角焊缝的构造和计算西南交通大学

3.4角焊缝的构造和计算一、角焊缝的构造1.角焊缝的分类焊缝长度方向垂直于力作用方向的焊缝称为正面角焊缝（亦称端焊缝）、平行于力作用方向的焊缝称为侧面角焊缝（亦称侧焊缝）、既不垂直也不平行的为斜焊缝，以及由它们组合而成的围焊缝。12.角焊缝的截面形式及受力特点当角焊缝两焊脚边的夹角为90

时，称为直角角焊缝，即一般所指的角焊缝，是建筑结构中最常用的角焊缝。两焊脚边的夹角α不是90

时的焊缝称为斜角角焊缝。斜角角焊缝主要应用于钢管结构中。2角焊缝的表面一般做成凸形，但对直接承受动力荷载结构中的角焊缝，为了减少应力集中，常将焊缝表面做成凹形。但是经验表明，由于凹形表面收缩时拉应力较大，容易在焊后产生裂纹，而凸形焊缝收缩时反而不容易开裂。如用手工焊，因施焊成型极为困难，采用凹形表面更不合适。所以手工焊应采用直线形表面，或先焊微凸表面再用砂轮打磨为直线形表面。当用自动焊时，由于电流强度大，金属熔化速度快，熔深大，焊缝金属冷却后自然形成凹形表面，此种凹形表面不易开裂，且动力性能较好。3正面角焊缝的根部(图中的“A”点)和趾部(图中的“B”点)都有很大的应力集中。应力集中系数随根部的熔深大小和焊趾处斜边与水平边夹角

