钢结构角焊缝课件.ppt

角焊缝截面型式角焊缝截面型式 按两焊脚边的夹角分按两焊脚边的夹角分角焊缝角焊缝直角焊缝直角焊缝（图（图3 38a8a、b b、c c）斜角焊缝斜角焊缝（图（图3 38d8d、e e、f f、g g）图图3-8 3-8 角焊缝的型式角焊缝的型式d)e)f)g)a)c)b)角焊缝角焊缝 直角焊缝：直角焊缝：=90=900 0又分：普通焊缝（又分：普通焊缝（a a图）、平焊缝（图）、平焊缝（b b图）、图）、凹焊缝（凹焊缝（c c图）。图）。45BACEDhfhfhe图图3 38a8aa)c)b)图中，图中，h hf f焊脚尺寸，焊脚尺寸，h he e焊缝有效厚度。焊缝有效厚度。并有，并有，h he e=0.7h=0.7hf f，h he e总是总是45450 0斜面上的最小高度。斜面上的最小高度。普普通通焊焊缝缝：两两焊焊脚脚尺尺寸寸都都等等于于h hf f ，常常用用。但但应应力集中较严重（力集中较严重（a a、b b处材料突变严重）。处材料突变严重）。a)普通焊缝普通焊缝 平平焊焊缝缝：是是在在一一侧侧焊焊脚脚处处将将焊焊缝缝宽宽度度加加宽宽至至1.5h1.5hf f而而成成。易易焊焊，应应力力集集中中介介于于普普通通焊焊缝缝与与凹凹焊焊缝缝之间。之间。凹凹焊焊缝缝：两两边边的的焊焊缝缝宽宽度度被被加加宽宽成成凹凹面面，应应力力集集中中小小，用用于于受受动动荷荷的的结结构构中中可可提提高高疲疲劳劳强强度度，但但手手工焊费工。工焊费工。b)平焊缝平焊缝c)凹焊缝凹焊缝ab 2 2、焊缝的施焊方位、焊缝的施焊方位 平焊、立焊、横焊、仰焊。平焊、立焊、横焊、仰焊。图图39 施焊位置施焊位置b)c)a)焊条焊条d)斜角焊缝：斜角焊缝：60600 0 120 1200 0 斜角焊缝除用于焊接管道外，斜角焊缝除用于焊接管道外，不作受力焊缝使用。不作受力焊缝使用。d)直角焊缝最常用。直角焊缝最常用。平焊平焊俯焊，环境轻松，施焊质量易保证。俯焊，环境轻松，施焊质量易保证。横、立、仰焊横、立、仰焊工地施焊难以避免，施焊环境差，质工地施焊难以避免，施焊环境差，质 量较难保证。仰焊最突出，应尽量避量较难保证。仰焊最突出，应尽量避 免。免。图图39 施焊位置施焊位置a)焊条焊条平焊平焊d)仰焊仰焊b)立焊立焊c)立焊立焊 3 3、焊接的连接型式、焊接的连接型式 对接对接（图（图3 310a10a、b b）、）、搭接搭接（图（图c c、d d）、）、T T型连接型连接（图（图e e、f f）。）。图图3 310 10 焊接接头的型式焊接接头的型式e)双面角焊缝双面角焊缝a)力线力线b)力线力线盖板盖板c)d)f)K形焊缝形焊缝 对接焊缝对接特对接焊缝对接特点：传力简捷、受力性点：传力简捷、受力性能好、静力和疲劳强度能好、静力和疲劳强度高、省材料。工艺较复高、省材料。工艺较复杂、加工费时。杂、加工费时。对接又分对接焊缝对接又分对接焊缝对接（对接（a a图）和双层盖图）和双层盖板对接（板对接（b b图）。图）。双层盖板对接特点：允许下料尺寸有较大偏差，双层盖板对接特点：允许下料尺寸有较大偏差，制造省工。缺点是费钢费焊条，传力经过盖板应力集制造省工。缺点是费钢费焊条，传力经过盖板应力集中严重，因而静力和疲劳强度较低。中严重，因而静力和疲劳强度较低。c)d)b)力线力线盖板盖板 搭接连接的特点和加盖板的对接连接相同。搭接连接的特点和加盖板的对接连接相同。优点：是省工省料。优点：是省工省料。缺点：是焊件截面有突变，应力集中严重、疲缺点：是焊件截面有突变，应力集中严重、疲劳强度低。劳强度低。适合于在不直接承受动力荷载的结构中使用。适合于在不直接承受动力荷载的结构中使用。e)双面角焊缝双面角焊缝f)K形焊缝形焊缝T型连接的基本形式如型连接的基本形式如e图，由双面焊缝组成。图，由双面焊缝组成。为了减轻应力集中，提高疲劳强度，改进为为了减轻应力集中，提高疲劳强度，改进为K型型坡口的对接焊缝（坡口的对接焊缝（f图），从而可用于重级和特重级图），从而可用于重级和特重级工作制吊车梁上翼缘和腹板的连接。工作制吊车梁上翼缘和腹板的连接。前面讲了焊缝型式：对接焊缝、角焊缝。前面讲了焊缝型式：对接焊缝、角焊缝。连接型式：由两类焊缝（对接焊缝、角连接型式：由两类焊缝（对接焊缝、角焊缝）组成的三种连接（对接连接、搭接连接、焊缝）组成的三种连接（对接连接、搭接连接、T型型连接）。连接）。图图3 310 10 焊接接头的型式焊接接头的型式e)双面角焊缝双面角焊缝a)力线力线b)力线力线盖板盖板c)d)f)K形焊缝形焊缝 后面，要讲焊缝后面，要讲焊缝的验算。包括两个方的验算。