第3章钢结构连接 经典

1、第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接本章主要内容：本章主要内容：3.1 连接方法连接方法 3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算3.5 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形3.6 螺栓连接的构造要求螺栓连接的构造要求3.7 普通螺栓连接计算普通螺栓连接计算 3.7.1 螺栓连接的受力形式螺栓连接的受力形式 3.7.2 普通螺栓普通螺栓抗剪抗剪连接连接 3.7.3 普通螺栓普通螺栓抗拉抗拉连接连接 3.7.4 普通螺栓普通螺栓抗拉抗拉、剪联剪联联合作用联合作用本章主要内容：本章主要内容：3.8 高

2、强度螺栓连接的连接计算高强度螺栓连接的连接计算 3.8.1 高强度螺栓的分类和构造要求高强度螺栓的分类和构造要求 3.8.2 高强度螺栓的工作性能及单栓承载力高强度螺栓的工作性能及单栓承载力 3.8.3 高强度螺栓群的高强度螺栓群的抗剪抗剪计算计算 3.8.4 高强度螺栓群的高强度螺栓群的抗拉抗拉计算计算 3.8.5 高强度螺栓群在高强度螺栓群在拉力拉力和和剪力剪力共同作用下的连接计算共同作用下的连接计算 3.8.6高强度螺栓群在高强度螺栓群在拉力拉力、弯矩弯矩和和剪力剪力共同作用下的连接计算共同作用下的连接计算3.9 混合连接混合连接3.1 连接方法连接方法u钢结构的构件制作和整体安装都离不

3、开零部件和构件钢结构的构件制作和整体安装都离不开零部件和构件之间的连接（之间的连接（connection）。钢结构主要的连接方法有）。钢结构主要的连接方法有焊接连接焊接连接铆钉连接铆钉连接 螺栓连接螺栓连接（1）焊接连接焊接连接（2）螺栓连接螺栓连接（3）铆钉连接铆钉连接焊接连接焊接连接铆钉连接铆钉连接铆钉铆钉螺栓连接螺栓连接螺栓螺栓（1） 焊接连接焊接连接 u在被连接金属件之间的缝隙区域，通过高温使在被连接金属件之间的缝隙区域，通过高温使被连接金属被连接金属与与填填充金属充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接的工艺过程称为熔融结合，冷却后形成牢固连接的工艺过程称为焊接连接焊接连接（welded

4、connection），填充金属带称为），填充金属带称为焊缝焊缝。u焊接连接不削弱构件截面，接头紧凑，可以采用自动化操作，焊接连接不削弱构件截面，接头紧凑，可以采用自动化操作，是是现代钢结构最主要的连接方法现代钢结构最主要的连接方法。u但是，由于焊缝附近高温作用而形成的但是，由于焊缝附近高温作用而形成的热影响区热影响区，使钢材的金，使钢材的金相组织和力学性能发生变化，材质变脆，一旦局部发生裂纹很容相组织和力学性能发生变化，材质变脆，一旦局部发生裂纹很容易扩展，尤其在低温下易发生脆断；另外，焊接过程中会产生易扩展，尤其在低温下易发生脆断；另外，焊接过程中会产生焊焊接应力接应力和和焊接变形焊接变形

5、，对结构的工作性能往往有不利影响。，对结构的工作性能往往有不利影响。3.1 连接方法连接方法视频：焊缝视频：焊缝优点：优点：不削弱截面，方便施工，连接刚度大；不削弱截面，方便施工，连接刚度大；缺点：缺点：材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。 对接焊缝连接对接焊缝连接角焊缝连接角焊缝连接3.1 连接方法连接方法焊接连接焊接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接连接焊接连接是现代钢结构是现代钢结构最基本最基本的连接方式，应用最广泛。的连接方式，应用最广泛。N3.1 连接方法连接方法（2） 螺栓连接螺栓连接螺栓连接需要在被连接间上螺栓连接需要在被连接

6、间上钻孔钻孔，装上，装上螺杆螺杆、拧紧、拧紧螺帽螺帽进行连接。进行连接。动画：螺栓与螺母动画：螺栓与螺母u螺栓（螺栓（bolt）分为）分为普通螺栓普通螺栓和和高强度螺栓高强度螺栓两类。两类。u 普通螺栓普通螺栓：分为：分为A、B、C三级。三级。A、B级螺栓称为精制螺栓，级螺栓称为精制螺栓，成本较高，其性能等级为成本较高，其性能等级为8.8级（表示抗拉强度不小于级（表示抗拉强度不小于800N/mm2，屈服点与抗拉强度之比为，屈服点与抗拉强度之比为0.8)； C级螺栓为粗制螺级螺栓为粗制螺栓，成本低，其性能等级为栓，成本低，其性能等级为4.6级或级或4.8级。级。u高强螺栓高强螺栓：高强度螺栓用优

7、质碳素钢或低合金钢制作，并经：高强度螺栓用优质碳素钢或低合金钢制作，并经过热处理，材料性能等级达到过热处理，材料性能等级达到8.8级以上。高强度螺栓按工作性级以上。高强度螺栓按工作性能不同，又分为能不同，又分为摩擦型连接摩擦型连接和和承压型连接承压型连接。 视频：螺栓、螺母的生产视频：螺栓、螺母的生产3.1 连接方法连接方法（3）铆钉连接）铆钉连接铆钉（铆钉（rivet）连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合，）连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合，常用常用加热铆合加热铆合，也可在常温下铆合。，也可在常温下铆合。铆钉连接的塑性、韧性较好，连接变形小，承受动力荷载时铆钉连接的塑性、韧性较好

