第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接焊縫演示文稿

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接焊縫演示文稿當(dāng)前1頁，總共101頁。3．1

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

連接的作用：鋼結(jié)構(gòu)是由若干構(gòu)件組合而成的。連接的作用就是通過一定的手段將板材或型鋼組合成構(gòu)件，或?qū)⑷舾蓸?gòu)件組合成整體結(jié)構(gòu)，以保證其共同工作。因此，連接方式及其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能。要求：鋼結(jié)構(gòu)的連接必須符合安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡單、制造方便和節(jié)約鋼材的原則。連接接頭應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，更有適宜于施行連接手段的足夠空間。方法：鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接三種(圖3.1)。當(dāng)前2頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

鋼結(jié)構(gòu)中通常采用：電弧焊：電弧焊有手工電弧焊、埋弧焊(埋弧自動(dòng)或半自動(dòng)焊)以及氣體保護(hù)焊等。電渣焊：熔嘴電渣焊電阻焊當(dāng)前3頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．1手工電弧焊工藝流程：(圖3.2)，通電后，在涂有藥皮的焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧。電弧的溫度或高達(dá)3000℃。在高溫作用下，電弧周圍的金屬變成液態(tài)，形成熔池。同時(shí)，焊條中的焊絲很快熔化，滴落入熔池中，與焊件的熔融金屬相互結(jié)合，冷卻后即形成焊縫。焊條藥皮則在焊接過程中產(chǎn)生氣體，保護(hù)電弧熔化金屬，并形成熔渣覆蓋著焊縫，防止空氣中的氧、氮等有害氣體與熔化金屬接觸而形成易脆的化合物。

當(dāng)前4頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．1手工電弧焊

特點(diǎn)：手工電弧焊的設(shè)備簡單，操作靈活方便，適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。但生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接質(zhì)量取決于焊工的精神狀態(tài)與技術(shù)水平。焊條：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)，一般為：對Q235鋼采用E43型焊條(E4300~E4328)；對Q345鋼采用E50型焊條(E5000~E5048)；對Q390鋼和Q420鋼采用E55型焊條(E5500~E5518)。不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，例如Q235鋼與Q345鋼相焊接，宜采用低組配方案，即宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。當(dāng)前5頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．2埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng))

埋弧焊：電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。埋弧自動(dòng)電弧焊：焊絲送進(jìn)和電弧按焊接方向的移動(dòng)有專門機(jī)構(gòu)控制完成(圖3.3)；半埋弧自動(dòng)電弧焊：焊絲送進(jìn)有專門機(jī)構(gòu)，而電弧按焊接方向的移動(dòng)靠人手工操作完成。當(dāng)前6頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．2埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng))

特點(diǎn)：1）焊縫金屬為焊劑所覆蓋，能對較細(xì)的焊絲采用大電流。電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，具有高的生產(chǎn)率。2）由于采用了自動(dòng)控或半自動(dòng)控制化操作，焊接時(shí)的工藝條件穩(wěn)定，焊縫的化學(xué)成分均勻，故形成的焊縫質(zhì)量好，焊件變形小。3）高焊速也減小了熱影響區(qū)的范圍。4）但埋弧焊對焊件邊緣的裝配精度(如間隙)要求比手工焊高。焊絲焊劑：埋弧焊所用焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬強(qiáng)度相適應(yīng)，即要求焊縫與主體金屬等強(qiáng)度。當(dāng)前7頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．3氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊：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。它直接依靠保護(hù)氣體在電弧周圍造成局部的保護(hù)區(qū)，以防止有害氣體的侵入并保證了焊接過程中的穩(wěn)定性。特點(diǎn)：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(qiáng)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。但不適用于野外或有風(fēng)的地方施焊。當(dāng)前8頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．4電渣焊和電阻焊電渣焊和電阻焊參見課本p191當(dāng)前9頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．1焊縫連接形式按相互位置可分為：對接、搭接、T形連接和角部連接四種(圖3.4)。當(dāng)前10頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．1焊縫連接形式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。圖3.4(a)所示為采用對接焊縫的對接連接，由于相互連接的兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)，因而傳力均勻平緩，沒有明顯的應(yīng)力集中，且用料經(jīng)濟(jì)，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。當(dāng)前11頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．1焊縫連接形式角焊縫的對接連接：圖3.4(b)所示為用雙層蓋板和角焊縫的對接連接，這種連接傳力不均勻、費(fèi)料，但施工簡便，所連接兩板的間隙大小無需嚴(yán)格控制。當(dāng)前12頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．1焊縫連接形式角焊縫的搭接連接：圖3.4(c)所示為用角焊縫的搭接連接，特別適用于不同厚度構(gòu)件的連接。傳力不均勻，材料較費(fèi)，但構(gòu)造簡單，施工方便，目前還廣泛應(yīng)用。當(dāng)前13頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．1焊縫連接形式T形連接：省工省料，常用于制作組合截面。當(dāng)采用角焊縫連接時(shí)[圖3.4(d)]，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(qiáng)度較低，可用于不直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)的連接中。對于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，如重級(jí)工作制吊車梁，其上翼緣與腹板的連接，應(yīng)采用如圖3.4(e)所示的K形坡口焊縫進(jìn)行連接。角部連接：[圖3.4(f)、(g)]主要用于制作箱形截面當(dāng)前14頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．2焊縫形式