包括两个方面：面：焊缝的承载能力焊缝的承载能力（设计强度）；（设计强度）；荷载效应（各种荷载效应（各种荷载时焊缝有效截面荷载时焊缝有效截面的应力及其计算）。的应力及其计算）。下面就介绍焊缝设计强度问题。下面就介绍焊缝设计强度问题。4 4、焊缝的强度设计值、焊缝的强度设计值 焊缝强度与焊接方法、焊条型号、被焊接构件钢焊缝强度与焊接方法、焊条型号、被焊接构件钢材的钢号、焊缝型式、焊接质量以及焊缝受力状态有材的钢号、焊缝型式、焊接质量以及焊缝受力状态有关。关。规范规范给出了各种情况的焊缝强度设计值，表。给出了各种情况的焊缝强度设计值，表。3.3 3.3 角焊缝及其连接的构造和计算角焊缝及其连接的构造和计算图图311 直角角焊缝的种类直角角焊缝的种类Na)Nb)Nc)侧焊缝侧焊缝（a a图）：外力与焊缝轴线平行，图）：外力与焊缝轴线平行，端焊缝端焊缝（b b图）：外力与焊缝轴线垂直，图）：外力与焊缝轴线垂直，斜焊缝斜焊缝（c c图）：外力与焊缝轴线斜交。图）：外力与焊缝轴线斜交。按照作用力和焊缝关系（图按照作用力和焊缝关系（图3 31111），直角角焊），直角角焊缝分为：缝分为：焊缝是一块体，应力状态复杂，计算时把直角三焊缝是一块体，应力状态复杂，计算时把直角三角形以外的部分去掉，按有效厚度角形以外的部分去掉，按有效厚度h he e确定最危险截面确定最危险截面（顺着焊缝方向的平面），通常称为有效截面，对有（顺着焊缝方向的平面），通常称为有效截面，对有效截面进行验算。效截面进行验算。有效截面有效截面焊缝两焊脚面交线（焊缝两焊脚面交线（aaaa）与有）与有效厚度效厚度h he e组成的截面（图组成的截面（图3 31313中中addadd a a）。）。hfdcbadcbah he ehfhfhfhe 1 1、应力分析、应力分析 （1 1）侧焊缝）侧焊缝 有效截面上只有有效截面上只有与焊缝与焊缝长度方向平行长度方向平行的剪应力的剪应力 。图图312 这些剪应力实际这些剪应力实际分布不均。试验表明分布不均。试验表明两头大中间小。考虑两头大中间小。考虑到出现塑性后应力重到出现塑性后应力重分布，规范规定在焊分布，规范规定在焊缝长度范围内按均匀缝长度范围内按均匀分布计算。分布计算。NNN N （2 2）端（正面）焊缝）端（正面）焊缝N/2B2NAB1N/2abcN/2B2NAN/2N/2 有效截面上有效截面上与焊缝长度方向与焊缝长度方向垂直的正应力垂直的正应力和剪应力和剪应力。（3 3）一般受力的焊缝）一般受力的焊缝FNV 作用在作用在T字型焊缝上字型焊缝上的一般方向的力的一般方向的力N，分解，分解为平行于焊缝方向的力为平行于焊缝方向的力V和垂直于的焊缝方向力和垂直于的焊缝方向力F。分解为：分解为：和和。V产生产生 ；F产生产生，有效截面上有：有效截面上有：、。（4 4）各种受力情况下焊缝有效截面应力归纳）各种受力情况下焊缝有效截面应力归纳N一般受力焊缝一般受力焊缝 N 侧焊缝侧焊缝N端焊缝端焊缝 有效有效截面截面应力应力 、2 2、强度验算公式、强度验算公式 角焊缝强度验算，针对有效截面角焊缝强度验算，针对有效截面cdd c 进行。进行。因为：因为：理论上，过理论上，过cc 线的所有平面中线的所有平面中这块面积最小；这块面积最小；试验表明，角焊缝破坏发生在有效截面试验表明，角焊缝破坏发生在有效截面（cdddd c c）面上。）面上。图图313ddhebcblwcaahfblwcbcahfhf （1 1）有效截面上的应力状态）有效截面上的应力状态 前面已经说明：前面已经说明：最一般情况（同时有端焊缝，侧最一般情况（同时有端焊缝，侧焊缝性质的一般受力焊缝），有效截面上有三个应力焊缝性质的一般受力焊缝），有效截面上有三个应力 、。正应力，与焊缝长度方向（正应力，与焊缝长度方向（x）面外垂直）面外垂直 剪应应，与焊缝长度方向（剪应应，与焊缝长度方向（x）面内平行）面内平行 剪应力，与焊缝长度方向（剪应力，与焊缝长度方向（x）面内垂直）面内垂直图图314xyzdcdcaah he e 承受的轴向力承受的轴向力N N与与焊缝长度方向平行。焊缝长度方向平行。焊缝有效截面上焊缝有效截面上 =0=0 ，=0 =0 （a)a)只有平行与力只有平行与力N N的剪应力的剪应力（图（图3 314a14a），），为为两焊件间角两焊件间角焊缝有效面积之和，焊缝有效面积之和，每条焊缝计算长度每条焊缝计算长度lw取实际长度减取实际长度减10mm10mm。（3 3）受轴心力作用的角焊缝设计验算基本公式）受轴心力作用的角焊缝设计验算基本公式 侧焊缝侧焊缝dNadccaxlwh he e 图图314a =（b b)NNyzadcdcah he e 端焊缝端焊缝 承受的轴向力承受的轴向力N N与焊缝长度方向与焊缝长度方向垂直。