角焊缝连接内部内部构造和计算

1、角焊缝连接内部内部构造和计算2)端焊缝受力复杂端焊缝受力复杂,其各面均存在正应力和剪应力其各面均存在正应力和剪应力,且焊根处且焊根处存在严重的应力集中，塑性差，但强度高存在严重的应力集中，塑性差，但强度高(是侧焊缝强度是侧焊缝强度的倍的倍)。强度分析：试验证明：强度分析：试验证明：1) 侧焊缝以侧焊缝以45最小截面破坏居最小截面破坏居多，主要承受剪应力，其应力沿多，主要承受剪应力，其应力沿焊缝长度方向的分布不均匀焊缝长度方向的分布不均匀,呈两呈两端大而中间小的状态。但塑性好端大而中间小的状态。但塑性好,应力可重分布应力可重分布,因此在届临塑性工因此在届临塑性工作阶段，其应力分布的不均匀现作阶段

2、，其应力分布的不均匀现象渐趋缓和。象渐趋缓和。3.3.1 3.3.1 角焊缝的截面形式和强度角焊缝的截面形式和强度第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算3)斜焊缝受力性能和强度介于侧焊缝和端焊缝之间。斜焊缝受力性能和强度介于侧焊缝和端焊缝之间。规范规定：在焊缝计算时以侧焊缝强度（规范规定：在焊缝计算时以侧焊缝强度（ ）为基准）为基准wff3.3.1 3.3.1 角焊缝的截面形式和强度角焊缝的截面形式和强度3.3 角焊缝连接的构造和计算第三章 钢结构的连接3.3.2 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求一一 对焊对焊脚脚尺寸尺寸 要求：要求：其中其中 最小焊脚尺寸：最小焊脚尺寸： ， 较

3、厚板件的厚度。较厚板件的厚度。注意：若注意：若 , 取取 ； 对自动焊，对自动焊，取取 ； 对对T形单面焊，取形单面焊，取 。原因：焊脚尺寸过小，焊缝因冷却过快而产生裂缝，不易焊透，原因：焊脚尺寸过小，焊缝因冷却过快而产生裂缝，不易焊透，为了保证焊缝的最小承载能力。为了保证焊缝的最小承载能力。 maxminfffhhh1min1.5 thf1tmmt4111.51minfth11.51minfth1minthffh第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算3.3.2 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求最大焊脚尺寸：最大焊脚尺寸： ， 较薄板件的厚度。较薄板件的厚度。注意：对于贴着板边焊注

4、意：对于贴着板边焊 当当t6mm时，时， 当当t6mm时，时， 原因：以避免焊缝穿透较薄的焊件，而且焊缝冷却收缩将产原因：以避免焊缝穿透较薄的焊件，而且焊缝冷却收缩将产生较大的焊接残余变形。生较大的焊接残余变形。 2tt1-(12)t1hf1.2tminhf(当t16)(当t16)hfhft2t1t1t22fmax1.2ththmaxfmmth)21 (maxf第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算二二 对焊缝计算长度对焊缝计算长度 要求：要求：其中其中 焊缝最大计算长度：焊缝最大计算长度： （静荷）（静荷） （动荷）（动荷）原因：侧缝应力沿长度分布不均匀，两端较中间大，焊缝越原因

5、：侧缝应力沿长度分布不均匀，两端较中间大，焊缝越长其差别也越大，太长时侧缝两端应力可先达到极限而破坏长其差别也越大，太长时侧缝两端应力可先达到极限而破坏，此时焊缝中部还未充分发挥其承载力，这种应力分布的不，此时焊缝中部还未充分发挥其承载力，这种应力分布的不均匀性，对承受动力荷载的构件更加不利。超过部分在计算均匀性，对承受动力荷载的构件更加不利。超过部分在计算中不予考虑。中不予考虑。 若内力沿角焊缝全长分布，则计算长度不受此限。若内力沿角焊缝全长分布，则计算长度不受此限。 焊缝最小计算长度：焊缝最小计算长度： 且且原因：长度过小会使杆件局部加热严重，且起弧、落弧坑相原因：长度过小会使杆件局部加热

6、严重，且起弧、落弧坑相距太近，加上一些可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。距太近，加上一些可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。 焊缝计算长度：每条实际长度减去焊缝计算长度：每条实际长度减去2 2hfwlmaxminwwwlllfwhl60maxfwhl8minmmh40f3.3.2 3.3.2 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求fwhl40max3.3 角焊缝连接的构造和计算第三章 钢结构的连接三三 对绕角焊的要求对绕角焊的要求 当角焊缝的端部在构件转角处时，必须连续地作长度为当角焊缝的端部在构件转角处时，必须连续地作长度为 2 的绕角焊。的绕角焊。四四 对搭接长度的要求对搭接长度的要求 在搭接连接中，