焊縫形式：主要有對接焊縫和角焊縫（連續(xù)角焊縫和間斷續(xù)角焊縫）。對接焊縫：分為正對接焊縫[圖3.5(a)]和斜對接焊縫[圖3.5(b)]。角焊縫：可分為正面角焊縫、側(cè)面角焊縫和斜焊縫[圖3.5(c)]。當(dāng)前15頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．2焊縫形式

連續(xù)角焊縫和間斷續(xù)角焊縫焊縫沿長度方向的布置分為連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫二種(圖3.6)。連續(xù)角焊縫的受力性能較好，為主要的角焊縫形式。間斷角焊縫的起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中，重要結(jié)構(gòu)應(yīng)避免采用，只能用于一些次要構(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。一般在受壓構(gòu)件中應(yīng)滿足l≤15t；在受拉構(gòu)件中l(wèi)≤30t，t為較薄焊件的厚度。當(dāng)前16頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．3焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

3．2．3．1焊縫缺陷

焊縫缺陷：指焊接過程中產(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。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透(圖3.8)等；以及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(xiǎn)的缺陷。產(chǎn)生裂紋的原因很多，如鋼材的化學(xué)成分不當(dāng)；焊接工藝條件(如電流、電壓、焊速、施焊次序等)選擇不合適；焊件表面油污未清除干凈等。當(dāng)前17頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．3焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

3．2．3．2焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

焊縫缺陷的存在將削弱焊縫的受力面積，在缺陷處引起應(yīng)力集中，故對連接的強(qiáng)度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。因此，焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)極為重要。檢驗(yàn)方法：一般可用外觀檢查及無損檢查，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢驗(yàn)內(nèi)部缺陷。無損檢驗(yàn)?zāi)壳皬V泛采用超聲波檢驗(yàn)，使用靈活、經(jīng)濟(jì)，對內(nèi)部缺陷反應(yīng)靈敏，但不易識(shí)別缺陷性質(zhì)；有時(shí)還用磁粉檢驗(yàn)、熒光屏等較簡單的方法作為輔助；當(dāng)前最明確可靠的方法是X射線或射線透照或拍片，X射線應(yīng)用較廣。當(dāng)前18頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．3焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

