第3章 钢结构的连接

1、第三章 钢结构连接 土木工程专业本科 钢结构的连接方法钢结构的连接方法 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形 螺栓连接的构造螺栓连接的构造 高强螺栓连接的工作性能和计算高强螺栓连接的工作性能和计算 普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 第第3.13.1节节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法 1. 1. 概述概述 2. 2. 焊缝连接焊缝连接 3. 3. 螺栓连接螺栓连接 4. 4. 铆钉连接铆钉连接 本节目录本节目录 1. 1. 概述概述 连接的作用

2、是通过一定方式将板材或型钢组合成构连接的作用是通过一定方式将板材或型钢组合成构 件件, ,或将若干构件组合成整体结构或将若干构件组合成整体结构, ,以保证其共同工作。以保证其共同工作。 钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接和铆钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接和铆 钉连接三种。钉连接三种。 焊接连接焊接连接 螺栓连接螺栓连接 铆钉连接铆钉连接 2. 2. 焊缝连接焊缝连接 对接焊缝连接对接焊缝连接 角焊缝连接角焊缝连接 焊缝连接焊缝连接 优点：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；优点：构造简单，任何形式的构件都可直接相连； 用料经济，不削弱截面；用料经济，不削弱截面； 制作加工方便

3、，可实现自动化操作；制作加工方便，可实现自动化操作； 连接的密闭性好，结构刚度大。连接的密闭性好，结构刚度大。 缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材局部材质变脆；缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材局部材质变脆； 焊接残余应力和残余变形降低受压构件承载力；焊接残余应力和残余变形降低受压构件承载力； 对裂纹敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到对裂纹敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到 整体，低温冷脆问题较为突出。整体，低温冷脆问题较为突出。 3. 3. 螺栓连接螺栓连接 普通螺栓连接普通螺栓连接 高强度螺栓连接高强度螺栓连接 螺栓连接螺栓连接 粗制螺栓粗制螺栓 C级级 精制螺栓精制螺栓 A、B级级

4、摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓 承压型高强度螺栓承压型高强度螺栓 铆钉连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合铆钉连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合, , 常用加热铆合，也可在常温下铆合。常用加热铆合，也可在常温下铆合。 铆钉连接的塑性、韧性较好，连接变形小，承受动铆钉连接的塑性、韧性较好，连接变形小，承受动 力荷载时抗疲劳性能好，适合于重型和直接承受动力荷力荷载时抗疲劳性能好，适合于重型和直接承受动力荷 载的结构。载的结构。 但由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很但由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很 少采用。少采用。 4 4 铆钉连接铆钉连接 铆钉连接铆钉连接 第第3.

5、23.2节节 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式 1. 1. 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法 2. 2. 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式 3. 3. 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验 本节目录本节目录 1 1、手工电弧焊、手工电弧焊 一、钢结构常用焊接方法一、钢结构常用焊接方法 （1 1）原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。）原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。 焊机焊机 导线导线 熔池熔池 焊条焊条 焊钳焊钳 保护气体保护气体 焊件焊件 电弧电弧 （4 4）焊条的表示方法：）焊条的表示方法：E后面加后面加4个数字个数字 E表示焊条

6、表示焊条(Electrode) 前两位前两位数字为熔融金属的最小抗拉强度数字为熔融金属的最小抗拉强度（N/mm2) 后两位后两位数字数字表示适用焊接位置、电流种类及药皮类型等。表示适用焊接位置、电流种类及药皮类型等。 （2 2）优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位）优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位 置的焊接，持别适于焊接短焊缝。置的焊接，持别适于焊接短焊缝。 （3 3）缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量取决于）缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量取决于 焊工的精神状态与技术水平，质量波动大。焊工的精神状态与技术水平，质量波动大。 （5 5）焊条的选择）焊条的选择 焊条

7、应与焊件钢材相适应；不同钢种的钢材焊接，焊条应与焊件钢材相适应；不同钢种的钢材焊接， 宜采用与低强度钢材相适应的焊条。如：宜采用与低强度钢材相适应的焊条。如： Q390、Q420钢钢E55型焊条型焊条(E5500-5518) Q345钢钢E50型焊条型焊条(E5000-5048) Q235钢钢E43型焊条型焊条（E4300-E4328) 2 2、埋弧焊（自动或半自动）、埋弧焊（自动或半自动） （1 1）原理：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊）原理：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊 方法。方法。 焊丝焊丝 转盘转盘 送丝器送丝器悍剂漏斗悍剂漏斗 悍剂悍剂 悍件悍件 熔渣熔渣 悍缝金属

