培训钢结构的焊接连接

1、2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 7 直角角焊缝的强度计算 8 角焊缝的尺寸限制和构造要求 9 直角角焊缝连接的计算 10 斜角角焊缝连接的计算 11 部分焊透的对接焊缝连接的计算 12 焊缝的质量等级 13 焊接残余应力和残余变形 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 1 钢结构的连接方法 钢结构钢结构连接连接钢结构钢结构是一种由预制材料（钢材）是一种由预制材料（钢材）制制 作作，通过工厂加工成构件，再经工地现场拼装而形成的，通过工厂加工

2、成构件，再经工地现场拼装而形成的 结构，因此，构件与构件之间的连接节点是形成钢结构结构，因此，构件与构件之间的连接节点是形成钢结构 并保证结构安全正常工作并保证结构安全正常工作的重要组成部分。的重要组成部分。 连接的要求：足够的连接的要求：足够的强度、刚度强度、刚度和和延性延性。 连接方法：连接方法：销钉、螺栓、铆钉、焊缝销钉、螺栓、铆钉、焊缝。 销钉连接因使用不便已摒弃，铆钉也基本为焊缝连接销钉连接因使用不便已摒弃，铆钉也基本为焊缝连接 和螺栓连接取代。和螺栓连接取代。焊缝连接焊缝连接和和螺栓连接螺栓连接是目前的主要连是目前的主要连 接方式。接方式。 2009.11 2009.11 长沙长沙

3、 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 铆钉连接铆钉连接 螺栓连接螺栓连接 焊缝连接焊缝连接 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 2 焊接方法简介 电弧焊 气体保护焊 电渣焊 气焊 电阻焊 （1 1）手工电弧焊）手工电弧焊 （2 2）自动埋弧焊）自动埋弧焊 （3 3）半自动埋弧焊）半自动埋弧焊 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 电弧焊电弧焊 气焊气焊 电阻焊电阻焊 电渣焊电渣焊 利用通电后焊接材料（焊条或

4、焊丝）和焊件之间产生电弧，熔化焊接材利用通电后焊接材料（焊条或焊丝）和焊件之间产生电弧，熔化焊接材 料形成焊缝，需要使用焊条：料形成焊缝，需要使用焊条： 手工电弧焊：手工电弧焊： Q235E43系列，系列， Q345E50系列系列Q390E55系列系列 不同钢种连接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条不同钢种连接时，宜采用与低强度钢材相适应的焊条 质量不易保证，用于现场焊质量不易保证，用于现场焊 自动（半自动）埋弧焊：自动（半自动）埋弧焊： Q235H08、H08A、H08MnA焊丝，焊丝， Q345、Q390 H08A、H08E、H10Mn2 质量均匀，塑性、冲击韧性好，用于规则构件的工厂焊质

5、量均匀，塑性、冲击韧性好，用于规则构件的工厂焊 利用乙炔在氧气中燃烧形成的火焰融化焊条形成焊缝用于薄钢板利用乙炔在氧气中燃烧形成的火焰融化焊条形成焊缝用于薄钢板 和小型结构焊接和小型结构焊接 利用电流通过待连接焊件的表面产生的热量融化金属、通过压力使之利用电流通过待连接焊件的表面产生的热量融化金属、通过压力使之 熔合用于厚度不超过熔合用于厚度不超过12mm钢板和薄壁型钢焊接钢板和薄壁型钢焊接 利用电流通过熔渣所产生的电阻热熔化填充金属和母材，凝固后形成连利用电流通过熔渣所产生的电阻热熔化填充金属和母材，凝固后形成连 接接 气体保护焊气体保护焊 采用采用CO2气体（代替焊剂）、焊丝气体（代替焊剂

6、）、焊丝，电弧使焊丝熔化形成焊缝电弧使焊丝熔化形成焊缝 CO2气体保护被焊金属与空气接触气体保护被焊金属与空气接触 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 采用涂有焊药的焊条采用涂有焊药的焊条 通电后，焊条与焊件之间产生电弧通电后，焊条与焊件之间产生电弧 高热量使焊条熔化而形成焊缝高热量使焊条熔化而形成焊缝 设备简单，适应性强设备简单，适应性强 ，应用最广泛应用最广泛 质量波动大，生产率质量波动大，生产率 低，劳动强度大低，劳动强度大 导线导线 2.1 2.1 手工电弧焊手工电弧焊 2009.11 2009.11 长沙长