3．2．3．2焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

等級(jí)：《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級(jí)、二級(jí)焊縫則除外觀檢查外，還要求對每條焊縫全部或20%長度進(jìn)行超聲波或射線探傷檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。鋼結(jié)構(gòu)中一般采用三級(jí)焊縫，可滿足通常的強(qiáng)度要求；但其對接焊縫的抗拉強(qiáng)度有較大的變異性，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定其設(shè)計(jì)值只為主體鋼材的85%左右。因而對有較大拉應(yīng)力的對接焊縫以及直接承受動(dòng)力荷載構(gòu)件的較重要的對接焊縫，宜采用二級(jí)焊縫；對疲勞性能有較高要求處可采用一級(jí)焊縫。當(dāng)前19頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3.2.4焊縫代號(hào)（參考p195~197《焊縫符號(hào)表示方法》GB324-88)《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：焊縫代號(hào)由引出線、圖形符號(hào)和輔助符號(hào)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(hào)和焊縫尺寸。當(dāng)前20頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．4焊縫代號(hào)當(dāng)前21頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．4焊縫代號(hào)當(dāng)引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時(shí)，應(yīng)將圖形符號(hào)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(shí)，則應(yīng)將圖形符號(hào)和焊縫尺寸標(biāo)注在水平橫線的下面。必要時(shí)，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(hào)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(hào)表示焊縫的輔助要求，如用表示現(xiàn)場安裝焊縫等。表3.2列出了一些常用焊縫代號(hào)，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。當(dāng)前22頁，總共101頁。3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．4焊縫代號(hào)

當(dāng)焊縫分布比較復(fù)雜或用上述標(biāo)注方法不能表達(dá)清楚時(shí)，在標(biāo)注焊縫代號(hào)的同時(shí)，可在圖形上加?xùn)啪€表示(圖3.9)。當(dāng)前23頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算（##）

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)

1.形式：角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：焊縫長度方向與作用力垂直的正面角焊縫；焊縫長度方向與作用力平行的側(cè)面角焊縫以及斜焊縫。當(dāng)前24頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算（##）

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)

1.形式：按其截面形式可分為：直角角焊縫(圖3.10)和斜角角焊縫(圖3.11)。直角角焊縫通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面[圖3.10(a)]。在直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，正面角焊縫的截面常采用圖3.10(b)所示的坦式，側(cè)面角焊縫的截面則作成凹面式[圖3.10(c)]。當(dāng)前25頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算（##）

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)

當(dāng)前26頁，總共101頁。

3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)

1.形式（continued)斜角角焊縫：兩焊腳邊的夾角＞90o或＜90o的焊縫稱為斜角角焊縫。斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。對于夾角＞135o或＜60o的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作受力焊縫。當(dāng)前27頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)

2、受力狀態(tài)側(cè)面角焊縫受力狀態(tài)：大量試驗(yàn)結(jié)果表明，側(cè)面角焊縫(圖3.12)主要承受剪應(yīng)力。塑性較好，彈性模量低(E=7×104N/mm2)，強(qiáng)度也較低。傳力線通過側(cè)面角焊縫時(shí)產(chǎn)生彎折，因而應(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，但在塑性工作階段時(shí)，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。當(dāng)前28頁，總共101頁。正面角焊縫受力狀態(tài)：正面角焊縫(圖3.13)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。一方面由于力線彎折，另一方面由于在焊根處正好是兩焊件接觸面的端部，相當(dāng)于裂縫的尖端。正面角焊縫的破壞強(qiáng)度高于側(cè)面角焊縫，但塑性變形要差些。當(dāng)前29頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)傾斜角焊縫受力狀態(tài):而斜焊縫的受力性能和強(qiáng)度值介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。當(dāng)前30頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

1最大焊腳尺寸根據(jù)角焊縫的工藝和力學(xué)性能，為了避免焊縫區(qū)的基本金屬“過燒”，減小焊件的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，角焊縫的焊腳尺寸不宜大于較薄焊件厚度的1.2倍。當(dāng)前31頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

1最大焊腳尺寸對板件邊緣的角焊縫：當(dāng)板件厚度t＞6mm時(shí)，取hf≤t—(1~2)mm，當(dāng)t≤6mm時(shí)，取hf≤t。如果另一焊件厚度t′＜t時(shí)，還應(yīng)滿足hf≤1.2t′的要求。當(dāng)前32頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

