隨著b/lw比值的增大而明顯下降。為使連接強度不致過分降低，要求b/lw≤1。避免焊縫橫向收縮，引起板件向外發(fā)生較大拱曲，b不宜大于16t(t＞12mm)或190mm(t≤12mm)，t為較薄焊件的厚度。搭接連接中，僅采用正面角焊縫時，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求5搭接連接的構(gòu)造要求

337減小角焊縫應(yīng)力集中的措施端部搭接采用三面圍焊時，在轉(zhuǎn)角處截面突變，會產(chǎn)生應(yīng)力集中，如在此處起滅弧，可能出現(xiàn)弧坑或咬肉等缺陷，從而加大應(yīng)力集中的影響。故所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。對于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，可連續(xù)地作長度為2hf的繞角焊。7減小角焊縫應(yīng)力集中的措施346斷續(xù)角焊縫的構(gòu)造要求角焊縫沿長度方向：連續(xù)角焊縫、斷續(xù)角焊縫。連續(xù)角焊縫受力性能較好，主要的形式。斷續(xù)角焊縫起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中，只用于次要構(gòu)件的連接或受力很小的連接中。間斷角焊縫的間斷距離l不宜過長，以免連接不緊密，潮氣侵入引起構(gòu)件銹蝕。受壓構(gòu)件中應(yīng)滿足l≤15t；受拉構(gòu)件中l(wèi)≤30t，t為較薄焊件的厚度。

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

6斷續(xù)角焊縫的構(gòu)造要求3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求35

3.4.2直角角焊縫的計算

1直角角焊縫強度計算的基本公式試驗表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在45°的最小截面，此截面(有效厚度與焊縫計算長度的乘積)稱為焊縫的有效截面或計算截面。3.4.2直角角焊縫的計算1直角角焊縫強度計算的基36

1.直角角焊縫強度計算的基本公式

作用于焊縫有效截面上的應(yīng)力：垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力垂直于焊縫長度方向的剪應(yīng)力沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力

1.直角角焊縫強度計算的基本公式作用于焊縫有效截面上37

1.直角角焊縫強度計算的基本公式

根據(jù)多國試驗結(jié)果，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)確定角焊縫的極限強度：

為焊縫金屬的抗拉強度。上式是根據(jù)ST37(相當(dāng)于Q235鋼)提出的，對于其他鋼種，公式左邊的系數(shù)不是1.8，而是在1.7~3.0之間變化。為使公式能夠適用于較多的鋼材，同時也為了與母材的能量強度理論的折算應(yīng)力公式一致，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(ECCS)將式中的1.8改為3，即：

1.直角角焊縫強度計算的基本公式根據(jù)多國試驗結(jié)果，國38應(yīng)用上式進(jìn)行設(shè)計時，較為繁難。不少國家均在此基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化。我國規(guī)范在簡化計算時，假定焊縫在有效截面處破壞，各應(yīng)力分量滿足折算應(yīng)力公式。由于規(guī)范規(guī)定的角焊縫強度設(shè)計值是根據(jù)抗剪條件確定的，而相當(dāng)于角焊縫的抗拉強度設(shè)計值，則

1.

直角角焊縫強度計算的基本公式1.直角角焊縫強度計算的基本公式39

1.直角角焊縫強度計算的基本公式

角焊縫基本公式的推導(dǎo)。Ny在有效截面上引起垂直于焊縫一個直角邊的應(yīng)力，該應(yīng)力對有效截面既不是正應(yīng)力，也不是剪應(yīng)力，而是和的合力。1.直角角焊縫強度計算的基本公式角焊縫基本公式的推導(dǎo)40

1.直角角焊縫強度計算的基本公式

Ny—垂直于焊縫長度方向的軸向力；he—直角角焊縫的有效厚度，he=0.7hf

；lw—焊縫的計算長度，考慮起滅弧缺陷，按各條焊縫的實際長度每端減去hf計算。Nx在焊縫有效截面上引起平行于焊縫長度方向的剪應(yīng)力

1.直角角焊縫強度計算的基本公式Ny—垂直于焊縫長度41

1.直角角焊縫強度計算的基本公式

則得直角角焊縫在各種應(yīng)力共同下的計算式

—正面角焊縫的強度增大系數(shù)，直接承受動力荷載時取1.0。

對正面角焊縫

對側(cè)面角焊縫

角焊縫的基本計算公式。只要將焊縫應(yīng)力分解為垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力和平行于焊縫長度方向的應(yīng)力，基本公式就可適用于任何受力狀態(tài)。1.直角角焊縫強度計算的基本公式則得直角角焊縫在各種422

軸心力作用的角焊縫連接計算

（1)蓋板連接的角焊縫計算軸心力通過焊縫中心時，認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。只有側(cè)面角焊縫時只有正面角焊縫時采用三面圍焊時2

軸心力作用的角焊縫連接計算43（2）承受斜向軸心力的角焊縫連接計算分力法：直接法：

（2）承受斜向軸心力的角焊縫連接計算直接法：44（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計算一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳?，特殊情況采用L形圍焊。受軸心力作用，避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。三面圍焊兩面?zhèn)群福?）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計算一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳?5（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計算兩面?zhèn)群窵形圍焊（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計算兩面?zhèn)群?63彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計算（1）彎矩作用的角焊連連接計算

3彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計算473彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計算（2）

彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計算3彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計算48工字梁(或牛腿)與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常承受彎矩和剪力的共同作用。計算時通常假設(shè)腹板焊縫承受全部剪力，彎矩則由全部焊縫承受。工字梁(或牛腿)與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常承受彎矩和剪力的494

扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計算（1）扭矩作用的環(huán)形角焊縫計算焊縫的有效厚度比圓環(huán)直徑小得多，可視為薄壁圓環(huán)的受扭問題。有效截面任一點上所受的切線方向的剪應(yīng)力r—圓心至焊縫有效截面中線的距離；Ip—焊縫有效截面的慣性矩，Ip=2πher34扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計算r—圓心至焊縫有效截面50計算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時，假定：①被連接件是絕對剛性的，有繞焊縫形心o旋轉(zhuǎn)的趨勢，而角焊縫本身是彈性；②角焊縫群上任一點的應(yīng)力方向垂直于該點與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長度r成正比。4

扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計算（2）扭矩作用的角焊縫計算計算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時，假定：4扭矩和剪力共51（3）扭矩、剪力和軸心力共同作用的角焊縫連接計算（3）扭矩、剪力和軸心力共同作用的角焊縫連接計算523.4.3斜角角焊縫的計算采用與直角角焊縫相同的計算公式計算。研究很少，計算公式也是根據(jù)直角角焊縫簡化得出。因此，一律取3.4.3斜角角焊縫的計算采用與直角角焊縫相同的計算公式計53焊縫有效厚度：假定在所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞當(dāng)根部間隙b、b1或b2≤1.5mm時

當(dāng)b、b1或b2>1.5mm時

任何情況下b、b1或b2不得大于5mm。焊縫有效厚度：假定在所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞54

3.5.1坡口焊縫的強度

3.5坡口焊縫的構(gòu)造要求和計算焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫對全部焊縫作外觀檢查；一級、二級焊縫除外觀檢查外還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗。如焊縫中不存在缺陷，焊縫金屬的強度高于母材。但焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。焊接缺陷對受壓、受剪的對接焊縫影響不大，可認(rèn)為受壓、受剪的對接焊縫與母材強度相等，但受拉的坡口焊縫對缺陷甚為敏感，由于三級檢驗的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的85％，而一二級檢驗的焊縫的抗拉強度可認(rèn)為與母材強度相等分為焊透的坡口焊縫和部分焊透的坡口焊縫。

3.5.1坡口焊縫的強度3.5坡口焊縫的構(gòu)造要求和計算55

3.5.2坡口焊縫的構(gòu)造和計算

1、坡口焊縫的構(gòu)造要求對接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度在一側(cè)相差4mm以上時，應(yīng)在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1:2.5(直接承受動力荷載時不大于1:4)的斜角，以使截面過渡和緩，減小應(yīng)力集中。焊縫起滅弧處弧坑等缺陷對承載力影響極大，焊接時一般應(yīng)設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它割除。受靜力荷載設(shè)置引弧(出)板困難時，允許不設(shè)置，此時焊縫計算長度等于實際長度減2t。t為連接件的較小厚度，在T形接頭中t為腹板的厚度。3.5.2坡口焊縫的構(gòu)造和計算1、坡口焊縫的構(gòu)造要求56鋼板拼接可采用縱橫兩方向的對接焊縫，十字或T形交叉，T形交叉時距離不得小于200mm，且拼接料的長度均不得小于300mm。T形拼接的構(gòu)造。鋼板拼接可采用縱橫兩方向的對接焊縫，十字或T形交叉，T形交57

2.焊透的坡口焊縫的計算坡口焊縫是焊件截面的組成部分，焊縫中應(yīng)力分布基本與焊件相同，故計算方法與構(gòu)件的強度計算一樣。(1)軸心力作用的對接焊縫N—軸心拉力或壓力設(shè)計值；lw—焊縫的計算長度。當(dāng)未采用引弧板時，取實際長度減去2t；t—對接接頭中為連接件的較小厚度；T形接頭中為腹板厚度；—對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值。只有三級檢驗的焊縫才需進(jìn)行抗拉強度驗算。如果采用直縫不能滿足強度要求時，可采用如圖所示的斜對接焊縫。焊縫與作用力間的夾角θ滿足tanθ≤1.5時，斜焊縫的強度不低于母材強度，可不再進(jìn)行驗算。2.焊透的坡口焊縫的計算只有三級檢驗的焊縫才需進(jìn)行抗拉強度58（2）彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算對接接頭受到彎矩和剪力的共同作用，正應(yīng)力與剪應(yīng)力的最大值應(yīng)分別滿足

Ww、Sw、Iw—焊縫的截面模量、面積矩、慣性矩。工字形或H型鋼梁的對接焊縫接頭，除分別驗算最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力外，對于同時受有較大正應(yīng)力和剪應(yīng)力處，如腹板與翼緣的交接點還驗算折算應(yīng)力：

驗算點處焊縫的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。（2）彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算59

（3）軸心力、彎矩和剪力共同作用的對接焊縫焊縫的最大正應(yīng)力應(yīng)為軸心力和彎矩引起的應(yīng)力之和剪應(yīng)力折算應(yīng)力（3）軸心力、彎矩和剪力共同作用的對接焊縫60

3.部分焊透的坡口焊縫的計算受力很小，焊縫主要起聯(lián)系作用或焊縫受力雖然較大，但采用焊透的對接焊縫將使強度不能充分發(fā)揮時，可采用部分焊透的對接焊縫。四塊較厚的板焊成箱形截面的軸心受壓構(gòu)件，用焊透對接焊縫是不必要的；如采用角焊縫外形又不平整；采用部分焊透的對接與角接組合焊縫可以省工省料，較為美觀大方。部分焊透的對接焊縫必須在設(shè)計圖上注明坡口的形式和尺寸。3.部分焊透的坡口焊縫的計算61坡口形式：V形、單邊V形、U形、J形和K形。部分焊透的坡口焊縫可視為在坡口內(nèi)焊接的角焊縫。強度計算方法與直角角焊縫相同，在垂直于焊縫長度方向的壓力作用下βf＝1.22，其他情況取βf＝1.0。對U形、J形和坡口角α＞60°的V形坡口he=s