而变。增大熔深和减小夹角

均可大大降低应力集中系数。4对直接承受动态荷载结构中的正面角焊缝，根据国内外的试验资料，认为为了满足疲劳强度的要求，最好两焊脚尺寸比例为1:3(

=18.4

)。但施工单位反映，焊缝表面坡度愈小施焊愈困难，需要多次堆焊才能形成，这样反而影响焊缝质量。因此，我国现规范根据实际情况规定两焊脚尺寸比例为1:1.5(长边顺内力方向)。但有些国家的规定更为严格。直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（图(a)）。在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用图(b)所示的坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式（图(c)）。5大量试验结果表明，侧面角焊缝主要承受剪应力，塑性较好，弹性模量低，强度也较低。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，因而应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。焊缝越长，应力分布不均匀性越显著，但随着进入塑性工作阶段会产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。我国规范根据实践经验，认为侧面角焊缝的长度限值应与焊脚尺寸有关，因此规定最大计算长度为60hf。如果内力沿侧面角焊缝全长分布，计算长度可不受上述限制，它包括焊接组合梁翼缘板与腹板的纵向焊缝、支承加劲肋与腹板的连接焊缝等。过去动力荷载作用下侧焊缝的最大长度控制较静力荷载的严，近年来经过试验研究，证明对静载或动载可以不加区别，统一取某个规定值。6正面只角焊线缝受岔力更跪复杂海，截矿面中欣的各副面均茄存在峡正应时力和丸剪应殊力，爪焊根秋处存剂在着促很严朱重的畜应力傻集中绢。这露一方巷面由线于力抛线弯典折，券另一木方面挪由于顽在焊泼根处斜正好枕是两代焊件伶接触五面的炼端部袋，相蹄当于咽裂缝及的尖猛端。忙正面义角焊搁缝的让静力约破坏拒强度兽高于泊侧面永角焊呼缝，召但塑号性变寒形要楼差些石。而碎斜焊摸缝的形受力斯性能熟和强嘴度值蹲介于庙正面燃角焊霞缝和扑侧面拦角焊疮缝之暮间，钩即塑录性比柏正面歇角焊滩缝好酱、强吨度比抛侧面胃角焊蕉缝高穷。构件桥端部炮与节明点板壳的连缓接焊抓缝可狼用两陵面侧驶焊和俩三面劫围焊良，围耻焊中还有正主面角旁焊缝律和侧鸡面角惯焊缝抚，正驰面角揪焊缝傍的静否力强专度较朴高、旱刚度农较大舒，而殿侧面呆角焊各缝的摧静力集强度鹅较低棵但塑家性较封好。灯所以建三面乔围焊临与两义面侧刷焊相陪比，葛破坏罚时较猎为突策然，替且塑提性变陡形较碌小。胳但是沾对构骆件来单说，母三面牙围焊历使构纵件截周面中信的应疯力较桑为均怪匀，胞与两榜面侧遗焊相慕比，把焊缝叔附近慌的构率件主惑体金洁属疲镰劳强柜度较胆高。7图3-委4-岭6角焊客缝的确应力（a）侧童面角环焊缝国；(b案)正面命角焊澡缝83.角焊忍缝的晚尺寸修限制(1豪)焊脚钢尺寸最小合焊脚乳尺寸守：如场果板班件厚唯度较廊大而体焊缝吃过小扯，则披施焊汗时焊桑缝冷晒却速马度过挪快而咐产生糟淬硬杨组织降，易归使焊分缝附增近主雪体金绒属产抵生裂樱纹。压这种王现象少在低悼合金露高强怠度钢卵中尤贺为严努重。抗据此奸并参尊考国组内外浅资料幼，规我定式中牵，t为较太厚板促件的异厚度嚷，单训位mm，计前算时罢小数截点以辆后均困进为1m兔m；考梁虑到绝低氢邪型焊每条施奴焊的张焊缝萄焊渣笛层厚纪，保屋温条椅件较形好，t可采软用较蜓薄焊券件的姻厚度细。埋伟弧焊鞠的热棒量较顽集中握，因桨而熔粉深较眨大，膊故最嫂小焊圾脚尺都寸可膝较上争式的勇规定两减小1m田m；而T形连愿接的泳单面彩角焊雅缝可荒靠性仔较差动，应季增加1m乱m；当浴焊件怖厚度窗≤4m速m时，伸则最右小焊钻脚尺浩寸应豆与焊冲件厚起度相殃同，土即hf职≥4略mm。9最大半焊脚质尺寸绩：角飞焊缝傅的焊费脚尺羞寸不晨能过亮大，迹否则棍易使御母材裕形成摘“过膜烧”岁现象浅，而帖且使铜构件馆产生帮较大承的焊载接残影余变王形和纱残余欧应力晓。所书以规贫定hf≤1脉.2菌tmi脂n,福tmi范n为较盘薄焊悼件的贸厚度猛（图3-功4-夫7（a））唇。对轰板件塑厚度以为t的边疑缘角些焊缝企（图3-淋4-伟7（b））提，若慰焊脚燥尺寸hf=t，在响施焊救时容寒易产桨生咬殊边现僚象，效不易闹焊满等全厚渠度。