8、悍缝金属 （2 2）优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度）优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度 低；电弧热量集中，熔深大，热影响区小；工艺条件稳低；电弧热量集中，熔深大，热影响区小；工艺条件稳 定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好，焊件变形小。定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好，焊件变形小。 （3 3）缺点：装配精度要求高，设备投资大，施工位置）缺点：装配精度要求高，设备投资大，施工位置 受限等。受限等。 （4 4）焊丝的选择：埋弧焊的焊条应与焊件钢材相匹配，）焊丝的选择：埋弧焊的焊条应与焊件钢材相匹配， 如：如：Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、

9、 H08E、H08Mn等。等。 3 3、气体保护焊、气体保护焊 气体保护焊是利用惰性气体或二氧化碳气体作为保护气体保护焊是利用惰性气体或二氧化碳气体作为保护 介质，在电弧周围造成局部的保护层，使被熔化的钢材介质，在电弧周围造成局部的保护层，使被熔化的钢材 不与空气接触。其优点：电弧加热集中，焊接速度快，不与空气接触。其优点：电弧加热集中，焊接速度快， 熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。 1 1、焊缝连接形式、焊缝连接形式 二、焊缝连接形式及焊缝形式二、焊缝连接形式及焊缝形式 按被连接钢材的相互位置，可分为：按被连接钢材的相互位置，可分为： （1 1）对接连接）对接

10、连接 有拼接盖板的对接连接有拼接盖板的对接连接 （2 2）搭接连接）搭接连接 （3 3）T T形连接形连接 （4 4）角部连接）角部连接 （5 5）焊钉连接）焊钉连接 N （6 6）槽焊连接）槽焊连接 N 2 2、焊缝形式、焊缝形式 （1 1） 正交正交 平行平行 斜交斜交 对接焊缝对接焊缝 角焊缝角焊缝 正对接焊缝正对接焊缝 斜对接焊缝斜对接焊缝 按按 受受 力力 方方 向向 正面角焊缝正面角焊缝 侧面角焊缝侧面角焊缝 斜焊缝斜焊缝 正交正交 斜交斜交 （2 2）角焊缝沿长度方向的布置分为：）角焊缝沿长度方向的布置分为： 连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。连续角焊缝：受力性能较好

11、，为主要的角焊缝形式。 断续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，用于断续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，用于 次要构件或受力小的连接。次要构件或受力小的连接。 长度长度b10hf或或50mm 受压时间断距离受压时间断距离l15t; ; 受拉时受拉时l30t， 其中其中t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。 b b l l 间隔角焊缝间隔角焊缝 连续角焊缝连续角焊缝 （3 3）角焊缝按施焊位置分为：）角焊缝按施焊位置分为： 船形位置焊船形位置焊 （平焊）（平焊） 立立 焊焊 立立 焊焊 仰焊仰焊 仰焊仰焊 仰焊仰焊 横焊横焊 横焊横焊 横焊横焊 平焊平焊 1 1、焊缝缺陷、焊缝缺陷 三、

12、焊缝缺陷及焊缝质量检验三、焊缝缺陷及焊缝质量检验 焊缝缺陷是指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热焊缝缺陷是指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热 影响区钢材表面或内部的缺陷。影响区钢材表面或内部的缺陷。 常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹 渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要 求、焊缝成形不良等。求、焊缝成形不良等。 裂纹裂纹焊瘤焊瘤烧穿烧穿弧坑弧坑气孔气孔 夹渣夹渣咬边咬边未熔合未熔合未焊透未焊透 2 2、焊缝质量检验、焊缝质量检验 外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；外观检查：检查外观

13、缺陷和几何尺寸； 内部无损检验：检验内部缺陷。（超声波检验、内部无损检验：检验内部缺陷。（超声波检验、X射射 线或线或射线透照或拍片）射线透照或拍片） 3 3、焊缝质量等级及选用、焊缝质量等级及选用 钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001规定规定 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。 三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级 质量标准；质量标准； （1 1）焊缝质量等级）焊缝质量等级 一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的一级、二级焊缝则除外

14、观检查外，还要求一定数量的 超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应 采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准的要求。采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准的要求。 钢结构设计规范钢结构设计规范(GB500172003)中，对焊缝质中，对焊缝质 量等级的选用有如下规定：量等级的选用有如下规定： 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的 横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。平行于横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。平行于 作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。作用力方向的

15、纵向对接焊缝应为二级。 （2 2）焊缝等级选用）焊缝等级选用 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材 等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 重级工作制和起重量重级工作制和起重量500kN的中级工作制吊的中级工作制吊 车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点 板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，质量不板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，质量不 应低于二级。应低于二级。 角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载角焊缝质量等级一般

