钢结构设计原理_3钢结构连接

1、第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections钢结构设计原理钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure第第3 3章章 连连 接接Chapter 3 Connections 焊缝连接焊缝连接 螺栓连接螺栓连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections主要内容主要内容 钢结构的连接钢结构的连接 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 焊接残余应力和焊接变形焊接残余应力和焊接变形 普通螺栓的构造

2、和计算普通螺栓的构造和计算 高强度螺栓的构造和计算高强度螺栓的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接连接的方式连接的方式焊缝连接焊缝连接、铆钉连接和、铆钉连接和螺栓连接螺栓连接连接的原则连接的原则安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材 图图3.1.1 3.1.1 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 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connecti

3、ons缺点缺点第三章第三章 连连 接接 Chapter 3 Connections* * 构造简单构造简单 任何形式的构件都可直接相连；任何形式的构件都可直接相连；* * 用料经济用料经济 不削弱截面；不削弱截面；* * 制作加工方便制作加工方便 可实现自动化操作；可实现自动化操作；* * 连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好。 * * 材质易变脆；材质易变脆；* * 产生残余应力、残余应变、焊接缺陷产生残余应力、残余应变、焊接缺陷* * 降低压杆稳定、影响疲劳强度降低压杆稳定、影响疲劳强度* * 对裂纹十分敏感对裂纹十分敏感* * 低温冷脆问题较为突出。低

4、温冷脆问题较为突出。优点优点3.1.1 3.1.1 焊缝连接焊缝连接1. 1. 焊缝连接的特点焊缝连接的特点现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛。现代钢结构最基本的连接方式，应用最广泛。3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections2. 2. 钢结构常用的焊接方法钢结构常用的焊接方法电阻焊电阻焊电弧焊电弧焊1 1）手工电弧焊）手工电弧焊2 2）自动半自动埋弧焊）自动半自动埋弧焊气体保护焊气体保护焊（1 1）手工电弧焊）手工电弧焊原理：原理：利用电弧产生热量熔化涂有利用电弧产生热量熔化涂有焊药焊条和母材形成焊缝。焊药焊条和母材形成

5、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优点：优点：方便，适应性强，特别适用方便，适应性强，特别适用于在高空和野外作业，小型焊接，于在高空和野外作业，小型焊接，应用最广泛。应用最广泛。缺点：缺点：质量波动大，要求焊工等级质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，生产效率低。高，劳动强度大，生产效率低。 3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 ConnectionsA A、焊条的选择：、焊条的选择： 焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。Q390Q390、Q420Q420钢选择

6、钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-E5518)(E5500-E5518)Q345Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条 (E5001-E5048)(E5001-E5048)Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)B B、焊条的表示方法：、焊条的表示方法：E E焊条焊条(Electrode)(Electrode)第第1 1、2 2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kgf/mmkgf/mm2 2) )第第3 3、4 4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。

7、不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections（2 2）埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）l 光焊丝埋在焊剂下，通电后电弧使焊丝、焊光焊丝埋在焊剂下，通电后电弧使焊丝、焊件、焊剂熔化形成焊缝。件、焊剂熔化形成焊缝。l 焊剂溶化后形成焊渣浮在溶化金属表面，隔焊剂溶化后形成焊渣浮在溶化金属表面，隔绝空气接触，供给必要的合金元素。绝空气接触，供给必要的合金元素。、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

8、件焊件优点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊缝质量好。自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊缝质量好。缺点：缺点：设备投资大，施工位置受限。设备投资大，施工位置受限。焊丝的选择应与焊件等强度。焊丝的选择应与焊件等强度。3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections（4 4）电阻焊）电阻焊（3 3）气体保护焊）气体保护焊 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或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层，以防止有害气体法。直接依靠保护气体在电弧周围形