2最小焊腳尺寸角焊縫的焊腳尺寸也不能過小，否則焊縫因輸入量過小，而焊件厚度較大，以致施焊時(shí)冷卻速度過快，產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開裂。規(guī)范規(guī)定：角焊縫的焊腳尺寸hf不得小于1.5，t為較厚焊件厚度(單位為mm)。計(jì)算時(shí)，焊腳尺寸取mm的整數(shù)，小數(shù)點(diǎn)以后都進(jìn)為1。自動(dòng)焊熔深較大，故所取最小焊腳尺寸可減小1mm；對T形連接的單面角焊縫，應(yīng)增加1mm；當(dāng)焊件厚度小于或等于4mm時(shí)，則取與焊件厚度相同。當(dāng)前33頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

3側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長度前已述及，側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長度方向受力兩端大中間小。焊縫越長，應(yīng)力集中系數(shù)越大。如果焊縫長度不過大，當(dāng)焊縫兩端點(diǎn)處的應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會(huì)漸趨均勻。但是，如果焊縫長度超過某一限值時(shí)，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(jì)算長度lw≤60hf。。當(dāng)前34頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

3側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長度lw≤60hf當(dāng)實(shí)際長度大于上述限值時(shí)，其超過部分在計(jì)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，屋架中弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，以及梁的支承加勁肋與腹板連接焊縫等，計(jì)算長度可不受上述限制。當(dāng)前35頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

4角焊縫的最小計(jì)算長度角焊縫的焊腳尺寸大而長度較小時(shí)，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。對搭接連接的側(cè)面角焊縫而言，如果焊縫長度過小，由于力線彎折大，也會(huì)造成嚴(yán)重應(yīng)力集中。因此，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長度不得小于8

hf和40mm。當(dāng)前36頁，總共101頁。5搭接連接的構(gòu)造要求試驗(yàn)結(jié)果表明，圖中連接的承載力與b/lw有關(guān)。b為兩側(cè)焊縫的距離，lw為焊縫長度。當(dāng)b/lw＞1時(shí)，連接的承載力隨著b/lw比值的增大而明顯下降。這主要是由于應(yīng)力傳遞的過分彎折使構(gòu)件中應(yīng)力不均勻分布的影響。當(dāng)前37頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求5搭接連接的構(gòu)造要求為此規(guī)定：應(yīng)使每條側(cè)焊縫的長度不小于兩側(cè)焊縫之間的距離，即b/lw≤1。兩側(cè)面角焊縫之間距離b也不宜大于16t(t＞12mm)或200mm(t≤12mm)，t為較薄焊件的厚度，以免因焊縫橫向收縮，引起板件向外發(fā)生較大拱曲。當(dāng)前38頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求5搭接連接的構(gòu)造要求在搭接連接中，當(dāng)僅采用正面角焊縫時(shí)(圖3.16)，其搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm。當(dāng)前39頁，總共101頁。5搭接連接的構(gòu)造要求

桿件端部搭接采用三面圍焊時(shí)，在轉(zhuǎn)角處截面突變，會(huì)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(shí)，可連續(xù)地作長度為2

hf的繞角焊。當(dāng)前40頁，總共101頁。3．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．3直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式（keypoint)

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。破壞型式：試驗(yàn)表明，直角角焊縫隙的破壞常發(fā)生在喉部，常假定：直角角焊縫是以45°方向的最小截面(即有效厚度與焊縫計(jì)算長度的乘積)破壞，該截面稱為有效截面或計(jì)算截面。因此焊縫的計(jì)算在計(jì)算截面上進(jìn)行。當(dāng)前41頁，總共101頁。計(jì)算截面上點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)：作用于焊縫有效截面上的應(yīng)力如圖所示，這些應(yīng)力包括：垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力σ⊥，垂直于焊縫長度方向的垂直剪應(yīng)力τ⊥，以及沿焊縫長度方向的平行剪應(yīng)力τ‖

當(dāng)前42頁，總共101頁。強(qiáng)度驗(yàn)算公式：根據(jù)能量強(qiáng)度理論，焊縫中任意節(jié)點(diǎn)的折算應(yīng)力公式為：