16、为三级，直接承受动力荷载 且需要验算疲劳和起重量且需要验算疲劳和起重量500kN的中级工作制吊车的中级工作制吊车 梁的角焊缝的外观质量应符合二级。梁的角焊缝的外观质量应符合二级。 （3 3）焊缝焊缝符号符号 标标 注注 方方 法法 相同焊缝相同焊缝安装焊缝安装焊缝双面焊缝双面焊缝单面焊缝单面焊缝 三角围焊三角围焊塞焊缝塞焊缝对接焊缝对接焊缝 角焊缝角焊缝 形形 式式 hf O O hf hf a c v 90或或135或或6mm时时，hf,maxt-(12)mm 当当 t6mm时时，hf,maxt h hf f t t t t1 1 t1t t t t t1 1 h hf f 贴边焊缝贴边焊缝

17、 （2 2）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬 组织，导致母材开裂，组织，导致母材开裂， hf,min 还还应满足以下要求应满足以下要求: : ,min 1.5 f ht 式中式中: : t较厚焊件厚度较厚焊件厚度 另外：对埋弧自动焊另外：对埋弧自动焊hf,min可减小可减小1mm; ; 对对T形连接单面角焊缝形连接单面角焊缝h hf,min f,min应增加 应增加1mm; ; 当当t4mm时时, , hf,min=t 取整取整mmmm数，小数点以后只进不舍。数，小数点以后只进不舍。 h hf f t t t

18、t1 1 t t1 1t t （3 3）设计焊角尺寸）设计焊角尺寸hf 应满足应满足 （1 1）侧面角焊缝的最大计算长度）侧面角焊缝的最大计算长度 ,min,maxfff hhh 2 2、焊缝计算长度的构造要求、焊缝计算长度的构造要求 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均 两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越显著。如果两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越显著。如果 焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续 加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一限加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一

19、限 值后，可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发值后，可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发 展，最终导致焊缝破坏。展，最终导致焊缝破坏。 当实际长度大于以上限值时，计算时超出部分不予当实际长度大于以上限值时，计算时超出部分不予 考虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，考虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，lw不受此限制不受此限制. . fw hl60 故侧面焊缝计算长度：故侧面焊缝计算长度： （2 2）侧面角焊缝的最小计算长度）侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严 重且起灭弧坑相距太近，使焊缝不可靠。焊缝越短应力重且起灭

20、弧坑相距太近，使焊缝不可靠。焊缝越短应力 集中也越严重，故根据经验，规定：集中也越严重，故根据经验，规定： 840 wf lhmm且 此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。 （3 3）侧面角焊缝的计算长度）侧面角焊缝的计算长度 当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时： max,wwmin,w lll 3 3、搭接连接的构造要求、搭接连接的构造要求 N N N N l lw w 2h2hf f 2h2hf f N N N N l l2 2 l l1 1 b b 钢板拱曲钢板拱曲 试验结果表明，连接的承载力与试验结果表明，连接的承载

21、力与b / lw有关。当有关。当b / lw 1 1时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于应力时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于应力 传递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止连接强传递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止连接强 度过分降低，规范规定：度过分降低，规范规定： b /lw 1 1 为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求：为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求： b16t（t 12mm）或或190mm（t12mm） 式中：式中：b为两侧焊缝的距离；为两侧焊缝的距离； lw为侧焊缝计算长度；为侧焊缝计算长度； t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。 在搭

22、接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5 倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。 当焊缝端部在焊件转角处时，应当焊缝端部在焊件转角处时，应 将焊缝延续绕过转角加焊将焊缝延续绕过转角加焊2hf。避开。避开 起落弧发生在转角处的应力集中。起落弧发生在转角处的应力集中。 1 5 25mm t 且 t t1 1 t t2 2 （t t1 1t t2 2） 2hf 2h2hf f2h2hf f 焊缝绕角焊缝绕角2hf 三三 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式 分析计算直角角焊缝时，作如下假定和简化处理分析计算直角角焊缝时，作如下假定和简

23、化处理: : 假定角焊缝破坏面与直角边的夹角为假定角焊缝破坏面与直角边的夹角为45； 不计焊缝熔入焊不计焊缝熔入焊 件的深度和焊缝表面的件的深度和焊缝表面的 弧线高度，偏安全地取弧线高度，偏安全地取 破坏面上等腰三角形的破坏面上等腰三角形的 高为直角角焊缝的有效高为直角角焊缝的有效 厚度厚度he，he0.7hf。 1 1、基本假定、基本假定 h hc c 焊脚尺寸焊脚尺寸 焊根焊根 熔深熔深 焊缝厚度焊缝厚度 有效厚度有效厚度 凸度凸度 焊趾焊趾 有效厚度有效厚度he与焊缝计算长度与焊缝计算长度lw的乘积称为破坏面的的乘积称为破坏面的 有效截面面积。计算时假定有效截面上应力均匀分布。有效截面面

