钢结构的焊缝连接New

1、本科教学本科教学 第 4 章 钢结构的焊缝连接钢结构-原理与设计中南大学中南大学 土木工程学院土木工程学院 欧阳震宇欧阳震宇第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇第第4 4章章 焊缝连接焊缝连接Chapter 4 Welt Connections 焊缝连接焊缝连接2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇主要内容主要内容 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 普通螺栓的构造和计算普通螺栓

2、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2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇4.1 .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称为钢结构连接螺栓连接称为钢结构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 4.1.1 4.1.1 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2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接

3、中南大学 土木工程学院 欧阳震宇缺点缺点 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。

4、低温冷脆问题较为突出。优点优点4.1.1 4.1.1 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。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇2. 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的焊条及母材形成焊缝。焊药的焊条及母材形成焊缝。

5、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。 2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇A 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钢选择钢选择E55E55型焊

6、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。不同钢种的钢材焊接，宜

7、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。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇（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件焊件优点：优点：焊接速度快，劳动强

8、度低，焊缝质量好，焊接速度快，劳动强度低，焊缝质量好，无弧光及烟尘很少等优点。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。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇（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。2022

9、-7-4缺点缺点：施工条件受限制，不：施工条件受限制，不适用于在风较大的地方施焊适用于在风较大的地方施焊。第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇（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。 2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇3. 3. 焊接接头及焊缝形式焊接接头及焊缝形式（1 1）焊接接头焊接接头

10、：分为：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。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇（2 2）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。 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。）侧面角焊缝：作用力方向与焊缝长度方向平行。202

11、2-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇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。 不重要或受力小的构件，可采用间断角焊缝连接50或或10hf2022-7-4Notation：flange and web第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇平焊、立焊、横焊和仰焊。平焊、立焊、横焊和仰焊。施焊方式施焊方式

12、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)横焊横焊质量好质量好质量一般质量一般质量差质量差2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇4. 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

13、；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。 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2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇（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

14、三级质量标准，适用于一般连接。适用于一般连接。 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、渗透探伤）。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+ +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

15、重要连接。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇（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

16、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 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

17、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。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇5. 5. 焊缝符号及标注方法焊缝符号及标注方法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/T324-1988GB/T324-1988）建筑结构制图标准建筑结构制图标准（GB/T50105-2001GB/T50105-2001）2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结

18、构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇1. 1. 对接焊缝的对接焊缝的坡口形式坡口形式4.2 4.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算4.2.1 4.2.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造t20mm0.52mm34mmt20mm34mmt20mm34mm)直边缝单边V形缝双边V形缝U形缝X形缝K形缝2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇b=0.52mm（直边缝）（直边缝）b=23mm（单边（单边V）b=23mm（V型）型）p p（U型）型）b=34mmp pb=34mmp p（K型）型）b=34mmp p（X型）型）2022

19、-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇3.3.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：用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承用料经济、传力均匀、无明显的应力集中，利于承受动力荷载。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。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇2 2）在焊缝的起灭弧处

20、，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。引弧板引弧板 一般受静力荷载的结构，也可不设引弧板，一般受静力荷载的结构，也可不设引弧板，但焊缝的计算长度比实际长度减小但焊缝的计算长度比实际长度减小2t2t或或2h2hf f。2022-7-43 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以上时，应以上时，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.

21、5的斜角，的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。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1:2.51:2.5第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇4. 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）三级质量的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗抗拉强度拉强度为母材强度的为母材强度的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

22、等。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇4.2.2 4.2.2 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（4.2.1）N轴心拉力或压力设计值轴心拉力或压力设计值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，连接件的较小厚度，对对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

23、压强度设计值（P382P382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。 NNlt要点要点2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇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

24、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。对接焊缝抗剪设计强度。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，可认为对时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。接斜焊缝与母材等强，不用计算。bwcwtsinfftlNw或（4.2.2）wvwftlNcos（4.2.3）2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇2.

25、 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，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（4.2.5）wmaxt2w6wMMfWl t（4.2.4）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焊缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩。焊

26、缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇 对于工字形或对于工字形或T 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（4.2.6）式中式中 : : 1 1、 1 1为腹板与翼缘交为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。接处的正应力和剪应力。 注意，注意，系数系数1.11.1为考虑到最大为考虑到最大折算应力只在焊缝局部出现，而将折算应力只在焊缝局部出现，而将焊

27、缝强度设计值适当提高的系数。焊缝强度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，剪应力主要由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。主要由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。20w1hIMwww11tIVS2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇3. 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

