钢结构的焊接连接

1、第3章 钢结构的连接第3章 连 接 焊缝连接 螺栓连接 第3章 钢结构的连接 通过本章的学习，要了解钢结构采用的通过本章的学习，要了解钢结构采用的焊接连接焊接连接和和螺栓连接螺栓连接两种常用的连接方法及其特点；深刻理两种常用的连接方法及其特点；深刻理解解对接焊缝对接焊缝及及角焊缝角焊缝的工作性能，熟练掌握的工作性能，熟练掌握各种内各种内力作用下力作用下，焊接连接的构造和计算方法焊接连接的构造和计算方法；理解焊接；理解焊接应力和焊接变形的种类、产生原因、影响以及减小应力和焊接变形的种类、产生原因、影响以及减小和消除的方法；深刻理解和消除的方法；深刻理解普通螺栓和高强螺栓的工普通螺栓和高强螺栓的工

2、作性能和破坏形式作性能和破坏形式，熟练掌握，熟练掌握螺栓连接在传递各种螺栓连接在传递各种内力时连接的构造和计算方法内力时连接的构造和计算方法，理解螺栓排列方式，理解螺栓排列方式和构造要求。和构造要求。第3章 钢结构的连接图图3.1 3.1 连接的方式连接的方式a)NNNNc)NNb)螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接焊接连接焊接连接3.1 钢结构的连接钢结构的连接连接的方式有连接的方式有：焊接：焊接、铆接铆接和和螺栓连接螺栓连接。 钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接构成的，各构钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接构成的，各构件再通过安装连接架构成整个结构。因此，连接在钢结构中件再通过安装连接架

3、构成整个结构。因此，连接在钢结构中处于重要的枢纽地位。在进行连接的设计时，必须遵循处于重要的枢纽地位。在进行连接的设计时，必须遵循安全安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。的原则。第3章 钢结构的连接第3章 钢结构的连接第3章 钢结构的连接* 不削弱截面；不需额外连接件；构造简单不削弱截面；不需额外连接件；构造简单；* * 焊接结构的密闭性好、刚度和整体性大；焊接结构的密闭性好、刚度和整体性大；* * 制作加工方便，可实现自动化操作。制作加工方便，可实现自动化操作。焊接的优点焊接的优点焊接的缺点焊接的缺点* 焊缝附近有热影响区，钢材

4、的金相组织发生改变，导致焊缝附近有热影响区，钢材的金相组织发生改变，导致 局部材质局部材质变脆变脆；* * 焊接的焊接的残余应力残余应力使结构易发生使结构易发生脆性破坏、降低压杆稳定脆性破坏、降低压杆稳定 的临界荷载的临界荷载，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；，残余变形使结构形状、尺寸发生变化； * * 由于焊接结构的刚度大，由于焊接结构的刚度大，焊接裂缝一经发生焊接裂缝一经发生，便容易扩展，便容易扩展到整体；到整体；* * 低温冷脆低温冷脆问题较为突出。问题较为突出。3.1.1 焊缝连接焊缝连接第3章 钢结构的连接钢结构焊接方法最常用的有三种：钢结构焊接方法最常用的有三种：电弧焊、电阻焊电

5、弧焊、电阻焊和和气焊气焊 。 （1 1）手工电弧焊）手工电弧焊图图3.2 3.2 手工电弧焊手工电弧焊 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。 A 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。 * *较低强度较低强度Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-5518)(E5500-5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条(E5000-5048)(E5000-5048)

6、Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)第3章 钢结构的连接B B、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（kgf/mm2)第第3 3、4 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，不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。宜采用与低强度钢材相适应的焊条。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，

7、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。 第3章 钢结构的连接、焊丝焊丝转盘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图图3.3 埋弧自动焊埋弧自动焊（2 2）埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）焊丝的选择应与焊件等强度。焊丝的选择应与焊件等强度。机机器器优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。量好。缺点：设备投资大，施工位置受限等。缺点：设备投资大，施工位置受限等。第3章 钢结构的连接第3章 钢结构的连接（3 3）气体保护焊）气体保护焊 优点：焊接速度快，焊接质量好。优点

8、：焊接速度快，焊接质量好。 缺点：施工条件受限制等。缺点：施工条件受限制等。利用焊枪喷出的利用焊枪喷出的COCO2 2或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方法。或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方法。 （4 4）电阻焊）电阻焊 利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来溶化利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来溶化金属，再通过压力使其焊合。金属，再通过压力使其焊合。 第3章 钢结构的连接第3章 钢结构的连接（1 1）焊缝连接形式：）焊缝连接形式：分为分为对接、搭接对接、搭接、T T形连接形连接和和角部角部连接。连接。第3章 钢结构的连接对接焊缝对接焊缝按受力与焊缝方向分：按受力与焊缝方向