8、，连接变形小，承受动力荷载时抗疲劳性能好，抗疲劳性能好，适合于重型和直接承受动力荷载的结构适合于重型和直接承受动力荷载的结构。由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很少采用很少采用。3.1 连接方法连接方法视频：铆钉机铆接过程视频：铆钉机铆接过程3.2.1 钢结构的焊接方法钢结构的焊接方法u常用：电弧焊常用：电弧焊手工电弧焊、自动手工电弧焊、自动(或半自或半自动动)埋弧焊埋弧焊，气体保护焊及电阻焊，气体保护焊及电阻焊 。1.手工电弧焊手工电弧焊原理：利用电弧产生热量原理：利用电弧产生热量 熔化焊条和母材形熔化焊条和母材形 成焊缝。成焊缝。 焊机焊机导线

9、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视频：手工电弧焊视频：手工电弧焊3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式A、焊条的选择：、焊条的选择：焊条应与焊件钢材相适应。焊条应与焊件钢材相适应。如：如： Q235-E4328；Q345-E5048；Q390-E5518B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法： E焊条焊条(Electrode)第第1、2位数字为熔融金属的最小抗拉强度（位数字为熔融金属的最小抗拉强度（10N/mm2)第第3、4适用焊接位置、电流及药皮的类型。适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度低强度钢材相适

10、应的焊条。钢材相适应的焊条。优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；优点：方便，特别在高空和野外作业，小型焊接；缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。缺点：质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，效率低。C、优、缺点：、优、缺点：3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式视频：焊条视频：焊条2.埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊视频：埋弧自动焊视频：埋弧自动焊3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式 埋弧焊的焊条应与焊件钢材相匹配，如：埋弧焊的焊条应与焊件钢材相匹配，如

11、：Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn送送丝丝器器机机器器3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式视频：焊丝视频：焊丝小结：小结：A、焊丝的选择应与焊件等强度。、焊丝的选择应与焊件等强度。B、优、缺点：、优、缺点： 优点优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。焊接质量好。 缺点缺点：设备投资大，施工位置受限等。：设备投资大，施工位置受限等。3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式3.气体保护焊气体保护焊气体保护焊简称气体保护焊简称气电焊气电焊，是利用，是利用惰性气体（如氩惰

12、性气体（如氩气）气）或或二氧化碳气体二氧化碳气体作为保护介质，在电弧周围造作为保护介质，在电弧周围造成局部的保护层，使被熔化的钢材不与空气接触，成局部的保护层，使被熔化的钢材不与空气接触，因而电弧加热集中，焊接速度快，熔化深度大，焊因而电弧加热集中，焊接速度快，熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。缝强度高，塑性好。 视频：视频：CO2气体保护焊气体保护焊3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式视频：氩弧焊视频：氩弧焊4.电阻焊电阻焊 电阻焊是利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量电阻焊是利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。冷弯薄壁型钢的焊接常用来熔

13、化金属，再通过压力使其焊合。冷弯薄壁型钢的焊接常用这种接触点焊这种接触点焊(如图如图)。电阻焊适用于。电阻焊适用于板叠厚度不超过板叠厚度不超过12mm的焊的焊接。接。视频：电阻焊视频：电阻焊3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式电阻焊电阻焊 主体金属主体金属焊缝焊缝夹具夹具3.2.2 焊缝形式及焊接连接形式焊缝形式及焊接连接形式焊缝形式主要有两种：焊缝形式主要有两种：对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角焊缝 焊缝形式焊缝形式角焊缝角焊缝 对接焊缝对接焊缝 3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式按施焊时焊工所持焊条与焊件间的相对位置关系，焊缝还分为：按施焊时焊工所持焊条与焊件间的相对位置关系

14、，焊缝还分为： 焊缝施焊位置焊缝施焊位置 平焊平焊 横焊横焊 立焊立焊仰焊仰焊 3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式仰焊仰焊横焊横焊平焊平焊立焊立焊角焊缝按施焊位置或表示为：角焊缝按施焊位置或表示为：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3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式仰焊仰焊连接形式连接形式平接平接 搭接搭接 T T形连接形连接 角接角接 3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式(a)(c)(b)(d)(e)(f)(g)(h)(i)除上述主要形式外，有时还采用除上述主要形式外，有时还采用焊钉焊钉和和

15、槽焊槽焊。即在板件上加工出即在板件上加工出圆孔圆孔或或槽孔槽孔，在孔内进行，在孔内进行部分或全部焊接部分或全部焊接。焊钉和槽焊用于搭接连接可以传递剪力焊钉和槽焊用于搭接连接可以传递剪力，或用于防止搭接部分，或用于防止搭接部分的鼓曲，或用于组装件的连接。的鼓曲，或用于组装件的连接。3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式焊钉焊钉槽焊槽焊3.2.3 焊缝缺陷和焊缝质量检验焊缝缺陷和焊缝质量检验（1）焊缝缺陷）焊缝缺陷焊缝的常见缺陷：焊缝的常见缺陷： 裂纹裂纹是焊缝连接中是焊缝连接中最危险的缺陷最危险的缺陷（defect）。按裂纹产生的）。按裂纹产生的时间，可分为时间，可分为热裂纹热裂纹和和冷裂