9、成保护层，以防止有害气体的侵入。的侵入。 优点：优点：没有熔渣，焊接速没有熔渣，焊接速度快，焊接质量好。度快，焊接质量好。缺点：缺点：施工条件受限制，施工条件受限制，不适用于在风较大的地方不适用于在风较大的地方施焊。施焊。 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金属，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。适用于板叠厚度不大于再通过压力使其焊合。适用于板叠厚度不大于1212的焊接。的焊接。 3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3. 3. 焊接接头及焊缝形式焊接接头及焊缝形式

10、（1 1）焊接接头：分为）焊接接头：分为对接、搭接、对接、搭接、T T形连接形连接和和角部连接角部连接。3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections（2 2）焊缝形式：分为）焊缝形式：分为对接焊缝对接焊缝和和角焊缝角焊缝。 对接焊缝按受力与焊缝方向分：对接焊缝按受力与焊缝方向分： 1）直对接焊缝）直对接焊缝 2）斜对接焊缝）斜对接焊缝角焊缝按受力与焊缝方向分：角焊缝按受力与焊缝方向分： 1）正面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直。）正面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直。 2）侧面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。）侧面

11、角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接对接与角接组合焊缝对接与角接组合焊缝第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections角焊缝沿长度方向的布置角焊缝沿长度方向的布置 1 1）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，为主要的角焊缝形式。 2 2）间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中。）间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中。 3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接不重要或受力小的构件，可采用间断角焊缝连接50或或10hf第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections平

12、焊、立焊、横焊和仰焊。平焊、立焊、横焊和仰焊。施焊方式施焊方式图图3.1.6 3.1.6 施焊方式施焊方式平焊平焊立焊立焊a)焊条焊条d)仰焊仰焊b)c)横焊横焊3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接质量好质量好质量一般质量一般质量差质量差第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections4. 4. 焊缝缺陷及焊缝质量等级焊缝缺陷及焊缝质量等级（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金属或附近热影响区钢材表面或内焊缝缺陷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。常见的缺陷有部的缺陷。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬

13、边、裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透未熔合、未焊透等；以及等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。等。 3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接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第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections（2 2）焊缝质量等级）焊缝质量等级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GB50205-2001GB50205-2001规定焊缝按规定焊缝按其检验方法和质量要求分为其检验方法和质量要求分为一级、二级一级、二级和和三级三级。u 三级

14、焊缝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，只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准，适用于一般连接。适用于一般连接。 3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接外观检查（肉眼）外观检查（肉眼）尺寸偏差、表面缺陷；尺寸偏差、表面缺陷；无损检验（仪器）无损检验（仪器）检验内部缺陷（超声波探伤、检验内部缺陷（超声波探伤、X X射线探伤、射线探伤、磁粉探伤、渗透探伤）。磁粉探伤、渗透探伤）。u 二级焊缝二级焊缝：外观检查：外观检查+ +无损检验（超声波探伤）合格，用于受无损检验（超声波探伤）合格，用于受较大拉应力的重要连接。较大拉应力的重要连接。u 一级焊缝一级焊缝：外观检查外观检查

15、+ +无损检验（超声波探伤、无损检验（超声波探伤、X X射线探伤射线探伤）合）合格，用于抗动力、需要验算疲劳的重要连接。格，用于抗动力、需要验算疲劳的重要连接。第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections（3 3）焊缝质量等级及选用）焊缝质量等级及选用 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊缝质量等）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：级的选用有如下规定： 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对接焊缝受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。平行于作

16、用力方向的纵向对接焊缝应拉时应为一级，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。为二级。 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受拉对接焊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。缝应不低于二级；受压时宜为二级。 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与上翼缘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焊透的对接与角接组合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，质量不应低于二级。焊缝，质量不应低于二级。 4

17、4） 角焊缝质量等级一般为三级，但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳角焊缝质量等级一般为三级，但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量和起重量Q Q50t50t的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections5. 5. 焊缝符号及标注方法焊缝符号及标注方法3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成焊缝符号主要由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成焊缝符号表示法焊缝符号表示法（GB/T324-