7、沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下采用无涂层焊药的焊丝，埋在焊剂下 通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝通电后电弧使焊丝、焊剂熔化形成焊缝 熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上熔化后的焊剂成为焊渣，浮在金属面上 半半 自自 动动 埋埋 弧弧 焊焊 焊缝质量好，生产效率高焊缝质量好，生产效率高 需专用焊接设备，成本高需专用焊接设备，成本高 全全 自自 动动 埋埋 弧弧 焊焊 2.2 2.2 自动、半自动埋弧焊自动、半自动埋弧焊 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结

8、构的焊接连接 焊接速度快，熔化深度大焊接速度快，熔化深度大 可手工焊，也可自动化操作可手工焊，也可自动化操作 目前工厂很常用的焊接方法目前工厂很常用的焊接方法 室外施焊要有避风措施，防止气孔、焊坑缺陷室外施焊要有避风措施，防止气孔、焊坑缺陷 采用采用CO2气体（代替焊剂）、焊丝气体（代替焊剂）、焊丝 电弧使焊丝熔化形成焊缝电弧使焊丝熔化形成焊缝 CO2气体保护被焊金属与空气接触气体保护被焊金属与空气接触 焊丝焊丝 2.3 2.3 气体保护焊气体保护焊 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 非消耗非消耗 熔嘴式熔嘴式 采

9、用管状焊条采用管状焊条(熔嘴熔嘴),焊丝从管内进入焊丝从管内进入 电流通过熔渣产生的电阻热，熔化焊件和焊丝形成焊缝电流通过熔渣产生的电阻热，熔化焊件和焊丝形成焊缝 常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊接常用于高层建筑等箱形柱内部的横隔板焊接 有消耗和非消耗熔嘴式电渣焊之分有消耗和非消耗熔嘴式电渣焊之分 消耗熔嘴式消耗熔嘴式 2.4 2.4 电渣焊电渣焊 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条采用乙炔在氧气中燃烧的火焰来熔化焊条 适用于钢板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备适用于钢

10、板厚度薄的连接，一般小厂家备用此焊接设备 2.5 2.5 气焊气焊 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 不采用焊接材料不采用焊接材料 电流通过焊件表面电流通过焊件表面 的电阻，产生热量的电阻，产生热量 熔化金属，再加压熔化金属，再加压 力而焊合力而焊合 适宜板厚不大于适宜板厚不大于12 mm的焊接的焊接 冷弯薄壁型钢连接冷弯薄壁型钢连接 常采用此焊接方法常采用此焊接方法 2.6 2.6 电阻焊电阻焊 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 3

11、焊接结构的特性和焊缝连接 材质易变脆材质易变脆 产生残余应力、残余变形、焊接缺陷产生残余应力、残余变形、焊接缺陷 对钢结构疲劳、稳定有不利影响对钢结构疲劳、稳定有不利影响 较多地依赖焊工的技能水平较多地依赖焊工的技能水平 质量检验要求较高时检验工作量较大质量检验要求较高时检验工作量较大 缺点缺点 优点优点 构造简单构造简单 任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件任何形状的构件可直接连接，无需辅助零配件 省工省料省工省料 加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面加工方便，不需打孔钻眼，不削弱截面 施工快速施工快速 可自动化操作可自动化操作 连接的密闭性好，刚度大，整体性好连接的密闭性好，刚度大，整体

12、性好 3.1 3.1 焊接结构的特性焊接结构的特性 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 热裂纹热裂纹 冷裂纹冷裂纹 气孔气孔 烧烧 穿穿 夹夹 渣渣 根部未焊透根部未焊透 边缘未熔合边缘未熔合 焊缝层间未熔合焊缝层间未熔合 咬咬 边边 焊瘤焊瘤 焊缝缺陷焊缝缺陷 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 检检 验验 标标 准准 三三 级级肉眼外观检查肉眼外观检查 二级二级 肉眼外观检查肉眼外观检查 超声波超声波 用于有较大拉应力的较重要连接用于有

13、较大拉应力的较重要连接 不得存在裂纹、表面气孔、夹渣、电弧擦伤等缺陷 一级一级 肉眼外观检查肉眼外观检查 超声波超声波 X X射线射线 用于抗动力、疲劳荷载的重要连接用于抗动力、疲劳荷载的重要连接 不得存在未满焊、咬边、根部收缩、裂纹、表面气孔、夹渣 、电弧擦伤等缺陷 用于一般连接用于一般连接所有焊缝均应作外观检验，不允许有可 见裂纹等缺陷。其它缺陷如咬边、表面气孔、夹渣等按规范要求； 超声波超声波 检测设备检测设备 焊缝质量检验焊缝质量检验 无损检测：一级焊缝全数检验，无损检测：一级焊缝全数检验， 二级焊缝抽检二级焊缝抽检2020以上以上 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥

14、梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 3.2 3.2 焊接接头形式和焊缝类别焊接接头形式和焊缝类别 对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝对接焊缝对接焊缝 角焊缝角焊缝 （1）焊缝接头形式）焊缝接头形式 对接接头对接接头搭接接头搭接接头 T形接头形接头 角形接头角形接头 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 （2）焊缝类型）焊缝类型 用料经济，传力平稳，动力性能好用料经济，传力平稳，动力性能好 较厚的板需开剖口，费工较厚的板需开剖口，费工 施工简便施工简便 传力不均，应力集中严重，搭接时费料传力不均，应力

15、集中严重，搭接时费料 对接焊缝对接焊缝 直焊缝直焊缝斜焊缝斜焊缝 角焊缝角焊缝 侧焊缝侧焊缝（与力平行）（与力平行）端焊缝端焊缝（与力垂直）（与力垂直） 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 直边缝直边缝 单边单边V形缝形缝双边双边V形缝形缝 板厚板厚 t 20 mm 对接焊缝对接焊缝坡口形式坡口形式 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 不同宽度不同宽度 不同厚度连接不同厚度连接 可不设斜坡可不设斜坡 引弧板引弧板 对接焊缝对接焊缝其它构造其

16、它构造 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 直角焊缝直角焊缝 斜角焊缝斜角焊缝 普通型普通型深熔型深熔型 平坡型平坡型 角焊缝角焊缝构造构造 适宜动力荷载，但施焊不便适宜动力荷载，但施焊不便 施焊方便，最常用施焊方便，最常用 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 间断焊缝间断焊缝 连续焊缝连续焊缝 不重要或受力小的构件，可采用间断焊缝连接 连续焊缝与间断焊缝连续焊缝与间断焊缝 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大

17、学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 （3）焊缝的施焊方式）焊缝的施焊方式 俯焊俯焊 横焊横焊 立焊立焊 仰焊仰焊 质量好质量好质量一般质量一般质量差质量差 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 4 焊缝代号 作用：表明焊缝型式、尺寸和辅助要求 表示方法：由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成 单面焊缝的标注方法单面焊缝的标注方法 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 双面焊缝的标注方法双面焊缝的标注方法 2009.11 2009.1

18、1 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 当焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，当焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时， 可在标注焊缝代号的同时，在图上加栅线表示焊缝。可在标注焊缝代号的同时，在图上加栅线表示焊缝。 (a）正面焊缝（b）背面焊缝 （c）安装焊缝（d)背面安装焊缝 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 5 对接焊缝的计算和构造 （1）焊缝截面焊缝截面 焊缝截面厚度焊缝所连接板件的较薄厚度；焊缝截面厚度焊缝所连接板件的较薄厚度； 焊缝截面计算

19、长度焊缝截面计算长度 采用引弧板时，焊缝全长有效；采用引弧板时，焊缝全长有效； 未采用引弧板时，计算焊缝长度未采用引弧板时，计算焊缝长度= =焊缝长度减去焊缝长度减去2t2t （2）传力特性传力特性 （1 1）焊缝传递焊件拼接处所承受的构件内力）焊缝传递焊件拼接处所承受的构件内力 （2 2）力线没有转折（或基本没有转折）力线没有转折（或基本没有转折） 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 构件钢材 对接焊缝 角焊缝 焊缝质量为下列等级时， 抗拉 w t f 焊接方法 和焊条型号 牌号 厚度或直径 （mm） 抗压 w c

20、 f 一级、二级 三级 抗剪 w v f 抗拉、 抗压 和抗弯 w f f 16 215 215 185 125 1640 205 205 175 120 4060 200 200 170 115 自动焊、 半自动 焊和E43型焊条 的手工焊 Q235 钢 60100 190 190 160 110 160 16 310 310 265 180 1635 295 295 250 170 3550 265 265 225 155 自动焊、 半自动 焊和E50型焊条 的手工焊 Q345 钢 50100 250 250 210 145 200 16 350 350 300 205 1635 335

21、335 285 190 3550 315 315 270 180 Q390 钢 50100 295 295 250 170 220 16 380 380 320 220 1635 360 360 305 210 3550 340 340 290 195 自动焊、 半自动 焊和E55型焊条 的手工焊 Q420 钢 50100 325 325 275 185 220 （3）焊缝强度焊缝强度 一、二级焊缝一、二级焊缝 强度与焊件母强度与焊件母 材相同；材相同；三级三级 焊缝强度较母焊缝强度较母 材低。材低。 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接