由于規(guī)范規(guī)定的角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是根據(jù)抗剪條件確定的，而相當(dāng)于角焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。應(yīng)用上式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要計(jì)算有效截面上的應(yīng)力分量，較為繁難。為此對驗(yàn)算公式進(jìn)行簡化當(dāng)前43頁，總共101頁。1當(dāng)前44頁，總共101頁。1當(dāng)前45頁，總共101頁。1當(dāng)前46頁，總共101頁。13．3角焊縫的構(gòu)造與計(jì)算

3．3．3直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

當(dāng)前47頁，總共101頁。1當(dāng)前48頁，總共101頁。3．3．4各種受力狀態(tài)下直角角焊縫連接的計(jì)算

1承受軸心力作用時(shí)角焊縫連接計(jì)算

1當(dāng)前49頁，總共101頁。

1承受軸心力作用時(shí)角焊縫連接計(jì)算

1當(dāng)前50頁，總共101頁。

1承受軸心力作用時(shí)角焊縫連接計(jì)算

(2)承受斜向軸心力的角焊縫連接計(jì)算當(dāng)前51頁，總共101頁。當(dāng)前52頁，總共101頁。當(dāng)前53頁，總共101頁。當(dāng)前54頁，總共101頁。當(dāng)前55頁，總共101頁。當(dāng)前56頁，總共101頁。

2承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算

當(dāng)前57頁，總共101頁。2承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算

當(dāng)前58頁，總共101頁。2承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算當(dāng)前59頁，總共101頁。2承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算當(dāng)前60頁，總共101頁。當(dāng)前61頁，總共101頁。當(dāng)前62頁，總共101頁。3承受扭矩或扭矩與剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計(jì)算當(dāng)前63頁，總共101頁。當(dāng)前64頁，總共101頁。當(dāng)前65頁，總共101頁。當(dāng)前66頁，總共101頁。當(dāng)前67頁，總共101頁。3承受扭矩或扭矩與剪力聯(lián)合作用的

角焊縫連接計(jì)算應(yīng)該指出的是上述計(jì)算方法中，假定軸心力產(chǎn)生的應(yīng)力為平均分布。實(shí)際上，在圖3.31所示軸心力作用下，水平焊縫為正面焊縫，而豎直焊縫為側(cè)面焊縫，兩者單位長度分擔(dān)的應(yīng)力是不同的，前者較大后者較小。顯然，軸心力產(chǎn)生的應(yīng)力假設(shè)為平均分布，與前面基本公式推導(dǎo)中，考慮焊縫方向的思路不符。同樣，在確定形心位置以及計(jì)算扭矩下所產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，也沒有考慮焊縫方向，而只在最后驗(yàn)算式中引起了系數(shù)，上面計(jì)算方法有一定的近似性。當(dāng)前68頁，總共101頁。3．3．5斜角角焊縫的計(jì)算

斜角角焊縫采用與直角角焊縫相同的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。但考慮到以前對斜角角焊縫很少研究；而且我國采用的計(jì)算公式也是根據(jù)直角角焊縫簡化得出的。因此對斜角角焊縫不論其有效截面上的應(yīng)力情況如何，都按承受剪應(yīng)力考慮，即不考慮焊縫的方向，一律即(或)=1.0。當(dāng)前69頁，總共101頁。3．3．5斜角角焊縫的計(jì)算

在確定焊縫有效厚度時(shí)(圖3.32)，假定焊縫在其所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：當(dāng)兩焊腳邊夾角60o≤＜90o或90o＜≤135o，且根部間隙不大于1.5mm時(shí)，焊縫有效厚度為：當(dāng)前70頁，總共101頁。3．3．5斜角角焊縫的計(jì)算