α＜60°的V形坡口焊縫he=0.75s對單邊V形和K形坡口焊縫，

α

=45°±5°時

he=s-3mm坡口形式：V形、單邊V形、U形、J形和K形。部分焊透的坡口焊62熔合線處焊縫截面邊長等于或接近于最短距離S時,應(yīng)驗算焊縫在熔合線上的抗剪強度，其強度設(shè)計值取0.9倍角焊縫的強度設(shè)計值。焊縫的最小有效厚度為1.5，t2為坡口所在焊件的較大厚度(單位取mm)。

熔合線處焊縫截面邊長等于或接近于最短距離S時,應(yīng)驗算焊縫在熔63

3.5.3焊縫質(zhì)量等級的選用

規(guī)范對焊縫質(zhì)量等級的選用有如下規(guī)定：(1)需要進(jìn)行疲勞計算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時應(yīng)為一級，受壓時應(yīng)為二級。(2)在不需要進(jìn)行疲勞計算的構(gòu)件中，要求與母材等強的受拉對接焊縫應(yīng)不低于二級；受壓時宜為二級。(3)重級工作制和起重量Q＞50t的中級工作制吊車梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點板之間的T形接頭焊透的對接與角接組合焊縫，不應(yīng)低于二級。(4)由于角焊縫的內(nèi)部質(zhì)量不易探測，故規(guī)定其質(zhì)量等級一般為三級，只對直接承受動力荷載且需要驗算疲勞和起重量Q＞50t的中級工作制吊車梁才規(guī)定角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級。3.5.3焊縫質(zhì)量等級的選用規(guī)范對焊縫質(zhì)量等級的選用有如64

3.6.1焊接應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因

3.6焊接應(yīng)力和焊接變形熱變形焊件在焊接時產(chǎn)生的變形焊接殘余變形焊件冷卻后產(chǎn)生的變形，焊件中的應(yīng)力稱為焊接殘余應(yīng)力1縱向焊接應(yīng)力沿焊縫長度方向施焊時，產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫及其附近溫度可達(dá)1600℃以上，而鄰近區(qū)域溫度急劇下降。不均勻的溫度場產(chǎn)生不均勻的膨脹。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)鋼材限制而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。這種拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到鋼材的屈服強度。焊接應(yīng)力是一種無荷載作用下的應(yīng)力，在焊件內(nèi)部自平衡，必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力。3.6.1焊接應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因3.6焊接應(yīng)力65鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件662橫向焊接應(yīng)力垂直于焊縫長度方向產(chǎn)生的原因有二：焊縫縱向收縮，使兩塊鋼板趨向于形成反方向的彎曲變形，焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開，于是兩塊板的中間產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而兩端則產(chǎn)生壓應(yīng)力。由于先焊的焊縫已經(jīng)凝固，阻止后焊焊縫在橫向自由膨脹，使其發(fā)生橫向的塑性壓縮變形。當(dāng)焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受到已凝固的焊縫限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而先焊部分則產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠(yuǎn)處的焊縫則受拉應(yīng)力。2橫向焊接應(yīng)力垂直于焊縫長度方向673厚度方向的焊接應(yīng)力

在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向焊接應(yīng)力σx、σy外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接應(yīng)力σz

。這三種應(yīng)力形成同號三向應(yīng)力，將大大降低連接的塑性。3厚度方向的焊接應(yīng)力

在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層68

3.5.2焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響

1對結(jié)構(gòu)靜力強度的影響

常溫工作并具有一定塑性的鋼材，靜荷作用下，焊接應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的靜力強度軸心受拉構(gòu)件受荷前截面上存在縱向焊接應(yīng)力，假設(shè)分布如圖所示，截面bt部分的焊接拉應(yīng)力已達(dá)fy，軸心力N作用下，應(yīng)力不再增加，鋼材具有一定的塑性，N僅由受壓的彈性區(qū)承擔(dān)。受壓區(qū)由原來受壓逐漸變?yōu)槭芾?，最后?yīng)力也達(dá)到屈服點fy，此時全截面應(yīng)力都達(dá)到fy。由于焊接應(yīng)力自相平衡，全截面屈服無焊接應(yīng)力，全截面上的應(yīng)力屈服時的外力為Btfy。3.5.2焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響1對結(jié)構(gòu)靜力69

3.5.2焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響

2對結(jié)構(gòu)剛度的影響構(gòu)件上存在焊接殘余應(yīng)力會降低結(jié)構(gòu)的剛度。截面bt部分的拉應(yīng)力已達(dá)到fy，這部分剛度為零，因而構(gòu)件在拉力N作用下的應(yīng)變增量為如構(gòu)件上無焊接殘余應(yīng)力存在時，則構(gòu)件在拉力作用下的應(yīng)變增量為B-b＜B，所以，即焊接殘余應(yīng)力的存在增大了結(jié)構(gòu)的變形，故降低了結(jié)構(gòu)的剛度。3.5.2焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響2對結(jié)構(gòu)剛70

