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1、第三章钢结构的连接,3.2.3焊接缺陷及焊缝质量检验,3.2.3焊接缺陷及焊缝质量检验,3、焊缝质量检验焊接外观质量，无损探伤检验（见后）；,钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001)焊缝质量检查标准分三级：三级：外观检查，即焊缝实际尺寸是否符合设计要求；有无看得见的裂纹、咬边等缺陷。二级：外观基础上加无损检验。超声波检验焊缝20%的长度。一级：超声波检验每条焊缝的全长，以揭示焊缝内部缺陷。注意：设计图纸中必须标明焊缝的质量级别。一级和二级焊缝必须经无损检查合格；承受动载的重要构件焊缝：射线探伤。,4质量检验(1)外观检查尺寸偏差、表面缺陷；(2)无损检查射线探伤、超声波探伤、磁粉
2、探伤、渗透探伤；,5、焊接方位,施焊位置,a),焊条,平焊,d),仰焊,b),立焊,c),横焊,船形焊,平焊质量易保证，车间构件成形常采用船形焊；横焊和立焊不易施焊操作，质量不易保证；仰焊难操作，应避免；,hf,hf,hf,2、角焊缝,其它符号,间断焊缝,连续焊缝,不重要或受力小的构件，可采用间断焊缝连接,3、螺栓及螺栓孔,永久螺栓,高强度螺栓,安装螺栓,第三章钢结构的连接,3.3角焊缝的构造与计算（教材3.4）,3.3.1角焊缝的形式和强度,1、角焊缝特征（1）应用搭接、T形接、角接、加劲肋、铰接节点，施工简单；,（2）角焊缝截面型式,角焊缝,直角焊缝,斜角焊缝,直角角焊缝,钝角,锐角,按两
3、焊脚边的夹角分,侧面角焊缝:作用力与焊缝平行，受剪应力为主；正面角焊缝:作用力与焊缝垂直，应力复杂；斜向角焊缝:作用力与焊缝斜交，应力复杂;周围角焊缝:增加焊缝长度，开口或闭口周围全焊。,N,(3)按受力方向分为,（4）角焊缝截面型式,d),e),f),g),a),c),b),常用于动力荷载正面角焊缝,常用于动力荷载侧面角焊缝,角焊缝的重要几何参数：焊脚（缝）高度hf，焊缝有效高度he,(5)角焊缝的应力状态,侧面角焊缝的应力状态,正面角焊缝的应力状态,(6)焊缝的强度设计值,教材P256附表1.2焊缝的强度设计值,焊缝尺寸:焊脚尺寸hf焊缝直边尺寸，设计标注尺寸有效厚度he焊缝破坏面尺寸焊缝
4、计算长度lw有效受力长度，起灭弧处减hf，一般lw=l-2hf,3.3.2角焊缝的构造要求,弧坑,弧坑,(1)最小焊脚尺寸hf过小时，焊接容易断裂;最小尺寸：,t较厚焊件的板厚（单位：mm）,特殊情况：自动焊（温度高而均匀）：T形连接单面角焊缝（冷却快）：焊件厚度t4mm时：hfmin=t,(2)限制最大焊脚尺寸(hfmax)为什么要限制？焊脚尺寸太大，焊接变形大，易脆裂，残余应力大，对于较薄的焊件容易焊穿。规范规定：一般情况：hfmax1.2tt较薄焊件的板厚（单位：mm）。,t,hf,t,其它情况：当角焊缝位于焊件板边缘（贴边焊）时,板件（厚度t）边缘角焊缝最大焊脚尺寸应符合下列要求：当t
5、6mm时，hfmaxt；当t6mm时，hfmaxt-(12)mm。设计时应满足：hfminhfhfmax,（3）限制侧焊缝最大计算长度（lwmax）,焊缝太长，剪应力分布越不均匀，焊缝两端产生严重应力集中，导致端部过早破坏，对动荷载尤为不利。规范规定：lwmax60hf若实际长度超过以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。若内力沿侧焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。,（4）角焊缝的最小计算长度（lwmin）,为什么要限制？焊缝长度过小：局部受热严重，同时由于起弧落弧距离太小，角焊缝的传力不直接，应力集中较严重。规范规定：lwmin8hf和40mm侧焊缝，端焊缝均适用。,（5）最小搭接长度ld5
