角焊缝连接内部内部构造和计算

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1、3.3角焊缝连接的构造和计算 3.3.1 角焊缝的截面形式和强度 角焊缝按截面形式可分为：直角角焊缝（普通、平坡、深熔焊 缝）和斜角角焊缝。除管结构外，夹角大于135或小于60 的斜角角焊缝不宜用作受力焊缝。 承受动力荷载的连接中，宜采用平坡或深熔焊缝 第三章 钢结构的连接 2)端焊缝受力复杂,其各面均存在正应力和剪应力,且焊根处 存在严重的应力集中，塑性差，但强度高(是侧焊缝强度的 1.351.55倍)。 强度分析：试验证明： 1) 侧焊缝以45最小截面破坏居 多，主要承受剪应力，其应力沿 焊缝长度方向的分布不均匀,呈两 端大而中间小的状态。但塑性好, 应力可重分布,因此在届临塑性工 作阶段

2、，其应力分布的不均匀现 象渐趋缓和。 3.3.1 角焊缝的截面形式和强度 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 3)斜焊缝受力性能和强度介于侧焊缝和端焊缝之间。 规范规定：在焊缝计算时以侧焊缝强度（ ）为基准 3.3.1 角焊缝的截面形式和强度 3.3 角焊缝连接的构造和计算 第三章 钢结构的连接 3.3.2 角焊缝的构造要求 一 对焊脚尺寸 要求： 其中 最小焊脚尺寸： ， 较厚板件的厚度。 注意：若 , 取 ； 对自动焊，取 ； 对T形单面焊，取 。 原因：焊脚尺寸过小，焊缝因冷却过快而产生裂缝，不易焊透 ，为了保证焊缝的最小承载能力。 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝

3、连接的构造和计算 3.3.2 角焊缝的构造要求 最大焊脚尺寸： ， 较薄板件的厚度。 注意：对于贴着板边焊 当t6mm时， 当t6mm时， 原因：以避免焊缝穿透较薄的焊件，而且焊缝冷却收缩将产 生较大的焊接残余变形。 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 二 对焊缝计算长度 要求： 其中 焊缝最大计算长度： （静荷） （动荷） 原因：侧缝应力沿长度分布不均匀，两端较中间大，焊缝越 长其差别也越大，太长时侧缝两端应力可先达到极限而破坏 ，此时焊缝中部还未充分发挥其承载力，这种应力分布的不 均匀性，对承受动力荷载的构件更加不利。超过部分在计算 中不予考虑。 若内力沿角焊缝全长分布，

4、则计算长度不受此限。 焊缝最小计算长度： 且 原因：长度过小会使杆件局部加热严重，且起弧、落弧坑相 距太近，加上一些可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。 焊缝计算长度：每条实际长度减去2hf 3.3.2 角焊缝的构造要求 3.3 角焊缝连接的构造和计算 第三章 钢结构的连接 三 对绕角焊的要求 当角焊缝的端部在构件转角处时，必须连续地作长度为 2 的绕角焊。 四 对搭接长度的要求 在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时，其搭接长度不 得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm。 五 对仅用两条侧面角焊缝连接时的要求 当板件的端部仅有两侧面角焊缝连接时，每条侧面角焊 缝长度l不宜小于两侧面角焊缝之间的

5、距离b；同时b不宜大 于16t（当t12mm）或200mm（当t12mm），t为较薄焊 件的厚度。不满足此规定时，应加焊正面角焊缝，或加槽 焊或加电铆钉。 3.3.2 3.3.2 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 b l 3.3.2 3.3.2 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 3.3.3 直角角焊缝的计算 一 基本假定 1）所有角焊缝只承受剪应力，其强度设计值为 2）焊缝计算截面为45最小截面，有效高度 面积为 。 二 基本计算公式 焊缝承受Nx、Ny，在有效截面上产生的应力 可分解为