18、1988GB/T324-1988）建筑结构制图标准建筑结构制图标准（GB/T50105-2001GB/T50105-2001）第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.1.2 3.1.2 螺栓连接螺栓连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections Chapter 3 Connections精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓代号代号A A级和级和B B级级C C级级强度等级强度等级5.65.6级和级和8.88.8级级4.64.6级和级和4.84.8级级加工方式加工方式车床上经过切削而成车床上经过切削而成单个零件上一次冲成单个零件上一次冲成

19、加工精度加工精度螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为mm0.5mm螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为1.51.53mm3mm抗剪性能抗剪性能好好较差较差经济性能经济性能价格高价格高价格经济价格经济用途用途构件精度很高的结构（机械构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采结构）；在钢结构中很少采用用沿螺栓杆轴受拉的连接；次沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时要的抗剪连接；安装的临时固定固定1. 1. 普通螺栓连接普通螺栓连接3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections2. 2. 高

20、强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母、垫圈的合称。合称。由由4545钢、钢、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢经过热处理加工而成。钢经过热处理加工而成。 4545号号8.88.8级；级；40B40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9级级 （a）大六角头螺栓）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接（a）大六角头螺栓）大六角头螺栓（b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较高强度螺栓

21、摩擦型连接和承压型连接比较高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接传力机理传力机理利用预拉力把被连接的部利用预拉力把被连接的部件夹紧，使部件的接触面件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传递力通过摩擦力来传递允许接触面滑移，依靠螺栓杆允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺孔之间的承压来传力和螺孔之间的承压来传力栓孔直径栓孔直径螺杆的公称直径螺杆的公称直径+1.5+1.52.0mm2.0mm螺杆的公称直径螺杆的公称直径+1.0+1.01.5mm1.5mm特点特点剪切变形小，弹性性能好，剪切变形小，弹性性能好，特别适用于承受

22、动力荷载特别适用于承受动力荷载的结构的结构连接紧凑，但剪切变形大，不连接紧凑，但剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构得用于承受动力荷载的结构3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections铆钉连接及特点铆钉连接及特点 铆钉连接铆钉连接是用一端带有半圆形预制钉头的铆是用一端带有半圆形预制钉头的铆钉，将钉杆烧红迅速插入被连接件的钉孔中，钉，将钉杆烧红迅速插入被连接件的钉孔中，再用铆钉枪将另一端也打铆成钉头，使连接达再用铆钉枪将另一端也打铆成钉头，使连接达到紧固。到紧固。缺点缺点费工费料、劳动强度高。费工费料、劳动强度高。目前承重钢结构

23、连接中已很少应用。目前承重钢结构连接中已很少应用。优点优点传力可靠，塑性、韧性好，传力可靠，塑性、韧性好，动力性能好动力性能好第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections连接方法连接方法优优 点点缺缺 点点焊焊 接接对几何形体适应性强，构对几何形体适应性强，构造简单，省材省工，易于造简单，省材省工，易于自动化，工效高自动化，工效高 。焊接残余应力大且不易控制，焊接残余应力大且不易控制，焊接变形大。对材质要求高，焊接变形大。对材质要求高，质量检验工作量大。质量检验工作量大。 铆铆 接接传力可靠，韧性和塑性好，传力可靠，韧性和塑性好，质量易于检查，抗动力荷质量易于检查，抗

24、动力荷载好。载好。 费钢、费工费钢、费工 。目前很少采用目前很少采用普通螺栓普通螺栓连接连接装卸便利，设备简单装卸便利，设备简单螺栓精度低时不宜受剪，螺螺栓精度低时不宜受剪，螺栓精度高时加工和安装难度栓精度高时加工和安装难度较大较大 。高强螺栓高强螺栓连接连接 加工方便，对结构削弱少，加工方便，对结构削弱少，能承受动力荷载，耐疲劳，能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、韧性好塑性、韧性好 。摩擦面处理，安装工艺略为摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高复杂，造价略高 主要连接方法及优缺点主要连接方法及优缺点3.1 3.1 钢结构的连接钢结构的连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Conn