9、分： 1 1）直缝）直缝( (a a) )：作用力方向与焊缝方向正交。：作用力方向与焊缝方向正交。 2 2）斜缝）斜缝( (b b) ) ：作用力方向与焊缝方向斜交。：作用力方向与焊缝方向斜交。 （2 2）两种重要两种重要焊缝形式：焊缝形式：分为分为对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角焊缝。 角焊缝角焊缝按受力与焊缝方向分：按受力与焊缝方向分： 1 1）正面角焊缝）正面角焊缝( (c c) ) ：作用力方向与焊缝长度方向垂直。：作用力方向与焊缝长度方向垂直。 2 2）侧面角焊缝）侧面角焊缝( (c c) ) ：作用力方向与焊缝长度方向平行。：作用力方向与焊缝长度方向平行。 焊缝形式焊缝形式第3章 钢结

10、构的连接1 1）对接焊缝）对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝2）角焊缝）角焊缝T型对接焊缝型对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝第3章 钢结构的连接焊缝沿长度方向的布置分为：焊缝沿长度方向的布置分为： 1 1）连续焊缝：受力较好）连续焊缝：受力较好 2 2）断续焊缝：易发生应力集中）断续焊缝：易发生应力集中 焊缝按施工位置分为：焊缝按施工位置分为： 俯焊、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施焊方便，质量最俯焊、立焊、横焊、仰焊，其中以俯焊施焊方便，质量最好。好。仰焊仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，应尽量避免的操作条件最差，焊缝质量不易保证，应尽量避免采用。采用。 施焊位置施焊位置a)焊条焊条平焊平焊d)仰焊

11、仰焊b)立焊立焊c)横焊横焊第3章 钢结构的连接1 1）焊缝缺陷）焊缝缺陷焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属焊缝金属或或附近热影响区钢附近热影响区钢材表面或内部材表面或内部的缺陷。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧的缺陷。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；以及焊缝尺寸坑、气孔、夹渣、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。不符合要求、焊缝成形不良等。 第3章 钢结构的连接第3章 钢结构的连接2 2）焊缝质量检验）焊缝质量检验：焊缝质量检验一般可用焊缝质量检验一般可用外观检查及内部无损检验外观检查及内部无损检验

12、（超声波（超声波检验、检验、X X射线或射线或r r射线透照或拍片）。射线透照或拍片）。外观检查：检查外观缺外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；陷和几何尺寸；内部无损检验：检验内部缺陷。内部无损检验：检验内部缺陷。 钢结构工程施工质量验收规范规定焊缝按其检验方法和钢结构工程施工质量验收规范规定焊缝按其检验方法和质量要求分为质量要求分为一级、二级和三级一级、二级和三级。三级三级焊缝只要求对全部焊焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；缝作外观检查且符合三级质量标准；（0.85倍设计值）倍设计值）一级、一级、二级二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探伤检焊缝则除外观检查外，还要求

13、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，应采用射线探伤检验，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。验，并应符合国家相应质量标准的要求。(与焊件钢材相同的与焊件钢材相同的强度设计值强度设计值)3 3）焊缝质量分三级）焊缝质量分三级第3章 钢结构的连接 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊缝质量等级）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：的选用有如下规定： (1) (1) 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向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或对接焊缝

14、或T T形对接与角接组合焊缝受拉时应为形对接与角接组合焊缝受拉时应为一级一级，受压，受压时应为时应为二级二级。 4 4）焊缝质量等级及选用）焊缝质量等级及选用(2) (2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的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受拉对接焊缝应不低于二级二级；受压时宜为；受压时宜为二级二级。 (3) (3) 重级工作制和起重量重级工作制和起重量50t50t的中级工作制吊车梁的腹板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板之间的形接头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，不应

15、低于焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级二级。 (4) (4) 角焊缝质量等级一般为三级角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量验算疲劳和起重量Q Q50t50t的中级工作制吊车梁的角焊缝的外的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。观质量应符合二级。第3章 钢结构的连接作用：表明焊缝型式、尺寸和辅助要求表示方法：由基本符号、辅助符号和引出线等部分组成第3章 钢结构的连接 辅助符号辅助符号表表示焊缝表面形状特征示焊缝表面形状特征的符号，不需要确切的符号，不需要确切地说明焊缝表面形状地说明焊缝表面形状时，不加注此符号。时，不加注此符号。 补

16、充符号补充符号说明焊缝说明焊缝某些特征而采用的符某些特征而采用的符号，焊缝没有这些特号，焊缝没有这些特征时，不加注此符号。征时，不加注此符号。第3章 钢结构的连接双面焊缝的标注方法双面焊缝的标注方法单面焊缝的标注方法单面焊缝的标注方法第3章 钢结构的连接 在图样中一般用焊缝符号表示焊缝，也可采用图示法表示在图样中一般用焊缝符号表示焊缝，也可采用图示法表示。在视图中需。在视图中需画出焊缝时，可见焊缝用粗线和用细实线绘制的栅线画出焊缝时，可见焊缝用粗线和用细实线绘制的栅线。粗线粗线(粗于可见轮廓粗于可见轮廓线线)表示可见焊逢，栅线表示不可见焊缝。栅线应与焊缝垂直。也可采用特表示可见焊逢，栅线表示不