6、三个方向应力， 即 、 、 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 为了便于计算，不计诸力的偏心作用，并认为有效截面上诸 应力都是均匀分布的。 3.3.3 直角角焊缝的计算 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 3.3.3 直角角焊缝的计算 二 基本计算公式 如只有Ny，则 其中： 端焊缝受力总和； 侧焊缝受力总和； 端焊缝强度提高系数，静载时为1.22，动载 时为1.0。斜焊缝为 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 三 几种典型的焊缝受力分析 （1）焊缝受轴心拉力（盖板连接的端焊缝） （2）焊缝受轴心剪力（盖板连接的侧焊缝） 焊缝计算长度：每条

7、实际长度减去2hf 3.3.3 直角角焊缝的计算 3.3 角焊缝连接的构造和计算 第三章 钢结构的连接 （3）角钢连接焊缝的计算 角钢连接焊缝一般可采用两面侧焊，也可采用三面围焊或L 形焊。其计算方法如下： 角钢连接肢背、肢尖焊缝的内力分配系数： 0.70.650.75 0.30.350.25 1 k 2 k 3.3.3 直角角焊缝的计算 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 两面侧焊： 三面围焊： L形焊： 3.3.3 直角角焊缝的计算 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 （4）焊缝受轴心拉力和轴心剪力共同作用 3.3.3 直角角焊缝的计算 第三章 钢结构的

8、连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 （5）焊缝受弯矩作用 （6）焊缝偏心受剪 3.3.3 直角角焊缝的计算 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 （7）焊缝受N 、M 、V 联合作用 3.3.3 直角角焊缝的计算 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 （8）焊缝受扭矩作用 3.3.3 直角角焊缝的计算 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 （9）围焊缝受偏心剪力扭矩剪力 3.3.3 直角角焊缝的计算 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 四 计算步骤 1）求出同一平面焊缝群的形心； 2）将荷载向形心简化，找出最不利位置； 3）分

9、别求出各荷载分量在最不利位置产生的应力； 4）区分侧焊缝受力与端焊缝受力，视荷载种类（静荷或 动荷）代入公式，进行计算。 3.3.3 直角角焊缝的计算 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 3.3.4 斜角角焊缝的计算 斜角角焊缝一般用于腹板倾斜的T形接头，采用与直角角焊 缝相同的计算公式进行计算，但一律 。 第三章 钢结构的连接 3.3 角焊缝连接的构造和计算 3.4 对接焊缝连接的构造和计算 3.4.1 对接焊缝的构造 一 对接焊缝的坡口形式 对接焊缝的坡口形式与焊件的厚度有关，一般可分为： I型（垂直坡口，适于厚度很小的焊件）； V型、单面V型（适于一般厚度的焊件）； U

10、型、单面U型、X型、K型（适于较厚的焊件）。 第三章 钢结构的连接 3.4 对接焊缝连接的构造和计算 二. 引弧板 在焊缝的起灭弧处，为消除其焊接缺陷，施焊时需设置引 弧板。当不便设置引弧板时，计算中每条焊缝的计算长度取 实际长度减2t（t为较薄构件的厚度）。 三. 对不同宽度或不同厚度的要求 对不同宽度或不同厚度（相差4mm以上）的焊件，为使截 面过渡和缓，减小应力集中，要求坡度不大于1:2.5 3.4.1 对接焊缝的构造 第三章 钢结构的连接 3.4 对接焊缝连接的构造和计算 3.4.2 对接焊缝的计算 对接焊缝分焊透和部分焊透两种。 3.4.2.1 焊透的对接焊缝的计算 由于对接焊缝是焊

11、件截面的组成部分，焊缝中的应力分布 情况基本上与焊件原来的情况相同。所以，对接焊缝的强度 计算方法与构件截面强度计算相同。 1轴心受拉（压） 式中 对接连接中较小的厚度，忽略焊缝起鼓； 对接焊缝抗拉强度； 对接焊缝抗压强度； 焊缝的计算长度（实际长度减去2t），若加引 弧板,则焊缝的计算长度即为板宽。 第三章 钢结构的连接 3.4 对接焊缝连接的构造和计算 因此通过一、二级检验的对接焊缝 的强度可以认为与母材等强度，连 接不必验算；而仅通过三级检验的 焊缝， ,需要如上验算。 若经验算强度不够，可采用斜焊缝；当a/b1.5时，可以不验 算。 2弯剪共同作用 受拉区腹板与翼缘的交界处 其中 第三