24、积。计算时假定有效截面上应力均匀分布。 2 2、有效截面上的应力状态、有效截面上的应力状态 在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力：在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力： 正应力正应力 垂直于焊缝有效截面（面外垂直）垂直于焊缝有效截面（面外垂直） 剪应力 剪应力 平行于焊缝长度方向（面内平行）平行于焊缝长度方向（面内平行） 剪应力剪应力 垂直于焊缝长度方向（面内垂直）垂直于焊缝长度方向（面内垂直） 图图3.3.10 3 3、破坏时的极限条件、破坏时的极限条件 国际标准化组织国际标准化组织(ISO)推荐用式推荐用式(3-1)确定角焊缝的极确定角焊缝的极 限强度限强度: : 222w

25、 u 1.8()(3 1)f 式中：式中： fuw -焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度 222w u 3()(32)f 出于偏于安全考虑出于偏于安全考虑, ,且与母材的能量强度理论的折算且与母材的能量强度理论的折算 应力公式一致，欧洲钢结构协会应力公式一致，欧洲钢结构协会(ECCS)，将将(3-1)的的1.8改改 为为3即：即： 222w 11f 333 3f （） 我国我国规范规范采用了以上折算应力公式，但由于我国采用了以上折算应力公式，但由于我国 规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的，规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的， 故引入抗力分项系数后上式又可表达为故引

26、入抗力分项系数后上式又可表达为 以下图为例，推导直角角焊缝强度计算的实用公式。以下图为例，推导直角角焊缝强度计算的实用公式。 4 4、直角角焊缝的强度计算公式、直角角焊缝的强度计算公式 ffw角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值 f f 对于有效截对于有效截 面既不是正应力也面既不是正应力也 不是剪应力，但可不是剪应力，但可 分解为分解为 和和 。 N N f f + + V V V V N N 破坏截面破坏截面 在在V作用下，在有效截面内产生与焊缝长度方向平行作用下，在有效截面内产生与焊缝长度方向平行 的剪应力为：的剪应力为： （3-4） f e w V h l 在在N作用下作用下,产生与有效截

27、面成产生与有效截面成45交角的平均应力为交角的平均应力为 f e w N h l （3-5） 可将可将 f 分解为分解为 和和 ，如下，如下 2 f （3-6） 将式将式（3-4）和式和式（3-6）代入式代入式（3-3），），得得 w ff ff f3 2 3 2 2 22 ：得 1.22整理上式，并令 2 3 f 2 2 (37 ) fw ff f f 上式即为规范给定的直角角焊缝强度计算通用公式。上式即为规范给定的直角角焊缝强度计算通用公式。 f 正面角焊缝的强度设计值增大系数。正面角焊缝的强度设计值增大系数。 静载时静载时 f 1.22， 对直接承受动载的结构，对直接承受动载的结构， f

28、 1.0 。 对正面角焊缝，对正面角焊缝， f0，力力N与焊缝长度方向垂直，则与焊缝长度方向垂直，则 对侧面角焊缝对侧面角焊缝 ， f0，力力V与焊缝长度方向平行，则与焊缝长度方向平行，则 w fff e w N f h l （3-83-8） w ff e w V f h l （3-93-9） 式中：式中：he=0.7=0.7hf； lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条 焊缝取其实际长度减去焊缝取其实际长度减去2hf。 四四 直角角焊缝连接的计算直角角焊缝连接的计算 1 1、轴心力作用时角焊缝的计算、轴心力作用时角焊缝的计算 （1）承受斜向轴心力的）

29、承受斜向轴心力的T形角焊缝连接形角焊缝连接 方法一：分力法求解方法一：分力法求解 将力将力N分解为垂直于焊缝分解为垂直于焊缝 和平行于焊缝的分力：和平行于焊缝的分力： Nx=Nsin ，Ny=Ncos 计算应力：计算应力： sin (310) f we N l h N Nx x N Ny y N N 2 w l 2 w l f f N cos (311) f we N l h 代入式代入式3-7验算焊缝强度，即验算焊缝强度，即: : 2 2 (3 12) fw ff f f 方法二：直接法求解方法二：直接法求解 将式将式3-10和式和式3-11代入式代入式3-12，可得，可得: : 22 w

30、f fe we w sincosNN f hlhl 2 2w f e wf sin cos N f h l 3 2 f 将将 代入上式，得代入上式，得 22 2w f e we w 2sinsin cos1 33 NN f h lh l （3-133-13） w f fe w N f h l 则受斜向轴心力角焊缝的计算公式为：则受斜向轴心力角焊缝的计算公式为： 令：令： 3 sin 1 1 2 f 为斜焊缝强度增大系数。为斜焊缝强度增大系数。 1.221.201.141.121.081.041.021.00 f 907060504030200 查查 f 表表 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊

31、缝群的中当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中 心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。 盖板对接连接盖板对接连接可采用两侧侧面角焊缝连接，正面可采用两侧侧面角焊缝连接，正面 角焊缝连接和三面围焊连接。角焊缝连接和三面围焊连接。 （2 2）轴心力作用下的盖板对接连接）轴心力作用下的盖板对接连接 仅采用侧面角焊缝连接仅采用侧面角焊缝连接 w f we f f lh N lw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝 计算长度的总和。计算长度的总和。 4 w ff e w N f h l 图中图中 N NN N l lw w 采用三面围焊连接（矩形盖板）采用三面围焊连