25、ections1. 1. 对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式3.2 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对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。 3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算板厚板厚t 1020mm板厚板厚t 20mm 板厚板厚t 10mm 第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.3.对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理2.2.对接焊缝的优缺点对接焊缝的优缺点优点：优点：用料经

26、济、传力均匀、无明显的应力集中，用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。利于承受动力荷载。缺点：缺点：需剖口，焊件长度要求精确。需剖口，焊件长度要求精确。 垫板垫板垫板垫板垫板垫板3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算1 1）为防止熔化金属流）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口淌必要时可在坡口下加垫板。下加垫板。第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections2 2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧）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。板和引出板，焊后将它们割除。3 3

27、）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。a) 改变厚度改变厚度b) 改变宽度改变宽度1:2.51:2.53.2 3.2 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第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections4. 4. 对接焊缝的强度对接焊缝的强度 1 1）受压、受剪的对接焊缝

28、与母材强度相等。）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。 2 2）三级质量的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗）三级质量的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的拉强度为母材强度的85%85%。 3 3）一、二级质量的焊缝的抗拉强度可认为与母材）一、二级质量的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。强度相等。3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.2.2 3.2.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算1. 1. 轴心受力的对接焊缝轴心受力的对接焊缝wcwtwfftlN或（3.2.1）N轴心拉力或压力设计值轴心拉力

29、或压力设计值lw焊缝计算长度，焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去无引弧板时，焊缝计算长度取实际长度减去2t；有引弧；有引弧板时，取实际长度。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 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（P398P398表表1.31.3）。）。 与构件母材强度计算方法相同，采用材料力学的计算公式与构件母材强度计算方法相同，采用材料力学的计算公式 加引弧板（引出板）施焊的情况下，一、二级对接焊缝不需计算。加引弧板（引出板）施焊的情况下，一、二级对接焊缝不

30、需计算。 三级焊缝受拉时，或无引弧板（引出板）时才验算。三级焊缝受拉时，或无引弧板（引出板）时才验算。 3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算NNlt要点要点第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections斜向受力的对接焊缝斜向受力的对接焊缝 对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈 夹角，其计算公式为：夹角，其计算公式为：lw斜焊缝计算长度。加引弧板时，斜焊缝计算长度。加引弧板时，lwb/sin ；不加引弧板时，；不加引弧板时，lwb/sin 2t。 fvw对接焊缝抗剪设计强度

31、。（对接焊缝抗剪设计强度。（P398P398表表1.31.3）规范规定，当斜焊缝倾角规范规定，当斜焊缝倾角 56.3，即，即tan 1.5时，可认为对接斜时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。焊缝与母材等强，不用计算。3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算bwcwtsinfftlNw或（3.2.2）wvwftlNcos（3.2.3）第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections2. 2. 承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝承受弯距和剪力联合作用的对接焊缝 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焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，

32、正应力与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。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。 wVwwwmax23ftlVtIVS（3.2.5）wmaxt2w6wMMfWl t（3.2.4）M焊缝承受的弯矩；焊缝承受的弯矩；Ww焊缝截面模量。焊缝截面模量。V焊缝承受的剪力；焊缝承受的剪力；Iw焊缝计算截面惯性矩；焊缝计算截面惯性矩；Sw计算剪应力处以焊缝截面的面积矩。计算剪应力处以焊缝截面的面积矩。3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections 对于工字形或对于工字形或T

33、 T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应形截面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力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力: :wt21211 . 13f（3.2.6）式中式中 : : 1 1、 1 1为腹板与翼缘为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。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为考虑到最大折算应力只在焊缝局部出现，而将焊缝强度在焊缝局部出现，而将焊缝强度设计值适当提高的系数。设计值适当提高的系数。 工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要

34、由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算01whMWhwww11tIVS第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3. 3. 受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝受轴力、弯矩和剪力联合作用的对接焊缝 轴力和弯矩作用下轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力，其力作用下产生剪应力，其计算公式为：计算公式为：wtwwMNmaxfWMAN（3.2.4*）wvwwmaxmaxftISV（3.2.5*）wt21211 .

