钢结构设计原理之角焊缝的构造和计算讲义

7.4角焊缝的构造和计算一、构造种类:根据受力方向和焊缝的位置分正面角焊缝和侧面角焊缝根据焊脚边的夹角分直角角焊缝和斜角角焊缝焊缝截面形式普通焊缝

、直线型

、等边凹型正面角焊缝侧面角焊缝hehfhf普通式hehf1.5hf平坡式（1）直角角焊缝hehfhf凹面式（2）斜角角焊缝对于α>135o或α<60o斜角角焊缝,除钢管结构外,不宜用作受力焊缝。应力分布侧面角焊缝（见图7.24）正面角焊缝（见图7.26）有效厚度截面：he=0.7hf试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较低，塑性性能较好。因外力通过焊缝时发生弯折，故剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf越大剪应力分布越不均匀。A.应力分析剪应力τfNlwNB.破坏形式A.应力分析正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差，但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。B.正面角焊缝的破坏形式

（1）最大焊脚尺寸hf,max为了避免焊缝处局部过热，减小焊件的焊接残余应力和残余变形，hf,max应满足以下要求:

hf,max≤1.2t1（钢管结构除外）式中:t1---较薄焊件厚度。tt1hf对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：

当t≤6mm时，hf,max≤t；当t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm；hft1t4.角焊缝的尺寸限制（2）最小焊脚尺寸hf,min为了避免在焊缝金属中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:式中:t2----较厚焊件厚度当t2≤4mm时,hf,min=t2另:对于自动埋弧焊hf,min可减去1mm;

对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;

（3）侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：注：

1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑；2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。（4）侧面角焊缝的最小计算长度对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：5.搭接连接的构造要求

当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：

A、为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，规范规定：B、为了避免焊缝横向收缩时引起板件的拱曲太大，规范规定：t1t2bD.在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度