32、接（矩形盖板） w ffwe Nfl h w ff we NN f l h 先计算正面角焊缝承担的内力先计算正面角焊缝承担的内力 lw连接一侧的正面角焊连接一侧的正面角焊 缝计算长度的总和。缝计算长度的总和。 再计算侧面角焊缝的强度再计算侧面角焊缝的强度 lw连接一侧的侧面角焊连接一侧的侧面角焊 缝计算长度的总和缝计算长度的总和 N NN N lw lw 或直接由下式计算：或直接由下式计算： w f fe w N f h l 图中：图中： 2 w ffwe Nflh 4 w ff we NN f l h 24 w f feww e N f hll h 或或 N NN N lw lw 采用三面围

33、焊连接（菱形盖板）采用三面围焊连接（菱形盖板） w f fe w N f h l 312 244 w f fewwefew N f hll hhl N NN N lw1 lw3 3 lw2 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊， 或三面围焊，特殊情况也允许采用或三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊。腹杆受轴心力作形围焊。腹杆受轴心力作 用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与 角钢杆件的轴线重合。角钢杆件的轴线重合。 （3 3）承受轴心力的角钢角焊缝连接）承受轴

34、心力的角钢角焊缝连接 如左图钢桁架节点，弦如左图钢桁架节点，弦 杆和腹杆采用双角钢组成的杆和腹杆采用双角钢组成的T 形截面，腹杆通过节点板与形截面，腹杆通过节点板与 弦杆连接。弦杆连接。 6-1106-110 10-15010-150 6-1106-110 10-15010-150 8 8 170170190190 130130 120120 285 25285 25 仅用侧面焊缝连接仅用侧面焊缝连接 NNN 21 12 -N eNb e 解上式，得解上式，得 由力及力矩平衡得：由力及力矩平衡得： （3-143-14） 11 b e NNk N b 肢背焊缝肢背焊缝 x xx x lw1 w1

35、 lw2 w2 N N N N1 1 N N2 2 c b 肢尖焊缝肢尖焊缝 22 e NNk N b （3-153-15） k1角钢肢背焊缝的内力分配系数；角钢肢背焊缝的内力分配系数； k2角钢肢尖焊缝的内力分配系数。角钢肢尖焊缝的内力分配系数。 式中：式中： 在在N1、N2作用下，作用下，肢背、肢尖焊肢背、肢尖焊缝的计算长度为：缝的计算长度为： （3-163-16） 1 w1 w f1f 20.7 N l hf 2 w 2 w f 2f 20.7 N l hf （3-173-17） hf1肢背焊缝的焊角尺寸；肢背焊缝的焊角尺寸； hf2肢尖焊缝的焊角尺寸。肢尖焊缝的焊角尺寸。 式中：式中：

36、 角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数 0.350.350.650.65 不等边角钢不等边角钢 （长边相连）（长边相连） 0.250.250.750.75 不等边角钢不等边角钢 （短边相连）（短边相连） 0.30.30.70.7等边角钢等边角钢 肢尖肢尖 k2肢背肢背 k1 内力分配系数内力分配系数 截面及连接情况截面及连接情况 采用三面围焊采用三面围焊 设计时先假定正面角焊缝的焊脚尺寸设计时先假定正面角焊缝的焊脚尺寸h f3 ，并求出它，并求出它 所分担的内力所分担的内力N3 ： w fff33 7 . 02fbhN（3-183-18） 通过平衡关系，可得肢背

37、和肢尖焊缝通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担的内力分担的内力为为: : x xx x lw1 w1 lw2 w2 N N N N1 1 N N2 2 c bN N3 3 利用式利用式3-16和和3-17可得可得肢背、肢尖焊肢背、肢尖焊缝的计算长度。缝的计算长度。 113 1 2 Nk NN 肢背焊缝肢背焊缝（3-193-19） 223 1 2 Nk NN 肢尖焊缝肢尖焊缝 （3-203-20） 采用采用L形围焊形围焊 x xx x lw1 w1 N N N N1 1 c bN N3 3 令令N20，由式，由式3-20，得：，得： L形围焊角焊缝计算公式为：形围焊角焊缝计算公式为： （3-22