16、纹冷裂纹。 3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式气孔气孔夹碴夹碴未焊透未焊透咬边咬边焊瘤焊瘤冷裂纹冷裂纹热裂纹热裂纹（2） 焊缝质量检验与焊缝强度焊缝质量检验与焊缝强度 焊缝检验就是检验焊缝及焊接热影响区域的有无各种缺焊缝检验就是检验焊缝及焊接热影响区域的有无各种缺陷，并作出相应的处理，评价焊接质量、性能是否达到设陷，并作出相应的处理，评价焊接质量、性能是否达到设计要求，确保焊缝安全可靠。计要求，确保焊缝安全可靠。3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式焊缝质量检查焊缝质量检查外观检查：外观检查：检查外观缺陷检查外观缺陷和和几何尺寸；几何尺寸；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺

17、陷。检验内部缺陷。内部检验主要采用内部检验主要采用超声波超声波，有时还用有时还用磁粉检验、荧光磁粉检验、荧光检验检验等辅助检验方法。还等辅助检验方法。还可以采用可以采用X射线射线或或射线射线透透照或拍片。照或拍片。3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式钢结构工程施工钢结构工程施工质量质量验收规范验收规范(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。三级焊缝三级焊缝：规定只对全部焊缝作外观质量检查，即检查焊缝尺规定只对全部焊缝作外观质量检查，即检查焊缝尺寸和外观缺陷（表面裂纹、焊瘤、气孔、咬边等）是否

18、符合焊寸和外观缺陷（表面裂纹、焊瘤、气孔、咬边等）是否符合焊缝质量三级标准的要求；缝质量三级标准的要求；二级焊缝二级焊缝：除了作焊缝外观检查，还需对除了作焊缝外观检查，还需对20%的焊缝作的焊缝作超声波检查。超声波检查。一级焊缝一级焊缝：除了作焊缝外观检查，还需对全部焊缝作超声波检除了作焊缝外观检查，还需对全部焊缝作超声波检查，当超声波探伤不能对缺陷作出判断时，还应按查，当超声波探伤不能对缺陷作出判断时，还应按金属熔金属熔化焊焊接接头射线照相化焊焊接接头射线照相（GB/T 33232005），还要求作），还要求作X射线检查。射线检查。3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式uGB50017

19、-2003钢结构设计规范钢结构设计规范还规定焊缝应根据结还规定焊缝应根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况，按下列原则分别选用不同的质量等级。态等情况，按下列原则分别选用不同的质量等级。（1）需要计算疲劳的构件：需要计算疲劳的构件：垂直于作用力方向的横向对接垂直于作用力方向的横向对接焊缝或焊缝或T形接头对接与角接组合焊缝，受拉时为一级，受压形接头对接与角接组合焊缝，受拉时为一级，受压时为二级；平行于作用力方向的纵向对接焊缝为二级时为二级；平行于作用力方向的纵向对接焊缝为二级。（2）不需要计算疲劳的构件：不需要计算疲劳的

20、构件：凡要求与母材等强的对接焊凡要求与母材等强的对接焊缝，受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。缝，受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式（3）重级工作制和起重量重级工作制和起重量Q50t的中级工作制的中级工作制吊车梁吊车梁：腹：腹板与上翼缘之间，以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的全板与上翼缘之间，以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的全焊透焊透T形接头对接与角接组合焊缝，形接头对接与角接组合焊缝，不应低于二级不应低于二级。（4）T形接头形接头的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，的角焊缝或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及以及搭接连接搭接连接的角焊缝，在用于

21、的角焊缝，在用于直接承受动力荷载直接承受动力荷载且需要计且需要计算算疲劳疲劳的结构和起重量的结构和起重量Q50t的中级工作制吊车梁时，外观的中级工作制吊车梁时，外观质量应质量应符合二级符合二级。在用于其他结构时，外观质量可为三级。在用于其他结构时，外观质量可为三级。3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式3.2.4 焊缝代号焊缝代号 焊缝代号用于钢结构施工图上对焊缝进行标注，标明焊缝焊缝代号用于钢结构施工图上对焊缝进行标注，标明焊缝形式、尺寸和辅助要求。常用焊缝代号和标注方法如下：形式、尺寸和辅助要求。常用焊缝代号和标注方法如下： hfhfhfhfccpccphfhf焊缝代号及标注方法焊缝

22、代号及标注方法3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式u焊缝分布比较复杂或用上述注标方法不能表达清楚时，可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，在图上加在标注焊缝代号的同时，在图上加栅线表示焊缝栅线表示焊缝。 3.2 焊接方法和焊缝形式焊接方法和焊缝形式焊缝符号及标注方法焊缝符号及标注方法焊缝符号表示法焊缝符号表示法（GB/T324-1988）建筑结构制图标准建筑结构制图标准（GB/T50105-2001）（a）正面焊缝）正面焊缝（b）背面焊缝）背面焊缝（c）安装焊缝）安装焊缝（d）背面安装焊缝）背面安装焊缝3.3.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造 对接焊

23、缝常做成带坡口的形式，故又称为坡口焊缝。常用的对接焊缝常做成带坡口的形式，故又称为坡口焊缝。常用的坡口形式有坡口形式有直边形、单边直边形、单边V形、形、V形、形、U形、形、K形和形和X形形(如下图如下图)。做坡口是为了便于施焊，保证焊接质量，应根据焊件的厚度选做坡口是为了便于施焊，保证焊接质量，应根据焊件的厚度选用不同的坡口形式。用不同的坡口形式。坡口形状参数坡口形状参数有：斜坡角度有：斜坡角度、钝边厚度、钝边厚度p和间隙宽度和间隙宽度c。3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算pppppc=0.52mmc=23mmc=23mmc=34mmc=34mmc=34mmu当焊件厚度当焊件厚度