的5倍，且不得小于25mm。

C.当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。b2hft1t2二、直捐角角焊照缝的强铅度计算膨公式1、试验驻表明舟，直模角角蹈焊缝斧的破旺坏常预发生苦在喉部，故赖通常动将45o截面锻作为裕计算墓截面臂，作您用在沈该截识面上捞的应建力如堂下图眨所示坚：σ┻hfhehh1h2deτ┻τ∥helwh--票-焊缝晓厚度浑、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾惨、e—焊根2、实际上者计算截牲面的各亭应力分辩量的计幼算比较凭繁难，原为了速简化计断算，规盈范假定歪：焊缝在澡有效截即面处破饲坏，且州各应史力分碗量满而足以费下折辞算应抹力公肾式:┻┻∥3、由于我辜国规范朵给定的哲角焊缝强谁度设叼计值开，是粮根据粥抗剪辱条件确讨定的渴故上换式又湿可表斑达为铃：式中：--焊缝金属的抗拉强度┻┻∥σ┻τ┻τ∥helw4、直角闻角焊停缝的贺强度片计算群公式印：┻┻∥σfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45OhfNNyNxNz上式即拍为规范耀给定的群角焊缝将强度计丑算通用景公式βf—正面角渣焊缝强似度增大钟系数；静载米时取1.隐22，动载辆时取1.凝0。对于舱正面挨角焊扰缝，τf=0，得参：对于侧跳面角焊犁缝，σf=0，得：以上圣各式训中：he=0道.7hf；lw—角焊浆缝计锯算长桨度，争考虑桶起灭套弧缺妥陷时穷，每趁条焊菊缝取美其实际箱长度崖减去2hf。三.实际嫌应用拼接板悲连接受摩轴心力忆作用角钢蜘与节固点板伶的连群接在弯矩触、剪力抬、轴力设作用下在扭矩该、剪力枪作用下希角焊缝丢计算1、拼竟接板记连接吨受轴秀心力损作用（1）轴担心力膨作用后下的浑盖板卡对接付连接:A、仅采用较侧面角抚焊缝连兔接：B、采用三私面围焊潮连接：NNlwlw’被连升接板侧截面赵为—1牧4×恐35招0，拼接拔盖板宽虎度b=3燥00已㎜，厚度t2=8逮㎜。承受获轴心滤力设撒计值N=9零30求kN（静力荷鹊载），逐钢材为Q23斗5，采用E43系列焊考条，手犯工焊，沉采用三俊面围焊根。试设敲计此连剥接。(2怎)T形角王焊缝船连接NxNyNθN验算焊漂缝强度搞，即:2、角钢伯与节点娃板的连鸭接角焊然缝连接A、仅采用妹侧面角朗焊缝连闻接由力及穷力矩平博衡得:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2仅采斤用侧定面角疤焊缝爬连接对于庄校核垮问题:对于设无计问题:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、采用素三面牵围焊由力及征力矩平冲衡得:余下的贷问题同元情况‘A’，即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2计算伟三面洞围焊僻的角论钢连江接，译角钢做为2L扒14估0×避90钻×1暮0，连接酒板厚塑度t=1串2m熟m，承受静取荷载设怠计值N=10闯00k打N。钢材售为Q2毙35牲B，焊条E43型，手膏工焊。营焊脚尺欢寸为hf=8m辣m，焊缝置强度桶设计绒值ffw=1杰60捐N/塌mm2。求角装钢所恋需焊冬缝长昨度。C、采用L形围惑焊代入下欠式3-莫20，3-2拍1得:对于设胃计问题:Ne1e2bN1xxN3lw13、N、M、V共同浅作用范下(1)偏心轴互力作用奥下角焊逮缝强度斩计算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、M共同蒸作用些下焊兼缝强姻度计求算h1σfAσfBτf对于A点：式中：Iw—全部焊扬缝有效赌截面对再中和轴胆的惯性感矩；h1—两翼寺缘焊寄缝最藏外侧哨间的幅距离被。xxhh2BB’Ah1MeFVM对于B点：强度验犬算公式患：式中：h2、lw,锻2—腹板焊掠缝的计默算长度烦；he,头2—腹板焊舒缝截面衬有效高符度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM假定:A、被连尊接件袋绝对石刚性坦，焊填缝为暑弹性驳，即茫：T作用下古被连接弊件有绕亮焊缝形性心旋转警的趋势慨；B、T作用棕下焊汉缝群织上任缩慧意点攻的应牵力方荣向垂倡直于重该点站与焊沈缝形思心的窗连线宴，且罪大小服与r成正虚比；C、在V作用下迎，焊缝何群上的随应力均跪匀分布瘦。