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1、3.3.1 第三章连接3-3角焊缝的构造和计算角焊缝的构造一、角焊缝的形式和强度角焊缝（filletwelds）是最常用的焊缝。角焊缝按其与作用力的关系可分为：焊缝长度方向与作用力垂直的正面角焊缝；焊缝长度方向与作用力平行的侧面角焊缝以及斜焊缝。按其截面形式可分为直角角焊缝（图3.3.1）和斜角角焊缝（图3.3.2）。直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（图3.3.1a）。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3.3.1（b）所示的坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式（图3.3.1c）。图中的hf为焊角尺寸。两焊脚边的夹角a90或aV90的焊缝称为斜角角焊缝（图3.3.2
2、）。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。对于夹角a135或aV60的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，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，应力分布越不均匀，但在进入塑性工作阶段时产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。正面角焊缝（图3.3.3b）受力较复杂，截面的各面均存在正应力和剪应力，焊根处有很大的应力集中。这一方面由于力线的弯折，另一方面焊根处正好是两焊件接触间隙的端部，相当于裂缝的尖端。经试验，正面角焊缝的静力强度高于侧面角焊缝。国内外试验结果表明，相当于Q235钢和E43型焊条焊成的正面角焊缝的平均破坏
3、强度比侧面角焊缝要高出35%以上（图3.3.4）。低合金钢的试验结果也有类似情况。由图3.3.4看出，斜焊缝的受力性能和强度介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。二、角焊缝的构造要求1、最大焊脚尺寸为了避免烧穿较薄的焊件，减少焊接应力和焊接变形，角焊缝的焊脚尺寸不宜太大。规范规定：除了直接焊接钢管结构的焊脚尺寸hf不宜大于支管壁厚的2倍之外，hf不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。在板件边缘的角焊缝，当板件厚度t6mm时，hf6mm时，hfw-(1-2)mm;。圆孔或槽孔内的角焊缝尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的1/3。2、最小焊脚尺寸3、侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf，
4、当大于上述数值时，其超过部分在计算中不予考虑。这是因为侧焊缝应力沿长度分布不均匀，两端较中间大，且焊缝越长差别越大。当焊缝太长时，虽然仍有因塑性变形产生的内力重分布，但两端应力可首先达到强度极限而破坏。若内力沿测面角焊缝全长分布时，比如焊接梁翼缘板与腹板的连接焊缝，计算长度可不受上述限制。4、角焊缝的最小计算长度角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷，使焊缝不够可靠。对搭接连接的侧面角焊缝而言，如果焊缝长度过小，由于力线弯折大，也会造成严重应力集中。因此，为了使焊缝能够有一定的承载能力，根据使用经验，侧面角焊缝或正面角焊
5、缝的计算长度均不得小于8hf和40mm，也就是说，其实际焊接长度应较前述数值还要大2hf（单位：mm）。5、搭接连接的构造要求当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时（图3.3.5），试验结果表明，连接的承载力与b/lw有关。b为两侧焊缝的距离，lw为侧焊缝长度。当b/lw1时，连接的承载力随着b/lw比值的增大而明显下降。这主要是因应力传递的过分弯折使构件中应力分布不均匀造成的。为使连接强度不致过分降低，应使每条侧焊缝的长度不宜小于两侧面角焊缝之间的距离，即b/lwW1。两侧面角焊缝之间的距离b也不宜大于16t（t12mm）或200mm（t6mm,t2vt1，则：例题3-3试确定图3.3.15所示
