各种角焊缝的受力计算

1、83.21殳帆加翻连接S3.22艇航力作用(3.10)3.3.43.341永心力作跚解峨斜不用懿的对麟麻麴心加妫油力醺力附物件魏心加且轴心力通过连蝴髀心时闺认为段应 力是电勾分布机图3.21的连接中，当只有健面角舞城时，投式 G8)计算消只有正獭髓明按式(3,7用第当采肥端媒 爪瞠的股，可疑式G7)计算正面角颗熊财内力N=M“式中为隹虹般毓梅计算长趟总和再由力 (N-泗计蒯麟嫩!的强跖w_ Vrf = -Fr7/r(3,9)融一跳一螭嫡解鼾算长趟总礼毅辅辄,力的角相觥牌183,22师料端心力的角艇虢浦麻廿豺泊。分力法将N力分触速于催料行于牌的分力 M=NsiMN尸 Neo 朗代族(3,6)好解

2、觥强队懿法 嵇N力分解滞式(3.10)的为加代入式(3.6)中闱取 H=L22?M，5 雨N + cosS = sir?6/3 < A令 令=-/一 一-，则斜焊缝的计算式为 /l-sin2<?/3(3. 11)式中 即斜焊缝的强度增大系数，其值介于10L22之间；e作用力与律缝长度方向的夹角.对直接承受动力荷载结构中的焊缝，取为=i.o.(3)承受轴心力的角钢角烂缝计算在钢桁架中，角钢理杆与节点板的连接焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，特殊情况也允许采用 L形围焊(图3. 23)旗杆受轴心力作用,为了避免焊缝偏心受力.焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的 轴线重合.对于三

3、面围墀图3. 23S),可先假定正面角婢缝的焊脚尺寸也门求出正面角焊缝所分担的轴心力N3.当 腹杆为双角钢组成的T形截面，且肢宽为6时，N = 2 X 0- 7hMfT(3.12)由平衡条件(2m=o)可得：M =旦3产-牛=一学(3. 13)M=学一与=a?N -。(3. 14)b 2Z式中N、N?角钢肢背和肢尖上的侧面角焊缝所分担的轴力；C角钢的形心距，91。八4角纲肢背和肢尖焊健的内力分配系数，设计时可近似取4 =母，%=*。00困323桁架腹杆与节点板的连接对于两面侧焊图3. 23Q).因3=0得N】=a】N(3.15)M = %N(3. 16)求得各条焊缝所受的内力后，按构造要求(角

4、焊缝的尺寸限制)假定肢背和肢尖焊缝的焊脚尺寸，即可求出 煤缝的计算长度。例如对双角钢截面，勒=2 X I；加一(3.17)6 2X0.7人介.式中心、心个角纲肢背上的健面角婢缝的焊脚尺寸及计算长度；如、个角钢肢尖上的侧面角焊缝的焊脚尺寸及计算长度。、考虑到每条焊缝两端的起灭孤缺陷.实际焊缝长度为计算长度加10mm；但对于三面围焊，由于在杆件端 部转角处必须连续施焊，每条侧面角婢缝只有一端可能起灭孤，故焊缝实际长度为计算长度加5mm；对于采用绕角焊的侧面角焊缝实际长度等于计算长度(绕角焊缝长度2加不进入计算)。当杆件受力很小时,可采用L形围饵图3. 23(c).由于只有正面角焊缝和角钢肢背上的侧

5、面角惇缝，令 式(3.14)中的Nz = 3得(3.19)(3. 20)N3 = 24NN = N - M角钢肢背上的角焊缝计算长度可按式(3.17)计算，角钢端部的正面角焊缝的长度已知，可按下式计算其焊脚尺 寸：(3.21)式中，勒=6-5mm【例3.1】试验算图3. 22所示直角角焊缝的强度。已知焊缝承受的仲态斜向力N=280kN(设计值)，夕= 60°,角煤缝的焊脚尺寸加=8mm,实际长度九= 155mm,钢材为Q235-B,手工焊，焊条为E43型。【解】受斜向轴心力的角焊缝有两种计算方法：(1)分力法 将N力分解为垂直于焊缝和平行于焊缝的分力，即M = N sin夕=N si

6、n600 = 280 X - = 242. fkNNy = N cos6 = N cos6O0 = 280 X y = 140kN242.5 X 1035 = 2AX = 2 X 0.7 X 8 X (155 - 16)156N/mn?N,2H.140 X IO32X0.7X8X(155-16)90N/mm2焊缝同时承受m和tr作用,可用式(3. 6)教算'+ # = 逐)+ 9伊=156N/mm2 < 介=16(-N/mmJ(2)直接法 也就是直接用式(3.11)进行计算，已知8=60。,则斜焊缝强度增大系数饱=1.15,则280 X 103ZhPa - 2 X 0. 7 X

