钢结构及其连接

1、第一节第一节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法连接的作用：连接的作用：将板材或型钢组合成构件，再将构件组合将板材或型钢组合成构件，再将构件组合成整体结构，以保证其共同工作。成整体结构，以保证其共同工作。连接的影响：连接的影响：方式、质量直接影响钢结构的工作性能。方式、质量直接影响钢结构的工作性能。连接的要求：连接的要求：必须安全可靠、传力明确、构造简单、制必须安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材。造方便和节约钢材。连接方法：焊缝连接连接方法：焊缝连接、铆钉连接和、铆钉连接和螺栓连接螺栓连接三种。三种。 焊接连接焊接连接: :在被连接金属件之间的缝隙区域，通过高温使在被连接金属件之间

2、的缝隙区域，通过高温使被连接金属与填充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接被连接金属与填充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接的工艺过程称为焊接连接的工艺过程称为焊接连接, ,填充金属带称为焊缝。填充金属带称为焊缝。优点：优点：任何形式的构件都可直接相连，构造简单，制作任何形式的构件都可直接相连，构造简单，制作加工方便；不削弱截面，用料经济；连接的密闭性好，加工方便；不削弱截面，用料经济；连接的密闭性好，结构刚度大；可实现自动化操作，提高焊接结构质量。结构刚度大；可实现自动化操作，提高焊接结构质量。缺点：缺点：在热影响区内，金相组织发生改变，局部材质变在热影响区内，金相组织发生改变，局部材质变脆；焊接

3、残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩焊接结构对裂纹很敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。展到整体，低温冷脆问题较为突出。常用焊接方法常用焊接方法 ：通常采用电弧焊（包括手工电弧焊）、通常采用电弧焊（包括手工电弧焊）、埋弧焊埋弧焊(自动或半自动焊自动或半自动焊)以及气体保护焊等。以及气体保护焊等。手工电弧焊手工电弧焊：通电后，在涂有药皮的焊条与焊件之间产：通电后，在涂有药皮的焊条与焊件之间产生可达生可达3000的高温电弧，电弧周围的金属被熔为液态，的高温电弧，电弧周围的

4、金属被熔为液态，形成熔池，同时焊条中的焊丝熔化而滴入熔池，与焊件形成熔池，同时焊条中的焊丝熔化而滴入熔池，与焊件的熔融金属结合，冷却后形成焊缝，而焊条上的药皮在的熔融金属结合，冷却后形成焊缝，而焊条上的药皮在焊接过程中产生气体以保护电弧和熔化的金属，并形成焊接过程中产生气体以保护电弧和熔化的金属，并形成熔渣覆盖焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔融熔渣覆盖焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔融金属接触而形成易脆物质。金属接触而形成易脆物质。 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧焊条选用原则：焊条选用原则：所用焊条应与焊件钢材所用焊条应与焊件钢材(或称主体

5、金属或称主体金属)相适应，依据等强度原则：相适应，依据等强度原则：焊条型号：焊条型号：E表示焊条；表示焊条；第一、二位数字为熔敷金属的最小抗拉强度第一、二位数字为熔敷金属的最小抗拉强度(kgf/mm2)；第三、四位数字表示适用焊接位置、电流种类以及药第三、四位数字表示适用焊接位置、电流种类以及药皮类型等。皮类型等。Q235钢钢 E43型焊条型焊条(E4300E4328)；Q345钢钢 E50型焊条型焊条(E5001E5048)；Q390钢钢Q420钢钢 E55型焊条型焊条(E5500E5518)。不同钢种相焊接时，宜采用不同钢种相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应与低强度钢材相适应的焊条。的焊条

6、。埋弧焊：埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。自动电弧焊自动电弧焊 焊丝送进和电弧按焊接方向的移动有专门机焊丝送进和电弧按焊接方向的移动有专门机构控制完成。构控制完成。半自动电弧焊半自动电弧焊 焊丝送进有专门机构，而电弧按焊接方向焊丝送进有专门机构，而电弧按焊接方向的移动靠人手工操作完成。的移动靠人手工操作完成。优点优点 电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，生产率电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，生产率高。工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好、高。工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好、焊件变形小。同时，高焊速也减小了热影响区的范