35、 13fMN（3.2.6*）tIVSw11hhWM0wM1式中：式中：3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算wtNf1 . 132max21 12 2第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections 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。wVwfAV（3.2.5*） 对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强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

36、的强度计算完度要否折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。全相同。 3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections对接焊缝计算步骤对接焊缝计算步骤l确定荷载；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 maxtlNwN wteqf1 . 1322 wMWM wwwtIVS11 wcwtorff max3.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连

37、接接 Chapter 3 Connectionsmax 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，钢材钢材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。1. 截面几何特征值计算截面几何特征值计算4633mm1028981210002501032250wI【例题3.1】【解】2501016161000MV366maxmm106163. 5516102898yIWwwmax 1 1 1361mm10032. 250816250wS361mm10282. 325010500wwSS3

38、.2 3.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections2. 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 .17922wtf1010289810282. 310240663，满足。2wv2N/mm125N/mm2 .27fhh0max1 wwwtISV 112N/mm9 .173103210005 .1791010289810032. 210240663 2N/mm8 .16

39、21213 eq222N/mm3 .1768 .1639 .173，满足。2N/mm5 .2031851 . 11 . 1wtf第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections1.1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度3.3.1 角焊缝的构造角焊缝的构造3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝按截面形式（两焊脚边角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为的夹角）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。（1 1）直角角焊缝）直角角焊缝通常做成表面微凸的等通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（腰直角三角形截面（a a）。）。对承受动力荷载的结构

40、对承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面中，正面角焊缝的截面通常采用（通常采用（b b）的形式，）的形式，侧面角焊缝的截面则做侧面角焊缝的截面则做成凹面式（成凹面式（c c）。）。3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算 （a） （b） （c）图图3.3.1 直角角焊缝截面直角角焊缝截面普通型普通型平坡型平坡型凹面型凹面型第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections（2 2）斜角角焊缝）斜角角焊缝两焊边的夹角两焊边的夹角 9090或或 90135135o o或或6012mm）或或190mm（t12mm）；）；a) a) 构件端部仅有两边侧缝连接时：构件端部

41、仅有两边侧缝连接时：试验结果表明，连接的承载力与试验结果表明，连接的承载力与b / lw有关有关。为了避免应力传递的过为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，应使：分弯折而使构件中应力不均，应使：b / lw 1；b两侧缝之间的距离两侧缝之间的距离；lw侧焊缝计算长度；侧焊缝计算长度；t较薄焊件的厚度。较薄焊件的厚度。3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections c)c)直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：或凹形，焊脚尺寸的比例

42、：正面角焊缝正面角焊缝宜为宜为1:1.51:1.5，长边与内，长边与内力方向一致力方向一致 ；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 。 b) b) 仅用正面角焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊仅用正面角焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的件较小厚度的5 5倍或倍或25mm25mm。 d) d) 当焊缝端部在焊件转当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊转角加焊2 2h hf f。避开起落弧发。避开起落弧发生在转角处的应力集中。生在转角处的应力集中。b)2hfa)2hf2hf图图3.3.7 绕角焊缝绕角焊缝3.3 3.3

43、角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算5 5t2525图图3.3.6 搭接连接搭接连接第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算破坏面常发生在破坏面常发生在45斜面上。斜面上。侧焊缝侧焊缝端焊缝端焊缝3.3.2 直角焊缝的基本计算公式直角焊缝的基本计算公式1.1.焊缝的破坏面焊缝的破坏面图图3.3.8 直角角焊缝截面直角角焊缝截面计算截面计算截面均取焊缝均取焊缝45处有效截面（处有效截面（有效厚度有效厚度计算长度计算长度）焊缝有效高度焊缝有效高度he 0.7hf焊缝计算长度焊缝计算长度lw=每条焊缝长度每条焊缝长度-