22、连接钢结构的焊接连接 1.1. 确定计算截面上的内力（荷载效应）确定计算截面上的内力（荷载效应） 2. 2. 确定焊缝质量检验等级确定焊缝质量检验等级 根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环 境以及应力状态等境以及应力状态等 3. 3. 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值 抗拉强度；抗压强度；抗剪强度抗拉强度；抗压强度；抗剪强度 计算焊缝截面特性计算焊缝截面特性 截面面积截面面积A A、惯性矩、惯性矩I I、截面模量、截面模量W W、面积矩、面积矩S S等等 5. 5. 应力计算应力计算 6. 6. 强度校核强度校核 （4）计算步骤计算步骤 20

23、09.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 直直 焊焊 缝缝 引弧板引弧板 w c w t ww ff tl N 或 N 轴心拉力或压力轴心拉力或压力 tw 焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚） lw 焊缝计算长度，焊缝计算长度，有引弧板有引弧板lwL， 无引弧板无引弧板lwL2t（较小板厚）（较小板厚） 对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度 w c w t ff 或 焊缝应力验算焊缝应力验算 式中：式中： （5）焊缝轴心受力直缝焊缝轴心受力直缝 直缝直缝 2009.11

24、2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 斜斜 焊焊 缝缝 焊缝应力焊缝应力 简化验算简化验算 w c w t ww ff tl N sin 或 cos w v ww f tl N lw 斜焊缝计算长度，斜焊缝计算长度， 对接焊缝抗剪设计强度对接焊缝抗剪设计强度 w V f 规范规定规范规定 当当 ，可不验算。，可不验算。 5 . 1tg 斜缝斜缝 （6）焊缝轴心受力斜缝）焊缝轴心受力斜缝 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 弯矩弯矩 M 剪力剪力 V 平板梁平

25、板梁 工字形梁工字形梁 应力分布应力分布 应力应力 分布分布 弯矩弯矩M 剪力剪力 V 轴力轴力 N 应力应力 分布分布 )( max w c w t x ff W M w v ww w f tI VS max w tzs f1 . 13 2 1 2 1 （7）梁的拼接弯矩、剪力、轴力作用梁的拼接弯矩、剪力、轴力作用 焊缝应力验算焊缝应力验算 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 与一般梁连接计算不同：与一般梁连接计算不同：可假定剪力仅由梁或牛腿腹板承受可假定剪力仅由梁或牛腿腹板承受 弯矩弯矩 M 剪力剪力 V 梁柱连

26、接处梁柱连接处 柱牛腿处柱牛腿处 a tw 焊缝截面焊缝截面 应力分布应力分布 w A V （8）牛腿焊接弯矩、剪力作用）牛腿焊接弯矩、剪力作用 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 )( 1 1 w c w t ww ff I My A N w tzs www f A V I My A N 1 . 13, , 2 2 2 2 2 2 2 w tzs www f A V I My A N 1 . 13, 2 3 2 3 3 3 3 w t ww f I My A N 4 4 ww thA 0 焊缝有效抗剪面积， w A

27、 整个焊缝截面的面积； （9）牛腿焊接弯矩、剪力、轴力作用）牛腿焊接弯矩、剪力、轴力作用 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 例例1 1：设计设计5005001414钢板的对接焊缝连接。钢板承受钢板的对接焊缝连接。钢板承受 轴向拉力，其中恒荷载和活荷载标准值引起的轴心轴向拉力，其中恒荷载和活荷载标准值引起的轴心 拉力值分别为拉力值分别为700kN700kN和和400kN400kN，相应的荷载分项系数，相应的荷载分项系数 为为1.21.2和和1.41.4。已知钢材为。已知钢材为Q235-B.FQ235-B.F（A3FA

28、3F），采用），采用 E43E43型焊条手工电弧焊，三级质量标准，施焊时未型焊条手工电弧焊，三级质量标准，施焊时未 用引弧板。用引弧板。 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 解：解： kNN14004 .14002 .1700 2 /185mmNf w t 2 3 /1 .204 14)10500/(101400/ mmN tlN w 22 /215/185mmNfmmNf w t 但但 1 1焊缝承受的轴心拉力设计值为：焊缝承受的轴心拉力设计值为： 2 2三级对接焊缝抗拉强度设计值三级对接焊缝抗拉强度设计值 3 3