3.5.2焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響

3對受壓構(gòu)件承載力的影響焊接殘余應(yīng)力使構(gòu)件的有效面積和有效慣性矩減小，從而必定降低其穩(wěn)定承載力。4對低溫冷脆的影響

厚板或具有交叉焊縫將產(chǎn)生三向焊接拉應(yīng)力，阻礙了塑性變形的發(fā)展，增加了鋼材在低溫下的脆斷傾向。5對疲勞強度的影響焊縫及其附近的主體金屬殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材的屈服點，此部位正是形成和發(fā)展疲勞裂紋最為敏感的區(qū)域。焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的疲勞強度有明顯不利影響。3.5.2焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響3對受壓構(gòu)71

3.5.3焊接變形

焊接過程中，不均勻的加熱和冷卻，焊接區(qū)在縱向和橫向收縮時，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生局部鼓曲、彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)等。焊接變形包括縱、橫收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，通常是幾種變形的組合。任一焊接變形超過驗收規(guī)范的規(guī)定時，必須進(jìn)行校正，以免影響構(gòu)件在正常使用條件下的承載能力。3.5.3焊接變形焊接過程中，不均勻的加熱和冷卻，72

3.5.4減少焊接應(yīng)力和焊接變形的措施

設(shè)計措施(1)盡可能使焊縫對稱于構(gòu)件截面的中性軸，以減小焊接變形。(2)采用適宜的焊腳尺寸和焊縫長度。(3)焊縫不宜過分集中。(4)應(yīng)盡量避免兩條或三條焊縫垂直交叉。(5)盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力。3.5.4減少焊接應(yīng)力和焊接變形的措施設(shè)計措施732工藝措施(1)合理的施焊次序采用分段退焊，厚焊縫采用分層焊，工字形截面按對角跳焊。(2)采用反變形施焊前給構(gòu)件一個與焊接變形反方向的預(yù)變形，使之與焊接所引起的變形相抵消，從而達(dá)到減小焊接變形的目的(3)小尺寸焊件，焊前預(yù)熱，或焊后回火加熱至600℃左右，然后緩慢冷卻，可以消除焊接應(yīng)力和焊接變形。也可采用剛性固定法將構(gòu)件加以固定來限制焊接變形，但卻增加了焊接殘余應(yīng)力。2工藝措施74《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》

75

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點

連接的作用將板材或型鋼組合成構(gòu)件，再將構(gòu)件組合成整體結(jié)構(gòu)。連接方式及其質(zhì)量直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能。必須安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡單、制造方便和節(jié)約鋼材。連接方法：焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接三種。

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點

76鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件773.1.1焊接連接最主要的連接方法。優(yōu)點任何形式的構(gòu)件都可直接相連，構(gòu)造簡單，制作加工方便；不削弱截面，用料經(jīng)濟；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大；可實現(xiàn)自動化操作，提高焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量。缺點在熱影響區(qū)內(nèi)，金相組織發(fā)生改變，局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴展到整體，低溫冷脆問題較為突出。3.1.1焊接連接78通常采用電弧焊（包括手工電弧焊）、埋弧焊(自動或半自動焊)以及氣體保護(hù)焊等。

鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

1.手工電弧焊最常用的一種焊接方法。通電后在涂有藥皮的焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧。

通常采用電弧焊（包括手工電弧焊）、埋弧焊(自動或半自動焊)以79手工電弧焊所用焊條應(yīng)與焊件鋼材(或稱主體金屬)相適應(yīng)：Q235鋼E43型焊條(E4300~E4328)；Q345鋼E50型焊條(E5000~E5048)；Q390鋼Q420鋼E55型焊條(E5500~E5518)。E表示焊條、前兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強度(以kgf／mm2表示)，第三、四位數(shù)字表示適用焊接位置、電流以及藥皮類型等。不同鋼種的鋼材相焊接時，宜采用與低強度鋼材相適應(yīng)的焊條。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件80

2

埋弧焊(自動或半自動)

電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。自動電弧焊焊絲送進(jìn)和電弧按焊接方向的移動有專門機構(gòu)控制完成。半自動電弧焊焊絲送進(jìn)有專門機構(gòu)，而電弧按焊接方向的移動靠人手工操作完成。電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，生產(chǎn)率高。工藝條件穩(wěn)定，焊縫的化學(xué)成分均勻，焊縫質(zhì)量好、焊件變形小。同時，高焊速也減小了熱影響區(qū)的范圍。但埋弧焊對焊件邊緣的裝配精度(如間隙)要求比手工焊高。埋弧焊所用焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬強度相適應(yīng)，即要求焊縫與主體金屬等強度。

2

埋弧焊(自動或半自動)81

3.

氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊是利用二氧化碳?xì)怏w或其他惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍造成局部的保護(hù)層，以防止有害氣體的侵入并保證了焊接過程中的穩(wěn)定性。氣體保護(hù)焊的焊縫熔化區(qū)沒有熔渣，焊工能夠清楚地看到焊縫成型的過程；由于保護(hù)氣體是噴射的，有助于熔滴的過渡；又由于熱量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊縫強度比手工電弧焊高，塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接。但不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。

3.

