钢结构的焊接连接

第4章

钢结构的焊接连接4.1钢结构的连接方法4.2钢结构中所使用的焊接方法简介4.3焊接结构的特性和焊接连接4.4焊缝代号(或焊缝符号)4.5对接焊缝的计算和构造4.6直角角焊缝的受力性能4.7直角角焊缝的强度计算4.8角焊缝的尺寸限制和构造要求第4章

钢结构的焊接连接4.9直角角焊缝连接的计算4.10斜角角焊缝连接的计算4.11部分焊透的对接焊缝连接的计算4.12焊缝的质量等级4.13焊缝残余应力和残余变形4.14国外设计规范中的某些规定

钢结构的构件是由型钢、钢板等通过连接（connections）构成的，各构件再通过安装连接架构成整个结构。因此，连接在钢结构中处于重要的枢纽地位。在进行连接的设计时，必须遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。

钢结构的连接方法可分为焊接连接、铆钉连接、螺栓连接和轻型钢结构用的紧固件连接等，如下图。第4章钢结构的焊接连接4.1钢结构的连接方法

1、手工电弧焊

这是最常用的一种焊接方法。通电后产生电弧使焊条中的焊丝熔化，滴落在焊件上被电弧所吹成的小凹槽熔池中。由焊条药皮形成的熔渣和气体覆盖着熔池，防止空气与熔化的液体金属接触，避免形成脆性易裂的化合物。焊缝金属冷却后把被连接件连成一体。第4章钢结构的焊接连接4.2钢结构中所使用的焊接方法简介

手工电弧焊设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。但生产效率低，劳动强度大，焊接质量与焊工的技术水平和精神状态有很大的关系。

手工电弧焊所用焊条应与焊件钢材（或称主体金属）相适应，例如：对Q235钢采用E43型焊条（E4300～E4328）；对Q345钢采用E50型焊条（E5000～E5048）；对390钢和Q420钢采用E55型焊条（E5500～E5518）。焊条型号中字母E表示焊条（elecfrodes)，前两位数字为熔敷金属的最小抗拉强度，后两位数字表示适用连接位置、电流及药皮类型等。

不同钢种的钢材相焊接时，宜采用低组配方案，即宜采用与低强度钢相适应的焊条。第4章钢结构的焊接连接4.2钢结构中所使用的焊接方法简介1、手工电弧焊

埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。焊丝不涂药皮，但施焊端靠由焊剂漏头自动流下的颗粒状焊剂所覆盖，电弧完全被埋在焊剂之内，电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，具有很高的生产率。由于采用了自动或半自动化操作，焊接时的工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，故焊成的焊缝的质量好，焊件变形小。

埋弧焊所用焊丝和焊剂应与主体金属的力学性能相适应，并应符合现行国家标准的规定。第4章钢结构的焊接连接4.2钢结构中所使用的焊接方法简介2、自动（或半自动）埋弧焊1、焊丝转盘；2、送丝电机；3、焊剂漏斗

4、电源；5、融化的焊剂；6、焊缝金属

7、焊件；8、焊剂；9、移动方向

气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成

的焊缝强度比手工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接。但不适用于在风较大的地方施焊。

4、其他：如电阻焊等第4章钢结构的焊接连接4.2钢结构中所使用的焊接方法简介3、气体保护焊

气体保护焊是利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。它直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护层，以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程的稳定性。第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介一、焊缝连接的特性

焊接连接(welded

connection)是现代钢结构最主要的连接方法。其优点是：构造简单，节点复杂也可直接相连；用料经济，不削弱截面；制作加工方便，可实现自动化操作；连接的密闭性好，结构刚度大。

其缺点是：在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介一、焊缝连接的特性裂纹焊瘤烧穿弧坑气孔夹渣咬边未熔合未焊透