28、，其力作用下产生剪应力，其计算公式为：计算公式为：wtwwMNmaxfWMAN（4.2.4*）wvwwmaxmaxftISV（4.2.5*）wt21211 . 13fMN（4.2.6*）tIVSw11hhWM0wM1式中：式中：1 12 22022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇 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（4.2.5*） 对接焊缝的计算除考虑焊缝长度

29、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。 2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇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 wcwtorffmax4.2 4

30、.2 对接焊缝的构造和计算对接焊缝的构造和计算2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇max 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，采用焊条，手工焊，质量等级为三级，采用引弧板。引弧板。1. 截面几何特征值计算截面几何特征值计算4633mm1028981210002401032250wI【例题4.1】【解】2501016161000MV366maxmm106163. 5516102898yIWwwmax 1 1 13

31、61mm10032. 250816250wS361mm10282. 325010500wwSS2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇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 .27fhh0max1 wwwtISV 112N/mm9 .173103210005 .17910

32、10289810032. 210240663 2N/mm8 .1621213 eq222N/mm3 .1768 .1639 .173，满足。2N/mm5 .2031851 . 11 . 1wtf2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇 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4.2】961012190max bM aM F1601201220010ba2022-7-4第第4

33、 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇961012190max 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】46mm1005.1312 96 6 10 190 (95 12)68.9mm12 96 10 190cy 2mm190019010wA332296 12190 1019096 12 (68.9 6)190 10 (190 12 68.9)12122wIxx0961219010yc2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学

34、 土木工程学院 欧阳震宇3. 焊缝强度验算焊缝强度验算w2w2w2tcv300N/mm ,350N/mm ,205N/mmfff622max627.2 1068.9143.6N/mm300N/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 .317wtf2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝

35、连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇1.1.角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度4.3.1 角焊缝的构造角焊缝的构造4.3 4.3 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（两焊角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为脚边的夹角）可分为直角角焊直角角焊缝缝和和斜角角焊缝。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通常做成表面微凸的等腰等腰直角直角三角形截面。三角形截面。2022-7-4角焊缝应用最多的为直接角焊缝应用最多的为直接角焊缝。其中，普通型的角焊缝。其中，普通型的等边直接焊缝又占所有直等边直接焊缝又占所有直接焊缝的绝大多数。接焊缝的绝大

36、多数。焊脚尺寸焊脚尺寸-hf图图4.3.1 直角角焊缝截面直角角焊缝截面第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇（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

37、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。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇 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：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

38、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5 5t2525图图3.3.6 搭接连接搭接连接2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇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4.3.2 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

39、缝的破坏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-2hfhfhehh1h2deh-h-焊缝厚度、焊缝厚度、h h1 1熔深熔深h h2 2凸度、凸度、d d焊趾、焊趾、e e焊根焊根hf-焊脚尺寸焊脚尺寸2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇2.2.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（ISOIS

40、O）推荐用式）推荐用式（.1）确定角焊缝的极限强度）确定角焊缝的极限强度) 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 平行于焊缝长度方向平行于焊缝长度方向剪应力剪应力 上式中上式中1.81.8系数针对系数针对Q235Q235钢，其它钢种，则公式中系数为：钢，其它钢种，则公式中系数为：3.0式中：式中： fuw -焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的

41、抗拉强度2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇wf2112233f（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：数后得角焊缝计算公式为：)2 . 3 . 3()(3wu222f 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（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：f

42、fw由角焊缝抗剪条件确定，所以公式右边相当于角焊由角焊缝抗剪条件确定，所以公式右边相当于角焊缝抗拉强度设计值。缝抗拉强度设计值。2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇 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

43、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2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇图图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长度方向的剪应力 f。（3.3.5）wexflhN2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇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）w

44、f2f2fffwff33242322f2f2f2f2f22. 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 。 2f2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇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。wffwefflhNwfwefflhN22wffff(3.3.6)f以上各式中：以上各式中： he=0.7hf；

45、lw角焊角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，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每条焊缝取其实际长度减去2hf。计算公式计算公式2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇4.3.3 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，焊缝的应力当焊件受轴心力，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。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、

46、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算长连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和度的总和2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇wffweNfl 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20

47、22-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇(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 f f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：wf2we2wefcossinflhNlhNSSwf2f2fff2022-7-4第

48、第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇（3.3.10）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： 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2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇（3 3）承受轴心力的角

49、钢端部连接）承受轴心力的角钢端部连接 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用（a a）两面侧焊，两面侧焊，或或(b)(b)三面围焊，特殊情况也允许采用三面围焊，特殊情况也允许采用(c) (c) L L形围焊（如图所示）。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，腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合的作用线应与角钢杆件的轴线重合。图图4.3.13 桁架腹杆节点板的连接桁架腹杆节点板的连接2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工