她因此驴规定顾，当t>脉6m诵m时，虫取hf≤t场-(垮1～2)计mm；当t≤诸6m迹m，由胡于一扮般用愿小直开径焊矛缝施逗焊，企技术设较易损掌握坑，可怠采用遮与焊阿件等艇厚的笼角焊匹缝，掘即hf≤t。如耗果另糖一焊冒件厚封度t’紧<t时，郊还应瘦满足裂以hf≤1越.2药t’的要缩慧求。瞎在十嫩字形蜡接头太中（横图3-计4-演7（c））司，为源避免英厚度袭为t2的板蜓“过专烧”肯，宜虾将焊在脚尺慌寸控勺制在hf≤t2的范焦围。10图3-讽4-吵7最大茫焊脚晃尺寸不等倾焊脚内尺寸系的应网用。浇当两头焊件凤厚度姑相差稼悬殊茅时(图3-乳4-耀8)，用笛等焊坊脚尺对寸往棉往无雨法满级足最偿大和对最小辨焊脚挥尺寸伐的规者定。束为解各决这校一矛貌盾，某规范锣推荐客采用免不等液焊脚剑尺寸亚。图3-哑4-专8不等辩焊脚筐尺寸11侧面躬角焊耻缝的团最小纷长度侧面丹角焊缓缝的像焊脚掠尺寸孩大而充长度律过小锯时，辜焊件翻局部唱加热攻严重逆，焊龙缝起桐落弧轻缺陷员相距盈太近暗，加渗上可荷能有紫其他嘉缺陷(气孔雁、夹冻渣等)，对渔焊缝培强度漠的影赞响必纷然较怪为敏糠感，换使焊嚼缝可乌靠性罚降低芦；另越外，耀焊缝咱集中盖在一臭很短结距离流，焊煎件的刮应力而集中毙也较含大。沈此外俘，侧锯面角崖焊缝照多用漠于搭驼接连夏接，形作用植力对鸭焊缝北有偏耍心、群产生穷偏心架弯矩余，如妖果焊氏缝长条度过宾小，虎偏心是弯矩拉影响睬就较泊大，暗使焊奥缝承练载力恳降低汇。所柿以规汤范规子定侧返面角奏焊缝饺的计柔算长擦度不暂得小含于8hf和40促mm。12侧面栗角焊塘缝的接最大候计算驾长度侧面独角焊凯缝在面弹性末阶段打沿长萝度方因向受随力不间均匀首，两鲜端大坏而中编间小垮，当惜两焊番件的绪截面骄积不娱相等掠时，鹿例如傲下图连的板l的截艳面积父小于帮板2的截药面积恶，则导剪应红力的她分布六不对乒称于卸焊缝能中点柜，靠兔近小煌截面拘一端奸的应锋力高宾于截肯面大字一端给的应额力。搞虽侧都面角躬焊缝袍有良喊好的项塑性往，但的如果懂焊缝爪长度咱超过因某一突限值愈时，见有可劈燕能首屋先在和焊缝豪的两鼠端破累坏，今故一册般规垫定侧芹面角偿焊缝府的计椅算长扛度lf≤6惯0hf，当井实际佩长度荡大于词上述搏限值束时，丸其超贿过部着分在睁计算梨中不笑予考浅虑。绢若内苏力沿揉侧面饺角焊晃缝全选长分查布、泊以及忆粱的弄支承粗加劲叉肋与廉腹板祝连接燃焊缝垮等，住计算绕长度晕可不提受上阀述限林制。13侧面债角焊习缝的叔应力砌分布搭接迈长度丝式：采耍用正欠面角边焊缝传的搭资接连帮接，法受力域时会蚕产生凯附加追弯矩(图3.养4.事10秩)，搭厚接长尿度愈姻小．童附加魂弯矩赌影响喜愈大滴；另况外焊渔缝距怠离愈裳近，摇收缩魔应力柿也愈纱大。推因此京规定真搭接斧长度脆不得显小于5tmi覆n(tmi穷n为焊芹件的孝较小汉厚度)，并索不得来小于25其mm。搭接返连接烂的弯谨曲变辞形14侧焊皮缝长鞭度与服距离妹要求两侧线面角恰焊缝丘的搭还接连椅接，坝其连遇接强泰度与b/斤lw有关剩（b为两翅侧焊貌缝之蔑间的依距离彩）。b/尽lw愈大拾，则撒连接蔑强度下愈低故。为块使连陡接强羡度不谦致过杏分降巾低，耍故现泛规范伴规定许应满置足lw≥b。另诸外，锻仅有棍两面罢侧焊弱缝的拖搭接接连接覆，两辛侧焊佳缝之塑间的扑距离b太大其时，议焊缝购收缩渐容易校使板杆件向茎外拱俩曲太认大，胃因此攻规定b≤蔽16孙t(当t>轧12优mm时)或b≤肢19衰0m校m更(当t≤绒12返mm时)。如弃果b不能尊满足袭此规堆定，电应加由正面兰角焊肢缝或盘者加与槽焊(下图(c阻))或者安圆孔英焊(下图(d扬))。15角焊马缝的卸围焊谦和绕骑角焊（a）两伙边侧眯焊；(b绪)三边右围焊定；(c艳)摩L形围脏焊；(d驻)绕角烂焊在非麦围焊洽的情浪况下巷，角胡焊缝局的端清部正钱好在帮构件盆连接亿的转宫角处醋，如避此处尚做长咳度为2h基f的绕祝角焊匆（上差图（d））栗，可钉以避邪免起碍落弧易缺陷铸引起注转角达处过补大的渴应力炸集中缩慧。16二、塘直角勒角焊淡缝强仆度计客算的上基本虏公式如前挡所述材，角觉焊缝举的受沙力状深态是婚很复拴杂的碗。图3-纲4-低13所示途为直岂角角戒焊缝谋的截量面，0.雕7hf为直例角角果焊缝瞒的有躲效厚县度he（喉虑部尺悟寸）版。试令验表宣明，畜直角贪角焊挺缝的宋破坏乡丰常发期生在消喉部茎及其语附近臭，通融常认驻为直波角角亚焊缝赤是以45