焊接残余应力——焊接应力较高的部位将达到钢材屈服强度而发生塑性变形，在钢材冷却后这些部位残存的应力。它是构件未受荷载时的应力，是自相平衡的内应力体系。

正确选材、正确设计节点、施焊工艺严格、考核焊工。第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介一、焊缝连接的特性

焊接残余变形——在焊接和冷却过程中焊件产生的变形。使用前矫直，工厂预拼装。第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介一、焊缝连接的特性

焊接接头的形式第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介二、焊接接头的形式和焊缝的类别对接连接用拼接盖板的对接连接搭接连接T形连接T形连接角形连接角形连接（角焊缝）（对接焊缝）（角焊缝）（角焊缝）

焊缝的类别1.对接焊缝位于板件同一平面内且截面相同，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中且用料经济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介二、焊接接头的形式和焊缝的类别第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介二、焊接接头的形式和焊缝的类别I形单边VU形双边U形V形X形

K形坡口深度钝边尺寸坡口角度根部间隙

焊缝的类别2.角焊缝角焊缝（fillet

welds）是最常用的焊缝。角焊缝按其与作用力的关系可分为：焊缝长度方向与作用力垂直的正面角焊缝；焊缝长度方向与作用力平行的侧面角焊缝以及斜焊缝。按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。

第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介二、焊接接头的形式和焊缝的类别第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介二、焊接接头的形式和焊缝的类别

焊缝的类别3.其它第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介二、焊接接头的形式和焊缝的类别

图4.14（a）塞焊缝（b）槽焊缝（c）点焊缝第4章钢结构的焊接连接4.3焊接结构的特性和焊接连接简介三、焊接（施焊）位置平焊横焊仰焊立焊第4章钢结构的焊接连接4.4焊缝代号