在焊缝有效截面上，垂直。在焊缝有效截面上，=0=0 （a)a)只有只有 和和 ，将（将（a a）、（）、（b b）代入（）代入（3 31 1）,得得图图314b N（b)b)=（3 32)2)或或 NNffwhelw (3(32a)2a)=0=0 （a)a)（b)b)=sin45sin45=，（c)c)将（将（a a）、（）、（b b）、（）、（c c）代入（）代入（3 31 1）,得得（3 33)3)或或 N1.22N1.22ffwhelw (3(33a)3a)（3 31 1）端焊缝承载能力高于侧焊缝。端焊缝承载能力高于侧焊缝。因为，应力状态不同。因为，应力状态不同。规范规范规定：受静荷载与间接动荷载作用时，规定：受静荷载与间接动荷载作用时，用式（用式（3 33 3）或（）或（3 33a3a）计算，受直接动荷载作用）计算，受直接动荷载作用时，考虑到端焊缝塑性性能不好，将系数时，考虑到端焊缝塑性性能不好，将系数1.221.22去掉，去掉，用式（用式（3 33b3b）计算。）计算。NNffwhelw (3(33b)3b)（3 33)3)或或 N1.22N1.22ffwhelw (3(33a)3a)N Nffwhelw (3(32a)2a)基本公式的应用基本公式的应用 实际应用基本公式（实际应用基本公式（3 32 2）（）（3 35 5）时，还需）时，还需解决焊缝长度解决焊缝长度lw和作用在焊缝上的力素和作用在焊缝上的力素N的计算问题。的计算问题。下面将对此作些说明。下面将对此作些说明。a)对称侧焊缝对称侧焊缝公式公式（3 32a)2a)可写成：可写成：NNffwhelw （36）NNabcedfNN其中，其中，lw=2(ab+de-10mm)2(ab+de-10mm)或或 2(bc+ef-2(bc+ef-10mm)10mm)图图314e b)对称端焊缝对称端焊缝公式公式（3 33a)3a)或（或（3 33b3b）可写成）可写成 N1.22N1.22ffwhelw （37）或或 NNffwhelw （37a）式中式中 lw=2(ab-10mm)或或2(cd-10mm)。abcdNNNN图图314f c)对称三围焊缝对称三围焊缝NNabef设设 N=N+N N 端焊缝（端焊缝（abab或或cdcd）承担的轴力）承担的轴力 N 侧焊缝（侧焊缝（ae、bf或或ec、fd）承担的轴力）承担的轴力图图314gNNNNabcdef 对端焊缝对端焊缝，有公式（，有公式（33a）或（）或（33b），），则则 N=f1 ffwhelw1 受静荷载与间接动荷载作用时，受静荷载与间接动荷载作用时，f1=1.22=1.22；受直接动荷载作用；受直接动荷载作用时，时，f1=1.0=1.0。lw1上下两面上下两面ab（或（或cd）的计算长度之和。）的计算长度之和。另一方面另一方面，有，有 N=N +N 所以所以 N=ffwhe（f1 lw1+f2 lw2）（38）对对侧焊缝侧焊缝，把公式（，把公式（32a）写成：）写成：N=f2 ffwhelw2lw2上下两面上下两面ae、bf或或ec、fd 的计算长度之和，的计算长度之和，f2 取取1.0。d)d)不对称侧焊缝不对称侧焊缝NNe2e1N1N2b图图314h N N1 1、N N2 2与总轴力与总轴力N N之间关系之间关系 N N分配至分配至N N1 1、N N2 2 k k1 1角钢肢背焊缝轴力分配系数角钢肢背焊缝轴力分配系数 k k2 2角钢肢尖焊缝轴力分配系数角钢肢尖焊缝轴力分配系数 k k1 1、k k2 2的取值见书的取值见书p.239p.239表表3 31 1。（3 39 9）可再用公式（可再用公式（3 32 2）检算）检算N N1 1、N N2 2。=（3 32)2)角钢肢背、肢尖焊缝长度（角钢肢背、肢尖焊缝长度（lw1、lw2）计算）计算 焊缝总长：焊缝总长：NNffwhelw （a）角钢肢背焊缝长：角钢肢背焊缝长：k1 1NNffwhelw1 （b）角钢肢尖焊缝长：角钢肢尖焊缝长：k2 2NNffwhelw2 （c）(a)k1 1 k1 1NNffwhek1 1lw （a）(a)k2 2 k2 2NNffwhe k2 2 lw (a)比较式比较式(b)和和(a)，得，得 lw1=k1 1lw （39a）比较式比较式(c)和和(a)，得，得 lw2=k2lw （39b）用式用式(a)计算焊缝总长度计算焊缝总长度lw；用式；用式(39)计算肢背、计算肢背、肢肢尖长度尖长度lw1和和lw2。