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、壶直角牺角焊击缝的削强度屑计算邮公式1、试验予表明创，直亮角角截焊缝暑的破侵坏常潜发生介在喉部，故什通常闸将4泛5o截面回作为塔计算踢截面找，作添用在遗该截放面上贤的应层力如泊下图星所示薪：σ┻hfhehh1h2deτ┻τ∥helwh-押--绑焊缝刮厚度豪、h1—熔欺深h2—凸鸦度、志d—匪焊趾番、e金—焊绞根2、实际穗上计蝴算截揉面的菠各应经力分还量的村计算跟比较纵繁难艇，北为了马简化晒计算皮，规蛾范假效定：焊缝孔在有洁效截汤面处扫破坏，且胖各应藏力分弟量满虫足以狐下折洲算应祥力公贫式:┻┻∥3、由于众我国纹规范弊给定家的角培焊缝强扫度设愁计值窃，是擦根据龄抗剪盖条件确历定的父故上撞式又粱可表肾达为肢：式中：--焊缝金属的抗拉强度┻┻∥σ┻τ┻τ∥helw4、直角存角焊因缝的位强度功计算没公式倾：┻┻∥σfσ┻τ┻τ∥=τfhelw45O45OhfNNyNxNz上式脾即为厚规范怕给定界的角钩焊缝广强度游计算棒通用列公式βf—正辱面角跌焊缝圆强度长增大盐系数墨；静载杜时取踪蝶1.按22胖，动峰载时页取1督.0笔。对于困正面棋角焊钟缝，τf=0伏，得尘：对于典侧面虎角焊贫缝，σf=0仙，得资：以上钻各式星中：he=0途.7hf；lw—角旷焊缝沉计算萄长度讯，考贴虑起狠灭弧糊缺陷垄时，绢每条比焊缝怎取其实际给长度演减去挥2hf。三.垃实秆际应恶用拼接摔板连牙接受霜轴心窄力作这用角钢衡与节逼点板亚的连润接在弯按矩、它剪力棉、轴晓力作框用下在扭厨矩、侨剪力站作用重下角谎焊缝司计算1、谦拼接武板连供接受游轴心塘力作推用（1御）轴专心力骑作用逗下的兆盖板使对接孕连接绢:A、纱仅采创用侧辉面角柳焊缝蝇连接渴：B、替采用赞三面峡围焊洽连接霉：NNlwlw’被连姿接板样截面升为—歌14博×3宴50沿，拼扶接盖皮板宽讲度b=3忌00石㎜，慈厚度t2=8么㎜。诊承受锦轴心王力设直计值N=9灰30较kN匀（静承力荷朝载）励，钢母材为喘Q2录35怎，采绞用E舅43贸系列汇焊条快，手期工焊弓，采彻用三钱面围发焊。仿试设删计此僵连接牛。(2义)T形角睛焊缝剃连接NxNyNθN验算突焊缝议强度似，即跳:2、备角钢硬与节搞点板谅的连欲接角想焊缝患连接A、伙仅采抗用侧四面角译焊缝节连接由力呆及力捐矩平轿衡得户:故:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2仅采跪用侧状面角渐焊缝勤连接对于洪校核谊问题霞:对于衰设计辉问题讨:Ne1e2bN1N2xxlw1lw2B、岗采用其三面怠围焊由力肠及力拼矩平私衡得忧:余下羞的问堪题同妹情况峡‘A’，愉即:Ne1e2bN1N2xxN3lw1lw2计算徒三面饰围焊缘瑞的角而钢连徒接，闷角钢陷为2谢L1轧40身×9框0×和10浮，连择接板毕厚度t=1充2m红m，穿承受僚静荷体载设回计值N=1威00另0k酿N。誓钢材拉为Q青23悼5B医，焊证条E剖43侨型，吃手工妈焊。立焊脚涛尺寸霜为hf=8傻mm葱，焊秒缝强勿度设槽计值ffw=1壁60日N/笼mm2。求另角钢谨所需东焊缝雁长度刺。C、肺采用旦L形房诚围焊代入写下式驰3-啦20珠，3滚-2爸1得暴:对于愤设计摧问题详:Ne1e2bN1xxN3lw13、N、盏M、查V共同架作用关下(1非)偏良心轴尿力作访用下镇角焊起缝强棵度计财算NθeNxNyMAσNxσMτNyhehet(2)V、踢M共同钢作用防下焊谱缝强液度计卧算h1σfAσfBτf对于A点：式中抵：Iw—全邻部焊诉缝有绳效截迟面对质中和走轴的嫁惯性缴矩；h1—两歼翼缘摘焊缝袭最外屯侧间跪的距呜离。xxhh2BB’Ah1MeFVM对于B点：强度压验算陆公式闯：式中减：h2、lw,愿2—腹缝板焊兴缝的飞计算朝长度士；he,崭2—腹摆板焊尝缝截诞面有郑效高据度。h1σf1σf2τfxxhh2BB’Ah1MVM假定淘:A、细被连范接件税绝对供刚性非，焊耗缝为险弹性盼，即籍：T恒作用度下被恩连接显件有月绕焊榜缝形秤心旋效转的双趋势卡；B、亭T作示用下葵焊缝伸群上蓬任意攀点的窝应力界方向乔垂直来于该单点与秆焊缝炕形心涌的连圣线，耐且大运小与室r成腔正比槐；C、将在V尤作用据下，炉焊缝蛾群上训的应匀力均痛匀分佣布。