7、当仅采用正面角焊缝时，其搭接长度不在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时，其搭接长度不得小于焊件较小厚度的得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于倍，并不得小于25mm。五五 对仅用两条侧面角焊缝连接时的要求对仅用两条侧面角焊缝连接时的要求 当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，每条侧面角焊当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，每条侧面角焊缝长度缝长度l不宜小于两侧面角焊缝之间的距离不宜小于两侧面角焊缝之间的距离b；同时；同时b不宜大不宜大于于16t（当（当t12mm）或）或200mm（当（当t12mm），），t为较薄焊为较薄焊件的厚度。不满足此规定时，应加焊正面角焊缝，或加槽件的厚度。不满足此规定时，应

8、加焊正面角焊缝，或加槽焊或加电铆钉。焊或加电铆钉。 fh第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算bl第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算一一 基本假定基本假定1）所有角焊缝只承受剪应力，其强度设计值为）所有角焊缝只承受剪应力，其强度设计值为 2）焊缝计算截面为）焊缝计算截面为45最小截面最小截面，有效高度，有效高度 面积为面积为 。二二 基本计算公式基本计算公式焊缝承受焊缝承受Nx、Ny，在有效截面上产生的应力，在有效截面上产生的应力可分解为三个方向应力，可分解为三个方向应力，即即 、 、wfwelhlh7 . 0wfffeh

9、h7 . 0wexxlhNweyylhNwezzlhN第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算xN为了便于计算，不计诸力的偏心作用，并认为有效截面上诸为了便于计算，不计诸力的偏心作用，并认为有效截面上诸应力都是均匀分布的。应力都是均匀分布的。wfzyxyxf222)(2/313.3.3 3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算wff3)( 32/22z/2/fx2/fx2/fy2/fywffyfxfyfxf3)2/2/(32/2/2/22第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算二二 基本计算公式基本计算公式如只有如只有Ny，则

10、，则 其中：其中： 端焊缝受力总和；端焊缝受力总和； 侧焊缝受力总和；侧焊缝受力总和； 端焊缝强度提高系数，静载时为，动载时端焊缝强度提高系数，静载时为，动载时为。斜焊缝为为。斜焊缝为22fffwfffff。3sin112第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算三三 几种典型的焊缝受力分析几种典型的焊缝受力分析 （1）焊缝受轴心拉力（盖板连接的端焊缝）焊缝受轴心拉力（盖板连接的端焊缝）（2）焊缝受轴心剪力（盖板连接的侧焊缝）焊缝受轴心剪力（盖板连接的侧焊缝）焊缝计算长度：每条实际长度减去焊缝计算长度：每条实际长度减去2hfwffwfflhN0.7NNhfNNhfNhfNNN3.3.3

11、 3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算wfwfflhN0.73.3 角焊缝连接的构造和计算第三章 钢结构的连接（3）角钢连接焊缝的计算）角钢连接焊缝的计算 角钢连接焊缝一般可采用两面侧焊，也可采用三面围焊或角钢连接焊缝一般可采用两面侧焊，也可采用三面围焊或L形焊。其计算方法如下：形焊。其计算方法如下：角钢连接肢背、肢尖焊缝的内力分配系数：角钢连接肢背、肢尖焊缝的内力分配系数：e2e1hfhf2N 2121eeek2112eeek1k2k3.3.3 3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算两面侧焊：两面侧焊： 三面围焊：三面围焊： L

12、形焊：形焊：wff1f1f1fhlhNk)2(0.721wfff2f2fhlhNk)2(0.7222e1e2hfhf2N wfffbhN1.220.723wfff1ffhlhNNk)(0.72231wfff2ffhlhNNk)(0.72232e2e1hfN 3.3.3 3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算02NNkN232NkkNNkN213112/第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算（4）焊缝受轴心拉力和轴心剪力共同作用）焊缝受轴心拉力和轴心剪力共同作用wfNl0.7hNwfVl0.7hVwfVfNf22)()(NNVhf3.3.3 3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊

13、缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算（5）焊缝受弯矩作用）焊缝受弯矩作用 （6）焊缝偏心受剪）焊缝偏心受剪wfwfflhM22. 10.762MhfMwflhV0.7V2M0.76wflhVawfff2V2M)()(hfaV3.3.3 3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算（7）焊缝受）焊缝受N 、M 、V 联合作用联合作用aahfbFwflhF0.7sinVwflhF0.7cosN2M0.7)sincos(6wflhaFbF2V2NM)()(f3.3.3 3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算第三章 钢结构的

