钢结构的连接-角焊缝

第三章连接五角焊缝的构造和计算

角焊缝的构造第三章连接情景二钢结构的连接

角焊缝的计算六焊接残余应力和焊接残余变形1.角焊缝的形式和强度第三章连接4.4角焊缝的构造和计算4.4.1角焊缝的构造角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。（a）普通型（b）平坡型（c）凹面型图4.13直角角焊缝截面（1）直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（a）。对承受动力荷载的结构中，为减缓应力集中，正面角焊缝的截面通常采用（b）的形式，侧面角焊缝的截面则做成凹面式（c）。he＝hfcos45°=0.7hf第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接（2）斜角角焊缝两焊边的夹角a>90°或a<90°的焊缝。通常用于钢漏斗和钢管结构中。图4.14斜角角焊缝截面（d）斜锐角焊缝（e）斜钝角焊缝（f）斜凹面角焊缝hehehehf—焊脚尺寸；—焊脚边的夹角；

he—有效厚度（破坏面上焊缝厚度）并有，he＝hfcos(/2)对于α>135o或α<60o斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接本书我们只学习直角角焊缝第三章连接1）侧面角焊缝：焊缝长度方向与受力方向平行。主要承受剪应力，强度低，弹性模量低，但塑性较好。弹性阶段分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。(3)角焊缝的工作性能第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接图15侧焊缝的应力和破坏截面N剪切破坏面Nτf第三章连接

2）正面角焊缝：焊缝垂直于受力方向，受力后应力状态较复杂。焊缝截面各面都有正应力和剪应力，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。破坏强度要高一些，但塑性差，弹性模量大。

(3)角焊缝的工作性能第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接caτxy图16端焊缝的应力状态NNcb2NacaobτxyσxτyxabτyxcaσxabσyN2N（3）破坏截面的提出直角角焊缝破坏试验结果表明：侧焊缝破坏沿45°喉截面居多端焊缝破坏则多不在45°喉截面而直角角焊缝中：侧焊缝破坏强度最低端焊缝破坏强度最高，是侧焊缝的1.35～1.55倍斜焊缝居中故为简化计算，偏于安全地假定破坏发生于45°喉截面上。第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接2.构造要求角焊缝构造包括三个方面：焊脚尺寸、焊缝长度和减小焊缝应力集中的措施。角焊缝的焊脚尺寸是指焊缝根脚至焊缝外边的尺寸--hf（1）焊脚尺寸为了保证焊缝的最小承载能力以及防止焊缝由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求:

a)最小焊脚尺寸(hf,min)第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接自动焊（温度高而均匀）：手工焊角焊缝：t—较厚焊件的厚度。焊件厚度t≤4mm时：取hfmin=tT形连接单面角焊缝（冷却快）：第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接hftt1t1＜t

取整mm数，小数点以后只进不舍。第三章连接hfmax≤1.2t

t—较薄焊件的板厚。

b)最大焊脚尺寸(hfmax)为了避免焊缝局部过热，烧穿较薄的焊件，减小焊接残余应力和残余变形，hf,max应满足以下要求:第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接hftt1t1＜t第三章连接

b)最大焊脚尺寸(hfmax)

板端焊缝：对板件（厚度t）边缘的角焊缝（贴边焊）

当t≤6mm时，hfmax≤t； 当t＞6mm时，hfmax≤t-(1～2)mm。第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接焊脚尺寸的取值：hfmin≤hf≤hfmax

若另一焊件厚度t1＜t时，还应满足hf,max≤1.2t1

tt1hf贴边焊缝第三章连接（2）角焊缝计算长度角焊缝计算长度（lw）取值lwmin≤lw

≤lwmax

最小计算长度（lwmin）为了使焊缝能有一定的承载能力，侧面角焊缝和正面角焊缝的计算长度均不得小于：lwmin≥8hf和40mm考虑到焊缝两端的缺陷，其实际长度应较前述数值还要大2hflwmax≤60hf

（静力荷载作用下）若实际长度超过以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。若内力沿侧焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。如工字形梁及柱的翼缘与腹板的连接焊缝

b)侧焊缝最大计算长度（lwmax）第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接（3）搭接连接的构造要求tblw图4.17侧焊缝引起焊件拱曲为了避免焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，b≤16t（t>12mm）或190mm（t≤12mm）；a)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b/lw有关。为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，每条侧缝长度b

/lw≤1；t为较薄焊件的厚度。第三章连接第三章连接第四章钢结构的连接第三章连接

c)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：正面角焊缝宜为1:1.5，长边与内力方向一致；侧面角焊缝可用凹形直角焊缝为1:1。

b)在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍或25mm。第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接t1t2

（t1＜t2）搭接图第三章连接

d)当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊2hf。避开起落弧发生在转角处的应力集中。b)2hfa)2hf2hf图4.18绕角焊缝第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接