44、2hf第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections2.2.有效截面上的应力状态有效截面上的应力状态图图3.3.9 角焊缝有效截面上的应力角焊缝有效截面上的应力国际标准化组织（国际标准化组织（ISOISO）推荐用）推荐用式（式（.1）确定角焊缝的极限）确定角焊缝的极限强度强度) 1 . 3 . 3()(8 . 1wu222fd a dacche e 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： 垂直于焊缝有效截面的垂直于焊缝有效截面的正应力正应力 垂直于焊缝长度的垂直于焊缝长度的剪应力剪应力 平行于焊缝长度

45、方向平行于焊缝长度方向剪应力剪应力 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（3.0）式中：式中： fuw -焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connectionswf2112233f（3.3.3）ffw角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值我国我国规范规范采用了折算应力公式，引入抗力分项系数后采用了折算应力公式，引入抗力分项系数后得角焊缝计算公式为：得角焊缝计算公式为：)2 . 3 . 3()(3wu222f 出于偏

46、于安全考虑，且与母材的能量强度理论的折算出于偏于安全考虑，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（应力公式一致，欧洲钢结构协会（ECCSECCS），将（），将（.1）的的1.81.8改为改为3 3即：即：ffw相当于角焊缝抗拉强度设计值。相当于角焊缝抗拉强度设计值。3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections图图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Ny、Nx两个轴心力作用的直角两个轴心力作用的直角角焊缝，角焊缝，Ny垂直于焊缝长

47、度方向产生平均应力垂直于焊缝长度方向产生平均应力 f，其在有效其在有效截面上引起的应力值为：截面上引起的应力值为：weyflhN（3.3.4） f 对于有效截面既不是正应力也对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，但可分解为不是剪应力，但可分解为 和和 。2f对直角角焊缝对直角角焊缝 ：3.3.实用计算方法实用计算方法3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections图图3.3.10 直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算沿焊缝长度方向的力沿焊缝长度方向的力Nx，在有效截面上引起平行于焊在有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力缝

48、长度方向的剪应力 f。（3.3.5）wexflhN3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：wff33222（3.3.3）wf2f2fff（3.3.6）wff33242322f2f2f2f2f22. 123f f 正面角焊缝的强度设计值增大正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载时系数。静载时 f 1.22，对直接承受对直接承受动力荷载的结构，动力荷载的结构， f 1.0 。 3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算

49、2f第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections正面角焊缝正面角焊缝 f0，力力N与焊缝长度方向垂直。与焊缝长度方向垂直。侧面角焊缝侧面角焊缝 f0，力力N与焊缝长度方向平行。与焊缝长度方向平行。wffwefflhN（3.3.7）wfwefflhN（3.3.8）22wffff(3.3.6)f以上各式中：以上各式中： he=0.7hf； lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算计算公式计算公式第第3 3章章 连连 接接 Chapte

50、r 3 Connections3.3.3 角焊缝的计算角焊缝的计算1.1.轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算轴心力（拉力、压力和剪力）作用时角焊缝的计算 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，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。焊缝的应力可认为是均匀分布的。(1(1）用盖板的对接连接）用盖板的对接连接wffe wNfh lA A、仅采用侧面角焊缝连接、仅采用侧面角焊缝连接NNl lw wS Slw连接一侧的侧面角焊缝计连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和算长度的总和3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连

51、接接 Chapter 3 ConnectionswffweNfl hB B、采用三面围焊连接、采用三面围焊连接wffweNNfl hNNl lw wl lw w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S Slw连接一侧的正面角焊缝连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和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S Slw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3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections(2(2）承受斜向轴心力的角焊缝）承受斜向轴心力的角焊缝NNxNy

52、 f f图图3.3.12 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Ncos 垂直于焊缝长度方向的分力垂直于焊缝长度方向的分力Nsin wefsinlhN（3.3.9a）welhNcosf（3.3.9b）外力外力N和焊缝长度方向斜交，焊缝受到的力和焊缝长度方向斜交，焊缝受到的力N被分解为：被分解为：代入（代入（.6），得焊缝计算公式：），得焊缝计算公式：wf2we2wefcossinflhNlhNSSwf2f2fff3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connectio