17、可见焊缝。栅线应与焊缝垂直。也可采用特粗线（粗线（2d3d）表示，在剖视图或断面图中，焊缝的金属熔焊区应涂黑表）表示，在剖视图或断面图中，焊缝的金属熔焊区应涂黑表示，如图所示。示，如图所示。 在焊接件图中，当焊缝分布比较简单时，可不画焊缝，而用一般可见在焊接件图中，当焊缝分布比较简单时，可不画焊缝，而用一般可见轮廓线表示可见焊缝，用虚线表示不可见焊缝。轮廓线表示可见焊缝，用虚线表示不可见焊缝。栅线表示栅线表示第3章 钢结构的连接第3章 钢结构的连接a a）直边缝：适合板厚）直边缝：适合板厚t t 10mm 10mm b b）单边）单边V V形、形、c c）双边）双边V V形：适合板厚形：适合板

18、厚t t 101020mm 20mm d d）U U形、形、e e）K K形、形、f f）X X形：适合板厚形：适合板厚t t 20mm 20mm 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，坡口形式与焊件厚度有关。对接焊缝的焊件常需做成坡口，坡口形式与焊件厚度有关。 a）b）c）d）e）f）3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算3.2.1 3.2.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造第3章 钢结构的连接 优点：优点：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。承受动力荷载。缺点：缺点：需剖口，焊件长度要精确。需

19、剖口，焊件长度要精确。 垫板垫板垫板垫板垫板垫板图图3.4 根部加垫板根部加垫板对接焊缝的引弧板对接焊缝的引弧板引弧板引弧板1 1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。2 2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可）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，焊后将它割除。设置引弧板，焊后将它割除。( (计算长度计算长度) )第3章 钢结构的连接3 3）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm4mm以上以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不

20、大于时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.51:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。不同厚度或宽度的钢板拼接不同厚度或宽度的钢板拼接a) 改变厚度改变厚度b) 改变宽度改变宽度1:2.51:2.5 受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，由于三级检验受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，由于三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的85%85%，而一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度，而一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。相等。第3章 钢

21、结构的连接3.2.2 3.2.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 图图3.5 直对接焊缝连接直对接焊缝连接wcwtwfftlN或斜向受力的对接焊缝的计算斜向受力的对接焊缝的计算图图3.6 斜对接焊缝斜对接焊缝b对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，且与焊缝长度对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，且与焊缝长度方向呈方向呈 夹角，夹角，wcwtsinfftlNw或wvwftlNcos焊缝内应力分布同母材焊缝内应力分布同母材第3章 钢结构的连接 “规范规范”规定规定tgtg 1.51.5时（时（ 56.356.3），可可不检算焊缝强不检算焊缝强度。度。 tblw2sin式中式中N N轴心拉力或压

22、力轴心拉力或压力; ; l lw w焊缝计算长度，焊缝计算长度，无引弧板无引弧板时，焊缝长度取实长减去时，焊缝长度取实长减去2t2t，有引弧板时有引弧板时，取实长，取实长; ; l lw w斜焊缝计算长度；斜焊缝计算长度；t t平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚平接时为焊件的较小厚度，顶接时取腹板厚; ; 焊缝长度方向与作用力方向间夹角；焊缝长度方向与作用力方向间夹角；f ft tw w、f fc cw w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；f fv vw w对接焊缝抗剪设计强度。对接焊缝抗剪设计强度。图图3.6 斜对接焊缝斜对接焊缝bwcwtsinfftlNw

23、或wvwftlNcos第3章 钢结构的连接第3章 钢结构的连接wVwwwmax23ftlVtIVS 如如图图a a焊缝截面是焊缝截面是矩形矩形，正应力与剪应力图形分别为三角，正应力与剪应力图形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。形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。 wmaxt2w6wMMfWl t图图a 弯矩和剪力共同作弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝用下的对接焊缝式中式中 V V焊缝承受的剪力；焊缝承受的剪力； M M焊缝承受的弯矩；焊缝承受的弯矩； I Iw w焊缝计算截面惯性矩焊缝计算截面惯性矩； S Sw w计算剪力处以上焊缝计算截面对中和轴的面积矩计算剪力

24、处以上焊缝计算截面对中和轴的面积矩。 W Ww w 焊缝计算截面的截面模量焊缝计算截面的截面模量。第3章 钢结构的连接F第3章 钢结构的连接图图b b 弯矩和剪力联合弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝作用下的对接焊缝 1 1 图图b b所示所示I I字形或字形或T T形截面形截面除应分别验算最大正应力与最大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剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力: :wt21211 . 13f式中式中 : : 1 1、 1 1为腹板与为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。翼缘交接处的正应力和剪应力。1.11.1为考虑到最大折算应力只在为考虑

25、到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适局部出现，而将强度设计值适当提高系数当提高系数。 第3章 钢结构的连接 1.1.焊缝截面几何特征，算应力准备，惯性矩，静矩，焊缝截面几何特征，算应力准备，惯性矩，静矩， 2.2.焊缝截面内力，外力标准焊缝截面内力，外力标准-设计设计 3.3.焊缝的抵抗矩焊缝的抵抗矩 4.4.功能函数的临界状态功能函数的临界状态 5.5.验算剪应力和折算应力验算剪应力和折算应力第3章 钢结构的连接3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算3.3.1 角焊缝的构造角焊缝的构造 角焊缝按两焊脚边的夹角可分为角焊缝按两焊脚边的夹角可分为直角角焊缝直角角焊缝和和斜角角焊缝斜