e)e)不对称三围焊缝不对称三围焊缝NN1N2bN3Ne2e1b/2b/2图图314i N N1 1、N N2 2、N N3 3与总轴力与总轴力N N之间关系之间关系 先先确确定定端端焊焊缝缝焊焊脚脚尺尺寸寸h hf f，用用式式（3 33 3）算算出出所所能承受的内力能承受的内力N N3 3。（3 31010）角钢肢背、肢尖焊缝长度（角钢肢背、肢尖焊缝长度（lw1、lw2）计算）计算 端焊缝长：端焊缝长：N3 f ffwhe b （a)a)角钢肢背焊缝长：角钢肢背焊缝长：N N1 1ffwhelw1 （b）角钢肢尖焊缝长：角钢肢尖焊缝长：N N2 2ffwhelw2 （c）因因 N=N1 1+N2 2+N3有有 N ffwhe（lw1+lw2+f b）由此，单面焊缝总长：由此，单面焊缝总长：lw=lw1+lw2+f b （d d）从式（从式（310a）N N1 1=k1N-NN-N3/2/2 ffwhelw1=k1ffwhe(lw1+lw2+f b)-f ffwhe b/2 =ffwhek1(lw1+lw2+f b)-f b/2 lw1=k1 lw-f b/2 （310c）同理，同理，lw2=k2 lw-f b/2 （310d）代入式（代入式（3 31 1），得），得 规范规范规定：受静荷载与间接动荷载作用时，规定：受静荷载与间接动荷载作用时，用式（用式（3 35 5）计算，受直接动荷载作用时，考虑到）计算，受直接动荷载作用时，考虑到端焊缝塑性性能不好，将系数端焊缝塑性性能不好，将系数1.221.22去掉，用式（去掉，用式（3 35a5a）计算。）计算。式（式（3 35 5）和（）和（3 35a5a）是受）是受 和和 共同作用时的角共同作用时的角焊缝强度验算公式。外力不一定是带斜角焊缝强度验算公式。外力不一定是带斜角 的的N N，可，可以是弯矩、剪力、轴力共同作用。以是弯矩、剪力、轴力共同作用。()2 2（35）()2 2（35a）上一讲讲到公式（上一讲讲到公式（35）、（）、（35a）如下：）如下：其中其中、的意义为：的意义为：FNV 与焊缝长度方向平行，与焊缝长度方向平行，在有效截面内。在有效截面内。与焊缝长度方向垂直与焊缝长度方向垂直，与有效截面斜交与有效截面斜交。可分解为：可分解为：和和。V产生产生 ；F产生产生，（4 4）角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用）角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用 角焊缝受角焊缝受M M、V V、N N共同作用（图共同作用（图3 31616）。）。b)1图图316 焊缝受焊缝受M、V、N作用作用a)形心形心MNVo1有效截面有效截面AABB 剪力剪力V V与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的状态，在有效截面上产生均匀分布剪应力状态，在有效截面上产生均匀分布剪应力 。轴力轴力N N与焊缝轴线垂直，形与焊缝轴线垂直，形 成垂直于焊缝方向的均匀分布应成垂直于焊缝方向的均匀分布应 力力 N N =（3 31010）（3 31111）a)形心形心MNVo1有效截面有效截面c)XXlw 在在M M作用下，有效截面上产生垂直作用下，有效截面上产生垂直于焊缝方向且按三角形分布的应力于焊缝方向且按三角形分布的应力 M M W We e角焊缝有效截面绕角焊缝有效截面绕x x轴（图轴（图3 316c16c）的抵抗矩。）的抵抗矩。（3 31212）b)1a)形心形心MNVo1有效截面有效截面AABBc)XXlw有效截面有效截面在在1 1点处，有垂直于焊缝长度方向点处，有垂直于焊缝长度方向的最大应力的最大应力，且，且由公式（由公式（3 35 5）或（）或（3 35a5a）受静荷载与间接动荷载作用受静荷载与间接动荷载作用受直接动荷载作用受直接动荷载作用 在在“0 0”点（截面形心轴上）有最大弯曲剪应力，点（截面形心轴上）有最大弯曲剪应力，本应成为验算比较点，但一般说来，此点的换算应力本应成为验算比较点，但一般说来，此点的换算应力比比“1 1”点小，所以就不计算了。点小，所以就不计算了。()2 2（3 31313）()2 2（3 313a13a）形心形心MNVo1 3 3、算例、算例 例例3 31 1 验算图例验算图例3 31 1所示连接的强度。已知板所示连接的强度。已知板宽宽400400mm，厚，厚1818mm,受轴心力受轴心力N=1425kNN=1425kN（静荷载），钢（静荷载），钢材材A3FA3F，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43型。