53、ns（3.3.10）wtfflhNwewf2we22we3sin1cos5 . 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： 020 30 40 50 60 70 8090 f 1.001.021.041.001.22将将 f f （斜角焊缝强度增大系数）作成表格（斜角焊缝强度增大系数）作成表格3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections（3 3）承受轴心力的角钢端部连接）承受轴心力的角钢端部连接 在钢桁架中，

54、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。图图3.3.13 桁架腹杆节点板的连接桁架腹杆节点板的连接3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 ConnectionsNN1N2eb角钢的侧缝连接角钢的侧缝连接 a)

55、 a) 仅用侧面焊缝连接仅用侧面焊缝连接NNN2112-N eNb e解上式得肢背和肢尖的受力为：解上式得肢背和肢尖的受力为：（3.3.14）11b eNNK Nb22eNNK Nb（3.3.15） 在在N1、N2作用下，侧缝的作用下，侧缝的计算长度为：计算长度为：由平衡条件得：由平衡条件得：肢背肢背肢尖肢尖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（3.3.16）wf1f11w7 . 02fhNlwf2f22w7 . 02fhNl（3.3.17）3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接

56、 Chapter 3 Connections表表3.3.1 角钢角焊缝内力分配系数角钢角焊缝内力分配系数Kw1ff11w2ff22weweNfl hNfl h对于校核问题对于校核问题: :对于设计问题对于设计问题: :11w1f22w2fweweNlhfNlhf3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections b) b) 角钢用三面围焊时角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸面角焊缝的焊脚尺寸hf3 ，并算出它所能承受的内力并算出它所能承受的内力N3 ：wf

57、ff337 . 02fbhN（3.3.11）11312NK NN（3.3.12）通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为: :22312NK NN（3.3.13） 角钢角焊缝围焊的计算角钢角焊缝围焊的计算NN1N2ebN3lw2lw13.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算（3.3.16*）wf1w1f17 . 02flhNwf2w2f27 . 02flhN（3.3.17*）第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connectionsc) c) 当采用当采用L L形围焊时形围焊时，令，令N20，得：得：L L形围焊角焊缝计算公式为：形围焊角

58、焊缝计算公式为：（3.3.19）322NK N13NNN若求出的若求出的hf3大于大于hfmax , ,则不能采用则不能采用L L形围焊。形围焊。（3.3.18）1w1wf1f3f3wffw32 0.72 0.7Nlh fNhf l（3.3.20）3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections例题例题3.33.3 试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽B270mm，厚度，厚度t1=28mm，拼接盖板的厚度，拼接盖板的厚度t2=16mm。该连。该连接承受的静态轴心力接承受的静态轴心力

59、N1400kN（设计值），钢材为（设计值），钢材为Q235B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43型型3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connections设计拼接盖板的对接连接有两种方法。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一种方法是假定焊脚尺寸求得焊缝长度，再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸；尺寸求得焊缝长度，再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸；另另一方法是先假定焊脚尺寸和拼接盖板的尺寸，然后验算焊缝一方法是先假定焊脚尺寸和拼接盖板的尺寸，然后验算焊缝的承载力。的承载力。如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则如

60、果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，则应调整焊脚尺寸，再行验算，直到满足承载力要求为止。应调整焊脚尺寸，再行验算，直到满足承载力要求为止。 解解 方法一方法一角焊缝的焊脚尺寸角焊缝的焊脚尺寸hf应根据板件厚度确定：应根据板件厚度确定： 由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度t2=16mm6mm，t2t1，则：，则： hfmaxt-(12)mm =1415mm取取hf=10mmhfmin1.5(t)1/2，hfmin = 7.9mm3.3 3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算第第3 3章章 连连 接接 Chapter 3 Connect