29、先考虑用直焊缝验算其强度先考虑用直焊缝验算其强度 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 直焊缝强度不够，故应采用斜焊缝。按照直焊缝强度不够，故应采用斜焊缝。按照 （tgtg 1.51.5，即即56560 0）的要求布置斜焊缝。）的要求布置斜焊缝。 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 例例2:2: 8m 8m跨度简支梁的截面和荷载跨度简支梁的截面和荷载( (设计值设计值, ,包括包括 梁自重梁自重),),拟在离支座拟在离支座 2.5m 2.5m

30、 处做翼缘和腹板的处做翼缘和腹板的 工厂拼接工厂拼接, ,试设计其拼接对接焊缝。已知钢材为试设计其拼接对接焊缝。已知钢材为 Q235-B.FQ235-B.F（A3FA3F），采用），采用E43E43型焊条手工电弧焊，型焊条手工电弧焊， 三级质量标准，用引弧板施焊。三级质量标准，用引弧板施焊。 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 解：解： kNmqabM2 .10312/ )5 . 28(5 . 21502/ kNalqV225)5 . 22/8(150)2/( 1 离支座离支座2.5m处的内力（设计值）为处的内力（设

31、计值）为 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 2计算计算 梁截面参数：梁截面参数： 4633 10289812/ )10002401032250(mmIW 366 max 10616. 5516/102898mm y I W W W 36 111 10032. 250816250mmyAS w 3626 10282. 32/5001010032. 2mmS w 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 2 266 /185 /6 .183)106

32、16. 5/(102 .1031 mmNf mmN W M w t w 2 2 463 /125 /5 .25 )10102898/(10282. 310225 mmNf mmN tI VS w v W W 3验算强度：验算强度： 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 2 661 1 /9 .177 )102898/(500102 .1031 mmN I My W 2 6631 1 /8 .15 )10102898/(10032. 210225 mmN tI VS W W 2 2222 1 2 1 /5 .203185

33、1 . 11 . 1 /0 .1808 .1539 .1773 mmNf mmN w t cq 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 端焊缝端焊缝 侧焊缝侧焊缝 计算截面计算截面 均取均取焊缝焊缝45喉部为有效截面喉部为有效截面 （假定破坏截面）（假定破坏截面） 有效焊缝高度有效焊缝高度 h e 0.7 h f ( (焊缝高度焊缝高度) ) h f h f h e 有效截面有效截面 （1）角焊缝的计算截面角焊缝的计算截面 hf he hf h1 h2 d e h-h-焊缝厚度、焊缝厚度、h h1 1熔深熔深 h h2

34、2凸度、凸度、d d焊趾、焊趾、e e焊根焊根 6 直角角焊缝的受力性能 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 不应太小不应太小 否则不能焊透，导致实际承载力不足；否则不能焊透，导致实际承载力不足； 焊缝冷却太快容易开裂。焊缝冷却太快容易开裂。 角焊缝焊脚尺寸角焊缝焊脚尺寸 hf 不应太大不应太大 否则焊缝冷却后产生较大变形；否则焊缝冷却后产生较大变形； 较薄焊件容易烧穿。较薄焊件容易烧穿。 hf t1 t2 t t1 hf 焊脚尺寸是指角焊缝根角至焊缝截面外边缘（焊趾）的尺寸 计算焊缝长度计算焊缝长度 lw 每条连续

35、焊缝的长度每条连续焊缝的长度2h f（每端扣（每端扣h f ） 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 （2）角焊缝的应力状态角焊缝的应力状态-侧缝侧缝 主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，主要受剪应力，分布不均，两头大中间小， 焊缝越长应力不均匀程度越高焊缝越长应力不均匀程度越高 强度相对较低，塑性较好强度相对较低，塑性较好 破坏常发生在近似破坏常发生在近似4545斜平面上斜平面上 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 角焊缝应力状态远比侧焊

36、缝复杂角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂 正、剪应力都有，且分布很不均匀正、剪应力都有，且分布很不均匀 根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点 焊缝破坏强度高，但塑性差焊缝破坏强度高，但塑性差 端焊缝应力端焊缝应力 分布分布 A B C D （2）角焊缝的应力状态角焊缝的应力状态-端缝端缝 破坏模式 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 90侧焊缝侧焊缝 0端焊缝端焊缝 荷载变形曲线荷载变形曲线 （2）角焊缝的应力状态角焊缝的应力状态-端缝与侧缝的比较端缝与侧缝的比较 2009.11 2