取型。取hf=8=8mm。情形一情形一 两块矩形盖板宽两块矩形盖板宽340340mm，后，后1212mm。情形二情形二 两块菱形盖板宽两块菱形盖板宽340340mm，后，后1212mm。图图319 例题例题31NNNNa)NNNNb)（1）矩形盖板矩形盖板分分 析析 取左半焊件和其上焊缝为分离体，依焊缝性质，取左半焊件和其上焊缝为分离体，依焊缝性质，三条焊缝分两类：侧焊缝和端焊缝，且具有对轴力作三条焊缝分两类：侧焊缝和端焊缝，且具有对轴力作用线的对称性。用线的对称性。将轴心力将轴心力N N分解到焊缝各部分：分解到焊缝各部分：N N1 1、N N2 2。N N1 1侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。N N2 2端焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。端焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。NN210340N1/2N1/2N2abcd起弧：起弧：d d，cd=210-5cd=210-5落弧：落弧：a,ab=210-5a,ab=210-5 bc=340 bc=340静荷载：端焊缝有静荷载：端焊缝有1.221.22 查查规范规范确定确定ffw，从表，从表3 31 1中，焊条中，焊条E43E43、角焊缝、角焊缝、Q235Q235钢，查出焊缝强度设计值，钢，查出焊缝强度设计值，得得 ffw=160=160 推演验算公式推演验算公式侧焊缝：侧焊缝：N1ffwhelw1 （公式（公式32a）端焊缝：端焊缝：N21.22ffwhelw2 （公式（公式33a）N1、N2合成合成N，N=N1+N2 N ffwhe（lw1+1.22lw2）N ffwhe（lwab+lwcd+1.22lwbc）N ffw0.78(205+205+1.22340)2验验 算算 数值计算数值计算得，得，判断该计算值是否小于等于判断该计算值是否小于等于ffw。结果，结果，154.3 ffw=160 结论结论 满足强度要求。满足强度要求。（2）菱形盖板）菱形盖板分分 析析 取左半焊件和其上焊缝为分离体，因对称，轴心力取左半焊件和其上焊缝为分离体，因对称，轴心力N N被分解到焊缝各部分的被分解到焊缝各部分的N N1 1、N N2 2、N N3 3。N N1 1侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。N N2 2斜焊缝上，与焊缝轴线夹角为斜焊缝上，与焊缝轴线夹角为 的力。的力。=arctg(120/280)25=arctg(120/280)25 N N3 3端焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。端焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。NNN3N1N1N2N255280120120100假定起落弧分假定起落弧分别在侧焊缝的别在侧焊缝的两部分上，焊两部分上，焊缝长度各为：缝长度各为：55-5=50mm。验验 算算 确定确定ffw 查查规范规范得得 ffw=160N/mm2 推演验算公式推演验算公式对侧焊缝：对侧焊缝：N N1 1ffwhelw1 (公式公式3 32a)2a)对端焊缝：对端焊缝：N N2 21.221.22ffwhelw2 (公式公式3 33a)3a)对斜焊缝：对斜焊缝：N N3 3 f ffwhelw3 (公式公式3 34a)4a)N N1 1、N N2 2、N N3 3合成合成N N，有，有 N=NN=N1 1+N+N2 2+N+N3 3 所有焊缝的有效厚度相等，所有焊缝的有效厚度相等，he=0.7=0.7hf ，N N ffw he(lw1 +1.22+1.22lw2 +f lw3 )数值计算数值计算查表得查表得 f=1.03 =1.03 （=25=25 ）算算 lw1 =4=4(55-5)=4(55-5)=450mm50mm lw2 =2=2100mm100mm lw3 =4=4305mm305mm代入计算代入计算 判断该计算值是否小于等于判断该计算值是否小于等于ffw。结果，结果，150 ffw=160 结论结论 满足强度要求。满足强度要求。例例3 32 2 设计图设计图3 32020所示双不等边角钢和节点板间的所示双不等边角钢和节点板间的连连 接角焊缝。