作用——表明焊缝型式、尺寸和辅助要求。表示方法——由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成。指引线画法第4章羞钢结构蛮的焊接富连接4.你4焊缝袜代号焊缝基风本符号芒与基准呢线的相浅对位置焊缝在决箭头侧双面皆对称揉布置大的角掠焊缝焊缝浊在非偏箭头约侧双面对允称U形对接黎焊缝第4章悬钢结构宾的焊接渗连接4.谅4焊缝代温号焊缝符尚号中的携辅助符惧号与补湿充符号第4章苹钢似结构异的焊叮接连怀接4.4焊缝代愤号焊缝符锁号中的恶辅助符托号与补辅充符号第4章阵钢结构订的焊接挂连接4.棋5对接蝇焊缝遮的计突算和桥构造一、酒对鼠接焊或缝的支计算焊缝等笼级：《钢结构邻工程施再工质量冒验收规麦范》（GB腿50跌20松5）三级焊著缝：外席观检查二级焊肚缝：在插外观检亮查的基垮础上再之做无损碧检验，远用超声销波检验胆每条焊鼻缝的20％长怀度，淘且不四小于20脂0m罚m一级夜焊缝另：在尘外观互检查头的基劈燕础上页用超暂声波胁检验雀每条炎焊缝哨全部追长度睁，以态便揭肝示焊刘缝内槽部缺云陷引弧射：（否右则焊全缝有器效长史度扣2t）第4章奖钢喉结构夕的焊打接连询接4.淡5对接盼焊缝斑的计蚀算和换构造二、虾对李接焊颤缝的艇构造第4章忽钢结构帆的焊接拔连接4.6角焊缝洋的受力赏性能侧面哲角焊晌缝的敏应力啄分布正面角棚焊缝的钢应力分冰布第4章朱钢铁结构投的焊慨接连声接4.慈6角焊缝兼的受力路性能角焊剃缝的西应力—位移曲浩线侧面停角焊胶缝:塑性性固能好剪应力旺沿长度晨分布不模均焊缝强坚度较低正面新角焊樱缝:刚度洒较大沿长掠度应潮力分挡布较瓜均匀陆但截面受力科状态复闻杂焊缝强娇度较低第4章贡钢结构驾的焊接辛连接4.6角焊告缝的坟受力逃性能[例题4-1弄]试验绣算图访所示召钢板奔的对端接焊勿缝的杨强度形。图杜中a=辈54尽0m盼m，t=2钢2mm，轴心休力的设续计值为N=2矮500抄kN。钢炮材为Q2稀35煎-B，手工仰焊，焊庸条为E43型，艇三级脑检验里标准惊的焊榆缝，续施焊址时加愁引弧也板。解：直富缝连丢接其角计算永长度lw=54行0mm，焊药接正降应力济为改用炉斜对笋接焊阿缝，个取斜肿焊缝斯与作卡用力袖间的有夹角θ=5包6°，则此绘时焊缝翁的计算唱长度为焊缝中革的正应屠力、减正应力和丛折算应旷力分别袄为（不满补足要求魔）说明当tanθ≤1:腰1.5时，纲焊缝酸强度圾能够计保证且，可荡不必及验算避。第4章饼钢结构追的焊接著连接4.躬7直角究角焊演缝的许强度冠计算一、基萌本假定1.沿45度方款向的卡焊缝槐截面贝为计围算时呢的破震坏面2.角焊缝授的抗拉沫、抗压映、抗剪化强度取仿相同值夕，为ffw3.在形锯心力场作用杨下，毒假定议沿焊洁缝长盆度的滴应力蹄分布获是均絮匀的第4章烛钢结构惭的焊接堡连接二、昨强度咳计算倒法1.在通简过焊洞缝形晕心的院拉力股、压族力或书剪力朝作用甩下：（1）当力真垂直于缝焊缝长吗度方向喉时（2）当煤力垂我直于恒焊缝久长度背方向书时2.在其敬它力宅或各棚种力谣综合铅作用钥下，阀同一捧点上sf和tf共同作版用时bf——正截面储角焊缝强推度设计父值增大傲系数。沫静力荷打载和间或接动力认载时取bf=妹1.冲22；对于直置接承受鸦动力荷岭载结构欠中的焊拼缝，由府于正面汗角焊缝的拍刚度侄大，伶韧性地差，声应将找其强连度降门低使仁用，斗取bf=狡1.挥0。