26、角角焊缝。当焊件的厚度相差较大当焊件的厚度相差较大或动荷载中，或动荷载中，可采用不等焊脚尺寸。可采用不等焊脚尺寸。第3章 钢结构的连接 /2hehehe图中，图中， h hf f焊脚尺寸；焊脚尺寸；焊缝根脚至焊缝外边的尺寸焊缝根脚至焊缝外边的尺寸 焊脚边的夹角；焊脚边的夹角； h he e破坏面上焊缝厚度称为有效厚度。破坏面上焊缝厚度称为有效厚度。 并有，并有， h he e h hf fcoscos /2/2h he e =0.7 =0.7h hf f ( ( 9090) ) h he e = =h hf fcoscos /2/2( ( 9090) ) 对于对于135135o o或或6012

27、mm12mm）或）或190mm190mm（t t12mm12mm），），b b为两侧缝之间的距离，为两侧缝之间的距离，t t为为较薄焊件的厚度较薄焊件的厚度。当不满。当不满足规定时，应增加正面角焊缝。足规定时，应增加正面角焊缝。 直接承受动力荷载的结构中直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或，角焊缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：凹形，焊脚尺寸的比例：正面角焊缝正面角焊缝宜为宜为1:1.51:1.5，长边与内力，长边与内力方向一致方向一致 ；侧面角焊缝侧面角焊缝可用直角焊缝为可用直角焊缝为1:1 1:1 。tblw侧焊缝引起焊件拱曲侧焊缝引起焊件拱曲 仅用端焊缝的搭接连中，

28、仅用端焊缝的搭接连中，搭接长度不得小于焊件较小厚搭接长度不得小于焊件较小厚度的度的5 5倍或倍或25mm25mm。第3章 钢结构的连接 在次要构件或次要焊接连接中，可采用断续角焊缝。断在次要构件或次要焊接连接中，可采用断续角焊缝。断续角焊缝的长度续角焊缝的长度不得小于不得小于1010h hf f 或或50mm50mm，断续角焊缝之间的净，断续角焊缝之间的净距，距，不应大于不应大于1515t t（对受压构件）或（对受压构件）或3030t t（对受拉构件），（对受拉构件），t t为为较薄焊件的厚度较薄焊件的厚度。以防板件局部。以防板件局部凸曲鼓起，而对受力不利或潮气凸曲鼓起，而对受力不利或潮气易于

29、侵入而引起锈蚀。易于侵入而引起锈蚀。 围焊的转角处必须围焊的转角处必须连续连续施焊施焊，当焊缝端部在焊件当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊绕过转角加焊2 2h hf f。避开起。避开起落弧发生在应力集中的转落弧发生在应力集中的转角角处，不利加不利。处，不利加不利。b)2hfa)2hf2hf绕角焊缝绕角焊缝 断续角焊缝断续角焊缝第3章 钢结构的连接 计算时取角焊缝的最小截面计算时取角焊缝的最小截面和两边焊脚成和两边焊脚成 /2/2角的，即角的，即有有效截面。实验证明多数角焊缝效截面。实验证明多数角焊缝破坏都发生在这一截面。破坏都发生在这一截面。 有效截面有效

30、截面焊缝两焊脚面焊缝两焊脚面交线（交线（aaaa ）与有效厚度）与有效厚度h he e组组成的截面（图中成的截面（图中addadd a a ）。）。d c b adcbahe ehfhf3.3.2 直角焊缝的基本计算公式直角焊缝的基本计算公式角焊缝的破坏面假定沿焊角焊缝的破坏面假定沿焊 /2/2角面角面破坏，计算时假定有效截面上应破坏，计算时假定有效截面上应力均匀分布。力均匀分布。直角角焊缝截面直角角焊缝截面第3章 钢结构的连接 在外力作用下，直角角焊缝有效截面上上有三个应力在外力作用下，直角角焊缝有效截面上上有三个应力 、 、 。 正应力，与焊缝长度方向（正应力，与焊缝长度方向（z z）面外

31、垂直）面外垂直 剪应力，与焊缝长度方向（剪应力，与焊缝长度方向（z z）面内平行）面内平行 剪应力，与焊缝长度方向（剪应力，与焊缝长度方向（z z）面内垂直）面内垂直 d a dacche e 角焊缝有效截面上的应力角焊缝有效截面上的应力实际上计算截面的各应力分实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难，国际标量的计算比较繁难，国际标准化组织（准化组织（ISOISO）推荐用式）推荐用式（.1）确定角焊缝的极限）确定角焊缝的极限强度强度wu222)(8 . 1f上式相当于国产上式相当于国产Q235Q235钢提出，其它钢种公式左边系数（钢提出，其它钢种公式左边系数（1.71.73 3