24、t6mm(手工焊手工焊)或或t10mm(埋弧焊埋弧焊)时，可采用直时，可采用直边形焊缝；对于边形焊缝；对于一般厚度一般厚度（t820mm），可采用单边），可采用单边V或或V形焊缝，斜坡口和间隙形焊缝，斜坡口和间隙c形成一个焊条能够施焊的空间，使焊缝形成一个焊条能够施焊的空间，使焊缝易于焊透；易于焊透；对于厚度对于厚度t20mm，应采用施焊空间更大的，应采用施焊空间更大的U形、形、K形或形或X形焊缝。形焊缝。u当当间隙间隙c过大时过大时，为防止熔化金属溢出，可采用垫板，施焊成，为防止熔化金属溢出，可采用垫板，施焊成型后，垫板可除去，也可保留。型后，垫板可除去，也可保留。3.3 对接焊缝的构造和计

25、算对接焊缝的构造和计算b=0.52mm（直边缝）（直边缝）b=23mm（单边（单边V）b=23mm（V型）型）p（U型）型）b=34mmpb=34mmp（K型）型）b=34mmp（X型）型）温习：坡口形式温习：坡口形式视频：对接接头的坡口形式视频：对接接头的坡口形式对接焊缝加引弧板对接焊缝加引弧板u对接焊缝的两端，常因不能熔透而出现凹形的焊口，焊口处对接焊缝的两端，常因不能熔透而出现凹形的焊口，焊口处常产生裂纹和应力集中。所以，对接焊缝施焊时应采用常产生裂纹和应力集中。所以，对接焊缝施焊时应采用引弧板引弧板消除此影响；消除此影响；u引弧板和引出板，焊后将它们割除；引弧板和引出板，焊后将它们割除

26、；u在一些特殊情况下无法采用引弧板时（如在一些特殊情况下无法采用引弧板时（如T形接头的对接焊形接头的对接焊缝），每条焊缝的缝），每条焊缝的计算长度（有效长度）焊缝长度计算长度（有效长度）焊缝长度2t(t为较为较薄焊件的厚度薄焊件的厚度)。3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算引弧板引弧板u在对接焊缝的拼接处，当两块焊件的宽度或厚度相差在对接焊缝的拼接处，当两块焊件的宽度或厚度相差4mm以上时，应分别把较宽或较厚一侧的板件做成不大于以上时，应分别把较宽或较厚一侧的板件做成不大于1：2.5的的斜边与窄或薄的焊件焊接，使截面缓和过渡以斜边与窄或薄的焊件焊接，使截面缓和过渡以减小应力集中减小

27、应力集中。3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算1:2.51: 对接焊缝的强度计算对接焊缝的强度计算焊缝的强度计算，就是计算焊缝在各种受力情况下，是否满足焊缝的强度计算，就是计算焊缝在各种受力情况下，是否满足强度条件，保证连接的可靠性。强度条件，保证连接的可靠性。（1）对接焊缝受轴心力作用）对接焊缝受轴心力作用对接焊缝与轴力垂直时，焊缝截面的应力均匀分布，强度计算对接焊缝与轴力垂直时，焊缝截面的应力均匀分布，强度计算公式为：公式为：wwtcwNffl t 或或式中式中 N 轴心拉力或压力；轴心拉力或压力； lw 焊缝的焊缝的计算长度计算长度。未。未使用引弧板时，使用引

28、弧板时， lw l2t，采，采用引弧板时用引弧板时 lwl; 3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算NNltl 焊缝的几何长度；焊缝的几何长度；t 被连接件的较小厚度，在被连接件的较小厚度，在T形连接中为腹板厚度形连接中为腹板厚度;ftw、 fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（查附表）对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（查附表）。对于焊缝质量等级为一、二级的对接焊缝，其强度与钢对于焊缝质量等级为一、二级的对接焊缝，其强度与钢材强度相等。因此，如果连接中使用了引弧板，则钢材强材强度相等。因此，如果连接中使用了引弧板，则钢材强度满足焊缝强度就满足，可不验算。度满足焊缝强度就满足，可不验算。

29、而焊缝质量为三级的焊缝，其强度低于钢材强度，必须而焊缝质量为三级的焊缝，其强度低于钢材强度，必须按公式计算。按公式计算。 3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算u如果直焊缝的强度不满足，可使用如果直焊缝的强度不满足，可使用斜对接焊缝斜对接焊缝（如图），使（如图），使焊缝的长度增加，应力减小。若取焊缝与与作用力之间的夹角焊缝的长度增加，应力减小。若取焊缝与与作用力之间的夹角56.3o（tan 1.5），斜焊缝的强度不会低于钢材，可以不），斜焊缝的强度不会低于钢材，可以不验算。验算。3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算NbtN（2）对接焊缝受弯矩、剪力共同作用）对接焊缝受弯矩