方向蚂的最窝小截汇面(即有确效厚坝度与锻焊缝怪计算塔长度迅的乘睬积)作为尘有效载截面殊或称湾计算折截面踢。图3-农4-烘13直角景角焊茅缝截牢面图3-泡4-撒14角焊来缝有池效截晃面上跃的应求力17任何馅受力窃情况茎的角苏焊缝悔，均室可求骗得作根用于践有效露截面弯上的遗三种抱应力上（图3-泰4-兔14）：搭垂直仆于有鞠效截乞面的烘正应统力

⊥、垂嫩直于若焊缝奔长度岔方向橡的剪涛应力

⊥、以惹及沿交焊缝怨长度盘方向打的剪拐应力

∥。即筑使如殖此，竭精确冬计算牲仍比搅较困迈难，捉一般物是根客据试碌验结裤果，祥找出石比较全合理唉而又坟简单涂的设胳计方棕法和释相应之的公拘式供蒸设计铜时应疼用：民无论逆侧焊石缝还叶是端苍焊缝缝，都饭假定贪破坏巩发生忆在有容效截兽面上然，按桐应力沸均布气并认君为都冷是剪循坏，坚根据统试验仿取最号低平稠均破修坏应廉力来菜确定欺其设承计强兰度，肉这基猾本上盐也是询国际梢标准撇化组宰织推丛荐的伤方法液。应注枕意的领是计奋算有秩效厚桌度he时，肤不考斤虑熔景深和征凸度陈。现阵行规夏范未如区分换焊件礼方法巨的影度响，呆对自但动焊真来说垒偏保厚守。期对于碎凸度及，其璃尺寸克大小盼无法耀保证弯，另肉外，戒还有险凹形犬的，哑难于感统一昆考虑肃，因钩此均辆忽略贝不计洒。18角焊车缝的盐基本感计算缓公式式中恢，σf―按焊垂缝有视效截挡面（helw）计善算，自垂直册于焊泼缝长田度方挑向的缓应力吴；τf―按焊鸣缝有绿效截祝面计榨算，闯沿焊查缝长巴度方奋向的乖剪应伐力；lw―角焊岗缝的央计算愚厚度划，对决每条温焊缝卵取实皆际长晓度减纤去；互当然落应满傅足构堂造要散求；βf―正面壶角焊辽缝的竖强度福增大趴系数厉：对陆承受版静力幼荷载怕和间蜘接承喜受动命力荷悬载的存结构头，βf＝1.洽22，对跪直接检承受险动力鞠荷载方的结粮构，βf＝1.戏0。19三、椒角焊酬缝连认接的爸计算1.轴心另力作静用下塞角焊胞缝的平计算(1崇)钢板粪连接1)轴心屈力与贿焊缝编相垂确直-正面龟角焊源缝2)轴心休力与眼焊缝搅相平再行-侧面扔角焊孤缝3)轴心交力与件焊缝值成一倦夹角-斜角畜焊缝20令则斜爹焊缝访的计言算式迈为：21(2周)承受暮轴心盆力的部角钢最角焊甚缝计生算当角次钢用骂角焊撒缝连简接时脖，虽素然轴术心力鹅通过抄截面伍形心文，由残于截亏面形碍心到枪角钢粉肢背己和肢穿尖的者距离孕不等躺，肢卖背焊碗缝和突肢尖腾焊缝弊的受债力是愿不相胁等的珍：掘肢背刷处受溉力大点而肢车尖处葡受力归小，欲可用症内力睡分配猎系数柱量化引。22图3-袭4-崇17角钢外角焊昼缝受蝴力分男配（a）两链边侧惑焊；(b井)三边驱围焊栏；(c地)粮L形围荣焊在钢航桁架善中，积弦杆帝、腹厉杆承彩受中为心拉盐力或与压力简，这先些杆请件常悔常采伞用角仆钢组缘瑞成。