4、T、葛V共同涝作用啦下将F判向焊状缝群撇形心简化象得:V=偶FT=踩F(择e1+e2)Fe1e2x0l1l2xxyyAA’0TVr故：伯该连洞接的哨设计接控制商点为A帜点和瓶A’蛛点T作用荐下A点应诸力:将其斯沿x讯轴和y群轴分践解:xxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhee2x0l1l2xxyyAA’0TVr剪力V作用贸下,魔A点汤应力响:A点含垂直抗于焊朵缝长年度方向的塞应力汽为:A点毫平行椒于焊断缝长显度方向的返应力衫为:强度柴验算家公式仓：思考杏:以悉上计沸算方缠法为届近似火计算芬，为桃什么稼?τVxxyyrrxryAτTAxτTAyτTA0θτVyhe7.灭5丝式焊证接残破余应虎力和造焊接吴残余瓦变形一、采焊接幻玉残余吐应力帐的分妹类及线其产记生的芹原因1、饶焊接兼残余蛮应力怒的分厌类A、纵向兔焊接巧残余挽应力—沿棒焊缝辛长度恳方向昼;B、横向仍焊接后残余扑应力—垂标直于矿焊缝狗长度申方向尾;C、沿厚食度方炭向的姨焊接馒残余叠应力2、既焊接痰残余箩应力郊产生膨的原允因（1伸）纵漂向焊然接残梯余应凳力焊接显过程赔是一急个不旬均匀谦的加热宋和冷题却过程抢，焊谅件上岂产生霜不均玩匀的锋温度爆场，象焊缝无处可令达1造60辈0oC，霉而邻冲近区疗域温瞧度骤孩降。识高温黎钢材吨膨胀飘大，壳但受暂到两御侧温语度低宇、膨寺胀小细的钢双材限拘制，粮产生热态固塑性戏压缩，焊稼缝冷暗却时筹被塑性哑压缩的焊政缝区占趋向歉收缩昨，但肤受到娱两侧哈钢材馅的限踢制而斯产生拉应影力。对腔于低反碳钢奖和低法合金尚钢，钟该拉牲应力坏可以务使钢味材达血到屈服驾强度。焊店接残矛余应碌力是烈无荷溉载的内应磁力，故巷在焊熊件内君自相加平衡柔，这幻玉必然镜在焊中缝稍坚远区和产生慰压应颠力。+--500oC800oC300oC300oC500oC800oC施焊方向8cm64202468cm-----++（2鸽）横渔向焊堂接残趋余应冬力产生且的原榨因:1、欲焊缝核的纵螺向收好缩，艘使焊豆件有境反向弯曲今变形的趋让势，污导致膏两焊嫂件在藏焊缝幸处中部诉受拉绞，两讨端受允压；2、槽焊接直时已旱凝固俗的先桃焊焊若缝，因阻止昆后焊准焊缝牢的横直向膨君胀，电产生横向翠塑性碎压缩悦变形。焊妄缝冷坏却时售，后框焊焊朴缝的敬收缩登受先束焊焊唐缝的夜限制毫而产炉生拉脂应力挑，而宿先焊汽焊缝湿产生坦压应功力，虎因应力面自相巨平衡，更轨远处狸焊缝撒则产茎生拉年应力悬；应力惨分布次与施株焊方法向有缎关。以上梁两种撇应力棉的组匀合即饿为，咱横向测焊接喜残余奖应力调。(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爷）沿镇厚度膏方向僚的焊直接残艰余应订力在厚夹钢板厦的焊脆接连谁接中茂，焊崖缝需木要多顷层施略焊，味焊接晃时沿糖厚度悉方向压已凝啄固的巨先焊虹焊缝辰，阻席止后雷焊焊皱缝的读膨胀气，产秃生塑性均压缩腔变形。焊世缝冷夫却时鸭，后悔焊焊鹿缝的谎收缩扯受先躲焊焊后缝的茧限制扑而产量生拉退应力垃，而近先焊绍焊缝勒产生够压应肺力，研因应力姨自相冤平衡，更并远处浙焊缝臣则产硬生拉甘应力累。因特此，趁除了循横向陵和纵两向焊储接残础余应拿力σx,σy外，洪还存丙在沿赖厚度兰方向召的焊骄接残舅余应种力σz，这锁三种苦应力基形成汇同号脂(受伍拉)山三向翠应力炊，大乔大降低远连接踏的塑铲性。-+-321σxσyσz二、劫焊接兴残余醉应力尿对结茅构性杜能的惧影响1、筝对结绳构静交力强凯度的匠影响f+--bfy+--bfyNyNy因焊政接残鸦余应沈力自冈相平蛮衡，滋故：当板筑件全雨截面泰达到fy，即N=像Ny时：结论：焊接残余应力对结构的静力强度没有影响。+--fyfbBt2、坑对结口构刚铃度的锋影响A、怀当焊帽接残昌余应元力存润在时杏，因铸截面必的b犬t部植分拉递应力红已经抹达到fy，故汤该部蜡分刚石度为质零（屈渔服）肝，这时劝在N师作用忆下应怒变增严量为穴：f+--bfyNN+--fyfNNbBt因为顶B-虫b<伏B，年所以婆△ε1>△ε2。结论湖：焊接缸残余系应力定的存富在增到大了本结构煮的变延形，扩即降辣低了妹结构小的刚滋度。B、今当截脉面上香没有蚊焊接佛残余往应力西时，贵在N龙作用泊下应以变增昂量为撞：另外障，对医于轴猪心受阶压构愚件，扒焊接群残余斜应力灭使其术挠曲刚族度减伸小，落降低浮压杆花的稳帝定承拜载力险（详锄见第伶五章烦）。对于鹅厚板推或交用叉焊锯缝，竟将产多生三向排焊接