he——角焊缝瓜的有效利高度，寇直角角套焊缝he=0.木7hf。lw——角焊缝茫计算长填度，为秋实际长名度扣2hf，用于羞考虑起浆弧和熄脱弧。4.7直角白角焊缓缝的湖强度坊计算第4章聚钢结构晒的焊接求连接4.8角焊绩缝的踪蝶尺寸积限制仗和构驶造要县求1.焊脚籍尺寸hf1）最小受焊脚奖尺寸木：对手工丑焊，hf应不瓜小于1.5t0.5，t为较厚失焊件的堤厚度(m省m)，对自橡动焊可扒减小1mm；T型接头贫单面叫继焊缝时搁增加1mm。t小于等浸于4mm时则厦取hf=h。第4章锄钢结构衔的焊接蓬连接2）最昏大焊研脚尺碗寸：士除了付直接礼焊接应钢管芽结构丽的焊贱脚尺沸寸hf不宜大肢于支管勺壁厚的2倍之伸外，hf不宜费大于零较薄穴焊件事厚度匹的1.竟2倍。板愁件边缘跃的角焊劝缝，当垄板件厚塞度t≤6m宵m时，hf≤t；当t＞6m她m时，hf≤t-（1-比2）mm。圆孔轨或槽孔任内的角宴焊缝尺砌寸尚不呢宜大于姻圆孔直啄径或槽售孔短径率的1/3。4.8角焊霞缝的稼尺寸凤限制付和构尾造要多求第4章杠钢结构耽的焊接究连接2、焊缝艳的计算给长度1)载lw＞８hf和lw＞40m恋m2)侧面角偏焊缝的淘计算长秘度不宜负大于60hf，直唐接承碍受动柳力荷荡载时燃不宜扣大于40湾hf（若奔内力且沿测端面角鹿焊缝曾全长轿分布挤时，熔比如值焊接就梁翼甚缘板萌与腹火板的羡连接瞒焊缝晓，计淘算长掏度可有不受啄上述葛限制可）。3、断续秋角焊缝4.言8角焊券缝的邪尺寸遣限制移和构解造要贤求第4章扔钢告结构忙的焊挠接连漫接4、侧膊焊缝叔间距5、当带角焊捧缝的润端部久在构王件转汇角处屠时，较可连棋续地鹅作长族度为2hf的绕萌角焊尾，以钉消除抱起弧带或熄斗弧的奇影响古。4.铜8角焊缝青的尺寸骄限制和幻玉构造要盟求lw≥b,督b蒙≤16姓t2(t＞12m微m),厚b唐≤16森t2(t＞12m宇m)第4章阻钢结构启的焊接鄙连接5、搭佩接连皆接间穗距6、直接甩承受动烂力荷载软时宜采凑用1:番1.馅5的不洋等焊枪脚的针角焊拔缝4.劣8角焊招缝的匹尺寸亏限制敌和构阔造要订求第4章衰钢结构也的焊接嗽连接4.傲9直角禁角焊昌缝连援接的迷计算一、妙外力N通过焊岭缝形心消时的计印算在钢怒桁架果中，育角钢律腹杆烧与节狂点板瞒的连负接焊驰缝一禾般采象用两者面侧段焊，垄也可族采用华三面庭围焊糕，特采殊情我况也勇允许拖采用L形围焊幅。腹杆滴受轴心检力作用池，为了树避免焊思缝偏心养受力，燃焊缝所钉传递的嗓合力的已作用线目应与角眼钢杆件殊的轴线贿重合。第4章屈钢求结构派的焊璃接连凉接4.9直角锁角焊绍缝连在接的柜计算一、悬外敬力N通过瞒焊缝逆形心密时的曾计算在钢喇桁架尝中，撒角钢蝴腹杆卷与节惭点板愚的连增接焊领缝一喉般采似用两杠面侧盈焊，惭也可铃采用欺三面丝式围焊泛，特抚殊情扒况也瞎允许福采用L形围湿焊。蛾腹杆沿受轴萌心力促作用均，为肆了避浊免焊井缝偏隆心受安力，哈焊缝怀所传译递的锈合力搂的作塑用线唱应与毙角钢崖杆件隙的轴汇线重侦合。议对饶于三底面围绞焊可脉先假薄定正荷面角灭焊缝根的焊泡脚尺朱寸，搏求出长正面背角焊昨缝所较分担携的轴陶心力N3。当腹碍杆为双骡角钢组夫成的T形截厚面，桌且肢研宽为b时，第4章忌钢结构学的焊接标连接4.9直角角竹焊缝连锄接的计魄算一、盐外据力N通过焊顽缝心时谁的计算单面连鞋接单角谈钢，焊臣缝强度粱设计值胜折减为0.凝85赠ftw第4章共钢结构贪的焊接亩连接4.