焊角尺寸：hfdcbadcbahehfhf1）焊缝的破坏面4.4.2直角角焊缝的基本计算公式假定：直角角焊缝破坏发生于45°截面上，既有效厚度方向发生。图4.20直角角焊缝截面

有效厚度：he＝0.7hf

焊缝厚度：有效厚度+熔深+凸度

有效截面：有效厚度×计算长度计算时假定有效截面上应力均匀分布。第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接（4.14）f

——正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载或间接承受动荷载时f

＝1.22，对直接承受动力荷载的结构，f

＝1.0。

第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接实用计算公式第三章连接正面角焊缝

f＝0，力N与焊缝长度方向垂直。侧面角焊缝

f＝0，力N与焊缝长度方向平行。（4.15）（4.16）以上各式中：

he=0.7hf；lw—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2hf。（引弧板）第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接4.4.3角焊缝的计算1.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，焊缝的应力可认为是均匀分布的。(1）用盖板的对接连接A、仅采用侧面角焊缝连接NNlwSlw－连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接B、采用三面围焊连接NNlwlw’先计算正面角焊缝承担的内力Slw′－连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和再计算侧面角焊缝的强度Slw－连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接例题4.1

试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板宽B＝270mm，厚度t1=28mm，拼接盖板的厚度t2=16mm。该连接承受的静态轴心力N＝1400kN（设计值），钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接[分析]假定焊脚尺寸----焊缝长度----拼接盖板尺寸步骤1：假定焊脚尺寸（hf）角焊缝的尺寸是根据板件的厚度确定的。最大焊脚尺寸：规范规定，当t>6mm时，hf≦t-(1～2)mm，t为较薄焊件的厚度hfmax=14～15mm取hf=10mm,查表可得角焊缝强度设计值：ffw＝160N/mm2最小焊脚尺寸：规范规定，hf≧1.5(t)1/2，t为较厚焊件的厚度hfmin=7.9mm第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接步骤2：计算焊缝长度（lw）假设采用两面侧焊缝，拼接盖板采用上下两块。根据公式算得连接一侧所需四条焊缝总长度拼接盖板的长度L=2lw+10=333×2+10=676mm,取680mm式中，10为两块被连接钢板的间隙一条侧焊缝的实际长度:lw′=1250/4+2×10=333mm验算lwmin=10×hf=10×10=100≦lw′=333≦lwmax=60×hf=60×10=600第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接步骤3：确定拼接盖板的宽度（b）虽然沿拼接盖板的宽度方向没有施焊，但也应该根据强度条件和构造要求确定其宽度。强度条件：假设b=240mm,则一块拼接盖板的横截面积A=3840mm2,根据静态轴力计算的强度值s=N/2A=1.4×106/（2×3840）=182.3N/mm2<f=215N/mm2故选用拼接盖板的尺寸为680mm×240mm×16mm构造要求：当板件端部只有两条侧面角焊缝连接时，要求b<lw=333。

当t>12mm时，b≤16t=16×16=256,t为较薄焊件的厚度第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接【练习】验算下图所示连接的强度(采用三面围焊)。已知钢板宽B1=400mm，厚t1=18mm,受轴心力N=1425kN（静荷载），钢材Q235B，手工焊，焊条E43型。取hf=8mm。两块矩形盖板宽B2=340mm，厚t2=12mm。NNNN第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接分析：本题要求验算连接的强度，除了焊缝的连接强度，还有钢板和盖板的强度。第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接1）正面角焊缝承担的内力2)侧面角焊缝的强度因此，角焊缝的强度满足要求。（一）验算焊缝连接的强度：对于三面围焊，先计算正面角焊缝承担的内力

，再计算

侧面角焊缝的强度。第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接1）钢板的强度验算2)盖板的强度验算因此，脚焊缝的强度满足要求。（钢板的抗拉强度可查表1-1得到）因此，钢板的强度满足要求。（二）钢板和盖板的强度验算综上，本题的连接强度满足要求。第三章连接（2）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两面侧焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用L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，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。图4.26桁架腹杆节点板的连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接NN1N2eb角钢的侧缝连接

a)仅用侧面焊缝连接解上式得肢背和肢尖的受力为：（4.19）（4.20）（4.21）在N1、N2作用下，假定肢尖、肢背hf1、hf2，侧缝的计算长度为：（4.22）由平衡条件得：肢背肢尖K1—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，查表2.4P36第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接表2.4角钢角焊缝内力分配系数K第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接

b)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脚尺寸hf3，并算出它所能承受的内力N3：（4.23）（4.24）通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为:（4.25）角钢角焊缝围焊的计算NN1N2ebN3lw2lw1在N1、N2作用下，侧焊缝的长度用公式（4.21、4.22）。第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接c)当采用L形围焊时，令N2＝0，得：L形围焊角焊缝计算公式为：（4.27）若求出得hf3大于hfmax