6、承受静态轴心力的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢2L125X10,与厚度为8mm的节点板连接，其搭接长度为300mm，焊脚尺寸hf=8mm，钢材为Q235-B，手工焊，焊条为E43型。二、复杂受力时角焊缝连接计算当焊缝非轴心受力时，可以将外力的作用分解为轴力、弯矩、扭矩、剪力等简单受力情况，分别求出具各自的焊缝应力，然后利用叠加原理，找出焊缝中受力最大的几个点，利用公式（3.3.6）进行验算。1、承受轴力、弯矩、剪力的联合作用时角焊缝的计算图3.3.16所示的双面角焊缝连接承受偏心斜拉力N作用，计算时，可将作用力N分解为NX和Ny两个分力。角焊缝同时承受轴心力NX、剪力Ny和弯矩
7、M=NX?e的共同作用。焊缝计算截面上的应力分布如图3.3.16（b）所示，图中A点应力最大为控制设计点。此处垂直于焊缝长度方向的应力由两部分组成，即由轴心拉力NX产生的应力：故A点垂直于焊缝这两部分应力由于在A点处的方向相同，可直接叠加，长度方向的应力为：对于工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角焊缝连接（图3.3.17），通常只承受弯矩M和剪力V的联合作用。由于翼缘的竖向刚度较差，在剪力作用下，如果没有腹板焊缝存在，翼缘将发生明显挠曲。这就说明，翼缘板的抗剪能力极差。因此，计算时通常假设腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。为了焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧均匀布置焊缝，弯曲应力沿
8、梁高度呈三角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外纤维1处，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方向的弯曲应力，为了保证此焊缝的正常工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强度条件，即：腹板焊缝承受两种应力的联合作用，即垂直于焊缝长度方向、且沿梁高度呈三角形分布的弯曲应力和平行于焊缝长度方向、且沿焊缝截面均匀分布的剪应力的作用，设计控制点为翼缘焊缝与腹板焊缝2的交点处，此处的弯曲应力和剪应力分别按下式计算：则腹板焊缝2的端点应按下式验算强度工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘角焊缝的连接的另一种计算方法是使焊缝传递应力与母材所承受应力相协调，即假设腹板焊缝只承受剪力；翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩M化为
9、一对水平力H=M/h1。则翼缘焊缝的强度计算式为：腹板焊缝的强度计算式为:2、三面围焊承受扭矩剪力联合作用时角焊缝的计算图3.3.19为三面围焊承受偏心力F。此偏心力产生轴心力F和扭矩T=F?e。最危险点为A或A点。计算时按弹性理论假定：被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心O旋转的趋势，而角焊缝本身是弹性的；角焊缝群上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度r成正比。图3.3.19中，A点与A点距形心0点最远，故A点和A点由扭矩T引起的剪应力tT最大，焊缝群其他各处由扭矩T引起的剪应力tT均小于A点和A点的剪应力，故A点和A点为设计控制点3.3.4斜角角焊缝的部分焊透的对接
10、焊缝的计算一、斜角角焊缝的计算两焊脚边的夹角不是90的角焊缝为斜角角焊缝(obliguefilletwelds)，如图3.3.20所示。这种焊缝往往用于料仓壁板、管形构件等的端部T形接头连接中斜角角焊缝的计算方法与直角焊缝相同，应按公式(3.3.6)至公式(3.3.8)计算，只是应注意以下两点：(1)不考虑应力方向，任何情况都取Bf(或(3f=1.0。这是因为以前对角焊缝的试验研究一般都是针对直角角焊缝进行的，对斜角角焊缝研究很少。而且，我国采用的计算公式也是根据直角角焊缝简化而成，不能用于斜角角焊缝。二、部分焊透的对接焊缝的计算/B部分焊透的对接焊缝(partialpenetrationbuttwelds)常用于外部需要平整的箱形柱和T形连接，以及其他不需要焊透之处(图3.3.22)。箱形柱的纵向焊缝通常只承受剪力，采用对接焊缝时往往不需要焊透全厚度。但在与横梁刚性连接处有可能要求焊透。板厚和受力大的T形连接，当采用焊缝的焊脚步尺寸很大时，可将竖直板开坡口做成带坡口的角焊缝（图3.3.22e），与普通角焊缝相比，在相同的he情况下，可以大大节约焊条。此种焊缝国外常归入角焊缝的范畴，而我国却定名为不焊透的对接焊缝。坡口形式有V形（全V形和半V形）、U形和J形三种。在转角处采用半V形和J形坡口时，宜在板的厚度上开坡口