38、3-22） 13 NNN 若求出得若求出得hf3大于大于hfmax , ,则不能采用则不能采用L形围焊形围焊 32 2Nk N（3-213-21） 由水平平衡关系，得：由水平平衡关系，得： 1 w1 w f1f 3 f 3 w ffw3 20.7 20.7 N l hf N h fl （3-233-23） （3-243-24） w3f 3 lbh 未采用绕角焊时未采用绕角焊时 采用绕角焊时采用绕角焊时 w3 lb 2 2、受弯矩、受弯矩M 、轴力、轴力N 、剪力、剪力V联合作用的角焊缝计算联合作用的角焊缝计算 （1 1）偏心斜拉力作用）偏心斜拉力作用 在偏心斜拉力作用下，角焊缝可看作同时承受轴

39、心在偏心斜拉力作用下，角焊缝可看作同时承受轴心 力力Nx、剪力、剪力Ny和弯矩和弯矩M=Nxe的共同作用。的共同作用。 有效截面有效截面 he e lw A M=NM=Nx xe e N Nx x A A N N N Ny y e e A 由由N Nx x由由N Ny y A 由由M M xx N ee w 2 NN Ah l 由轴心拉力由轴心拉力Nx产生的应力：产生的应力： 由弯矩由弯矩M产生的最大应力：产生的最大应力： M 2 ee w 6 2 MM Wh l x fA 2 e we w 6 22 NM h lh l 因因A点应力为最大，所以是设计控制点。对点应力为最大，所以是设计控制点。

40、对A点：点： A点由轴心拉力点由轴心拉力Nx和弯矩和弯矩M产生的应力方向相同，产生的应力方向相同， 直接叠加得：直接叠加得： A点由剪力点由剪力Ny产生的应力：产生的应力： yy fA ee w 2 NN Ah l 2 2w fA fAf f f 则角焊缝强度计算公式为：则角焊缝强度计算公式为： （2 2）V、M共同作用下角焊缝强度计算共同作用下角焊缝强度计算 假设：腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩由全部焊缝承受假设：腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩由全部焊缝承受 对于翼缘最外纤维对于翼缘最外纤维1点处：点处： w 1 f1ff w 2 hM f I f2 f2 f1 f1 M M V V 1 1 腹

41、板焊缝腹板焊缝 f f1 1 2 2 翼缘焊缝翼缘焊缝 x xx x h h1 1h h2 2 式中式中: :Iw全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩； h1上、下翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离。上、下翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离。 对对翼缘与腹板焊缝交点翼缘与腹板焊缝交点2处：处： 2 f2 w 2 hM I f2 e2 w2 V h l （） h2 腹板焊缝的实际长度；腹板焊缝的实际长度； lw2腹板焊缝的计算长度；腹板焊缝的计算长度； he2腹板焊缝有效截面高度；腹板焊缝有效截面高度； 式中：式中： e2 w2 h l （）腹板焊缝有效截面面积之和。腹

42、板焊缝有效截面面积之和。 则腹板焊缝在则腹板焊缝在2点的强度验算式为：点的强度验算式为： 2 2w f2 f2f f f 工字梁与钢柱翼缘角焊缝的连接另一种计算方法是工字梁与钢柱翼缘角焊缝的连接另一种计算方法是 假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，此假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，此 时弯矩时弯矩M化为一对水平力化为一对水平力H=M/h。则：。则： 腹板焊缝的强度计算式：腹板焊缝的强度计算式： w ff e2 w2 2 H f h l w fff e1 w1 H f h l 翼缘焊缝的强度计算式：翼缘焊缝的强度计算式： （3 3）承受扭矩与剪力联合作用的角焊缝计算）承受

43、扭矩与剪力联合作用的角焊缝计算 搭接搭接扭矩扭矩 顶接顶接弯矩弯矩 注意区分偏心受力时：注意区分偏心受力时： Vy Vy O O r r r r T T x xx x Tx Tx Ty Ty A A y y y y A A r r1 1 r ry y 0.7h0.7hf f 0.7h0.7hf f x xx x l lt t x x0 0 y y y y l l2 2 e e1 1e e2 2 A A V V T T A A r r r r T T 将将F向焊缝群形心简化得向焊缝群形心简化得: : 剪力：剪力：V=F 扭矩：扭矩：T=F(e1+e2) 计算时按弹性理论假定计算时按弹性理论假定:

44、 : 被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心O O旋转的趋旋转的趋 势，而焊缝本身为弹性。势，而焊缝本身为弹性。 扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直 于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度r成正比。成正比。 在轴心力在轴心力V V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。作用下，焊缝群上的应力均匀分布。 经过分析，可知：经过分析，可知：A点和点和A点为该连接的设计控制点点为该连接的设计控制点 T Pxy T rT r III T T作用下作用下A A点应力点应力: : 将其沿将其沿x轴和