37、009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 7 直角角焊缝的强度计算 （1） 角焊缝的计算应力角焊缝的计算应力 基本公式：基本公式： 222 2 3 w fxfyfxfyfzf f 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时 仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时 同时有平行与垂直于焊缝长度方向的轴心力时同时有平行与垂直于焊缝长度方向的轴心力时 w fewf Nhlf 2 2w ff

38、ff f w fewff Nhlf 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 破坏面破坏面 w f 2 / 22 3)(3f 试验公式试验公式 Ny Nx = f h he e l lw w 45O45O h hf f 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 简化公式简化公式 w f 2 f 2 f )(f f 端焊缝强度增大系数端焊缝强度增大系数 f 直角焊缝直角焊缝 斜角焊缝斜角焊缝 1.0 1.22 静载、静载、 间接动载间接动载 1.0 直接

39、动载直接动载 f w f f f f 当当 0 时 f w f f f 0 时 式中：式中： f 平行平行焊缝长度方向的计算应力焊缝长度方向的计算应力 f 垂直垂直焊缝长度方向的计算应力焊缝长度方向的计算应力 w f f 角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值 危险点危险点 we y f lh N we x f lh N 2 f f ：得 1.22整理上式，并令 2 3 f 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 （1 1）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸hf,minhf,min )(5 . 1 2min, 计计算算数数值值只只进进

40、不不舍舍！th f 式中式中: : t t2 2-较厚焊件厚度较厚焊件厚度。 当当t2 24mm时时, hf,min f,min = t2 2 对于对于自动埋弧焊自动埋弧焊h hf,min f,min可减去 可减去1mm;1mm; 对于对于T T型连接单面角焊缝型连接单面角焊缝hf,min f,min应加上 应加上1mm;1mm; 8 角焊缝的尺寸限制和构造要求 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 （2 2）最大焊脚尺寸）最大焊脚尺寸h hf,max f,max h hf,max f,max1.2 1.2t t1 1

41、 式中式中: : t t1 1-较薄焊件厚度。较薄焊件厚度。 对于板件边缘的角焊缝：对于板件边缘的角焊缝： 当当 t t6mm6mm时，时，h hf,max f,max t t； 当当 t t 6mm 6mm时，时， h hf,max f,max t t -(1 -(12)mm2)mm； 钢管构件除外钢管构件除外 对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于圆孔对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于圆孔 直径或槽孔短径的直径或槽孔短径的1/31/3。 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 （4 4）侧缝的最大计算长度

42、）侧缝的最大计算长度 fw hl60 当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度； 但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。 （3 3）角焊缝的最小计算长度）角焊缝的最小计算长度 mmhl fw 408且不得小于 当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的 要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！ 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊

43、接连接 （5 5）断续角焊缝）断续角焊缝 e e为断续角焊缝的净距；为断续角焊缝的净距；t t为较薄焊件的厚度；为较薄焊件的厚度；l l为每段角为每段角 焊缝的长度。焊缝的长度。 （受拉构件）（受拉构件） （受压构件）（受压构件） t30 t15 e 0mm5 h10 l f 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 （6 6）搭接连接的构造要求）搭接连接的构造要求 板件与节点板的连接板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接仅用两侧缝焊接时：时： A A、为避免应力传递过分弯折导致应力不均：、为避免应力传递过分弯折导致应力不均：

44、bl w B B、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：、为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大： ）（或或 ）（ mm12tmm200 mm12tt16b 1 11 不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！不满足此条件时，应加塞焊或采用三面围焊！ b w l t1 t2 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 C C、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2 2hfhf的绕角焊，且的绕角焊，且 转角处必须连续施焊。转角处必须连续施焊。 D D、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的、

45、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5 5倍，倍， 且不得小于且不得小于25mm25mm。 t1 t2 25,5 1 t b 2hf l 9 直角角焊缝连接的计算 9.1 计算步骤计算步骤 轴力、剪力及联合作用轴力、剪力及联合作用 弯矩及与轴力、剪力的共同作用弯矩及与轴力、剪力的共同作用 扭矩及与轴力、剪力的共同作用扭矩及与轴力、剪力的共同作用 焊缝群截面特性计算焊缝群截面特性计算 计算长度：非连续焊缝计算长度计算长度：非连续焊缝计算长度Lw=L-nhf 连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除hf 焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面模量计算等焊缝群形心轴确定、

46、有效截面积、截面模量计算等 应力计算应力计算 强度校核强度校核 确定确定、 f f w f 2 f 2 f )(f 焊缝（焊缝群）内力分析焊缝（焊缝群）内力分析 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 两边侧焊两边侧焊 两边端焊两边端焊 验算验算 端焊缝强度提高系数端焊缝强度提高系数 验算验算 认为焊缝有效截面上应力均匀分布认为焊缝有效截面上应力均匀分布 一条单独的焊缝，每端扣除一条单独的焊缝，每端扣除hf （1）拼接板连接拼接板连接 承受轴力承受轴力N作用作用 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程