32、）式中：式中： f fu uw w -焊缝金属的抗拉强焊缝金属的抗拉强度度第3章 钢结构的连接wf2112233ff ff fw w角焊缝强度设计值。角焊缝强度设计值。 根据试验研究，经偏于安全地修正，我国根据试验研究，经偏于安全地修正，我国规范规范采用了采用了折算应力公式，假定折算应力公式，假定焊缝在有效截面处破坏焊缝在有效截面处破坏, ,引入引入抗力分项系抗力分项系数后数后得角焊缝计算公式为：得角焊缝计算公式为：y222)(3f出于偏于安全考虑，且与母材的能量强度理论的折算应力出于偏于安全考虑，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（公式一致，欧洲钢结构协会（ECCSEC

33、CS），将（），将（.1）的）的1.81.8改为改为3 3即：即：第3章 钢结构的连接图图3.3.10 3.3.10 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算 如图所示承受互相垂直的如图所示承受互相垂直的N Ny y、N Nz z两个轴心力作用的的直角两个轴心力作用的的直角角焊缝，角焊缝，N Ny y沿焊缝长度产生平均应力沿焊缝长度产生平均应力 f f，其值为：，其值为：weyflhN f f 对于有效截面既不是正应力也不对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，但可分解为是剪应力，但可分解为 和和 。2f对直角角焊缝对直角角焊缝 ： 沿焊缝长度方向的力沿焊缝长度方向的力N Nx x，引起

34、平行于焊缝长度方向引起平行于焊缝长度方向的剪应力的剪应力 f f。wexflhN第3章 钢结构的连接则直角角焊缝在则直角角焊缝在各种应力综合作用各种应力综合作用下的计算公式为：下的计算公式为：wff33222wf2f2fff22222fffff3433222wff22. 123f f f 正面角焊缝的强度设计值增正面角焊缝的强度设计值增大系数大系数。静载时。静载时 f f 1.221.22，对，对直接直接承受动力荷载的结构，承受动力荷载的结构， f f 1.01.0 。 第3章 钢结构的连接力力N N与焊缝长度方向垂直。与焊缝长度方向垂直。力力N N与焊缝长度方向平行。与焊缝长度方向平行。wf

35、fwefflhNwfwefflhN以上各式中：以上各式中： h he e=0.7h=0.7hf f； l lw w角焊缝计算长度，角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去条焊缝取其实际长度减去2h2hf f。# #无引弧板无引弧板22wffff(3.3.6)f由由正面角焊缝正面角焊缝 f f0 0，侧面角焊缝侧面角焊缝 f f0 0，第3章 钢结构的连接fwwhllll侧面角焊缝正面角焊缝三面围焊：. 1fwhll2. 2侧面角焊缝两面侧焊：fwfwhllhllL侧面角焊缝正面角焊缝形围焊：. 3NNllNNllNNllNNfh2ll焊缝实际长度焊缝实际长

36、度 取为取为5mm的倍数，如的倍数，如192mm取为取为195mm，196mm取为取为200mm。limp.角焊缝的计算长度 lw 和实际长度 l 的关系：4.绕角焊：侧面角焊缝 lw=l-hf(绕角焊的2hf不在内)图图3.20 3.20 角焊缝长度的计算角焊缝长度的计算第3章 钢结构的连接计算步骤：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）将荷载向形心形心简化，找出简化，找出最不利位置；最不利位置；（3 3）分别求出）分别求出各荷载分量各荷载分量在最不利位置产生在最不利位置产生 的的应力应力；（4 4）区分区分正面角焊缝正面角焊缝受力和受

37、力和侧面角焊缝侧面角焊缝受力，受力， 视视荷载种类荷载种类（静荷或动荷）代入角焊缝（静荷或动荷）代入角焊缝 的基本计算公式进行计算。的基本计算公式进行计算。（5 5）验算是否满足构造要求验算是否满足构造要求。第3章 钢结构的连接3.3.3 3.3.3 角焊缝的计算角焊缝的计算 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，焊当焊件受轴心力，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。缝的应力可认为是均匀分布的。wffweNfl hwffe wNfh lA A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接B B、采用三面围焊连接、采用三面围焊连接wffweNNfl hNNl lw

38、wl lw w第3章 钢结构的连接例题例题4.54.5钢板受轴心静力荷载，截面为钢板受轴心静力荷载，截面为1616* *180180，与厚，与厚18mm18mm的节点板搭的节点板搭接，接，钢材钢材Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43型。型。试根据钢板强度设计此试根据钢板强度设计此搭接接头（假定节点板强度已满足）搭接接头（假定节点板强度已满足）a)NNNN1616* *1801801818l lw wh hf f第3章 钢结构的连接 焊件和其上焊缝为分离体，：焊件和其上焊缝为分离体，：侧焊缝侧焊缝, ,且具有对轴力作用线且具有对轴力作用线的对称性。的对称性。 NNN1/2N1