堤9直角棒角焊朵缝连陕接的耗计算一、扮外力N通过焊敌缝心时做的计算[例题]试确定危右图所耽示承受萍静态轴黄心力的瞒三面围丙焊连接第的承载榴力及肢扇尖焊缝老的长度裤。已知治角钢2∟锯12红5×称10，与乳厚度辫为8mm的节点秋板连接硬，其搭辱接长度抗为30搁0m暖m，焊脚臭尺寸hf访=8超mm，钢辞材为Q2盯35烦-B，手耽工焊系，焊云条为E43型。第4章顶钢结构版的焊接孕连接4.9直角角省焊缝连华接的计功算一、猾外力N通过焊拉缝心时旅的计算第4章厘钢结构胁的焊接国连接4.1微2焊缝的猪质量等石级GB5帮001河7规范纹规定王，焊谱缝应临根据振结构赌的重霸要性呈、荷论载特赤性、介焊缝察形式疏、工芹作环孤境以每及应礼力状乖态等鲁情况延，按继下述猫原则粪分别舍选用隔不同帮的质菠量等幻玉级：景（1）在差需要讯进行根疲劳脖计算滚的构丢件中梯，凡翠对接旧焊缝比均应由焊透驾，其础质量芳等级全为：饭①纹作用麻力垂岩直于劝焊缝揪长度钞方向团的横及向对嘴接焊肢缝或T型对窃接与沿角接秤组合群焊缝抽，受喝拉时苍应为串一级甘，受景压时搭应为晓二级纽奉；趋②作柄用力哨平行恩于焊帖缝长虽度方券向的吵纵向污对接刊焊缝胡应为嚼二级捞。念（2）不需骂要计算杂疲劳的倒构件中浮，凡要威求与母令材等强腥的对接咽焊缝应闪予焊透剂，其质杰量等级植当受拉册时应不幼低于二谎级，受亭压时宜剂为二级替。治（3）重拍级工年作制捞和起掘重量Q≥债50跪t的中级贷工作制材吊车梁垫的腹板赴与上翼喊缘之间歇以及吊翠车桁架很上弦杆馅与节点阵板之间禾的T形接头总焊缝均循要求焊叉透。焊撑缝形式搬一般为叶对接与外角接的牛组合焊益缝，其消质量等慢级不应译低于二排级。（4）不要味求焊透也的T形接头踏采用的皆角焊缝工或部分督焊透的届对接与壁角接组稀合焊缝冻，以及宣搭接连郊接采用晴的角焊揭缝，其况质量等桃级为：务①对直备接承受香动力荷志载且需蕉要验算答疲劳的辆结构和勾吊车起剧重量等纱于或大妄于50甩t的中级佛工作制惜吊车梁晋，焊缝收的外首观质六量标呀准应泊符合绒二级鸭；②对舞其他漂结构裕，焊枝缝的外观质夸量标准桐可为三吐级。第4章颗钢结构咱的焊接辛连接4.愿13焊接残管余应力垮与残余重变形一、焊曲接残余仿应力焊接过坏程是一狐个不均柴匀加热体和冷却敬的过程烟。在施贵焊时，勇焊件上蚀产生不怎均匀的材温度场茫导致不思均匀的必膨胀。座温度高符的钢材月膨胀大煎，但受慎到两侧吃温度较兵低、膨误胀量较社小的钢盘材所限房诚制，产站生了热割塑性压蛾缩。焊莲缝冷却麦时，被驾塑性压边缩的焊授缝区趋乘向于缩薪短，但辱受到两秒侧钢材跟限制而膨产生纵找向拉应槽力。在鞭低碳钢雀和低合滩金钢中抖，这种监拉应力烂经常达贡到钢材暑的屈服狐强度。在无外须部约束瓣的情况孤下，焊锣接应力锅是一种缴无荷载斥作用下魄的内应犹力，因拢此会在境焊件内昆部自相意平衡，傲这就必碗然在距从焊缝稍逐远区段葱内产生敏压应力团。当有外愉部约束悦时，焊阁接应力守不会在话焊件内土部自相晶平衡，痒这就必睡然在约耍束结构失上产生彻荷载。第4章扩钢绝结构懒的焊惩接连雄接4.嫩13焊接残针余应力易与残余雁变形一、焊紧接残余悲应力两块钢络板对接辉焊接连躺接的焊讲接残余船应力示聪例1.沿焊缝吴轴线方众向的纵址向焊接占残余应繁力2.垂直甩于焊矩缝轴遍线方歇向的自横向扫焊接眯残余洽应力3.厚板吃中沿订板厚管方向骡的焊前接残是余应赌力4.垂直于焰焊缝轴挖线方向港的横向剧焊接残止余应力第4章愉