30、、剪力共同作用u用对接焊缝连接的工字形截面梁，焊缝受用对接焊缝连接的工字形截面梁，焊缝受弯矩弯矩和和剪力剪力共同作用。共同作用。u截面上正应力、剪应力分布如图示，在上、下翼缘边有最大正应截面上正应力、剪应力分布如图示，在上、下翼缘边有最大正应力，在腹板中部有最大剪应力，且都属于单向应力状态，可分别力，在腹板中部有最大剪应力，且都属于单向应力状态，可分别验算这两点的验算这两点的抗弯强度抗弯强度和和抗剪强度抗剪强度：wtwMfW wwvw wVSfI t 3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算MV另外，在另外，在翼缘与腹板相交处翼缘与腹板相交处，同时受较大正应力和剪应力，且，同时受较大正

31、应力和剪应力，且属于双向应力状态，该点的应力按折算应力计算。考虑到折算应属于双向应力状态，该点的应力按折算应力计算。考虑到折算应力只是在局部出现，力只是在局部出现，焊缝的强度设计值可提高焊缝的强度设计值可提高10，故得计算公故得计算公式如下：式如下：式中式中 Iw焊缝计算截面的惯性矩；焊缝计算截面的惯性矩； Sw计算剪应力处以外的焊缝计算截面对中和轴的面积矩；计算剪应力处以外的焊缝计算截面对中和轴的面积矩； Ww焊缝计算截面的抵抗矩；焊缝计算截面的抵抗矩； tw腹板厚度；腹板厚度； fvw对接焊缝的抗剪强度设计值。对接焊缝的抗剪强度设计值。3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算MV1

32、13.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算22w11t31.1f式中式中 1腹板与翼缘交接处由弯矩引起的正应力；腹板与翼缘交接处由弯矩引起的正应力； 1腹板与翼缘交接处的剪应力；腹板与翼缘交接处的剪应力；在翼缘与腹板相交处：在翼缘与腹板相交处：MV11（3）对接焊缝受轴心力、弯矩和剪力共同作用）对接焊缝受轴心力、弯矩和剪力共同作用 u将轴心力作用产生的正应力与弯矩产生的正应力叠加。此时，最将轴心力作用产生的正应力与弯矩产生的正应力叠加。此时，最大正应力在翼缘边，单向受力；其余部分均受正应力和剪应力作用，大正应力在翼缘边，单向受力；其余部分均受正应力和剪应力作用，属双向应力状态，其中属双

33、向应力状态，其中翼缘与腹板相交处翼缘与腹板相交处正应力和剪应力都较大。正应力和剪应力都较大。需对上述两点进行强度验算。需对上述两点进行强度验算。wwmaxNwtcwwmax32wwvwwNMffAWVSVfI tl t 或或A.对于焊缝的对于焊缝的max和和max应满足应满足3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算MVhh0NNN M 22131 1wNw1t. f （）B.对于翼缘与腹板交接点焊缝对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点点），其折算应力尚应，其折算应力尚应满足下式要求：满足下式要求：1.1考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。1

34、焊缝截面焊缝截面max11maxN3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪应力均对于梁柱节点处的牛腿，假定剪力由腹板承受，且剪应力均匀分布，其计算公式为：匀分布，其计算公式为：Aw牛腿处腹板的焊缝计算面积。牛腿处腹板的焊缝计算面积。wvwVfA 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，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。 3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算对接焊缝计算步骤对接焊缝计算步骤l确定荷载；

35、确定荷载；l进行截面应力状态分析；进行截面应力状态分析；l计算截面几何特征值；计算截面几何特征值；l强度验算。强度验算。确定最不利位置；确定最不利位置；wVwwwftIVS maxwteqf1 . 1322 wcwtorffmax3.3 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算11NMwwww wNMl tWVSI t max 1. 截面几何特征值计算截面几何特征值计算4633mm1028981210002401032250wI【例题【例题3.1】【解】【解】2501016161000MV366maxmm106163. 5516102898yIWwwmax 1 1 1361mm10032. 2

36、50816250wS361mm10282. 325010500wwSS验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。验算如图所示的钢板对接焊缝的连接。M=1008kN.m，V=240KN，钢，钢材材Q235，E43焊条，手工焊，质量等级为三级，采用引弧板。焊条，手工焊，质量等级为三级，采用引弧板。2. 焊缝强度计算焊缝强度计算max 1 max 1 2wV2wtN/mm125,N/mm185ff查表，wWMmaxtIVSwwmax66106163. 5101008满足。,N/mm185N/mm5 .17922wtf1010289810032. 210240663，满足。2wv2N/mm125N/mm2 .

37、27fhh0max1 wwwtISV 112N/mm9 .173103210005 .1791010289810032. 210240663 2N/mm8 .1621213 eq222N/mm3 .1768 .1639 .173，满足。2N/mm5 .2031851 . 11 . 1wtf验算如图所示牛腿与柱的对接焊缝连接。验算如图所示牛腿与柱的对接焊缝连接。F=170kN，钢材，钢材Q390，E55焊条，手工焊，质量等级为三级，不采用引弧板。焊条，手工焊，质量等级为三级，不采用引弧板。【例题【例题3.2】961012190max bM aM F1601201220010ba961012190

38、max bM aM 2. 荷载计算荷载计算kN170 FVmkN2 .27160. 0170MF160ba1. 截面几何特征值计算截面几何特征值计算【解】【解】46mm1005.1312 96 6 10 190 (95 12)68.9mm12 96 10 190cy 2mm190019010wA332296 12190 1019096 12 (68.96)190 10 (190 1268.9)12122wIxx0961219010yc3. 焊缝强度验算焊缝强度验算w2w2w2tcv300N/mm ,350N/mm ,205N/mmfff622max627.2 1068.9143.6N/mm30