39、/2abcd起弧起弧, ,落弧：落弧：cdcd, ,abab分分 析析第3章 钢结构的连接 焊件和其上焊缝为分离体，依焊缝性质，三条焊缝分两类：焊件和其上焊缝为分离体，依焊缝性质，三条焊缝分两类：侧焊缝侧焊缝和和正面角正面角焊缝焊缝，且具有对轴力作用线的对称性。，且具有对轴力作用线的对称性。 将轴心力将轴心力N N分解到焊缝各部分：分解到焊缝各部分：N N1 1、N N2 2。 N N1 1侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。 N N2 2正面角正面角焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。NNN1/2N1/2N2abcd起弧：起弧：d d, ,cdcd

40、落弧：落弧：a a, ,abab bcbc静荷载：静荷载：正面角正面角焊缝有焊缝有1.221.22分分 析析第3章 钢结构的连接h hfmaxfmax 1.2tmin=1.2*16=19.2 解：解： 查规范确定查规范确定f ff fw w，从书附录一附表，从书附录一附表1-31-3中，焊条中，焊条E43E43、角、角焊缝、焊缝、Q235Q235钢，钢，钢板钢板强度设计值，强度设计值，f f= =215215N/ mmN/ mm2 2查出焊缝强度设计值，得查出焊缝强度设计值，得f ff fw w=160N/ mm=160N/ mm2 2 设设 计计 两个变量，两个变量，一般按构造取焊脚尺寸一般

41、按构造取焊脚尺寸36.6185 .15 .1maxminthf手工焊角焊缝：手工焊角焊缝：贴边焊贴边焊 当当t t6mm6mm时，时，h hfmaxfmaxt t - (1 - (12)mm2)mm=16-=16-(1(12)2)=14=141515取取h hf f=8=8mmmml lw1w1N N/0.7/0.7* *8 8* *f ff fw w=691=691每条焊缝有效长度每条焊缝有效长度：l lw w=691/2=345.5=691/2=345.56060h hf f=480=480每条焊缝实际长度每条焊缝实际长度：l=l=l lw w+2+2h hf f=361.5mm=361.

42、5mm取取l l=360=360mmmm，b=180b=180，同时，同时b b16t=1616t=16* *16=25616=256，不另设计槽焊等，不另设计槽焊等 推演验算公式推演验算公式 N N= =A Af f=16=16* *180180* *215215侧焊缝：侧焊缝： N N/(/(h he el lw1w1) )f ff fw w 0.70.7h hf fl lw1w1N N/ /f ff fw w第3章 钢结构的连接 侧焊缝：侧焊缝： N N1 1f ff fw wh he el lw1w1正面正面焊缝：焊缝： N N2 21.221.22f ff fw wh he el l

43、w2w2=1.22=1.22* *0.70.7* *8 8* *180180* *160160 N N1 1、 N N2 2合成合成N N， N N= = N N1 1 + + N N2 2 f ff fw wh he el lw1w1N N- -N N2 2设设 计计第3章 钢结构的连接NNxNy f f图图3.9 轴心力轴心力作用下的角焊缝作用下的角焊缝平行于焊缝长度方向的分力平行于焊缝长度方向的分力N Ncoscos 垂直于焊缝长度方向的分力垂直于焊缝长度方向的分力N Nsinsin wefsinlhNwelhNcosf外力外力N N和焊缝长度方向斜交和焊缝长度方向斜交，焊缝受到的力，焊

44、缝受到的力N N被分解为：被分解为：得焊缝计算公式：得焊缝计算公式：wf2we2wefcossinflhNlhN第3章 钢结构的连接将将 f f （斜焊缝强度增大系数）作成表格（斜焊缝强度增大系数）作成表格wtffflhNwewf2we22we3sin1cos5 . 1sinflhNlhN取取5 . 122. 122f得：得：令：令：3sin112f则斜焊缝的计算公式为：则斜焊缝的计算公式为：wf2we2wefcossinflhNlhN第3章 钢结构的连接例题例题4.64.6钢板厚钢板厚14mm14mm，用角焊缝连接于工字钢的，用角焊缝连接于工字钢的翼缘上，翼缘板厚翼缘上，翼缘板厚20mm20

45、mm，钢板承受静力，钢板承受静力荷载设计值荷载设计值585kN585kN，如图，如图，钢材钢材Q235Q235BFBF，手工焊，焊条手工焊，焊条E43E43型。型。试求焊脚尺寸。试求焊脚尺寸。34150第3章 钢结构的连接例例4.7 某菱形拼接板的拼接某菱形拼接板的拼接,2-10,2-10* *360360，钢板截面为，钢板截面为- -2020* *400400，焊脚尺寸为，焊脚尺寸为8mm8mm，试求此接头所能承受的，试求此接头所能承受的轴心拉力设计值，当可变永久标准值之比为轴心拉力设计值，当可变永久标准值之比为3:13:1时，时，总荷载的标准值，总荷载的标准值，钢材钢材Q235Q235，手

46、工焊，焊条手工焊，焊条E43E43型。型。第3章 钢结构的连接 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧在钢桁架中，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焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用L L形围焊（如图所形围焊（如图所示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。 桁架腹杆节点板的连接桁架腹杆节点板的连接第3章 钢结构的连接NN1N2eb角钢的侧缝连接角钢的侧缝连接 仅用侧面焊缝连接时。由平衡条件得：仅用侧面焊缝