45、轴和y轴分解轴分解: : sin cos yy TxT PP xx TyT PP rT r T r IrI rT rT r IrI Ip为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，Ip=Ix+Iy Ix，Iy焊缝计算截面对焊缝计算截面对x x、y y轴的惯性矩；轴的惯性矩； rx，ry为焊缝形心到焊缝验算点为焊缝形心到焊缝验算点A A的距离在的距离在x、y方向方向 的投影长度。的投影长度。 剪力剪力V作用下，作用下，A点应力点应力: : Vy e w V h l A点垂直于焊缝长度方向的应力为点垂直于焊缝长度方向的应力为: f= Ty+ Vy ， 平行于焊缝长度方向的应力为

46、平行于焊缝长度方向的应力为: : f = Tx 则则A点强度验算公式：点强度验算公式： w ff f f f 2 2 即：即： 2 2TyVyw Txf f f 8 f hmm 155, w lmm 【例例3.1】 试验算图试验算图3.22所示直角角焊缝的强度。已知焊缝承受的所示直角角焊缝的强度。已知焊缝承受的 静态斜向力静态斜向力N=280kN( (设计值设计值) )， , ,角焊缝的焊角尺角焊缝的焊角尺 寸寸 , ,实际长度实际长度 钢材为钢材为Q235B，手工，手工 焊，焊条为焊，焊条为E43型。型。 60 图图3.22 3.22 例例3.13.1图图 【例例3.2】 试设计用拼接盖板的

47、对接连接（图试设计用拼接盖板的对接连接（图3.24）。已知钢板宽）。已知钢板宽 B=270mm,厚度厚度t1=28mm, ,拼接盖板度拼接盖板度, , t2=16mm, ,该连接承受该连接承受 的静态轴心力的静态轴心力N=1400kN（设计值）（设计值）, ,钢材为钢材为Q235B，手工焊，手工焊， 焊条为焊条为E43型。型。 【例例3.33.3】 试确定图试确定图3.25所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及 肢尖焊缝的长度。已知角钢为肢尖焊缝的长度。已知角钢为212510, ,与厚度为与厚度为8mm的节点的节点 板连接板连接, ,其肢背搭接长度

48、为其肢背搭接长度为300mm, ,焊脚尺寸均为焊脚尺寸均为hf=8mm, ,钢材为钢材为 Q235B, ,手工焊手工焊, ,焊条为焊条为E43型。型。 第第3.43.4节节 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算 1. 1. 对接焊缝的构造对接焊缝的构造 2. 2. 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 本节目录本节目录 一一 对接焊缝的构造对接焊缝的构造 (1) (1)对手工焊，对手工焊，焊件厚度焊件厚度t6mm；对埋弧焊；对埋弧焊 t10mm时可不做坡口，采用直边缝。时可不做坡口，采用直边缝。 1 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式 对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡对接焊缝的

49、焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡 口形式与焊件厚度有关。口形式与焊件厚度有关。 C=0.5C=0.52mm2mm 直边缝直边缝 (2) (2)当当焊件厚度焊件厚度t=720mm时，宜采用单边时，宜采用单边V V形形或双或双 边边V形坡口形坡口。 (3) (3) 当当t20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。 U U形坡口形坡口 C=3C=34mm4mmp p C=3C=34mm4mm p p K K形坡口形坡口 C=2C=23mm3mm 单边单边V V形坡口形坡口 C=2C=23mm3mm 双边双边V V形坡口形坡口 p p 2 2、对接焊缝的优缺点、对接焊缝的优缺

50、点 优点：用料经济、力线不弯折、传力均匀、无明显的优点：用料经济、力线不弯折、传力均匀、无明显的 应力集中，利于承受动力荷载。应力集中，利于承受动力荷载。 缺点：经常需开坡剖口，焊件下料精度要求高。缺点：经常需开坡剖口，焊件下料精度要求高。 3 3、对接焊缝的构造处理、对接焊缝的构造处理 （1 1）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷， 故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。 引弧板和引出板引弧板和引出板 引弧板引弧板 引出板引出板 C=3C=34mm4mm p p X X形坡口形坡口 （2 2）当板

51、件厚度或宽度在一侧相差大于）当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，时， 应做坡度不大于应做坡度不大于1:2.51:2.5的斜角，以平缓过度，减小应力的斜角，以平缓过度，减小应力 集中。对于直接受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构，集中。对于直接受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构， 斜角坡度应不大于斜角坡度应不大于1:4。 改变宽度改变宽度 1:2.51:2.5 1:2.51:2.5 改变厚度改变厚度 1:2.51:2.5 二二 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 对接焊缝分为：焊透和部分焊透两种，后面不做特对接焊缝分为：焊透和部分焊透两种，后面不做特 殊说明，均指焊透的对接焊缝。殊说明，均指焊透的对

52、接焊缝。 对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构 件强度计算相同。件强度计算相同。 1 1、轴心受力的对接焊缝、轴心受力的对接焊缝 ww tc w N ff l t 或 lw焊缝计算长度，无引弧板和引出板时，焊缝计算焊缝计算长度，无引弧板和引出板时，焊缝计算 长度取实际长度减去长度取实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。；有引弧板时，取实际长度。 t连接件的较小厚度，对连接件的较小厚度，对T形接头为腹板的厚度形接头为腹板的厚度 。 ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。 t t a a N N N N