受动力荷载接角焊缝。受动力荷载N=575(N=575(10001000)kN)kN。钢材。钢材Q235Q235，手工，手工 焊，焊条焊，焊条E43E43型。型。N=575 kN2 16010010 2 12510图图3 320 20 例题例题3 32 2（双角钢与节点板间的连（双角钢与节点板间的连接）接）N分分 析析目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）操作操作：焊脚尺寸根据经验拟定；焊脚尺寸根据经验拟定；焊缝总长度应满足强度要求。焊缝总长度应满足强度要求。特点：特点：角钢肢背和肢尖焊缝长度（角钢肢背和肢尖焊缝长度（lw1、lw2）分别为）分别为总焊缝长度总焊缝长度lw的的k1、k2倍。倍。k1Nk2Nlw2lw1本问题和图本问题和图3 32222不对称侧焊缝情形相同。不对称侧焊缝情形相同。（1）只有侧焊）只有侧焊缝缝 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值ffw 查查规范规范得得 ffw=160N/mm2 计算焊缝总长计算焊缝总长lw 1)拟定焊脚尺寸拟定焊脚尺寸hf 根据角钢板厚为根据角钢板厚为10mm，考虑到受动荷作用，拟，考虑到受动荷作用，拟定定hf=6mm，则有，则有he=0.7=0.7hf。且。且同一节点上，所有焊同一节点上，所有焊缝的有效厚度宜相同。缝的有效厚度宜相同。2)2)计算焊缝总长计算焊缝总长 由式由式(3(32a)2a)（注意双角钢，单面长度应除（注意双角钢，单面长度应除2 2）计计 算算 设计设计角钢肢背和肢尖角钢肢背和肢尖焊缝长度焊缝长度lw1、lw2 1）确定轴力分配系数确定轴力分配系数k1 1、k2 2 本问题属于不等边角钢长边相连，查表本问题属于不等边角钢长边相连，查表3 32 2（书（书 p.38p.38），得），得 k1 1=0.65 =0.65 k2 2=0.35=0.35 2 2）肢背、肢尖焊缝肢背、肢尖焊缝计算长度计算长度 l w1=0.65=0.65428=278428=278mm l w2=0.35=0.35428=150428=150mm 3 3）肢背、肢尖焊缝肢背、肢尖焊缝设计长度设计长度 lw1=278+10=288=278+10=288mm lw2=150+10=160=150+10=160mm加加1010mm是考虑是考虑起落弧。起落弧。分分 析析目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）操作操作：焊脚尺寸根据经验拟定；焊脚尺寸根据经验拟定；焊缝总长度应满足强度要求。焊缝总长度应满足强度要求。特点：特点：端焊缝长度为端焊缝长度为b，角钢肢背和肢尖焊缝长度，角钢肢背和肢尖焊缝长度 （lw1、lw2）分别为总焊缝长度）分别为总焊缝长度lw按式（按式（310c）和（和（310d）计算。）计算。本问题和图本问题和图3 32323不对称三面围焊情形相同。不对称三面围焊情形相同。（2）、三面围焊）、三面围焊N1N2Nlw1lw2N3b 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值ffw 查查规范规范得得 ffw=160N/mm2 计算焊缝总长计算焊缝总长lw 1)拟定焊脚尺寸拟定焊脚尺寸hf 根据角钢板厚为根据角钢板厚为10mm，考虑到受动荷作用，拟，考虑到受动荷作用，拟定定hf=6mm，则有，则有he=0.7=0.7hf。且。且同一节点上，所有焊同一节点上，所有焊缝的有效厚度宜相同。缝的有效厚度宜相同。2)2)计算焊缝总长计算焊缝总长 由式由式(3(32a)2a)和（和（3 33b3b）（注意双角钢，单面长）（注意双角钢，单面长度应除度应除2 2）计计 算算 设计设计角钢肢背和肢尖角钢肢背和肢尖焊缝长度焊缝长度lw1、lw2 1）确定轴力分配系数确定轴力分配系数k1 1、k2 2已经有已经有 k1 1=0.65 =0.65 k2 2=0.35=0.35 2 2）肢背、肢尖焊缝肢背、肢尖焊缝计算长度（式计算长度（式3 310c10c、3 310d10d）l w1=0.65=0.65423423160/2=298160/2=298mm l w2=0.35=0.35423423160/2=70160/2=70mm 3 3）肢背、肢尖焊缝肢背、肢尖焊缝设计长度设计长度 lw1=298+5=203=298+5=203mm，取取205205mm。lw2=70+5=75=70+5=75mm加加5 5mm是考虑起弧或落弧。是考虑起弧或落弧。