中在节授点处沈角钢葡腹杆棉与节泻点板碌的连怕接焊激缝一掏般采轨用两参面侧闷焊，帐也可透采用宫三面占围焊子，特存殊情方况也朵允许搅采用L形围煎焊(图3-掠4-蛋17那)。腹葡杆受含轴心兆力作百用，躁为了苗避免辨焊缝斩偏心辈受力办，焊种缝所胖传递雅的合协力的疏作用汉线应秩与角瞧钢杆沟件的秩轴线抄重合泪。231)两边型仅用窝两条序侧面喝角焊椅缝连酱接时设N1、N2分别厉为角据钢肢抛背焊在缝和鸭肢尖炊焊缝捡承担想的内谣力，祥由平廊衡条纷件得翠：式中湖，k1、k2为焊稳缝内西力分旁配系吃数2)三面侍围链焊时先确松定正始面角殿焊缝便所分胡担的赚轴心译力：24再通患过平差衡关掩系可铃解得啊：3)田L形围有焊令N2=0，由看上式怎得：25根据载上述粥方法黑求得际角钢万各条育连接运焊缝距所承制受的略内力N1、N2和N3后，烧便可顿按角层焊缝贺的计茫算公而式设断计各朱焊缝供的长权度lw、焊牲脚尺寨寸hf，也蓝可验棋算已板有焊轰缝的宏强度妖。考虑汽到每用条焊何缝两逼端的猎起灭愤弧缺婚陷，口实际鹅焊缝铜长度伸为计江算长钩度加2hf；但纹对于炕三面昆围焊花，由龟于在阳杆件响端部本转角灵处必文须连正续施径焊，客每条贿侧面幸角焊悬缝只平有一挂端可勾能起您灭弧栋，放狭焊缝振实际徐长度谜为计乘算长龄度加hf；对奏于采笔用绕漏角焊年的侧惕面角吃焊缝随实际枕长度日等于缺计算萌长度丘加hf(绕角贺焊缝发长度2hf不进皮入计染算)。262.弯矩额、剪姓力和哨轴心势力共具同作址用下避的角琴焊缝宰计算(1痒)承受顿偏心恶斜向畜力的淘角焊迎缝连展接计列算图中A点应秃力最倒大，细为控芒制设渡计点此处信垂直塑于焊怕缝长巾度方录向的希应力植由两混部分眠组成堵：27(2型)工字森形截终面梁雕（或聪牛腿沃）角吴焊缝垃连接刘计算下图察所示蝴为工业字形棕截面损梁（摩或牛歉腿）棍与柱小采用扣角焊锻缝的添连接眯，通躁常承屡受弯普矩M和剪计力V的联旁合作贴用。究由于抖翼缘蒙的竖庙向刚湖度较群差，社在剪藏力作困用下姑，如北果没到有腹敢板焊玻缝存策在，芽翼缘铸将发懒生明瞎显挠陵曲。彩这就啄说明来，翼攻缘板睁的抗称剪能塘力极崖差。百由于服翼缘万板的够竖向消刚度病不足卵，一阁般假枝定剪台力仅比由竖鞠直腹雀板焊凝缝承请受，恳而弯明矩则娃由全拳部焊毒缝承辩受。为了秒焊缝蒸分布冷较合宫理，甜宜在槐每个浑翼缘勇的上发下两垦侧均迁匀布抄置角丈焊缝铁，由便于翼勺缘焊嫂缝只字承受猾垂直胡于焊窑缝长枝度方肢向的忙弯曲挤应力深，此杯弯曲丙应力晒沿梁救高度创呈三县角形弃分布塔，最丛大应歇力发踩生在应翼缘邻焊缝宵的最遍外纤婶维处僵，为温了保唐证此宣焊缝婶的正盈常工虫作，肉应使宣翼缘疼焊缝毛最外谋纤维航处的公应力圣满足骡角焊是缝的对强度会条件牧。2829(3仆)愈T形截摘面牛华腿角技焊缝冷连接页计算计算讽时通词常假嫌设腹城板焊抱缝承胃受全眠部剪何力，朝而弯关矩则姨由全粮部焊桨缝承怀受。持显然饰控制巷设计慰点为伍竖直筑焊缝行的下尘端点A。303.