7、8 X (155 - 16) X 1.15155N/mm2=160N/mm:显然，用直接法计算承受轴心力的角焊缝比用分力法简练。【例3. 2】试设计用拼接盖板的对接连接(图3.24)。已知钢板宽B=270mm,厚度“ = 28mm,拼接盖板 厚度” =该连接承受的静态轴心力N = M00kN(设计值),钢材为Q235-B,手工焊.焊条为E43型.图3.24例3.2图【解】设计拼接盖板的对接连接有两种方法.一种方法是假定焊脚尺寸求焊缝长度，再由焊缝长度瑜定拼接盖板 的尺寸；另一方法是先假定饵脚尺寸和拼接苫板的尺寸，然后验算焊缝的承裁力, 如果假定的饵缝尺寸不能满 足承载力要求时，则应周整焊脚尺寸

8、，再行验算，直到满足承载力要求为止。角焊缝的焊脚尺寸用应根据板件厚度确定：由于此处的焊缝在板件边域施焊，且拼接盖板厚度外=16mm>6mm,“V八则= £ (1 2)mm = 16 (1 2) = 15 或 14mmh* = 14 5= L 5 /28 = 7. 9mm取生=10mm,查附录表1.2得角焊缝强度设计值/T = 16ON/mm2(1)采用两面侧焊时图3. 24(a)连接一例所需焊缝的总长度，可按式(3. 8)计算得。 N 1400 X 1。$ 八*乙=6=0.7 X 10 X 160 = 1250mm此对接连接采用了上下两块拼接盖板，共有4条侧焊缝，一条侧焊缝的实

9、际长度为匚=+ 20 =+ 20 = 333mm < 60儿=60 X 10 = 600mm44所需拼接盖板长度L = 2Z： + 10 = 2 X 333 + 10 = 676mm，取 680mm o式中门0mm为两块被连接钢板间的间隙.拼接盖板的宽度4就是两条侧面角焊缝之间的距离，应根据强度条件和构造要求确定。根据强度条件在 钢材种类相同的情况下，拼接龙板的皴面积A应等于或大于被连接钢板的截面积.选定拼接盖板宽度6 = 240mm.则A = 240 X 2 X 16 = 7680mmz > A = 270 X 28 = 7560mm2满足强度要求.根据构造要求，应满足：b =

10、240mm < Zw 325mm且 b V 16。= 16 X 16 = 256mm满足要求,故选定拼接趣板尺寸为660mmX 240mm X16mmo(2)采用三面圉焊时图3. 24(A)采用三面围焊可以减小两侧侧面角焊缝的长度，从而减小拼接盖板的尺寸,没拼接监板的宽度和厚度与采 用两面侧焊时相同，仅需求盖板长度。已知正面角焊缝的长度乙=6=240mm,则正面角焊缝所能承受的内力N = 22涓"=2 X 0.7 X 10 X 240 X 1.22 X 160 = 655870N所需连接i侧侧面角焊缝的总长度为50， N - N' 1400000 - 655870 门,

11、 =hJT = 0.7X10X16。= 664mm 连接一侧共有4条侧面角焊缝，则一条例面角焊缝的长度为J F 10 =粤& + 10 = 176mm.采用 180mm。4 4拼接盖板的长度为£ = 2Z： + 10 = 2 X 180 + 1。= 370mm(3)采用菱形拼接盖板时图3. 24(c)当拼接板宽度较大时，采用菱形拼接盖板可减小角部的应力集中，从面使连接的工作性能得以改善.菱形 拼接短板的连接焊缝出正面角焊缝、便面角焊缝和斜饵缝等组成。设计时，一般先假定拼接盖板的尺寸再进行 验算.拼接盖板尺寸如图3. 24(c)所示，则各部分饵缝的承载力分别为，正面角焊缝：M

12、= 2 X 0. 7 X 10 X 40 X 1. 22 X 160 = 109. 3kN侧面角焊缝：Nz = 4儿勒0=4 X 0.7 X 10 X (110 - 10) X 160 = 448. OkN斜焊缝：此焊缝与作用力夹角O=arctan=33 7。可得？? = l/，l一$in233. 7/3 = 1.06,故有乂 - 4瓦= 4 X 0.7 X 10 X 180 X 1.06 X 160 = 854. 8kN连接一侧焊缝所能承受的内力为N' = N+ N? + N3 = 109.3 + 448.0 + 854. 8 = 1412kN > N = 1400kN,满足要