例例3 34 4 设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝（周遍围设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝（周遍围焊），并验算角焊缝强度。钢材焊），并验算角焊缝强度。钢材A3FA3F，手工焊，焊条，手工焊，焊条E43E43型。偏心力型。偏心力N=400kNN=400kN（间接动力荷载引起），（间接动力荷载引起），e=25cme=25cm。NVMa)b)c)图图322 例题例题34(角焊缝受偏心剪角焊缝受偏心剪力力)分分 析析目标：设计目标：设计节点板和预埋钢板间的角焊缝节点板和预埋钢板间的角焊缝（设计焊脚（设计焊脚 尺寸、验算焊缝强度，焊缝长度已由其它构造尺寸、验算焊缝强度，焊缝长度已由其它构造 要求确定。）要求确定。）操作操作：焊脚尺寸根据经验拟定；焊脚尺寸根据经验拟定；验算焊缝强度；验算焊缝强度；是一个只有弯矩和剪力作用的问题，荷载是一个只有弯矩和剪力作用的问题，荷载 情况比例情况比例33简单。可仍简单。可仍用式（用式（3 311b11b）计）计 算，其中算，其中 =M。特点：因周边围焊，焊缝截面较复杂，计算惯特点：因周边围焊，焊缝截面较复杂，计算惯 性矩时忽略绕角部分（留作起落弧用）；性矩时忽略绕角部分（留作起落弧用）；剪应力由两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝）剪应力由两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝）承受。承受。计计 算算 确定焊缝强度设计值确定焊缝强度设计值ffw 查查规范规范得得 ffw=160N/mm2 作用在焊缝上的力素计算作用在焊缝上的力素计算 V=N=400103N M=Ne=40025104=10000104 N-mm 拟定焊脚尺寸拟定焊脚尺寸hf 考虑到牛腿腹板厚为考虑到牛腿腹板厚为10mm，受，受间接动力荷载间接动力荷载。设计设计 hf=8mm，并将所有焊脚尺寸取相同值。，并将所有焊脚尺寸取相同值。计算焊缝截面抗剪面积计算焊缝截面抗剪面积Af惯性矩惯性矩Ix A Af f=0.7=0.78 83603602=40322=4032mm2 2 I Ix=0.7=0.78 8200(205.6-5.6/2)200(205.6-5.6/2)2 22 2 +0.7 +0.78(95-5.6)(180-5.6/2)8(95-5.6)(180-5.6/2)2 24 4 +0.7 +0.78 83603603 32/122/12 =19897 =1989710104 4mm4 4 确定危险点，计算危险点应力确定危险点，计算危险点应力 由应力分布图知，腹板上端焊缝和翼缘下由应力分布图知，腹板上端焊缝和翼缘下 侧焊缝交点最危险，该点至中性轴距离为侧焊缝交点最危险，该点至中性轴距离为 y=180mm。各项应力为：各项应力为：危险点强度验算危险点强度验算满足强度要求。满足强度要求。4 4、角焊缝构造、角焊缝构造 角焊缝构造包括三个方面：焊脚尺寸限制、焊缝角焊缝构造包括三个方面：焊脚尺寸限制、焊缝长度限制和减小焊缝应力集中的措施。长度限制和减小焊缝应力集中的措施。（1 1）焊脚尺寸限制）焊脚尺寸限制 限制最小焊脚尺寸限制最小焊脚尺寸(hf min)为什么要限制？为什么要限制？焊脚尺寸焊脚尺寸太小，焊接热量小，冷却过快，焊太小，焊接热量小，冷却过快，焊 件越厚，冷却越快，导致焊缝变脆，容易产件越厚，冷却越快，导致焊缝变脆，容易产 生裂纹。为防止此状况发生，焊脚尺寸不应生裂纹。为防止此状况发生，焊脚尺寸不应 过小。过小。如何限制？如何限制？与焊件板厚联系起来。与焊件板厚联系起来。规范规范规定：规定：一般情况：一般情况：t t2 2较厚焊件的板厚（单位：较厚焊件的板厚（单位：mm）特殊情况：特殊情况：自动焊自动焊（温度高而均匀）（温度高而均匀）：T T形连接单面角焊缝形连接单面角焊缝（冷却快）（冷却快）：焊件厚度焊件厚度t4t4mm时：时：hf min=t t （3 319c19c）1.5t2-1hf min（3 319a19a）1.5t2+1hf min（3 319b19b）1.5t2hf min（3 31919）限制最大焊脚尺寸限制最大焊脚尺寸(hf max)为什么要限制？为什么要限制？焊脚尺寸焊脚尺寸太大，焊接变形大，易脆裂，残余太大，焊接变形大，易脆裂，残余 应力大，对于较薄的焊件容易焊穿。应力大，对于较薄的焊件容易焊穿。如何限制？如何限制？