氣體保護(hù)焊823.1.2

鉚釘連接制孔和打鉚。塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，對主體金屬的材質(zhì)質(zhì)量要求低。削弱截面，費鋼費工，要求技工技術(shù)水平高，勞動條件差。很少采用，被焊接和螺栓連接所取代。3.1.2

鉚釘連接833.1.3螺栓連接

普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種。1普通螺栓連接普通螺栓分為A、B、C三級。A與B級為精制螺栓，C級為粗制螺栓。A級和B級螺栓材料性能等級則為5.6級或8.8級。C級螺栓材料性能等級為4.6級或4.8級。小數(shù)點前面的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強度不小于400N/mm2，小數(shù)點及小數(shù)點以后數(shù)字表示其屈強比為0.6或0.8。3.1.3螺栓連接84

A、B級精制螺栓是由毛坯在車床上經(jīng)過切削加工精制而成。表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，對成孔質(zhì)量要求高。有較高的精度，因而受剪性能好。制作和安裝復(fù)雜，價格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用C級螺栓由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成。螺栓表面粗糙，一般采用在單個零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計孔徑的孔(II類孔)。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.5~2mm。螺栓桿與螺栓孔之間有較大的間隙，受剪力作用時，將會產(chǎn)生較大的剪切滑移，連接的變形大。安裝方便，且能有效地傳遞拉力，可用于沿螺栓桿軸受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時的臨時固定。A、B級精制螺栓是由毛坯在車床上經(jīng)過切削加工精制而成。表面852.高強度螺栓連接兩種類型摩擦型連接：依靠摩擦阻力傳力，并以剪力不超過接觸面摩擦力作為設(shè)計準(zhǔn)則；承壓型連接：允許接觸面滑移，以連接達(dá)到破壞的極限承載力作為設(shè)計準(zhǔn)則。采用45號鋼、40B鋼和20MnTiB鋼加工而成，經(jīng)熱處理后，螺栓抗拉強度應(yīng)分別不低于800N／mm2和1000N／mm2，即前者的性能等級為8.8級，后者的性能等級為10.9級。摩擦型連接螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑大1.5-2.0mm；承壓型連接高強度螺栓的孔徑比螺栓公稱直徑大1.0-1.5mm。2.高強度螺栓連接兩種類型86摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，施工較簡單，可拆卸，耐疲勞，特別適用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型連接的承載力高于摩擦型，連接緊湊，但剪切變形大，故不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中。

摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，施工較簡單，可拆卸，耐疲87

3.2.1焊縫的形式

3.2

焊縫和焊接連接的形式角焊縫和坡口焊縫。1.角焊縫連接板件不必坡口，焊縫金屬填充在連接板件形成的直角或斜角區(qū)域內(nèi)。按截面形式可分為：直角角焊縫兩焊腳邊的夾角為90°，微凸的等腰直角三角形，直角邊邊長hf稱為角焊縫的焊腳尺寸。he＝0.7hf為直角角焊縫的有效厚度。斜角角焊縫兩焊腳邊的夾角不等于90°斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。夾角大于l35°或小于60°的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作受力焊縫。3.2.1焊縫的形式3.2焊縫和焊接連接的形式角88鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件89

2.坡口焊縫焊件常需做成坡口，焊縫金屬填充在坡口內(nèi)。坡口形式與焊件厚度有關(guān)：焊件厚度很小(小于等于10mm)：直邊縫。一般厚度(t=10~20mm)

:具有斜坡口的單邊V形或V形焊縫。斜坡口和離縫b共同組成一個焊條能夠運轉(zhuǎn)的施焊空間，使焊縫易于焊透；鈍邊p有托住熔化金屬的作用。較厚的焊件(t＞20mm)，則采用U形、K形和X形坡口。V形縫和U形縫需對焊縫根部進(jìn)行補焊。坡口形式的選用，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》要求進(jìn)行。2.坡口焊縫90對接焊縫：兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)；對接與角接組合焊縫：T形、十字形或角接接頭的坡口焊縫。對接焊縫：兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)；91

3.2.2焊接連接的形式

3.2焊縫和焊接連接形式

1.焊接連接形式被連接板件的相互位置：對接、搭接、T形連接和角部連接四種。連接所采用的焊縫主要有坡口焊縫和角焊縫。對接連接：主要用于厚度相同或接近相同的兩構(gòu)件的相互連接。采用對接焊縫，兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)，傳力均勻平緩，沒有明顯的應(yīng)力集中，用料經(jīng)濟，但是焊件邊緣需要加工，被連接兩板的間隙和坡口尺寸有嚴(yán)格的要求。采用雙蓋板和角焊縫，傳力不均勻、費料，但施工簡便，所連接兩板的間隙大小無需嚴(yán)格控制。搭接連接：適用于不同厚度構(gòu)件的連接。傳力不均勻，材料較費，構(gòu)造簡單，施工方便，廣泛應(yīng)用。

3.2.2焊接連接的形式3.2焊縫和焊接連接形式192鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件93T形連接省工省料，常用于制作組合截面。采用角焊縫連接焊件間存在縫隙，截面突變，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，疲勞強度較低，可用于不直接承受動力荷載結(jié)構(gòu)的連接中。采用坡口焊縫對于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，如重級工作制吊車梁，其上翼緣與腹板的連接。角部連接主要用于制作箱形截面。

T形連接省工省料，常用于制作組合截面。942.焊縫的施焊位置平焊、橫焊、立焊及仰焊。平焊(又稱俯焊)施焊方便。立焊和橫焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。仰焊的操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證，因此應(yīng)盡量避免采用仰焊。2.焊縫的施焊位置95

3.3焊縫缺陷和質(zhì)量檢驗

3.3.1焊縫缺陷焊縫缺陷：焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。裂紋是焊縫連接中最危險的缺陷。3.3焊縫缺陷和質(zhì)量檢驗3.3.1焊縫缺陷96