47、连接时。由平衡条件得：NNN2112-N eNb e解上式得肢背解上式得肢背和肢尖的受力为：和肢尖的受力为：11b eNNK Nb22eNNK Nb在在N N1 1、N N2 2作用下，侧缝的计算作用下，侧缝的计算长度为长度为1w1wf1f20.7Nlhf2w 2wf 2f20.7NlhfK K1 1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K K2 2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校核问题校核问题：ww12fffff1 w1f 2 w1,2 0.72 0.7NNffh lh l肢背肢背肢尖肢尖设计问题设计问题特点：特点：角钢肢背和角钢肢背和肢尖焊缝长度（肢尖焊

48、缝长度（l lw1w1、l lw2w2）分别为总焊缝）分别为总焊缝长度长度l lw w的的k k1 1、k k2 2倍倍。第3章 钢结构的连接第3章 钢结构的连接 角钢用三围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角钢用三围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸角焊缝的焊脚尺寸h hf f3 3 ，并算出它所能承受的内力，并算出它所能承受的内力N N3 3 ：wfff337 . 02fbhN图图 角钢角焊缝围焊的计算角钢角焊缝围焊的计算NN1N2ebN3lw2lw111312NK NN通过平衡关系得肢背和肢宽侧焊缝受力为通过平衡关系得肢背和肢宽侧焊缝受力为: :22312NK

49、 NN第3章 钢结构的连接当采用当采用L L形围焊时，令形围焊时，令N N2 20 0，得：，得：L L形围焊角焊缝形围焊角焊缝计算公式为：计算公式为：322NK N13NNN若求出得若求出得h hf3f3大于大于h hfmaxfmax , ,则不能采用则不能采用L L形围焊。形围焊。1w1wf1f3f3wffw32 0.72 0.7Nlh fNhf l第3章 钢结构的连接例题例题4.44.4 设计如图所示设计如图所示两两等边角钢等边角钢160160* *1010和节点板和节点板（厚（厚16mm16mm）间的连接角焊缝。受间的连接角焊缝。受静静力荷载力荷载，永久荷载标准值为，永久荷载标准值为3

50、00300kNkN，可，可变荷载标准值为变荷载标准值为580580kNkN。钢材。钢材Q235Q235，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43型。型。N2 16010（双角钢与节点板间的连接）（双角钢与节点板间的连接）解：只有侧焊缝解：只有侧焊缝分析分析目标：目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）操作操作：焊脚尺寸根据经验拟定；焊脚尺寸根据经验拟定； 焊缝总长度应满足强度要求。焊缝总长度应满足强度要求。特点：特点：角钢肢背和肢尖焊缝长度（角钢肢背和肢尖焊缝长度（l lw1w1、l lw2w2）分别为总焊缝长）分别为总焊缝长度度l lw w的的k k1 1、k

51、 k2 2倍倍。第3章 钢结构的连接Nk1Nk2Nlw2lw1 1 1、确定焊缝强度设计值、确定焊缝强度设计值f ff fw w 查规范得查规范得 f ff fw w =160N/mm =160N/mm2 2 2 2、计算焊缝总长、计算焊缝总长l lw w 1)1) 拟定焊脚尺寸拟定焊脚尺寸h hf f 根据角钢板厚为根据角钢板厚为10mm10mm，拟定，拟定h hf f = =8 8mmmm，则有，则有h he e=0.7=0.7h hf f 。且同。且同一节点上，所有焊缝的有效厚度宜相同。一节点上，所有焊缝的有效厚度宜相同。 2) 2)计算焊缝总长度计算焊缝总长度 由式由式

52、.1（注意双角钢，单面长度应除（注意双角钢，单面长度应除2 2）计计 算算第3章 钢结构的连接mm16087 .02105804 .13002 .123wfewfhNl3 3、 设计角钢肢背和肢尖焊缝长度设计角钢肢背和肢尖焊缝长度l lw1w1、l lw2w2 1 1）确定内力分配系数）确定内力分配系数k k1 1、k k2 2 本问题属于等边角钢长边相连，查表本问题属于等边角钢长边相连，查表4 4.3.3，（也可精确）（也可精确）得得 k k1 1=0.=0.7 7 k k2 2=0.3=0.3 2 2）肢背、肢尖焊缝计算长度）肢背、肢尖焊缝计算长度 l l w1 w1 = 0.= 0.7

53、7lwlw l l w2 w2 = 0.3= 0.3lwlw 3 3）肢背、肢尖焊缝）肢背、肢尖焊缝实际实际长度长度 l lw1 w1 = =l l w1w1+ +1616 l lw2 w2 = =l l w w2 2+1+16 6加加1 16 6mmmm是考是考虑起落弧。虑起落弧。第3章 钢结构的连接NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNyxf2e we w6NMh lh lyfweNl h22wfffffh he eh he et txxNee w2NNAh l由轴心拉力由轴心拉力N Nx x产生的产生的正正应力：应力：由弯矩由弯矩M M产生的产生的正正应力：应力：M2e