39、0N/mm13.05 10awatwMyfI6max627.2 10(190 1268.9)13.05 10bbwMyI22N/mm350N/mm4 .277wcf32w2maxv170 1089.5N/mm205N/mm1900wVfA，满足。2222max3277.43 89.5beqM，满足。22N/mm3303001 . 11 . 1N/mm8 .317wtf961012190max bM aM 3.4.1 角焊缝的截面形式和受力性能角焊缝的截面形式和受力性能角焊缝截面形式可分为角焊缝截面形式可分为直角角焊缝直角角焊缝和和斜角角焊缝斜角角焊缝两类：两类：其中直角角焊缝的直角边边长其中直

40、角角焊缝的直角边边长hf称为称为焊脚尺寸焊脚尺寸；he称为焊称为焊缝的缝的有效厚度有效厚度，是计算角焊缝破坏面面积的参数之一，是计算角焊缝破坏面面积的参数之一 。 直角角焊缝及截面形式直角角焊缝及截面形式 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算(a)(a)等腰式等腰式(b)平坦式平坦式(c)凹面式凹面式hf1.5 hfhehfhfhehfhfhe重点：重点：直角角焊缝直角角焊缝和和构造构造和和计算计算。对于对于135o或或t2）。）。hf 1 .5t1t2hf t2t1t1 t23.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算当角焊缝贴着焊件板边缘施焊当角焊缝贴着焊件板边缘施焊时，为避免产生

41、时，为避免产生“咬边咬边”现象，现象，角焊缝的最大焊脚尺寸应符合图角焊缝的最大焊脚尺寸应符合图示要求：示要求： 圆孔或槽孔内角焊缝的最大圆孔或槽孔内角焊缝的最大焊脚尺寸为圆孔直径或槽孔短径焊脚尺寸为圆孔直径或槽孔短径的的1/3。3）最小计算长度）最小计算长度w,minf840mmlh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。 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算4）最大计算长度）最大计算长度 对侧面角焊缝对侧面角焊缝 承受承受静力荷载静力荷载或或间接承受动力荷载间接承受动力荷载时，时， 直接承受动力荷载直接承受动力荷载时，时， 在满足受力和构造要求的前提下，

42、从减小焊接热影响的角度在满足受力和构造要求的前提下，从减小焊接热影响的角度来说，应尽可能采用焊脚尺寸小而长度较长的焊缝。来说，应尽可能采用焊脚尺寸小而长度较长的焊缝。w,maxf60lhw,maxf40lh计算长度：计算长度：max,wwmin,wlllmax, ffmin, fhhh小结小结设计时，焊缝需满足：设计时，焊缝需满足：焊脚尺寸：焊脚尺寸：3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算5）其他构造要求）其他构造要求当板件的端部仅有两侧角焊缝连接时，为避免应力传递的当板件的端部仅有两侧角焊缝连接时，为避免应力传递的过分曲折而使构件中应力过分不均，应使过分曲折而使构件中应力过分不均，应使

43、每条侧面角焊缝长每条侧面角焊缝长度不小于两侧面角焊缝之间的距离度不小于两侧面角焊缝之间的距离b。3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算t1blw wbt2N2hf f钢板拱曲钢板拱曲N同时，为了避免因焊缝横向收缩，引起板件拱曲，应使同时，为了避免因焊缝横向收缩，引起板件拱曲，应使侧面角焊缝侧面角焊缝之间的距离之间的距离b不宜大于不宜大于16t(当当t12mm)或或190mm(当当t12mm)，t为较薄为较薄焊件厚度。若不能满足上述规定时，应加正面角焊缝或焊钉。焊件厚度。若不能满足上述规定时，应加正面角焊缝或焊钉。当角焊缝的端部在构件转角处时，为避免起、灭弧缺陷发生在应力当角焊缝的端部在构

44、件转角处时，为避免起、灭弧缺陷发生在应力集中较大的转角处，宜连续地集中较大的转角处，宜连续地绕过转角加焊绕过转角加焊2hf。在搭接连接中，在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不小于倍，且不小于25mm，以减小焊缝收缩应力和偏心产生的转动对连接的影响，以减小焊缝收缩应力和偏心产生的转动对连接的影响 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算LNNNN发生转动发生转动对次要构件且焊缝受力很小时，可采用对次要构件且焊缝受力很小时，可采用间断角焊缝连接间断角焊缝连接。间断。间断角焊缝长度角焊缝长度l必须大于必须大于10hf，且不小于，且不小于50mm；间

45、断角焊缝的间距；间断角焊缝的间距e不宜太长，以免因间断过大，使连接不紧密。不宜太长，以免因间断过大，使连接不紧密。 对受压构件：间距对受压构件：间距e 15t 对受拉构件：间距对受拉构件：间距e30t t较薄焊件的厚度。较薄焊件的厚度。 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算连续角焊缝连续角焊缝间断角焊缝间断角焊缝le 试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部喉部，故通常将，故通常将45o截面截面作为计算截面，作用在该截面上的应力如下图所示：作为计算截面，作用在该截面上的应力如下图所示：3.4.3 直角角焊缝计算的基本公式直角角焊缝计算的基本公式hfheh