當(dāng)根部間隙大于1.5mm時(shí)，則焊縫有效厚度取為：當(dāng)前71頁，總共101頁。3．4對接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算3.4.1對接焊縫的構(gòu)造1、斷面要求：對接焊縫的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊縫。坡口形式與焊件厚度有關(guān)。當(dāng)焊件厚度很小(t＜10mm＝時(shí)，可用直邊縫。對于一般厚度(t=10~20mm)的焊件可采用具有斜坡口的單邊V形或V形焊縫。斜坡口和離縫C共同組成一個(gè)焊條能夠運(yùn)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。當(dāng)前72頁，總共101頁。3．4對接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算1、斷面要求：對于較厚的焊件(t＞20mm)，則采用U形、K形和X形坡口(圖3.33)。對于V形縫和U形縫需對焊縫根部進(jìn)行補(bǔ)焊。對接焊縫坡口形式的選用，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《手工電弧焊焊接頭的基本型式與尺寸》和《埋弧焊焊接接頭的基本型式與尺寸》的要求進(jìn)行。當(dāng)前73頁，總共101頁。3．4對接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算2平緩過渡

在對接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時(shí)，應(yīng)分別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的斜角(圖3.34)，以使截面過渡和緩，減小應(yīng)力集中。當(dāng)前74頁，總共101頁。3．4對接焊縫的構(gòu)造與計(jì)算3設(shè)置引弧板：

在焊縫的起滅弧處，常會(huì)出現(xiàn)弧坑等缺陷，這些缺陷對承載力影響極大，故焊接一般應(yīng)設(shè)置引弧板(圖3.35)，焊后將割除。對受靜力荷載的結(jié)構(gòu)設(shè)置引弧板有困難時(shí)，允許不設(shè)置引弧板，此時(shí)，可令焊縫計(jì)算長度等于實(shí)際長度減2t(此處t為較薄焊件厚度)。當(dāng)前75頁，總共101頁。

3.4.2對接焊縫的計(jì)算

1焊透的對接焊縫的計(jì)算

對接焊縫的強(qiáng)度與所用鋼材的牌號(hào)、焊條型號(hào)及焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等因素有關(guān)。因此：

一、二級(jí)檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等不用計(jì)算。三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85%，當(dāng)受拉時(shí)要求計(jì)算。（如果焊縫中不存在任何缺陷，焊縫金屬的強(qiáng)度是高于母材的。但由于焊接技術(shù)問題，焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。實(shí)驗(yàn)證明，焊接缺陷對受壓、受剪的對接焊縫影響不大，故可認(rèn)為受壓、受剪的對接焊縫與母材強(qiáng)度相等，但受拉的對接焊縫對缺陷甚為敏感。當(dāng)缺陷面積與焊件截面積之比超過5%時(shí)，對接焊縫的抗拉強(qiáng)度將明顯下降。）當(dāng)前76頁，總共101頁。1焊透的對接焊縫的計(jì)算

(1)軸心受力的對接焊縫軸心受力的三級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)的對接焊縫，按下式計(jì)算：當(dāng)前77頁，總共101頁。3．4．2對接焊縫的計(jì)算

1焊透的對接焊縫的計(jì)算

說明：如果用直縫不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，可采用如圖3.36(b)所示的斜對接焊縫。計(jì)算證明，焊縫與作用力間的夾角滿足tgθ≤1.5時(shí)，斜焊縫的強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度，可不再進(jìn)行驗(yàn)算（留為思考題）。當(dāng)前78頁，總共101頁。(2)承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫

下圖所示是對接接頭受到彎矩和剪力的共同作用，由于焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強(qiáng)度條件：當(dāng)前79頁，總共101頁。(2)承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫

當(dāng)前80頁，總共101頁。2部分焊透的對接焊縫

說明：當(dāng)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(qiáng)度不能充分發(fā)揮時(shí)，可采用不焊透的對接焊縫。比如用四塊較厚的板焊成箱形截面的軸心受壓構(gòu)件，顯然用圖3.39(a)所示的焊透對接焊縫是不必要的；如采用角焊縫[圖3.39(b)]，形又不平整；采用不焊透的對接焊縫[圖3.39(c)]，可以省工省料，較為美觀大方。當(dāng)前81頁，總共101頁。要求：部分焊透的對接焊縫必須在設(shè)計(jì)圖上注明坡口的形式和尺寸。坡口形式分V形、單邊V形和U形，由下圖可見，不焊透的對接焊縫可視為在坡口內(nèi)焊接的角焊縫，故其強(qiáng)度計(jì)算方法與前述直角角焊縫相同，但偏安全地取=1.0。其焊縫有效高度和焊縫根部至焊縫表面(不考慮余高)的最短距離S相關(guān)