13、求.【例3.3】 试确定图3.25所示承受静态轴心力的三 面围炜连接的承载力及肢尖焊缝的长度.已知角钢为2L 125X10,与厚度为8mm的节点板连接，其搭接长度为 300mm，焊脚尺寸品=8mm，钢材为Q235-B,手工婵焊条 为E43型.【解】角煤缝强度设计宜/r = 160N/mm、碎缝内力分配系 数为4 = 0. 67,% = 0.33。正面角焊缝的长度等于相连角例 肢的宽度，即1.3=b = 125mm,则正面角焊缝所能承受的内 力M为：2L 125X10图3. 25例3.3图M = 2儿&2 X 0. 7 X 8 X 125 X 1. 22 X 160 = 273. 3kN

14、 肢背角焊缝所能承受的内力M为：M = 2瓦 /= 2X07X8X (300 - 8) X 160 = 523. 3kN一告=0. 67N 2733=528. 6kN523.3 + 136.60. 67=985kN由式（313）知由式(3.14)计算肢尖焊缝承受的内力Nz为:M = %N - 三=0. 33 X 985 - 136. 6 = 188kNCj由此可算出肢尖焊缝的长度为：2髭+ 8 =188 X 1032 X 0.7 X 8 X 160+ 8 = 113mm3. 3.4.2承受与妲、轴心力或剪力联合作用的角焊缱连接计算上图3. 26所示的双面角理缝连接承受偏心斜拉力N作用,计算时，

15、可将作用力N分解为N.和N,两个分 力。角焊缝同时承受轴心力剪力N,和弯矩M=Nr e的共同作用。焊缝计箕截面上的应力分布如图3. 26 S）所示，图中月点应力最大为控制设计点.此处垂直于煽缝长度方向的应力由两部分组成，即由轴心拉力Nx 产生的应力(3. 22)由弯矩M产生的应力”的=双这两部分应力由于在A点处的方向相同，可直接住加,故力点垂直于焊缝长度方向的应力为c M 6M”=酝+双图3. 26承受偏心斜拉力的角焊缝剪力N在A点处产生平行于焊缝长度方向的应力 M _ N,742 儿/.式中 J焊缝的计算长度，为实际长度减2也。则焊缝的强度计算式为711 +8 户当连接直接承受动力荷载作用时

16、，取自=1.0。对于工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角焊缝连接（图3. 27）,通常承受弯矩M和剪力V的联合作用.由于翼 缀的竖向刚度较差，在剪力作用下，如果没有腹板焊缝存在，翼缘将发生明显挠曲。这就说明，翼缘板的抗剪能 力极差。因此，计算时通常假设腹板焊缝承受全部剪力,而弯矩则由全部焊缝承受。图3.27工字形案（或牛褪）的角焊缝连接为了焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧均匀布置角理缝，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方 向的弯曲应力，此弯曲应力沿梁高度呈三角形分布图3. 27（c）,用大应力发生在翼缘焊缝的最外纤维处，为了 保证此理缝的正常工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强度条

17、件，即(3. 23)式中 M全部焊益所承受的弯矩；几全部饵缝有效截面对中和轴的惯性矩；h上下翼缘焊缝有效截面最外纤维之间的距离。腹板焊缝承受两种应力的联合作用，即垂直于焊缝长度方向、且沿梁高度呈三角形分布的弯曲应力和平行 于焊缝长度方向、且沿焊缝截面均匀分布的剪应力的作用，设计控制点为翼缘焊缝与飘板焊缝的交点处A,此 处的弯曲应力和剪应力分别按下式计算M h2=元,万L 2d)式中 £(“乙。腹板焊缝有效截面积之和；局腹板煤缝的实际长度。则腹板焊缝在A点的强度验算式为倜+"<"工字梁(或牛腿)与钢柱翼绿角焊缝连接的另一种计算方法是使理缝传递应力与母材所承受应

18、力相协调， 即假设腹板焊缝只承受剪力；翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩M化为一对水平力"="/人 则 翼绿焊缝的强度计算式为IJ5 =产厂比户腹板爆缝的强度计算式为=忐;(介式中2个翼缘上角煽缝的有效截面积；2hjs胡条腹板焊缝的有效截面积.【例3. 4】 试验算图3. 28所示牛fig与钢柱连接角焊缝的强度.钢材为QZ35,焊条为E43型，手工焊。荷 载设计值N = 365kN,偏心距e = 350mm.焊脚尺寸加= 8mm出产6mm。图3. 28(6)为焊缝有效截面.图3. 28例3. 4图【解】N力在角焊缝形心处引起剪力V = N=365kN和弯矩M=Ne=365X0.