47、系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 验算验算 四周围焊四周围焊 当焊缝受直接动力荷载时当焊缝受直接动力荷载时： 由端焊缝由端焊缝 1 N1 1 2 2 再验算侧焊缝再验算侧焊缝 N1 lw1 N2， ，lw2 减小拼接板减小拼接板 角部应力集中角部应力集中 四周菱形围焊四周菱形围焊 简化验算简化验算 无论静载、动载无论静载、动载 12 NNN 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 肢背焊缝肢背焊缝 肢尖焊缝肢尖焊缝 b lw2 lw1 两边侧焊两边侧焊 由平衡条件由平衡条件 N1、N2 不均匀分配不

48、均匀分配 （2）角钢与）角钢与拼接板连接拼接板连接 承受轴力承受轴力N作用作用 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 角钢类型角钢类型连接形式连接形式 内力分配系数内力分配系数 肢背肢背K1肢尖肢尖K2 等肢角钢等肢角钢0.700.30 不等肢角钢不等肢角钢 短肢连接短肢连接 0.750.25 不等肢角钢不等肢角钢 长肢连接长肢连接 0.650.35 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 b lw2 lw1 三面围焊三面围焊 由端焊缝强度验算确

49、定由端焊缝强度验算确定 由平衡由平衡 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 梁柱连接梁柱连接受弯矩受弯矩M、剪力剪力V、轴力轴力N 作用作用 w ff w a w MaNfa f I My A N 危险点危险点 a： 验算验算 w ffb f fb f 2 2 , w vfb w b w MbNfb A V I My A N 危险点危险点 b： 仅腹板仅腹板 焊缝截面焊缝截面 梁柱连接梁柱连接 整个焊缝截面整个焊缝截面 焊缝应力分布焊缝应力分布 弯矩弯矩 轴力轴力 剪力剪力 加劲肋加劲肋 整个截面整个截面Aw, Iw

50、（3）梁柱）梁柱连接连接 弯矩、剪力、轴力作用弯矩、剪力、轴力作用 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 焊缝截面焊缝截面 V(a+e) 轴力轴力N产生产生A点的应力点的应力 we V f y lh V 剪力剪力V产生的产生的A点应力点应力 扭矩扭矩T产生的应力：产生的应力：焊缝为弹性体，板为刚性体，绕形心焊缝为弹性体，板为刚性体，绕形心 o 旋转旋转 （4）牛腿焊接）牛腿焊接 扭矩、剪力、轴力作用扭矩、剪力、轴力作用 zw x y zw T f y zw yy zw T xf zw T I Tr r r I Tr I

51、 Tr r r I Tr I Tr f , we N f x lh N 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 V f y T f yf N f x T f xf X方向合应力：方向合应力： Y方向合应力：方向合应力： w ff f f f 2 2 验算：验算： A A点：点： 极惯性矩极惯性矩 Izw=Ixw+Iyw zw xx zw T f y zw yy zw T xf zw T I Tr r r I Tr I Tr r r I Tr I Tr f , 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中

52、南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 10 斜角角焊缝连接的计算 计算规定与直角角焊缝公式相同，但不考虑正面角计算规定与直角角焊缝公式相同，但不考虑正面角 焊缝的强度设计值增大系数，即焊缝的强度设计值增大系数，即=1.0=1.0；焊缝计算高度；焊缝计算高度 有具体规定。有具体规定。 T T形接头斜角角焊缝夹角应满足形接头斜角角焊缝夹角应满足6060135135, , 如不满足则不宜作受力焊缝（钢管节点除外）。如不满足则不宜作受力焊缝（钢管节点除外）。 11 部分焊透的对接焊缝连接的计算 按角焊缝的计算公式。按角焊缝的计算公式。 在承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的对接在承受动

53、力荷载的结构中，垂直于受力方向的对接 焊缝不宜采用部分焊透的对接焊缝。焊缝不宜采用部分焊透的对接焊缝。 360 400 180180 570 80 120 8010 920kN920kN 6 6 400 920kN 360 6 6 920kN 10 270 8148 1488 例例3 3：如图所示拼接板的平接连接，主板截面为如图所示拼接板的平接连接，主板截面为 1414400mm,400mm,承受轴心力设计值承受轴心力设计值N=920KNN=920KN（静力荷载），（静力荷载）， 钢材为钢材为Q235Q235，采用，采用E43E43型系列焊条，手工焊。试设计型系列焊条，手工焊。试设计 拼接板尺