12、章 钢结构的连接 3.4 对接焊缝连接的构造和计算 3.4.2 对接焊缝的计算 部分焊透的对接焊缝的强度 计算，应按直角角焊缝的计算 方法进行，但取 =1.0。其有 效厚度的确定方法见教材。 3.4.2.2 部分焊透的对接焊缝 当受力很小，焊缝主要起联系作用；或焊缝受力虽然较 大，但采用焊透的对接焊缝将使强度不能充分发挥时，可 采用不焊透的对接焊缝。比如用四块较厚的板焊成箱形截 面的轴心受压构件，显然用图 (a)所示的焊透对接焊缝是不 必要的；如采用角焊缝 (b)，外形又不平整；采用不焊透的 对接焊缝(c)，可以省工省问，较为美观大方。 第三章 钢结构的连接 3.4 对接焊缝连接的构造和计算

13、3.4.2 对接焊缝的计算 3.5 焊接残余应力和残余变形 3.5.1 焊接残余应力 1.成因: 由于不均匀分布的温度 场，同时存在局部高温，加 上纤维间的相互约束，便产 生了焊接残余应力。由于约 束程度不同，一部分残余应 力会以残余变形的形式释放 出来。 2. 特点: 自相平衡力系。 3. 分类: 可分纵向焊接残余应力、横向焊接残余应力和 厚度方向焊接残余应力。 第三章 钢结构的连接 3.5 焊接残余应力和残余变形 3.5.1焊接残余应力 (1)纵向焊接残余应力 焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不 均匀的温度场，焊缝及附近温度最高，达1600以上，其邻近区域则温 度

14、急剧下降。 不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，高温处的钢材膨胀最大，但受到 两侧温度较低、膨胀较小的钢材的限制，产生了热状态塑性压缩。焊缝 冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短，这种缩短变 形受到两侧钢材的限制，使焊缝区产生纵向拉应力。在低碳钢和低合金 钢中，这种拉应力经常会达到钢材的屈服强度。 第三章 钢结构的连接 3.5 焊接残余应力和残余变形 3.5.1 焊接残余应力 (2)横向焊接残余应力 横向残余应力产生的原因有二：一是由于焊缝纵向收缩，两块钢板趋 向于形成反方向的弯曲变形，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能 分开，于是在焊缝中部产生横向拉应力，而在两端产生横向压应力。

15、二 是焊缝在施焊过程中，先后冷却的时间不同，先焊的焊缝已经凝固，且 具有一定的强度，会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀，使其发生横向的 塑性压缩变形。当先焊部分冷却时，中间焊缝部分逐渐冷却，后焊部分 开始冷却。后焊焊缝的收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力， 同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。由杠杆原理知，横向残余应 力分布。 (3)厚度方向焊接残余应力 第三章 钢结构的连接 3.5 焊接残余应力和残余变形 3.5.2 焊接残余应力对构件工作的影响 1对强度无影响 2降低构件的刚度 3降低构件的稳定承载力 由于刚度降低，有效截面减小，过早地进入弹塑性区，弹 性模量降低，所以稳定承载力降低（ ） 4降低构件的疲劳强度 残余应力的存在，加快了疲劳裂纹的开展速度 （双向三向 拉力场），因此，疲劳强度降低。 5加剧低温冷脆 材料在低温下呈脆性，焊接残余应力的同号拉力场会阻碍 材料塑性的发展，加重了脆性因素。 3.5 焊接残余应力和残余变形 第三章 钢结构的连接 3.5.3 焊接残余变形对构件工作的影响 （a） （b） （c） （d） （e） 第三章 钢结构的连接 3.5 焊接残余应力和残余变形 纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、 扭曲变形等 。T形连接焊接变形、薄板焊接翘曲变形、垂直 连接焊接变形、对接焊缝构件变形、工字型截面焊接变形（ 顺序错误、顺序正确）、焊缝厚