14、连接3.3 角焊缝连接的构造和计算32x0.7121)2(0.72bhbahIff232y)2(0.720.7122)(0.7xaahahxbhIfffyxTy)(IIxaTyxTx2IIbTwfff2Tx2Ty)()()2(0.720.72bahaahxff（8）焊缝受扭矩作用）焊缝受扭矩作用axbhfT 3.3.3 3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算（9）围焊缝受偏心剪力）围焊缝受偏心剪力扭矩剪力扭矩剪力sin,cosyxFFFF)(2yxxcFbFT)(20.7)2(0.7xNyVbahFbahFff，yxTyyxTx)(2II

15、xaTIIbTwfff2TxN2TyV)()(bFachfx3.3.3 3.3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算四四 计算步骤计算步骤 1 1）求出同一平面焊缝群的形心；）求出同一平面焊缝群的形心； 2 2）将荷载向形心简化，找出最不利位置；）将荷载向形心简化，找出最不利位置； 3 3）分别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力；）分别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力； 4 4）区分侧焊缝受力与端焊缝受力，视荷载种类（静荷或）区分侧焊缝受力与端焊缝受力，视荷载种类（静荷或动荷）代入公式，进行计算。动荷）代入公式，进行计算。3.3.3 3.

16、3.3 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算 3.3.4 斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算 斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的T形接头，采用与直角角焊形接头，采用与直角角焊缝相同的计算公式进行计算，但一律缝相同的计算公式进行计算，但一律 。0 . 1f2cos5 . 11356000fehhmm且根部间隙2coscos55 . 11356000根部间隙但且根部间隙fehhmmmm第三章 钢结构的连接3.3 角焊缝连接的构造和计算3.4 对接焊缝连接的构造和计算对接焊缝连接的构造和计算3.4.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造一一

17、 对接焊缝对接焊缝的坡口形式的坡口形式 对接焊缝的坡口形式与焊件的厚度有关，一般可分为：对接焊缝的坡口形式与焊件的厚度有关，一般可分为： I型（垂直坡口，适于厚度很小的焊件）；型（垂直坡口，适于厚度很小的焊件）； V型、单面型、单面V型（适于一般厚度的焊件）；型（适于一般厚度的焊件）； U型、单面型、单面U型、型、X型、型、K型（适于较厚的焊件）。型（适于较厚的焊件）。第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝连接的构造和计算二二. 引弧板引弧板 在焊缝的起灭弧处，为消除其焊接缺陷，施焊时需设置引在焊缝的起灭弧处，为消除其焊接缺陷，施焊时需设置引弧板。当不便设置引弧板时，计算中每条焊缝的计算长度取弧

18、板。当不便设置引弧板时，计算中每条焊缝的计算长度取实际长度减实际长度减2t（t为较薄构件的厚度）。为较薄构件的厚度）。三三. 对不同宽度或不同厚度的要求对不同宽度或不同厚度的要求 对不同宽度或不同厚度（相差对不同宽度或不同厚度（相差4mm以上）的焊件，为使截以上）的焊件，为使截面过渡和缓，减小应力集中，要求坡度不大于面过渡和缓，减小应力集中，要求坡度不大于3.4.1 3.4.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝连接的构造和计算3.4.2 3.4.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 对接焊缝分焊透和部分焊透两种。对接焊缝分焊透和部分焊透两种。 焊透的对

19、接焊缝的计算焊透的对接焊缝的计算 由于对接焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中的应力分布由于对接焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中的应力分布情况基本上与焊件原来的情况相同。所以，对接焊缝的强度情况基本上与焊件原来的情况相同。所以，对接焊缝的强度计算方法与构件截面强度计算相同。计算方法与构件截面强度计算相同。 1轴心受拉（压）轴心受拉（压） 式中式中 对接连接中较小的厚度，忽略焊缝起鼓对接连接中较小的厚度，忽略焊缝起鼓； 对接焊缝抗拉强度；对接焊缝抗拉强度； 对接焊缝抗压强度；对接焊缝抗压强度； 焊缝的计算长度（实际长度减去焊缝的计算长度（实际长度减去2t），若加），若加引弧板引弧板,则焊缝的计算长度

20、即为板宽。则焊缝的计算长度即为板宽。)()/(minwwcwtfftlNmintwtfwcfwl第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝连接的构造和计算因此通过一、二级检验的对接焊缝因此通过一、二级检验的对接焊缝的强度可以认为与母材等强度，连的强度可以认为与母材等强度，连接不必验算；而仅通过三级检验的接不必验算；而仅通过三级检验的焊缝，焊缝， ,需要如上验算。需要如上验算。若经验算强度不够，可采用斜焊缝；当时，可以不验算。若经验算强度不够，可采用斜焊缝；当时，可以不验算。 2弯剪共同作用弯剪共同作用 受拉区腹板与翼缘的交界处受拉区腹板与翼缘的交界处 其中其中wcff85. 0wtbawtxfWM/