19、 35 = 127. 8kNm.(D考虑肢板焊缝参加传递弯矩的计算方法为了计算方便，将图中尺寸尽可能取为整数.全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩为九=2 X " + 2 X 21 X 0. 56 X 20. 288 + 4 X 9, 5 X 0. 56 X 17- 2胪=18779cm*JL乙翼绿焊缝的最大应力""=齐1 X 205. 6 R 140N/mm2 < /3tf( = 1. 22 X 160 195N/mml鹿板焊缝中由于弯矩M引起的最大应力 170。什=140 X = 115. 8N/mm233b由于剪力V在腹板焊缝中产生的平均剪应力V365 X

20、 1/ m oz/ 2n =方=、八&= 127.8N/mmz£（%心）2 X 0,7 X 6 X 340则腹板焊缝的强度（A点为设计控制点）为J " +。= J | + 127, 8: = 159. 2N/mm2</T = 160N/mm2（2）按不考虑腹板煤缝传递弯矩的计算方法翼缘焊缝所承受的水平力H = y = 127" ： = 336kN（A值近似取为翼缘中线间距离） flOOV翼缘焊缝的强度戈士 0.7X8 %枭汨5） = MN/mmY斯=网/mm，腹板焊缝的强度S =匕=?潸：，乜0 = 127,8N/mmY 160N/mm25 13.5

21、试验算图3.29所示钢管柱与钢底板的连接角焊缝。图中内力均为设计值，其中N=280kN,M= 16kNm= 212kN0焊脚尺寸加=8mm,钢材为Q235,手工理，焊条为E43型。图3.30环形角焊缝受扭6 3. 4. 3 承受扭矩或扭知与剪力联合作用的角焊建连接计算(D环形角饵缝承受扭矩T作用时的计算(图3.30)由于焊缝有效厚度几比圆环直径。小得多通常&vo.1O故环形角 焊缝承受扭矩丁作用时，可视为薄壁明环的受扭问题。在有效截面的任一 点上所受切线方向的翦应力rf.应按下式计算n =< fi(3. 24)式中r圆心至焊缝有效截面中线的距离；4焊缝有效截面的惯性矩，对于薄壁圆

22、环可取八二2"九(2)围焊承受剪力和扭矩作用时的计算图3. 31所示为采用三面围焊搭接连接。该连接角焊缝承受竖向剪力V =F和扭矩丁=尸(/+01作用,计算角焊缝在扭矩T作用下产生的应力时，是基于下列假定:被连接件是绝对刚性的它有绕焊缝形心。旋转的趋势,而角焊缝本身是弹性$角焊 缝群上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r成正比。由3.31中，A点与A点 距形心。点哥迈,故A点和4点由扭矩7.引起的明应力rT最大，焊缝群其他各处由扭矩T引起的剪应力rT均小于A点和4点的剪应力,故A点和4点为设计控制点。用3.31受剪力和扭矩作用的角焊缝在扭矩T作用下，从点(或

23、A'点)的应力为：.T - r T - r卬丁 " TTVTr将。沿工轴和了轴分解为两分力rr« rT sin® = 1 = 丁产(3. 25)% =% COS& = y = J r<(3. 26)由剪力V在焊缝群引起的剪应力rv按均匀分布,则在A点(或4点)引起的应力2为Vrvr=则A点受到垂直于焊缝长度方向的应力为S R F + F沿焊缝长度方向的应力为口，则A点的合应力满足的强度条件为J 俨厂二(3.27)当连接直接承受动态荷载时，取氏=1.0.应该指出的是上述计算方法中，假定轴心力产生的应力为平均分布.实际上，在图3.31所示轴心力作用 下，水平焊缝为正面焊缝而翌直焊缝为侧面焊缝,两者单位长度分担的应力是不同的，前者较大，后者较小。显 然,轴心力产生的应力假设为平均分布，与前面基本公式推导中,考虑焊缝方向的思路不符。同样，在确定形心 位置以及计算扭矩下所产生的应力时,也没有考虑焊缝方向,而只在最后验算式中引进了系数自，上面计算方 法有一定的近似性。【例3.6困3. 31钢板长度L = 400mm.搭接长度22 = 3COmm,荷载设计值尸=217kN,偏心更勺= 300mm（至柱边缘的距离）钢材为Q