54、寸拼接板尺寸，两方案：（，两方案：（a a）用侧面角焊缝；）用侧面角焊缝； （b b）用三面围焊。）用三面围焊。 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 解：解： （1 1）拼接板截面选择）拼接板截面选择 根据拼接板和主板承载能力相等原则，拼接根据拼接板和主板承载能力相等原则，拼接 板钢材亦采用板钢材亦采用Q235，两块拼接板截面面积之和应不，两块拼接板截面面积之和应不 小于主板截面面积。小于主板截面面积。 拼接板厚度拼接板厚度 ： t1=401.4/(236)=0.78cm,取取8mm, 故每块拼接板截面为故每块拼接板

55、截面为8360mm 考虑拼接板要侧面施焊，取考虑拼接板要侧面施焊，取 拼接板宽度为拼接板宽度为360mm (主板和拼接板宽度差略大于主板和拼接板宽度差略大于2hf)。 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 （2）焊缝设计）焊缝设计 ： 直角角焊缝的强度设计值为直角角焊缝的强度设计值为ftw=160N/mm2。 设设hf=6mm mmth f 6 . 5145 . 15 . 1 maxmin mmth f 6 . 982 . 12 . 1 minmax hf=8-(12) = 67 mm ( t=86 mm ) 2009

56、.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 kNN f d N w f 201201062 160 4 201416.3 4 4 4 22 因因b200mm（b200mm当当t12mm),加直径为加直径为20mm的的 电铆钉电铆钉4个，其设计强度与角焊缝相同，电铆钉承担力：个，其设计强度与角焊缝相同，电铆钉承担力： (a) 采用侧面角焊缝时：采用侧面角焊缝时： 被拼接两板间留出隙缝被拼接两板间留出隙缝10mm, 拼接板长度为拼接板长度为57cm。 。 cmcm fh NN l w ff w 28,75.271 0 .166 . 07

57、 . 04 201920 1 7 . 04 取 侧面角焊缝的实际长度为侧面角焊缝的实际长度为cmll w 57122812 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 KNN flhN w ffwf 590590285 1016022.13626.07.0 7.0 2 （b）采用三面围焊时：）采用三面围焊时：正面角焊缝承担力为正面角焊缝承担力为 cmcm fh NN l w ff w 13,8 .125 . 0 0 .166 . 07 . 04 590920 5 . 0 7 . 04 取 cmll w 27113212 拼接

58、板长度为拼接板长度为 侧面角焊缝的实际长度为侧面角焊缝的实际长度为 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 例例4 4：如图所示角钢和节点板采用两边如图所示角钢和节点板采用两边侧焊缝侧焊缝的连接，的连接， N=660kNN=660kN（静力荷载，设计值），角钢为（静力荷载，设计值），角钢为211021101010， 节点板厚度节点板厚度t t1 1=12mm=12mm，钢材为，钢材为Q235-AFQ235-AF，焊条为，焊条为E43E43系系 列型，手工焊。试确定所需角焊缝的焊脚尺寸列型，手工焊。试确定所需角焊缝的焊脚尺

59、寸h hf f和实和实 际长度。际长度。 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 mmthh ff 2 . 5125 . 15 . 1 1 ：最小 mmmmthf89)21 (10)21 ( 解：解： 角钢肢尖和肢背都取角钢肢尖和肢背都取 hf=8mm 2角焊缝焊脚尺寸选择角焊缝焊脚尺寸选择 角钢肢尖处最大角钢肢尖处最大hf: 1、角焊缝的强度设计值、角焊缝的强度设计值ftw=160kN/mm2 角钢肢背处最大角钢肢背处最大hf: hf1.2t2=1.210=12mm 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥

60、梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 3.计算焊缝长度计算焊缝长度 焊缝受力：焊缝受力： kNNKN4627 . 0660 11 kNNKN1983 .0660 22 角钢肢背角钢肢背 角钢肢尖角钢肢尖 2009.11 2009.11 长沙长沙 中南大学桥梁工程系中南大学桥梁工程系 钢结构的焊接连接钢结构的焊接连接 cm fh N l w fe w 78.25 101608 . 07 . 02 10462 2 2 3 1 1 cm fh N l w fe w 11 101608 . 07 . 02 10198 2 2 3 2 2 侧焊缝的长度为：侧焊缝的长度为： 200