21、maxwvwxftI/VS)(maxmaxwtf1 . 132121zshh0max1wx11tIVS第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝连接的构造和计算3.4.2 3.4.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 部分焊透的对接焊缝的强度部分焊透的对接焊缝的强度计算，应按直角角焊缝的计算计算，应按直角角焊缝的计算方法进行，但取方法进行，但取 。其有效厚。其有效厚度的确定方法见教材。度的确定方法见教材。 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝 当受力很小，焊缝主要起联系作用；或焊缝受力虽然较当受力很小，焊缝主要起联系作用；或焊缝受力虽然较大，但采用焊透的对接焊缝将使强度不能充分发挥时，可

22、大，但采用焊透的对接焊缝将使强度不能充分发挥时，可采用不焊透的对接焊缝。比如用四块较厚的板焊成箱形截采用不焊透的对接焊缝。比如用四块较厚的板焊成箱形截面的轴心受压构件，显然用图面的轴心受压构件，显然用图 (a)所示的焊透对接焊缝是不所示的焊透对接焊缝是不必要的；如采用角焊缝必要的；如采用角焊缝 (b)，外形又不平整；采用不焊透的，外形又不平整；采用不焊透的对接焊缝对接焊缝(c)，可以省工省问，较为美观大方。，可以省工省问，较为美观大方。f第三章 钢结构的连接3.4 对接焊缝连接的构造和计算3.4.2 3.4.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算3.5 焊接残余应力和残余变形焊接残余应力和残余变形3

23、.5.1 焊接残余应力焊接残余应力1.成因成因: 由于不均匀分布的温度由于不均匀分布的温度场，同时存在局部高温，加场，同时存在局部高温，加上纤维间的相互约束，便产上纤维间的相互约束，便产生了焊接残余应力。由于约生了焊接残余应力。由于约束程度不同，一部分残余应束程度不同，一部分残余应力会以残余变形的形式释放力会以残余变形的形式释放出来。出来。2. 2. 特点特点: : 自相平衡力系。自相平衡力系。3. 3. 分类分类: : 可分纵向焊接残余应力、横向焊接残余应力和可分纵向焊接残余应力、横向焊接残余应力和厚度方向焊接残余应力。厚度方向焊接残余应力。第三章 钢结构的连接3.5 焊接残余应力和残余变形

24、焊接残余应力焊接残余应力(1)(1)纵向焊接残余应力纵向焊接残余应力 焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及附近温度最高，达均匀的温度场，焊缝及附近温度最高，达16001600以上，其邻近区域则温以上，其邻近区域则温度急剧下降。度急剧下降。 不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，高温处的钢材膨胀最大，但受到不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，高温处的钢材膨胀最大，但受到两侧温度较低、膨胀较小的钢材的限制，产生了热状态塑性压缩。焊缝两侧温度较低、膨胀较小的钢材的限制，产生了热状态塑性压缩。焊缝冷却时，被塑

25、性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变形受到两侧钢材的限制，使焊缝区产生纵向拉应力。在低碳钢和低合金形受到两侧钢材的限制，使焊缝区产生纵向拉应力。在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力经常会达到钢材的屈服强度。钢中，这种拉应力经常会达到钢材的屈服强度。 第三章 钢结构的连接3.5 焊接残余应力和残余变形3.5.1 焊接残余应力焊接残余应力(2)横向焊接残余应力横向焊接残余应力 横向残余应力产生的原因有二：一是由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋横向残余应力产生的原因有二：一是由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，但实际

26、上焊缝将两块钢板连成整体，不能向于形成反方向的弯曲变形，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是在焊缝中部产生横向拉应力，而在两端产生横向压应力。二分开，于是在焊缝中部产生横向拉应力，而在两端产生横向压应力。二是焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且是焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且具有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其发生横向的具有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其发生横向的塑性压缩变形。当先焊部分冷却时，中间焊缝部分逐渐冷却，后焊部分塑性压缩变形。当先焊部分冷却时，中间焊缝部分逐渐冷却，后焊部分开始冷却。后焊焊缝的收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力，开始冷却。后焊焊缝的收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力，同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。由杠杆原理知，横向残余应同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。由杠杆原理知，横向残余应力分布力分布。(3)厚度方向焊接残余应力厚度方向焊接残余应力第三章 钢结构的连接3.5 焊接残余应力和残余变形3.5.2 焊接残余应力对构件工作的影响焊接残余应力对构件工作的影响 1对强度无影响对强度无影响 2降低构件的刚度降低构件的刚度 3降低构件的稳定承载力降低构件的稳定承载力 由于刚度降低，有效截面减小，过早地进入弹塑性由于刚度降低，有效