6、tmin和25mm,（6）最小两侧边焊缝长度b16t和190mm,（7）减小角焊缝应力集中的措施,图3-27绕角焊缝,直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝宜采用平坡型焊缝；侧焊缝可用直角焊缝或凹焊缝。当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊2hf，避开起落弧发生在应力集中的转角处。,3.3.3直角角焊缝强度计算的基本公式,角焊缝强度验算，针对有效截面cddc进行。因为cddc面积最小；所以以该面作为计算控制面，he=0.7hf,（1）有效截面上的应力状态最一般情况，有效截面上有三个应力、。正应力，与焊缝长度方向（x）面外垂直剪应应，与焊缝长度方向（x）面内平行剪应力，与焊缝长度方向（
7、x）面内垂直,国际标准化组织ISO根据多国实验结果给出角焊缝的极限强度公式,这里fuw为焊缝金属的抗拉强度。欧洲钢结构协会ECCS对上式修改后给出：,世界各国在上面公式的基础上进行了修订。（2）焊缝强度破坏的基本公式我国规定角焊缝的设计值ffw是根据抗剪条件确定，取抗拉强度fuw为抗剪强度的倍。,我们定义焊缝有效平面内，与焊缝方向相同的应力为剪应力f，则显然有f=,承受的轴向力N与焊缝长度方向平行。焊缝有效截面上=0，=0只有平行与力N的剪应力,（3）受轴心力作用的角焊缝设计验算基本公式力与焊缝平行-侧焊缝,为焊缝有效面积之和，每条焊缝计算长度lw取实际长度减2hf。,所以=,N,承受的轴向力
8、N与焊缝长度方向垂直。在焊缝有效截面上，=0（a)只有和，,=fsin45=,这里,正面角焊缝（端焊缝）,N,代入基本公式,或,称为正面角焊缝强度增大系数；受动力荷载时为1,一般情况（同时有f和f）,=,Ny,Nx,=f,或,即,有了上述的公式可以解决当力N与焊缝有倾角为时的情况,Ny,N,Nx,代入基本公式,令,则,称f为斜向角焊缝强度增大系数,3.3.3小结：各种受力状态下直角角焊缝连接的计算,1、轴力作用下（力通过焊缝的形心）,(1)侧面角焊缝：,(2)正面角焊缝：,(3)斜向面角焊缝：,(4)一般公式：,注意：lw=计算中要扣除弧坑,2、用盖板顶接连接的焊缝计算,N,N,l,lw1,b
9、,B,三面围焊缝，hf相同,hf,（1）正面角焊缝所能承担的力,则，侧面角焊缝需承担N-N,（2）所以对于侧面角焊缝的计算为,应注意这里的焊缝长度lw。,N,3、承受轴力的角钢连接焊缝计算,e2,e1,N1,N2,角钢桁架结构杆件与节点板连接，双角钢连接设计选择焊缝布置(双边、三边、L形)连接验算已知焊缝布置和尺寸，验算承载力,两侧边焊,三边围焊,L形围焊,（1）两侧边焊,k1角钢肢背焊缝轴力分配系数k2角钢肢尖焊缝轴力分配系数,N1、N2与总轴力N之间关系N分配至N1、N2,角钢背焊缝传力大(e1e2)近似计算：等边角钢k1=0.7，k2=0.3不等边角钢长肢焊k1=0.65，k2=0.35
10、不等边角钢短肢焊k1=0.75，k2=0.25,k1=0.7,k2=0.3,k1=0.65,k2=0.35,k1=0.75,k2=0.25,（2）三边围焊,有了内力N1和N2就可进行焊缝计算，如计算所需的焊缝长度,角钢背焊缝传力N1=(Ne2-N3b/2)/b=k1N-N3/2角钢尖焊缝传力N2=(Ne1-N3b/2)/b=k2N-N3/2,（3）L形围焊,直接由三边围焊计算公式令N2=0,由此可进行正面角焊缝和侧边角焊缝的计算。,例3.1（教材为3.3）设计盖板连接p52,本题为设计题，已知钢板的尺寸（Bt1=27028），盖板的厚度t2=16，设计轴力N=1400kN，材料Q235B，手工
11、电弧焊，焊条为E43型。,分析：,未知：盖板宽度和长度，焊缝形式，焊缝大小（高度、长度）。,主要思路：(1)首先确定盖板的宽度（盖板的厚度由盖板的强度应不低于杆件的强度(等强原则)确定）。（盖板的长度由焊缝大小确定）,盖板的厚度由盖板的强度应不低于杆件的强度,盖板的强度为=bt2f杆件的强度=Bt1f,所以,但应不大于b=270mm,所以可取b=240mm,焊缝的形式有三种：首先考虑采用两侧边焊,（2）采用两侧边焊,由于杆件和盖板的厚度已知，先按构造确定焊缝的高度，然后计算焊缝长度。,按构造：最小焊缝高度hfmin1.5,最大焊缝高度hfmaxt-12mm,=16-12mm=1415mm,取h