2部分焊透的對接焊縫當(dāng)前82頁，總共101頁。

對U形和坡口角度≥60°的V形坡口，焊縫有效厚度he=S；但對于＜60°的V形坡口焊縫，考慮到焊縫根部處不易焊滿，因而將he降低，即he=0.75S；對單邊V形坡口焊縫則取he=S—3mm。2部分焊透的對接焊縫當(dāng)前83頁，總共101頁。當(dāng)熔合線處焊縫截面邊長等于或接近于最短距離S時(shí)[下圖(b)、(c)、(d)]，應(yīng)驗(yàn)算焊縫在熔合線上的抗剪強(qiáng)度，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取0.9倍角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。部分焊透對接焊縫的最小有效厚度為1.5，t為坡口所在焊件的較大厚度(單位取mm)。2部分焊透的對接焊縫當(dāng)前84頁，總共101頁。3．5焊接應(yīng)力和焊接變形

3．5．1焊接應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因

焊接連接因方便快捷，在鋼結(jié)構(gòu)工程中得到了廣泛使用，但因?yàn)槭┖高^程中不均勻溫度場的存在，會(huì)產(chǎn)生兩類問題：焊接殘余應(yīng)力：對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的力學(xué)性能及承載力產(chǎn)生不利影響。種類有有沿焊縫長度方向的縱向焊接應(yīng)力，垂直于焊縫長度方向的橫向焊接應(yīng)力和沿厚度方向的焊接應(yīng)力。焊接殘余變形：構(gòu)件外形發(fā)生扭曲這兩類問題都直接影響到結(jié)構(gòu)的安全和正常使用，因此必須防止和考慮其不利影響。當(dāng)前85頁，總共101頁。3．5．1焊接應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因

1縱向焊接應(yīng)力

焊接過程是一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過程。在施焊時(shí)，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫及其附近溫度最高，可達(dá)1600℃以上，而鄰近區(qū)域溫度則急劇下降(圖3.41)。當(dāng)前86頁，總共101頁。

1縱向焊接應(yīng)力（和焊縫軸線方向平行）

升溫過程中，不均勻的溫度場產(chǎn)生和焊縫軸線方向平行的不均勻膨脹。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度較低、膨脹量較小的鋼材所限制，產(chǎn)生了熱態(tài)塑性壓縮，但不產(chǎn)生應(yīng)力。冷卻過程中時(shí)，被熱塑性壓縮的焊縫要本能性縮短，但兩側(cè)有剛度的鋼材會(huì)阻止其收縮，從而在焊縫附近產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。

焊接應(yīng)力是一種無荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會(huì)在焊件內(nèi)部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力[圖3.41(c)]。當(dāng)前87頁，總共101頁。

1縱向焊接應(yīng)力（和焊縫軸線方向平行）

當(dāng)前88頁，總共101頁。2橫向焊接應(yīng)力（和焊縫軸線方向垂直）橫向焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因有二：：由于焊縫焊完后，整體上要發(fā)生縱向收縮，使兩塊鋼板形成反方向的彎曲變形，但焊縫已將兩塊鋼板連成整體，不能分開，于是兩塊板之間產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而兩端則產(chǎn)生壓應(yīng)力[圖(b)]。當(dāng)前89頁，總共101頁。2橫向焊接應(yīng)力（和焊縫軸線方向垂直）橫向焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因有二：：由于先焊的焊縫已經(jīng)凝固，阻止后焊的焊縫在橫向自由膨脹，使其發(fā)生橫向的熱塑性壓縮。當(dāng)焊縫冷卻時(shí)，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[圖3.42(c)]。

橫向焊接應(yīng)力為上述兩種原因產(chǎn)生的合應(yīng)力

[圖(d)]。當(dāng)前90頁，總共101頁。3厚度方向的焊接應(yīng)力

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