扭矩榨、剪壤力和条轴心抹力共方同作取用下纵的角鹿焊缝荐计算31计算狭角焊炭缝在赞扭矩T作用猪下产再生的牵应力蔽时，仗是基件于下始列假圈定：①被库连接柏件是牺绝对咏刚性导的，迅它有懒绕焊四缝形晚心0旋转陆的趋初势，处而角罩焊缝劈燕本身汁是弹品性；柄②角绍焊缝底群上及任一追点的铅应力劲方向咳垂直闹于该栗点与染形心毒的连辨线，察且应施力大钉小与与连线彩长度r成正员比。式中r—虎—圆心芹至焊非缝有策效截乳面中肯线的团距离行；Ip——焊缝卧有效摔截面夹的极坑惯性印矩。32受剪盗力和距扭矩蛾作用杏的角药焊缝33计算底时按颂弹性苏理论萄，确爽定焊繁缝有阿效截糊面的拐形心酬位置巴和计扮算扭呀矩T及轴耗心力F产生猾的应弦力时夕，都所可不顶考虑若焊缝价方向通（即例不区项分是句正面萍角焊旋缝还州是侧漫面角辆焊缝炒），业只在诞最后域验算郊式中枕引进帝系数βf。在扭相矩T作用轨下，A点(或A’点)的应已力为惜：将分扫解为泻垂直羡于焊筑缝长丧度方庆向的充应力缎和沿往焊缝堆长度归方向乱的剪姜应力端：34另外如，轴掉心力F产生瞧的应赔力按岗均匀柿分布阔于全靠截面渗计算抛，在兼验算搏点处叼该应灿力垂倾直于怎焊缝饼长度该方向αF：35应该泻指出凉的是更上述看计算风方法夫中，庸假定波轴心挪力产奔生的砌应力掏为平摘均分妻布。耕实际千上，款在上典图轴鞠心力由作用称下，蒜水平基焊缝同为正进面焊称缝，碰而竖翠直焊造缝为衣侧面豪焊缝走，两不者单英位长右度分捏担的罚应力且是不投同的乌，前捆者较俗大，税后者榨较小醉。显东然，甚轴心张力产宫生的次应力蒜假设勇为平膊均分棵布，存与前欢面基历本公制式推祖导中项，考窝虑焊喘缝方阴向的隶思路广不符狗。同发样，练在确含定形态心位踢置以那及计蒜算扭旨矩下血所产家生的椅应力时时，裙也设袜有考帮虑焊凡缝方肥向，堵而只夜在最蛛后验丸算式魔中引艘进了迷系数βf，上稿面计愿算方吴法有捕一定辅的近年似性紧。36【例3-婚4-站1】承受吹轴心稳拉力壤的板魂件，剧采用房诚上、颠下两释块拼恩接板季并采允取角何焊缝杯三边怪围焊弄连接横。已悦知板发件宽仅度b1屯=4庭00慌mm，厚辩度t1街=1抬8m织m(图3-蒜3-迁26组)；承食受轴段心拉顽力N=殿14继25匀kN；两病块拼饶接板粘的宽颜度b2脂=3赵40嚷mm，厚摊度t2雁=1术2m替m；钢型材为Q2蛛35。采茎用手搏工焊速接，湿焊条董为E4烟3。试怪确定滨盖板所尺寸控。37【解】设计闹拼接泥盖板恢连接挂的方身法比聚较灵橡活，恒可先鸭假定燥焊脚挖尺寸弦求焊察缝长确度，猫再由锡焊缝医长度覆确定牵拼接顽盖板巾的尺蚊寸，存不满椒意时渠可调捏整焊庸脚尺抄寸再躁算；钻若有仔丰富圈的经蝇验，臣则可健先假您定焊爽脚尺弓寸和同拼接隶盖板舌的尺听寸，英然后童验算淹焊缝腐的承瓣载力第。角焊设缝的慰焊脚款尺寸hf应根串据板骗件厚倍度确役定：由于喊此处锅的焊剖缝在劈燕板件摔边缘苗施焊乓，且寄拼接盘盖板芒厚度t2