12、f=10mm,计算所需焊缝长度,所以,这样可以定出盖板的长度L=2lw+10=2333+10=676mm取680mm。即-24016680,对于焊缝的构造检验,焊缝最大最小计算长度,按规范：焊缝最大计算长度60hf=600mm,按规范：焊缝最小计算长度8hf=80mm和40mm,实际焊缝长度为333mm满足,侧面焊缝间距,按规范：侧面焊缝间距应不大于16t=1616=256mm,实际两侧面焊缝距为240mm满足,（2）采用三面围焊正面角焊缝的长度是已知的，将外力减去正面角焊缝的承载能力则其余的力由侧面角焊缝承担。正面角焊缝的长度为b=240mm。,正面角焊缝的承载能力为,则连接板一侧所需焊缝的
13、总长度为,一侧的焊缝数为4条，所以所需焊缝长度为,可取180mm,这样，盖板的长度为L=2lw+10=2180+10=370mm即盖板的大小为：-24016370,（3）菱形盖板,分析,取左半焊件和其上焊缝为分离体，因对称，轴心力N被分解到焊缝各部分的N1、N2、N3。N1侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。N2斜焊缝上，与焊缝轴线夹角为的力。=arctg(100/150)=33.7N3端焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。,假定起落弧分别在侧焊缝的两部分上，焊缝长度各为：110-10=100mm。,验算,ffw=160N/mm2验算公式对侧焊缝：N1ffwhelw1对端焊缝：N21.22ffwhelw2对
14、斜焊缝：N3fffwhelw3N1、N2、N3合成N，有：N=(N1+2N2+2N3)2所有焊缝的有效厚度相等，he=0.7hf，应当满足下面的要求N2ffwhe(1.22lw2+2lw1+2flw3),数值计算,计算lw1=4(110-10)=4100mmlw2=240mmlw3=4180mm,判断结果：满足,分析,目标：确定焊缝承载能力和焊缝长度lw2思路：端焊缝长度为b，角钢肢背焊缝长度（lw1）已知，可以根据角钢肢背焊缝的承载能力确定最大承载能力。再确定角钢肢尖焊缝所需的长度。,例3.2（教材3.4）受静载双角钢2L125X10与厚度8mm连接板连接，采用三面围焊，材料Q235B，手工
15、焊，焊条E43型，焊缝高度8mm。已知几何尺寸如图，求连接的承载能力及肢尖焊缝的长度。,首先计算正面角焊缝的承载能力,再计算肢背焊缝的承载能力。,根据平衡关系可以得到最大能够承受的轴力,所以,进一步计算肢尖的焊缝长度，由,所以,取90mm,2、同时承受弯矩、轴力和剪力作用的角焊缝连接计算,形心,he=0.7hf,lw,有效截面,P的应力fP,N的应力fN,M的应力fM,由P产生的剪力与焊缝轴线平行，在有效截面上产生均匀分布剪应力fP，由N产生的应力与焊缝垂直fN，由M产生的应力与焊缝垂直fM。,根据叠加原理，焊缝应力为上述三种应力叠加。验算最大应力点。,在M作用下，有效截面上产生垂直于焊缝方向
16、且按三角形分布，因此最大点的应力为1fM。,We角焊缝有效截面绕x轴的抵抗矩。,在1点处，有垂直于焊缝长度方向的最大应力，且,受直接动荷载作用时,当受静荷载与间接动荷载作用,在“0”点（截面形心轴上）有最大弯曲剪应力，但在角焊缝计算中按均匀分布剪应力考虑，所以此点的换算应力比“1”点小，所以就不计算了。,在牛腿与柱相连中，梁常为工字形截面。这使得焊缝如图所示,宽度he,M,V,M,V,A,B,B点,A点,AM,BM,BM,AM,V,计算，对于B点：,对于A点：,h2,h,则,M,V,M,V,B点,A点,AM,BM,BM,V,但对于A点，不再考虑弯曲正应力，即：,对于A点：,则,*教材上提到另一种方法：翼缘焊缝只承受正应力，腹板只承受剪应力,这时对于B点，一样,例3.3同上面分析，两种方法均给予介绍，具体略,例3.4圆管受力如图，已知