3.3.2焊縫質(zhì)量檢驗

缺陷削弱焊縫受力面積，焊縫處應(yīng)力集中，對連接的強度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。焊縫質(zhì)量檢驗極為重要。外觀檢查檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無損檢驗檢查內(nèi)部缺陷。采用超聲波檢驗，用磁粉、熒光檢驗等較簡單的方法作為輔助。此外還可采用X射線或γ射線透照或拍片，X射線應(yīng)用較廣?！朵摻Y(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》規(guī)定焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一、二、三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級、二級焊縫除外觀檢查外，還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗并符合相應(yīng)級別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3.3.2焊縫質(zhì)量檢驗缺陷削弱焊縫受力面積，焊縫處應(yīng)力97

3.3.3焊縫代號圖例

《焊縫符號表示法》規(guī)定：焊縫代號由引出線、圖形符號和輔助符號三部分組成。引出線由橫線和帶箭頭的斜線組成。箭頭指到圖形上的相應(yīng)焊縫處，橫線的上面和下面用來標(biāo)注圖形符號和焊縫尺寸。當(dāng)引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時，應(yīng)將圖形符號和焊縫尺寸等標(biāo)注在水平橫線的上面；當(dāng)箭頭指向?qū)?yīng)焊縫所在的另一面時，則應(yīng)將圖形符號和焊縫尺寸標(biāo)注在水平橫線的下面。必要時，可在水平橫線的末端加一尾部作為其他說明之用。圖形符號表示焊縫的基本型式，如用表示角焊縫，用V表示V型坡口的對接焊縫。輔助符號表示焊縫的輔助要求，如用表示現(xiàn)場安裝焊縫等。3.3.3焊縫代號圖例《焊縫符號表示法》規(guī)定：焊縫代98鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件993.4

角焊縫的構(gòu)造要求和計算角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：正面角焊縫焊縫長度方向與作用力垂直；側(cè)面角焊縫焊縫長度方向與作用力平行；斜焊縫焊縫長度方向與作用力方向成一角度；圍焊縫

正面、側(cè)面、斜焊縫組成的混合焊縫。3.4角焊縫的構(gòu)造要求和計算角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為100側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強度也較低。傳力線通過時產(chǎn)生彎折，應(yīng)力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。焊縫越長，應(yīng)力分布不均勻性越顯著，但在屆臨塑性工作階段時，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，可使應(yīng)力分布的不均勻現(xiàn)象漸趨緩和。側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強度也較101正面角焊縫受力復(fù)雜，截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根處存在著很嚴(yán)重的應(yīng)力集中。正面角焊縫的破壞強度高于側(cè)面角焊縫，但塑性變形能力差。斜焊縫的受力性能和強度值介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。正面角焊縫受力復(fù)雜，截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根102

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

1.最小焊腳尺寸焊腳尺寸過小，施焊時冷卻速度過快，產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開裂。焊腳尺寸t2為較厚焊件厚度(mm)，焊腳尺寸取整數(shù)。自動焊熔深較大，最小焊腳尺寸可減小1mm；T形連接的單面角焊縫，增加1mm；當(dāng)焊件厚度小于或等于4mm時，取與焊件厚度相同。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

1.最小焊腳尺寸103

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

2最大焊腳尺寸避免焊縫收縮時產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和殘余變形，熱影響區(qū)擴大，產(chǎn)生熱脆，較薄焊件燒穿，除鋼管結(jié)構(gòu)外焊腳尺寸t1為較薄焊件厚度（mm）。板件邊緣的焊縫：板件厚度t＞6mm時，hf≤t-(1~2)mmt≤6mm時，取hf≤t。不等角焊角尺寸。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求2最大焊腳尺寸104

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

3角焊縫的最小計算長度焊腳尺寸大而長度較小時，焊件的局部加熱嚴(yán)重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，以及焊縫中可能產(chǎn)生的其他缺陷(氣孔、非金屬夾雜等)，使焊縫不夠可靠。搭接連接的側(cè)面角焊縫，如果焊縫長度過小，由于力線彎折大，會造成嚴(yán)重應(yīng)力集中。為了使焊縫能夠具有一定的承載能力，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計算長度不得小于8hf和40mm。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求3角焊縫的最小計算長度105

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

4側(cè)面角焊縫的最大計算長度側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長度方向受力不均勻，兩端大中間小。焊縫越長，應(yīng)力集中越明顯。若焊縫長度適宜，兩端點處的應(yīng)力達(dá)到屈服強度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會漸趨均勻。若焊縫長度超過某一限值時，有可能首先在焊縫的兩端破壞，故一般規(guī)定側(cè)面角焊縫的計算長度

lw≤60hf當(dāng)實際長度大于上述限值時，其超過部分在計算中不予考慮。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長分布，比如焊接梁翼緣板與腹板的連接焊縫，計算長度可不受上述限制。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求4側(cè)面角焊縫的最大計算長106

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

5搭接連接的構(gòu)造要求

當(dāng)板件端部僅有2條側(cè)面角焊縫時，連接的承載力與b/lw有關(guān)，B為兩側(cè)焊縫的距離，lw為側(cè)焊縫長度。當(dāng)b/lw＞1時，連接的承載力隨著b/lw比值的增大而明顯下降。為使連接強度不致過分降低，要求b/lw≤1。避免焊縫橫向收縮，引起板件向外發(fā)生較大拱曲，b不宜大于16t(t＞12mm)或190mm(t≤12mm)，t為較薄焊件的厚度。搭接連接中，僅采用正面角焊縫時，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求5搭接連接的構(gòu)造要求