54、e w62MMWh l危险点危险点? ?第3章 钢结构的连接例例 设计设计图中节点板和预埋钢板间的角焊缝。偏心力图中节点板和预埋钢板间的角焊缝。偏心力P=150kNP=150kN（静荷载）。钢材（静荷载）。钢材Q235FQ235F，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43型。型。 10010020P453VNM节点板节点板预埋钢板预埋钢板第3章 钢结构的连接分分 析析目标：设计节点板和预埋钢板间的角焊缝（设计焊脚目标：设计节点板和预埋钢板间的角焊缝（设计焊脚 尺寸、验算焊缝强度，焊缝长度已由其它构造尺寸、验算焊缝强度，焊缝长度已由其它构造 要求确定。）要求确定。）操作操作：焊脚尺寸根据经验拟定；

55、验算焊缝强度。焊脚尺寸根据经验拟定；验算焊缝强度。特点：特点： 荷载荷载P P不通过焊缝截面形心，使焊缝受轴力不通过焊缝截面形心，使焊缝受轴力N N、 剪力剪力V V、弯矩、弯矩M M。属于角焊缝受弯矩、剪力、。属于角焊缝受弯矩、剪力、 轴心力共同作用的情形。轴心力共同作用的情形。第3章 钢结构的连接计计 算算 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值f ff fw w 查查规范规范得得 f ff fw w =160N/mm =160N/mm2 2 作用在焊缝上的力计算作用在焊缝上的力计算 N N=3=3P P/5=150/5=1503/5=90kN3/5=90kN V V=4=4P P/5=15

56、0/5=1504/5=120kN4/5=120kN M M= =NeNe=90=902=180kN.cm2=180kN.cm 拟定焊脚尺寸拟定焊脚尺寸h hf f 考虑到连接板件厚度为考虑到连接板件厚度为10mm10mm，受静力荷载。取，受静力荷载。取 h hf f =8mm =8mm。 确定危险点，计算危险点应力确定危险点，计算危险点应力 焊缝下端点最危险，该点各项应力为：焊缝下端点最危险，该点各项应力为：第3章 钢结构的连接224/7 .262)16200(87 . 0101806mmNWMwM23/3 .422)16200(87 .01090mmNANwN23/4 .562)16200(

57、87 . 010120mmNAVw2222/160/804 .5622. 13 .427 .26mmNfmmNwf 焊缝强度富裕量较大是因为节点板尺寸较大的缘故，而焊缝强度富裕量较大是因为节点板尺寸较大的缘故，而节点板尺寸常由其它构造要求决定。节点板尺寸常由其它构造要求决定。第3章 钢结构的连接h1f1f1f2f2f f对于对于1 1点：点：式中：式中：I Iw w全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩； h h1 1两翼缘焊缝最外侧间的距离。两翼缘焊缝最外侧间的距离。xxh h2221h1MeFVMw1f1ffw2hMfI对于对于2 2点：点：2f2f1fwe2

58、w22hMVIh l22wf2f2fff强度验算公式：强度验算公式：式中：式中：h h2 2 腹板焊缝的腹板焊缝的实际长度；实际长度；l lw2w2腹板焊缝的腹板焊缝的计算长度；计算长度；h he2e2腹板焊缝截腹板焊缝截面有效高度。面有效高度。第3章 钢结构的连接 同例题同例题4-104-10 设计梁与钢柱间的连接角焊缝（周遍围焊），并设计梁与钢柱间的连接角焊缝（周遍围焊），并验算验算角焊角焊缝强度。钢材缝强度。钢材Q235FQ235F，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43型。偏心力型。偏心力N N=400kN=400kN（间接动力荷载引起），（间接动力荷载引起），e e=25cm=25c

59、m。Na)第3章 钢结构的连接分分 析析目标：目标：设计节点板和预埋钢板间的角焊缝设计节点板和预埋钢板间的角焊缝（设计焊脚尺寸、验算焊缝强度，（设计焊脚尺寸、验算焊缝强度，焊缝长度焊缝长度已由其它构造要求确定已由其它构造要求确定。）。）操作操作：焊脚尺寸根据经验拟定；焊脚尺寸根据经验拟定； 验算焊缝强度；验算焊缝强度； 是一个只有弯矩和剪力作用的问题，是一个只有弯矩和剪力作用的问题，荷载情况简单。其中荷载情况简单。其中 = = M M。特点：特点：因周边围焊，焊缝截面较复杂，因周边围焊，焊缝截面较复杂，计算惯性矩时忽略绕角部分（留作起落弧用）；计算惯性矩时忽略绕角部分（留作起落弧用）；剪应力由

60、两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝）承受剪应力由两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝）承受。b)c)fffff第3章 钢结构的连接计计 算算 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值f ff fw w 查查规范规范得得 f ff fw w =160N/mm =160N/mm2 2 作用在焊缝上的力素计算作用在焊缝上的力素计算 V=NV=N=400=40010103 3N N M M= =NeNe=400=400252510104 4=10000=1000010104 4 N-mm N-mm 拟定焊脚尺寸拟定焊脚尺寸h hf f 考虑到牛腿腹板厚为考虑到牛腿腹板厚为10mm10mm，受间接动力荷载。，受间接动力荷载。