46、h1h2dehelwH焊缝厚度、焊缝厚度、h1熔深熔深h2凸度、凸度、d焊趾、焊趾、e焊根焊根3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算u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，作如下假定和简化处理： 假定角焊缝破坏面与直角边的假定角焊缝破坏面与直角边的夹角为夹角为45o； 不计焊缝熔入焊件的深度和焊缝表面的弧线高度，偏安全地取破坏不计焊缝熔入焊件的深度和焊缝表面的弧线高度，偏安全地取破坏面上等腰三角形的高为直角角焊缝的面上等腰三角形的高为直角角焊缝的有效厚度有效厚度he， he=0.7hf。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

47、积称为破坏面的有效截面面积有效截面面积。角焊缝计算简图角焊缝计算简图3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的强度条件角焊缝的强度条件 ： 222w/u3f 式中式中垂直于焊缝有效截面的正应力；垂直于焊缝有效截面的正应力； 有效截面上垂直焊缝长度方向的剪应力；有效截面上垂直焊缝长度方向的剪应力； 有效截面上平行于焊缝长度方向的剪应力；有效截面上平行于焊缝长度方向的剪应力； fuw焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度helw w我国规范给定的角焊缝强度设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计值，是根据抗剪条件确定的故上式又可表达为：故上式又可表达为：222/3()3ww

48、ufff 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算直角角焊缝的强度计算公式推导直角角焊缝的强度计算公式推导yfe wNh l xfe wNh l NNxNy2f f= fhelw45O45Ohf he 0.7hf/f wfffff3232222 22fwffff 上式即为规范给定的角焊缝强度计算通用公式。上式即为规范给定的角焊缝强度计算通用公式。f 正面角焊缝强度增大系数；正面角焊缝强度增大系数； 静载时取静载时取1.22，动载时取，动载时取1.0。得：整理上式，并令整理上式，并令3f21.22 故：故：由上式还可导出正面角焊缝和侧面角焊缝的计算公式：由上式还可导出正面角焊缝和侧面角焊缝的

49、计算公式：1）当）当Ny=0，f=0，只有，只有Nx作用，焊缝为作用，焊缝为正面角焊正面角焊，其计算公，其计算公式为：式为： wxfffe wNfh l 2）当）当Nx=0，f0，只有，只有Ny作用，焊缝为作用，焊缝为侧面角焊缝侧面角焊缝，其计，其计算公式为：算公式为：ywffe wNfh l 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算lw角焊缝的计算长度。考虑起、落弧的影响，每条焊缝角焊缝的计算长度。考虑起、落弧的影响，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去的计算长度等于实际长度减去2hf。基本公式在分析过程中虽作了简化处理，但计算结果与试基本公式在分析过程中虽作了简化处理，但计算结果与试验结

50、果相符，满足角焊缝设计计算要求。验结果相符，满足角焊缝设计计算要求。式中：式中：f称为正面角焊缝的强度增大系数。对承受静力荷称为正面角焊缝的强度增大系数。对承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的正面角焊缝，载或间接承受动力荷载结构中的正面角焊缝， 即即正正面角焊缝的强度是侧面角焊缝强度的面角焊缝的强度是侧面角焊缝强度的1.22倍倍；对直接承受动力荷载结构中的正面角焊缝，考虑其刚度大，对直接承受动力荷载结构中的正面角焊缝，考虑其刚度大，韧性差，将其强度降低使用，取韧性差，将其强度降低使用，取f =1.0。3f21.22 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算3.4.4 各种受力状态下直角角

51、焊缝连接计算各种受力状态下直角角焊缝连接计算 （1）轴心力作用下的角焊缝连接计算）轴心力作用下的角焊缝连接计算 盖板连接盖板连接可采用可采用 两侧侧面角焊缝两侧侧面角焊缝 连接，连接，正面角焊缝正面角焊缝 连接和连接和 三面围焊三面围焊 连连接。接。 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算NNNNewwffhlfN wfwefflhN C、采用三面围焊连接：、采用三面围焊连接：wfewffhlNN NNlwlwA、仅采用侧面角焊缝连接：、仅采用侧面角焊缝连接：B、仅采用正面角焊缝连接：、仅采用正面角焊缝连接：wfffweNfl h3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 角钢与节点板

52、连接角钢与节点板连接图示钢桁架，弦杆和腹图示钢桁架，弦杆和腹杆采用双角钢组成的杆采用双角钢组成的T形形截面，腹杆通过节点板与截面，腹杆通过节点板与弦杆连接。弦杆连接。3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角钢与节点板角钢与节点板的连接采用两面侧焊时：的连接采用两面侧焊时：由平衡条件：由平衡条件：1212()NNNN bN beN bNe；1122beNNk NbeNNk Nb解得：解得：式中式中k1、k2焊缝内力分配系数；角钢类型与组合方式不同，内力分配焊缝内力分配系数；角钢类型与组合方式不同，内力分配系数不同，查下表。系数不同，查下表。3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算e e

53、lw wNN1 1N2 2b焊缝内力分配系数焊缝内力分配系数3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算焊缝内力分配系数焊缝内力分配系数k1、k2还有另外一种简化计算方法，即近似取还有另外一种简化计算方法，即近似取肢背肢背321 k肢尖肢尖213k 采用采用三面围焊三面围焊的角焊缝时，先按构造要求设定正面角焊缝的角焊缝时，先按构造要求设定正面角焊缝的焊脚尺寸的焊脚尺寸hf3，并求出正面角焊缝所承担的力，并求出正面角焊缝所承担的力N3为：为：332 0.7wfffNh bf再根据平衡条件（再根据平衡条件（M=0）可得：）可得：33113322()2222NNN beNk NbNNNeNk Nb