1077減小角焊縫應(yīng)力集中的措施端部搭接采用三面圍焊時，在轉(zhuǎn)角處截面突變，會產(chǎn)生應(yīng)力集中，如在此處起滅弧，可能出現(xiàn)弧坑或咬肉等缺陷，從而加大應(yīng)力集中的影響。故所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。對于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，可連續(xù)地作長度為2hf的繞角焊。7減小角焊縫應(yīng)力集中的措施1086斷續(xù)角焊縫的構(gòu)造要求角焊縫沿長度方向：連續(xù)角焊縫、斷續(xù)角焊縫。連續(xù)角焊縫受力性能較好，主要的形式。斷續(xù)角焊縫起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中，只用于次要構(gòu)件的連接或受力很小的連接中。間斷角焊縫的間斷距離l不宜過長，以免連接不緊密，潮氣侵入引起構(gòu)件銹蝕。受壓構(gòu)件中應(yīng)滿足l≤15t；受拉構(gòu)件中l(wèi)≤30t，t為較薄焊件的厚度。

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

6斷續(xù)角焊縫的構(gòu)造要求3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求109

3.4.2直角角焊縫的計算

1直角角焊縫強度計算的基本公式試驗表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在45°的最小截面，此截面(有效厚度與焊縫計算長度的乘積)稱為焊縫的有效截面或計算截面。3.4.2直角角焊縫的計算1直角角焊縫強度計算的基110

1.直角角焊縫強度計算的基本公式

作用于焊縫有效截面上的應(yīng)力：垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力垂直于焊縫長度方向的剪應(yīng)力沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力

1.直角角焊縫強度計算的基本公式作用于焊縫有效截面上111

1.直角角焊縫強度計算的基本公式

根據(jù)多國試驗結(jié)果，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)確定角焊縫的極限強度：

為焊縫金屬的抗拉強度。上式是根據(jù)ST37(相當(dāng)于Q235鋼)提出的，對于其他鋼種，公式左邊的系數(shù)不是1.8，而是在1.7~3.0之間變化。為使公式能夠適用于較多的鋼材，同時也為了與母材的能量強度理論的折算應(yīng)力公式一致，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(ECCS)將式中的1.8改為3，即：

1.直角角焊縫強度計算的基本公式根據(jù)多國試驗結(jié)果，國112應(yīng)用上式進(jìn)行設(shè)計時，較為繁難。不少國家均在此基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化。我國規(guī)范在簡化計算時，假定焊縫在有效截面處破壞，各應(yīng)力分量滿足折算應(yīng)力公式。由于規(guī)范規(guī)定的角焊縫強度設(shè)計值是根據(jù)抗剪條件確定的，而相當(dāng)于角焊縫的抗拉強度設(shè)計值，則

1.

直角角焊縫強度計算的基本公式1.直角角焊縫強度計算的基本公式113

1.直角角焊縫強度計算的基本公式

角焊縫基本公式的推導(dǎo)。Ny在有效截面上引起垂直于焊縫一個直角邊的應(yīng)力，該應(yīng)力對有效截面既不是正應(yīng)力，也不是剪應(yīng)力，而是和的合力。1.直角角焊縫強度計算的基本公式角焊縫基本公式的推導(dǎo)114

1.直角角焊縫強度計算的基本公式

Ny—垂直于焊縫長度方向的軸向力；he—直角角焊縫的有效厚度，he=0.7hf

；lw—焊縫的計算長度，考慮起滅弧缺陷，按各條焊縫的實際長度每端減去hf計算。Nx在焊縫有效截面上引起平行于焊縫長度方向的剪應(yīng)力

1.直角角焊縫強度計算的基本公式Ny—垂直于焊縫長度115

1.直角角焊縫強度計算的基本公式

則得直角角焊縫在各種應(yīng)力共同下的計算式

—正面角焊縫的強度增大系數(shù)，直接承受動力荷載時取1.0。

對正面角焊縫

對側(cè)面角焊縫

角焊縫的基本計算公式。只要將焊縫應(yīng)力分解為垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力和平行于焊縫長度方向的應(yīng)力，基本公式就可適用于任何受力狀態(tài)。1.直角角焊縫強度計算的基本公式則得直角角焊縫在各種1162

軸心力作用的角焊縫連接計算

（1)蓋板連接的角焊縫計算軸心力通過焊縫中心時，認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。只有側(cè)面角焊縫時只有正面角焊縫時采用三面圍焊時2

軸心力作用的角焊縫連接計算117（2）承受斜向軸心力的角焊縫連接計算分力法：直接法：

（2）承受斜向軸心力的角焊縫連接計算直接法：118（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計算一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳?，特殊情況采用L形圍焊。受軸心力作用，避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線應(yīng)與角鋼桿件的軸線重合。三面圍焊兩面?zhèn)群福?）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計算一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳?19（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計算兩面?zhèn)群窵形圍焊（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計算兩面?zhèn)群?203彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計算（1）彎矩作用的角焊連連接計算

3彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計算1213彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計算（2）

彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計算3彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計算122工字梁(或牛腿)與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常承受彎矩和剪力的共同作用。計算時通常假設(shè)腹板焊縫承受全部剪力，彎矩則由全部焊縫承受。工字梁(或牛腿)與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常承受彎矩和剪力的1234

扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計算（1）扭矩作用的環(huán)形角焊縫計算焊縫的有效厚度比圓環(huán)直徑小得多，可視為薄壁圓環(huán)的受扭問題。有效截面任一點上所受的切線方向的剪應(yīng)力r—圓心至焊縫有效截面中線的距離；Ip—焊縫有效截面的慣性矩，Ip=2πher34扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計算r—圓心至焊縫有效截面124計算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時，假定：①被連接件是絕對剛性的，有繞焊縫形心o旋轉(zhuǎn)的趨勢，而角焊縫本身是彈性；②角焊縫群上任一點的應(yīng)力方向垂直于該點與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長度r成正比。4

扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計算（2）扭矩作用的角焊縫計算計算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時，假定：4扭矩和剪力共125（3）扭矩、剪力和軸心力共同作用的角焊縫連接計算（3）扭矩、剪力和軸心力共同作用的角焊縫連接計算1263.4.3斜角角焊縫的計算采用與直角角焊縫相同的計算公式計算。研究很少，計算公式也是根據(jù)直角角焊縫簡化得出。因此，一律取3.4.3斜角角焊縫的計算采用與直角角焊縫相同的計算公式計127焊縫有效厚度：假定在所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞當(dāng)根部間隙b、b1或b2≤1.5mm時

當(dāng)b、b1或b2>1.5mm時

任何情況下b、b1或b2不得大于5mm。焊縫有效厚度：假定在所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞128

3.5.1坡口焊縫的強度

3.5坡口焊縫的構(gòu)造要求和計算焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫對全部焊縫作外觀檢查；一級、二級焊縫除外觀檢查外還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗。如焊縫中不存在缺陷，焊縫金屬的強度高于母材。但焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。焊接缺陷對受壓、受剪的對接焊縫影響不大，可認(rèn)為受壓、受剪的對接焊縫與母材強度相等，但受拉的坡口焊縫對缺陷甚為敏感，由于三級檢驗的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的85％，而一二級檢驗的焊縫的抗拉強度可認(rèn)為與母材強度相等分為焊透的坡口焊縫和部分焊透的坡口焊縫。

3.5.1坡口焊縫的強度3.5坡口焊縫的構(gòu)造要求和計算129

3.5.2坡口焊縫的構(gòu)造和計算

1、坡口焊縫的構(gòu)造要求對接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度在一側(cè)相差4mm以上時，應(yīng)在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1:2.5(直接承受動力荷載時不大于1:4)的斜角，以使截面過渡和緩，減小應(yīng)力集中。焊縫起滅弧處弧坑等缺陷對承載力影響極大，焊接時一般應(yīng)設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它割除。受靜力荷載設(shè)置引弧(出)板困難時，允許不設(shè)置，此時焊縫計算長度等于實際長度減2t。t為連接件的較小厚度，在T形接頭中t為腹板的厚度。3.5.2坡口焊縫的構(gòu)造和計算1、坡口焊縫的構(gòu)造要求130鋼板拼接可采用縱橫兩方向的對接焊縫，十字或T形交叉，T形交叉時距離不得小于200mm，且拼接料的長度均不得小于300mm。T形拼接的構(gòu)造。鋼板拼接可采用縱橫兩方向的對接焊縫，十字或T形交叉，T形交131

2.焊透的坡口焊縫的計算坡口焊縫是焊件截面的組成部分，焊縫中應(yīng)力分布基本與焊件相同，故計算方法與構(gòu)件的強度計算一樣。(1)軸心力作用的對接焊縫N—軸心拉力或壓力設(shè)計值；lw—焊縫的計算長度。當(dāng)未采用引弧板時，取實際長度減去2t；t—對接接頭中為連接件的較小厚度；T形接頭中為腹板厚度；—對接焊縫的抗拉、抗壓強度設(shè)計值。只有三級檢驗的焊縫才需進(jìn)行抗拉強度驗算。如果采用直縫不能滿足強度要求時，可采用如圖所示的斜對接焊縫。焊縫與作用力間的夾角θ滿足tanθ≤1.5時，斜焊縫的強度不低于母材強度，可不再進(jìn)行驗算。2.焊透的坡口焊縫的計算只有三級檢驗的焊縫才需進(jìn)行抗拉強度132（2）彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算對接接頭受到彎矩和剪力的共同作用，正應(yīng)力與剪應(yīng)力的最大值應(yīng)分別滿足

Ww、Sw、Iw—焊縫的截面模量、面積矩、慣性矩。工字形或H型鋼梁的對接焊縫接頭，除分別驗算最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力外，對于同時受有較大正應(yīng)力和剪應(yīng)力處，如腹板與翼緣的交接點還驗算折算應(yīng)力：

驗算點處焊縫的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。（2）彎矩和剪力共同作用的對接焊縫計算133

（3）軸心力、彎矩和剪力共同作用的對接焊縫焊縫的最大正應(yīng)力應(yīng)為軸心力和彎矩引起的應(yīng)力之和剪應(yīng)力折算應(yīng)力（3）軸心力、彎矩和剪力共同作用的對接焊縫134

3.部分焊透的坡口焊縫的計算受力很小，焊縫主要起聯(lián)系作用或焊縫受力雖然較大，但采用焊透的對接焊縫將使強度不能充分發(fā)揮時，可采用部分焊透的對接焊縫。四塊較厚的板焊成箱形截面的軸心受壓構(gòu)件，用焊透對接焊縫是不必要的；如采用角焊縫外形又不平整；采用部分焊透的對接與角接組合焊縫可以省工省料，較為美觀大方。部分焊透的對接焊縫必須在設(shè)計圖上注明坡口的形式和尺寸。3.部分焊透的坡口焊縫的計算135坡口形式：V形、單邊V形、U形、J形和K形。部分焊透的坡口焊縫可視為在坡口內(nèi)焊接的角焊縫。強度計算方法與直角角