也与板厚联系起来。也与板厚联系起来。规范规范规定：规定：一般情况：一般情况：hf max 1.2t1 （3 32020）t t1 1较薄焊件的板厚（单位：较薄焊件的板厚（单位：mm）。）。特殊情况：指角焊缝位于焊件板边缘（贴边焊）时特殊情况：指角焊缝位于焊件板边缘（贴边焊）时板板件件（厚厚度度t）边边缘缘角角焊焊缝缝最最大大焊焊脚脚尺尺寸寸应应符符合合下下列列要求：要求：当当t6mm时，时，hf maxt；当当t6mm时，时，hf maxt-(12)mm。设设计计时时，先先确确定定hf min和和hf max，再再在在其其间间选选取取一一合合适值。适值。hf min hf hf max (321)应用应用 a)查例查例33中的焊脚尺寸是否合理？中的焊脚尺寸是否合理？所有板件厚度均为所有板件厚度均为10mm，tt hf min ，取取5mm。hf max 1.2t1=1.210=12mm。本例设计本例设计hf=8mm，在，在512之间。合理。之间。合理。b）查例）查例32中的焊脚尺寸是否合理？中的焊脚尺寸是否合理？节点板厚节点板厚14mm，角钢肢板厚，角钢肢板厚10mm，即，即 t1=10mm,t2=14mm hf min ，取，取6mm。hf max 1.2t1=1.210=12mm。因有贴边焊，因有贴边焊，t=10mm6mm，hf maxt-(12)mm=10-2=8mm。本利采用本利采用6mm，符合，符合规范规范要求。要求。1.5t2=10=4.471.5t2=14=5.6 （2 2）角焊缝计算长度限制）角焊缝计算长度限制 限制最小计算长度（限制最小计算长度（lwmin）为什么要限制？为什么要限制？焊焊缝缝长长度度过过小小：局局部部加加热热严严重重，而而起起弧弧落落弧弧距距离离太小质量不可靠。应力集中较严重。太小质量不可靠。应力集中较严重。如何限制？如何限制？规范规定：规范规定：lwmin88hf和和4040mm 实际长度则应大于等于实际长度则应大于等于(8 8hf+10和和40+10)40+10)mm。侧焊缝，端焊缝均适用。侧焊缝，端焊缝均适用。限制侧焊缝最大计算长度（限制侧焊缝最大计算长度（lwmax）为什么限制？为什么限制？焊焊缝缝太太长长，剪剪应应力力分分布布越越不不均均匀匀，焊焊缝缝两两端端产产生生严严重重应应力力集集中中，导导致致端端部部过过早早破破坏坏，对对动动荷荷载载尤尤为不利。为不利。规范规定：规范规定：动力荷载时：动力荷载时：lwmax4040hf静荷载时：静荷载时：lwmax6060hf 若若实实际际长长度度超超过过以以上上数数值值，则则超超过过部部分分不不纳纳入入计计算算长长度度中中。若若内内力力沿沿侧侧焊焊缝缝全全长长分分布布时时，计计算算长长度不受此限制。度不受此限制。角焊缝计算长度（角焊缝计算长度（lw）取值）取值 lwminlw lwmax （322）（3）减小角焊缝应力集中的措施）减小角焊缝应力集中的措施 直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应加工成平面或凹形。端焊缝宜采用平焊缝或凹焊缝，加工成平面或凹形。端焊缝宜采用平焊缝或凹焊缝，长边与内力方向一致。侧焊缝可用直角焊缝。长边与内力方向一致。侧焊缝可用直角焊缝。当焊缝端部在当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊缝延续绕过转角加焊2hf，避开起落弧发生在应力避开起落弧发生在应力集中的转角处，不利加集中的转角处，不利加不利。不利。b)2hfa)2hf2hf图图325 绕角焊缝绕角焊缝3.4 3.4 对接焊缝及其连接的计算对接焊缝及其连接的计算 对接焊缝分焊透和未焊透两种情况分别计算对接焊缝分焊透和未焊透两种情况分别计算一、焊透的对接焊缝计算一、焊透的对接焊缝计算 1 1、轴向受力的对接焊缝轴向受力的对接焊缝 （1 1）正焊缝正焊缝验算截面矩形，只有正应力。验算截面矩形，只有正应力。N N轴向拉力或压力轴向拉力或压力 焊缝计算长度（有引焊缝计算长度（有引 弧扳时为焊件宽度弧扳时为焊件宽度b，无引弧扳时为无引弧扳时为b-1010mm。或或（3 32323）引弧板引弧板NNNNlwt11矩形截面矩形截面b图图326 t t两连接件中较小的厚度，两连接件中较小的厚度，T T形连接时为腹板形连接时为腹板 厚度厚度ftw对接焊缝抗拉设计强度，按不同质检级别定，对接焊缝抗拉设计强度，按不同质检级别定，除除3级质检外与钢材同。级质检外与钢材同。fcw对接焊缝抗压设计强度，与钢材同。对接焊缝抗压设计强度，与钢材同。焊焊缝缝抗抗拉拉强强度度质质检