,则不能采用L形围焊。（4.26）（4.28）第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接角焊缝的实际长度和计算长度关系：角焊缝：实际长度=计算长度+2hf三面围焊或L型焊缝，因在转角处必须连续施焊，可视为一条焊缝注：焊缝的实际长度取5mm的倍数。便于焊条下料第三章连接例4.2

设计如图所示双面不等边角钢和节点板间的连接角焊缝。受静力荷载N=575kN。长肢相拼，钢材Q235，手工焊，焊条E43型。N=575kN2160×100×10[分析]目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）方法：假定焊脚尺寸----焊缝长度第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接

步骤1：确定焊缝强度设计值（ffw）查表：ffw=160N/mm2步骤2：假定焊脚尺寸（hf）角焊缝的尺寸是根据板件的厚度确定的。最大焊脚尺寸：规范规定，当t>6mm时，hf≦t-(1～2)mm，t为较薄焊件的厚度10mmhfmax=8～9mm取hf=6mm最小焊脚尺寸：规范规定，hf≧1.5(t)1/2，t为较厚焊件的厚度14mmhfmin=5.6mm第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接步骤3：计算角钢肢背和肢尖上侧缝分担的轴力（N1,N2）查表（P72表4.4）得焊缝内力分配系数K1=0.65,K2=0.35肢背角焊缝所承受的内力N1=0.65×575=373.75kN肢尖角焊缝所承受的内N2=0.35×575=201.25kNNk1Nk2Nlw2lw1第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接第三章连接步骤4：计算角钢肢背和肢尖上侧缝长度（lw1,lw2）利用公式肢背角焊缝侧缝长度lw1′=278mm考虑到起灭弧的影响，肢背和肢尖角焊缝实际长度肢尖角焊缝侧缝长度lw2′=150mmlw2=lw2′+2hf=162mmlw1=lw1′+2hf=290mm第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接角焊缝小结焊脚尺寸应与焊件的厚度相适应。对手工焊，hf应不小于，t为较厚焊件的厚度（mm），对自动焊，可减小1mm；hf应不大于较薄焊件厚度的1.2倍。1

角焊缝的构造焊脚尺寸取值：图：角焊缝焊脚尺寸第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接对于板件边缘的焊缝，当t≤6mm时，hf≤t；当t

>6mm时，hf≤t－(1~2)mm。焊脚尺寸取值：图：角焊缝最大hf第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接焊缝长度取值：焊缝长度lw也不应太长或太短，其计算长度不宜小于8hf或40mm，且不宜大于60hf。其他构造要求仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时同时有平行与垂直于焊缝长度方向的轴心力时2.角焊缝计算的基本公式第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接1.受轴心力焊件的拼接板连接仅侧面角焊缝：仅正面角焊缝：3.常用连接方式的角焊缝计算第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接三面围焊时：先计算正面角焊缝N1，

剩余的N-N1由侧面角焊缝承担。2.受轴心力角钢的连接当采用侧面角焊缝连接时肢背：肢尖：第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接当采用三面围焊连接时正面角焊缝承担的力：侧面角焊缝承担的力：肢背肢尖当采用L形焊连接时正面角焊缝承担的力：侧面角焊缝承担的力：

2.6焊接残余应力和焊接变形1.什么是焊接残余应力和焊接残余变形？2.如何减少焊接残余应力和焊接残余变形？

情景二钢结构的连接情景二钢结构的连接2.6焊接残余应力和焊接变形一、焊接残余应力的分类和产生的原因①纵向焊接应力——沿焊缝长度方向

施焊时焊缝处钢材受热伸长，但受两侧低温区域的限制产生热塑性压缩；焊缝冷却时收缩又受到限制而产生拉应力；拉应力大小可达钢材屈服点fy；

远离焊缝区域产生纵向压应力，焊件内应力自相平衡。第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接②横向焊接应力——垂直于焊缝长度方向焊缝纵向收缩，焊件有反向弯曲变形的趋势，在焊缝处中部受拉，两端受压先焊焊缝凝固阻止后焊焊缝横向自由膨胀，发生横向塑性压缩变形；焊缝冷却，后焊焊缝收缩受限产生拉应力，先焊焊缝产生压应力；横向应力是上述两种应力合成。第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接应力分布与施焊方向有关；③厚度方向的焊接应力-+-321σxσyσz第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。沿厚度方向先焊焊缝凝固，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形。冷却时外围焊缝散热快先冷固，内层焊缝收缩受限制产生沿厚度方向的拉应力，外部则产生压应力。因此除了横向和纵向焊接残余应力x

，y外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力z

，这三种应力形成同号三向拉应力，大大降低连接的塑性。3.焊接残余变形的产生

在施焊时，由于不均匀的加热和冷却，焊区的纵向和横向受到热态塑性压缩，使构件产生变形。表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。图4.7.1焊接变形第三章连接第三章连接第三章连接情景二钢结构的连接（1）对结构静力强度的影响σ+--afy+--afyNyNy因焊接残余应力自相平衡，故：当板件全截面达到fy，即N=Ny时：结论：