53、 N N N N （2 2）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况：）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况： 没有引弧板时需要计算；没有引弧板时需要计算； 受拉情况下的三级焊缝。受拉情况下的三级焊缝。 其余：其余： w t ff w c ff w vv ff （1 1）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受 剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强， 不用计算。不用计算。 受拉三级对接焊缝受拉三级对接焊缝以以5N/mm2倍数取整倍数取整0.85 w t ff 说明：说明： （3 3）当不

54、满足上式时，可采用斜对接焊缝连接，如）当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接，如 下：下： w c w t sin ff tl N w 或 w v w f tl N cos lw斜焊缝计算长度。设引弧板时，斜焊缝计算长度。设引弧板时，lwb/sin；不；不 设引弧板时，设引弧板时，lwb/sin2t。 fvw对接焊缝抗剪设计强度。对接焊缝抗剪设计强度。 经计算，当经计算，当tg1.5时，对接斜焊缝强度不低于母材，时，对接斜焊缝强度不低于母材， 可不用检算。可不用检算。 t t a a N N N N N N N N 2 2、承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝、承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 焊缝

55、内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力 与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值 应分别满足下列强度条件应分别满足下列强度条件： w V ww w max 2 3 f tl V tI VS w maxt 2 w 6 w MM f Wl t （1 1）板件间对接连接）板件间对接连接 lw t t M M V VV V M M lw t t M 焊缝承受的设计弯矩；焊缝承受的设计弯矩； Ww焊缝计算截面模量。焊缝计算截面模量。 V 焊缝承受的设计剪力；焊缝承受的设计剪力； Iw 焊缝计算截面惯性矩

56、；焊缝计算截面惯性矩； Sw 计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对 中和轴的面积矩。中和轴的面积矩。 （2 2）工字形截面梁对接连接计算）工字形截面梁对接连接计算 对于工字形截面梁的对接接头，除应分别验算最大正应力对于工字形截面梁的对接接头，除应分别验算最大正应力 与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力：与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力： max w t w M f W max max w V w VS f I t w t 2 1 2 1 1 . 13f （2 2）工字形截面梁对接连接计算）工字形截面梁对接连接计算 式中

57、：式中： 1、 1为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。 1.1考虑到最大折算应力只在局部出现，故将强考虑到最大折算应力只在局部出现，故将强 度设计值适当提高。度设计值适当提高。 计算截面计算截面 翼缘与腹板交接处翼缘与腹板交接处 1 1 max max 1 1 max max M M M MV V V V 3 3、承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝、承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用 下产生剪应力，其计算公式为：下产生剪应力，其计算公式为： maxmax w

58、 NMt ww NM f AW ， 1 1 max max 1 1 max max 柱柱 牛腿牛腿 N N V V 1 1 焊缝计算截面焊缝计算截面 max max 由由M=VeM=Ve e e 由由N N由由V V h h0 0 h h t t max max w V w VS f I t 22 NM11 31.1 w t f（+） 腹板与翼缘交界处的折算应力腹板与翼缘交界处的折算应力: : tI VS w 1 1 h h W M 0 w M1 式中式中 焊透的对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊透的对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少， 焊缝强度要否折减外，其计算方法与母材的强度计算完

59、焊缝强度要否折减外，其计算方法与母材的强度计算完 全相同。全相同。 【例例3.83.8】试验算下图所示钢板的对接焊缝的强度。图中试验算下图所示钢板的对接焊缝的强度。图中 a=540mm,t=22mm,a=540mm,t=22mm,轴心力的设计值为轴心力的设计值为N=2150kNN=2150kN。钢材为。钢材为 Q235BQ235B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43E43型，焊缝为三级检验标准型，焊缝为三级检验标准, ,施施 焊时加引弧板和引出板。焊时加引弧板和引出板。 例例3.83.8图图 【解解】由附表由附表1.21.2可知，可知， w2w2 tv 175N mm ,120N mmff。

60、 直缝连接其计算长度直缝连接其计算长度 w 540mml ，焊缝正应力为：，焊缝正应力为： 3 2w2 t w 2150 10 181.0N mm175N mm 540 22 f l t N = 不满足要求不满足要求, ,改用斜对接焊缝改用斜对接焊缝, ,取截割斜度为取截割斜度为1.5:11.5:1，即，即 56 w 540 651mm sinsin56 a l 故此时焊缝的正应力为：故此时焊缝的正应力为： 3 2w2 t w sin2150 10sin56 124.5N mm175N mm 651 22 f l t N = ，焊缝长度，焊缝长度: : 剪应力为：剪应力为： 3 2w2 v w