54、3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算N3blw wNN 1N2 2e采用采用L形围焊时，令上式中的形围焊时，令上式中的N20，得：，得： 32132Nk NNNN3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算N3lw wNN1 1b和对接焊缝情况类似，考虑施焊时起、灭弧在焊缝端部产生和对接焊缝情况类似，考虑施焊时起、灭弧在焊缝端部产生的的缺陷缺陷： 焊缝长度计算长度焊缝长度计算长度2hf3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算焊缝长度的确定焊缝长度的确定采用采用两边侧面角焊缝两边侧面角焊缝连接并在角钢端部连续地连接并在角钢端部连续地绕角加焊绕角加焊2hf时，时，加焊的加焊的2hf可抵

55、消起灭弧的影响：可抵消起灭弧的影响： 焊缝长度计算长度焊缝长度计算长度2hf2hf绕角焊缝绕角焊缝对于对于三面围焊三面围焊，要求在，要求在角钢端部转角处连续施焊角钢端部转角处连续施焊，故每条侧，故每条侧焊缝只有一端受起、灭弧的影响，取焊缝只有一端受起、灭弧的影响，取侧面角焊缝的长度计算侧面角焊缝的长度计算长度长度 hf 。 3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算2hf绕角焊缝绕角焊缝【例【例3.3】试设计一双盖板的角焊缝对接接头。已知钢板截面为】试设计一双盖板的角焊缝对接接头。已知钢板截面为300mm14mm，承受轴心力设计值，承受轴心力设计值N=800kN（静力荷载）。钢（静力荷载）。

56、钢材材Q235-B，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43型。型。A=2260.8=41.6cm2 301.4=42cm2【解】【解】根据与母材等强原则，根据与母材等强原则，取取2-2608盖板，钢材盖板，钢材Q235-B，其截面面积，其截面面积为：为：取取hf =6mmhfmax=t-(12)=8-(12)=67mm hfmax=1.2tmin=1.28=9.6mm hfmin=1.5sqrt(tmax)=1.5sqrt(14)=5.6mm（a）三面围焊三面围焊图图(a) 因因t=8mm12mm，且，且b=260mm190mm，为防止因仅用侧面，为防止因仅用侧面角焊缝引起板件拱曲过大，故采用角焊缝

57、引起板件拱曲过大，故采用三面围焊三面围焊。正面角焊缝能承受的内力为正面角焊缝能承受的内力为112 0.7=2 0.76260 1.22 160 =426000N=426kNwf wffNh lf 接头一侧需要侧面角焊缝的计算长度为接头一侧需要侧面角焊缝的计算长度为312-(800-426) 10=139mm4 0.74 0.76 160wwffNNlh f 盖板总长：盖板总长： l=2（139+6）+10=300mm，取，取310mm（式中（式中6mm系考虑系考虑三面围焊可视为一条焊缝，故仅在侧面焊缝一端减去起落弧缺三面围焊可视为一条焊缝，故仅在侧面焊缝一端减去起落弧缺陷陷1hf）。）。（b）

58、菱形盖板）菱形盖板 图图(b) 当当拼接板宽度较大拼接板宽度较大时，采用菱形拼接盖板可时，采用菱形拼接盖板可减小角部的减小角部的应力集中应力集中，从而使连接的工作性能得以改善。菱形拼接盖板，从而使连接的工作性能得以改善。菱形拼接盖板的连接焊缝由的连接焊缝由正面角焊缝正面角焊缝、侧面角焊缝侧面角焊缝和和斜焊缝斜焊缝等组成。等组成。 设计时，一般先假定拼接盖板的尺寸再进行验算。设计时，一般先假定拼接盖板的尺寸再进行验算。正面角焊缝：正面角焊缝：1122 0.7 6 100 1.22 160164kNwe wffNh lf 侧面角焊缝：侧面角焊缝：2244 0.7 6 (506) 160145kNw

59、f wfNh lf 解法一：先计算各部分焊缝的承载力，再验算。解法一：先计算各部分焊缝的承载力，再验算。3344 0.7 6 197 160530kNwe wfNh lf 123164 145530839800kN,NNNNN斜焊缝：斜焊缝强度介于正面角焊缝与侧面角焊缝之间，从斜焊缝：斜焊缝强度介于正面角焊缝与侧面角焊缝之间，从设计角度出发，将设计角度出发，将斜焊缝斜焊缝视作视作侧面角焊缝侧面角焊缝进行计算，这样处理进行计算，这样处理是偏于安全的。是偏于安全的。焊缝所能承受的内力为：焊缝所能承受的内力为：满足要求。满足要求。解法二：先计算各部分焊缝的计算长度，再验算。解法二：先计算各部分焊缝的

60、计算长度，再验算。正面角焊缝：正面角焊缝：1w1f22 100 1.22244wllmm侧面角焊缝：侧面角焊缝：2w244 (506)216wllmm3w344 197788wllmm斜焊缝：斜焊缝：角焊缝验算：角焊缝验算： 22800 10000.7 6 (244216788)152.6/160/fewNhlN mmN mm 满足要求满足要求22800 10000.7 6 2 (50 2 1972 1002 6)164/160/fewNhlN mmN mm 解法三：近似按侧面角焊缝验算。解法三：近似按侧面角焊缝验算。工程中为了简化计算，也常常采用工程中为了简化计算，也常常采用偏安全偏安全的计