50、程学院 欧阳震宇NN1N2eb角钢的侧缝连接角钢的侧缝连接 a) 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，侧缝作用下，侧缝的计算长度为：的计算长度为：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）2022-7-

51、4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇表表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: :11w1f22w2fweweNlhfNlhf2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇 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。可先假定正面角焊缝的焊，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸脚尺寸hf3 ，并算出它所能承受的内力，并算出它所能承受的内

52、力N3 ：wfff337 . 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NN1N2ebN3lw2lw1（3.3.16*）wf1w1f17 . 02flhNwf2w2f27 . 02flhN（3.3.17*）2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇c) 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：形围焊角焊缝计算公

53、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）2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇例题例题4.34.3 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。该连接承受的静态轴心力连接承受的静态轴心力N1400kN（设计值），钢材为（设

54、计值），钢材为Q235B，手工焊，焊条为，手工焊，焊条为E43型型2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇 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尺寸求得焊缝长度，再由焊缝长度确定拼接盖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；板的尺寸； 另一方法是先假定焊脚尺寸和拼接盖板的尺寸，然后验算焊缝的承另一方法是先假定焊脚尺寸和拼接盖板的尺寸，然后验算焊缝的承载力。载力。 如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，如果假定的焊缝尺寸不能满足承载力要求时，

55、则应调整焊脚尺寸，再行验算，直到满足承载力要求为止。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 = 7.9mm2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大

56、学 土木工程学院 欧阳震宇2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇方法方法2：采用菱形拼接盖板。采用菱形拼接盖板。 当拼接板宽度较大时，采用菱形当拼接板宽度较大时，采用菱形拼接盖板可以减小角部的应力集中，拼接盖板可以减小角部的应力集中，从而使连接的工作性能得以改善。设从而使连接的工作性能得以改善。设计时一般先假定拼接盖板的尺寸再进计时一般先假定拼接盖板的尺寸再进行验算。盖板尺寸如图所示：行验算。盖板尺寸如图所示：仍取仍取hf=10mm正面角焊缝：正面角焊缝：kN3 .10916022. 140107 . 022wffw1e1flhN解：解

57、：侧面角焊缝：侧面角焊缝：kN0 .44816010110107 . 044wfw2e2flhN2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇斜角焊缝：此焊缝与作用力夹角斜角焊缝：此焊缝与作用力夹角）有：由式（可得，10. 3 . 306. 13/7 .33sin1/17 .33150100arctan2f0kN8 .85416006. 1180107 . 044wffw3e3flhN连接一侧焊缝所能承受的内力：连接一侧焊缝所能承受的内力：1400kNkN14128 .8540 .4483 .109321NNNN连接设计满足要求连接设计满足要求

58、2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇例题4.4 试确定图3.3.15所示承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢212510，与厚度为8mm的节点板连接，其搭接长度为300mm，焊脚尺寸hf=8mm，钢材为Q235-B，手工焊，焊条为E43型。 解：角焊缝设计强度值角焊缝设计强度值2wfN/mm160fK1=0.7，K2=0.3，lw3=b=125mm2022-7-4第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇正面角焊缝所能承受的内力正面角焊缝所能承受的内力N3为：为：第第4

59、4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇 当焊缝非轴心受力时，可以将外力作用分解为轴力、当焊缝非轴心受力时，可以将外力作用分解为轴力、弯矩、剪力、扭矩等简单受力情况，分别求出具各自的焊弯矩、剪力、扭矩等简单受力情况，分别求出具各自的焊缝应力，然后利用叠加原理，找出焊缝中受力最大的几个缝应力，然后利用叠加原理，找出焊缝中受力最大的几个点进行验算。点进行验算。2.2.复杂受力时角焊缝连接计算复杂受力时角焊缝连接计算第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇NeNx xNy y2wl2wlMANxNxM MNyNyh he eh

60、he et t（1）受弯矩）受弯矩M 、剪力、剪力V 、轴力、轴力N联合作用时角焊缝的计算联合作用时角焊缝的计算T形连接形连接xxNee w2NNAh l由轴心拉力由轴心拉力Nx产生的应力：产生的应力：由弯矩由弯矩M产生的最大应力：产生的最大应力：M2ee w62MMWh l第第4 4章章 钢结构的焊缝连接钢结构的焊缝连接中南大学 土木工程学院 欧阳震宇A点产生的剪应力：点产生的剪应力：yfweNl hxf2e we w6NMh lh lA A点控制应力最大为控制设计点点控制应力最大为控制设计点A点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力点产生的正应力由两部分组成：轴心拉力Nx和弯矩和弯矩M产生产生