4、T、V共同韵作用流下将F向焊唇缝群箱形心简化得:V=FT=味F(乡丰e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：该菊连接的六设计控垒制点为A点和A’点T作用下A点应够力:将其沿x轴和y轴分叙解:xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhee2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用捷下,A点应力:A点垂扯直于丽焊缝盏长度图方向的们应力宵为:A点平行厅于焊缝冰长度方向的债应力讨为:强度验换算公式晨：思考:以上计鞭算方法长为近似姿计算，尺为什么?τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhe7.互5焊接残嫁余应力性和焊接炭残余变削形一、章焊接筛残余贞应力使的分炸类及并其产拣生的倍原因1、焊挖接残盼余应叫力的嘱分类A、纵向焊赴接残余贡应力—沿焊剩缝长铁度方驳向;B、横向愤焊接亚残余亦应力—垂直龟于焊银缝长垄度方齿向;C、沿厚度暂方向的政焊接残榜余应力2、焊接拌残余应顿力产生鞭的原因（1）纵向苹焊接残偿余应力焊接纳过程词是一隐个不祸均匀滋的加热深和冷测却过程致，焊妥件上傍产生捎不均具匀的昏温度肥场，宏焊缝摧处可配达16干00oC，而邻近百区域温军度骤降镰。高温努钢材膨丛胀大，独但受到聪两侧温删度低、良膨胀小栏的钢材等限制，持产生热态济塑性父压缩，焊缝叼冷却时把被塑性龙压缩的焊豆缝区还趋向央收缩曾，但极受到构两侧粘钢材生的限捡制而禾产生拉应饰力。对于绩低碳钢陕和低合抚金钢，酸该拉应受力可以吼使钢材步达到屈服强锅度。焊接订残余应泥力是无奥荷载的内应力，故借在焊末件内芬自相塘平衡烦，这述必然键在焊今缝稍寨远区京产生新压应驱力。+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-----++（2）横向换焊接残折余应力产生甚的原年因:1、焊缝膀的纵向稀收缩，屈使焊件注有反向弯曲变刘形的趋落势，去导致辞两焊诸件在伶焊缝务处中部重受拉搬，两墙端受句压；2、焊接酷时已凝汇固的先瓣焊焊缝医，阻止鸡后焊焊纷缝的横骄向膨胀胆，产生横向耐塑性雁压缩定变形。焊缝冷伴却时，玩后焊焊圣缝的收猛缩受先男焊焊缝鞭的限制牛而产生痛拉应力命，而先岂焊焊缝避产生压铁应力，晶因应力自爪相平衡，更愉远处涂焊缝习则产各生拉杯应力；应力分珠布与施荒焊方向朽有关。以上两僚种应力霉的组合慨即为，商横向焊壁接残余亩应力。(a)焊缝纵向收缩时的变形趋势-+-(b)焊缝纵向收缩时的横向应力xy+-+施焊方向(c)焊缝横向收缩时的横向应力xy-+-+(d)焊缝横向残余应力yx不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力:-++施焊方向(e)-+-施焊方向(f)xyyx（3）沿看厚度堤方向框的焊我接残转余应判力在厚钢鉴板的焊缴接连接浇中，焊冻缝需要径多层施织焊，焊客接时沿晓厚度方铜向已凝宽固的先触焊焊缝严，阻止插后焊焊零缝的膨特胀，产猫生塑性压低缩变形。焊缝晚冷却时袭，后焊拿焊缝的技收缩受爪先焊焊接缝的限堡制而产匆生拉应羊力，而筒先焊焊肯缝产生向压应力判，因应力勉自相板平衡，更远饱处焊缝燥则产生福拉应力垂。因此施，除了堆横向和咸纵向焊岔接残余今应力σx,σy外，优还存业在沿凭厚度追方向单的焊庙接残临余应揪力σz，这三占种应沸力形脚成同讯号(受拉)三向应荣力，大轨大降低连鄙接的塑册性。-+-321σxσyσz二、焊娇接残余隔应力对衬结构性照能的影猾响1、对男结构款静力页强度东的影展响f+--bfy+--bfyNyNy因焊耽接残勾余应派力自致相平滔衡，飘故：当板件绝全截面厨达到fy，即N=Ny时：结论：焊接残余应力对结构的静力强度没有影响。+--fyfbBt2、对筛结构按刚度丽的影后响A、当焊接易残余应值力存在手时，因凡截面的bt部分拉请应力已罚经达到fy，故该部拍分刚度殿为零（屈惨服）伶，这时龙在N作用轮下应徐变增艳量为捆：f+--bfyNN+--fyfNNbBt因为B-凑b<币B，所以△ε1>△ε2。结论：焊接残危余应力猫的存在酱增大了捆结构的落变形，有即降低炼了结构异的刚度潜。B、当截面畏上没有盾焊接残豆余应力怀时，在N作用下星应变增掠量为：另外，哥对于轴猛心受压犬构件，率焊接残堪余应力淋使其挠曲刚度老减小，拘降低压柿杆的稳协定承载困力（详宪见第五鸭章）。对于宴厚板从或交庙叉焊移