7、围。焊件变形小。同时，高焊速也减小了热影响区的范围。缺点缺点 对焊件边缘的装配精度对焊件边缘的装配精度(如间隙如间隙)要求比手工焊高。要求比手工焊高。 气体保护焊：气体保护焊：利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保利用二氧化碳气体或其他惰性气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。护介质的一种电弧熔焊方法。直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护层，以防直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护层，以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。 优点优点 气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚地看到焊缝成型的

8、过程；由于保护气体是喷射的，有助地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高，塑性和抗深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接。腐蚀性好，适用于全位置的焊接。缺点缺点 不适用于在风较大的地方施焊。不适用于在风较大的地方施焊。铆钉连接：铆钉连接：通过铆钉穿过需连接件而将连接件连接的办法。通过铆钉穿过需连接件而将连接件连接的办法。优点优点 塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，对主塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，对主

9、体金属的材质质量要求低。体金属的材质质量要求低。缺点缺点 削弱截面，费钢费工，要求技工技术水平高，劳动削弱截面，费钢费工，要求技工技术水平高，劳动条件差。条件差。螺栓连接：螺栓连接：在被连接件上钻孔，装上螺杆、拧紧螺帽进在被连接件上钻孔，装上螺杆、拧紧螺帽进行连接，通过行连接，通过螺杆螺杆或或连接件间的摩擦连接件间的摩擦承受荷载，有承受荷载，有普通普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。螺栓连接和高强度螺栓连接两种。N普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓分为普通螺栓分为A、B、C三级。三级。A与与B级为精制螺栓，级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。级为粗制螺栓。A级和级和B级螺栓材料性能等级则为级螺栓材料性能

10、等级则为5.6级或级或8.8级。级。 C级螺栓材料性能等级为级螺栓材料性能等级为4.6级或级或4.8级。级。螺栓等级含义螺栓等级含义 a.ba.ba:表示螺栓成品的抗拉强度不小于表示螺栓成品的抗拉强度不小于a100N/mm2；b:表示螺栓成品的屈强比（屈服强度表示螺栓成品的屈强比（屈服强度/抗拉强度）。抗拉强度）。4.6：抗拉强度不小于：抗拉强度不小于400N/mm2；屈强比为；屈强比为0.6。精制螺栓精制螺栓：毛坯在车床上经过切削加工精制而成。：毛坯在车床上经过切削加工精制而成。特点：表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。特点：表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。优点：精度较高，受剪性能好

11、。优点：精度较高，受剪性能好。缺点：制作和安装复杂，价格较高，少在钢结构中采用。缺点：制作和安装复杂，价格较高，少在钢结构中采用。粗制螺栓粗制螺栓：由未经加工的圆钢压制而成。：由未经加工的圆钢压制而成。特点：螺栓表面粗糙，一般采用在单个零件上一次冲成或特点：螺栓表面粗糙，一般采用在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔不用钻模钻成设计孔径的孔(II类孔类孔)，螺栓孔的直径比螺，螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大栓杆的直径大1.53mm。特点：螺杆与螺孔间有较大的间隙，受剪力作用时，将会特点：螺杆与螺孔间有较大的间隙，受剪力作用时，将会产生较大的产生较大的剪切滑移剪切滑移，连接的变形大。，连接的

12、变形大。优点：安装方便优点：安装方便，且能有效地传递拉力，且能有效地传递拉力，可用于沿螺栓杆可用于沿螺栓杆轴受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临轴受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装时的临时固定。时固定。高强度螺栓连接高强度螺栓连接两种类型：两种类型：摩擦型连接：摩擦型连接：依靠钢材板间摩擦阻力传力，并以剪力不依靠钢材板间摩擦阻力传力，并以剪力不超过接触面摩擦力作为设计准则；超过接触面摩擦力作为设计准则；优点：剪切变形小、弹性好、施工简单、可拆卸；优点：剪切变形小、弹性好、施工简单、可拆卸；适用范围：承受动力荷载的部位。适用范围：承受动力荷载的部位。承压型连接：承压型连接：允

13、许接触面滑移，以螺杆或连接板达到破坏允许接触面滑移，以螺杆或连接板达到破坏的极限承载力作为设计准则。的极限承载力作为设计准则。 优点：承载力高、连接紧凑、剪切变形大优点：承载力高、连接紧凑、剪切变形大适用范围：承受静力荷载或间接动力荷载结构。适用范围：承受静力荷载或间接动力荷载结构。螺栓：性能等级为螺栓：性能等级为8.8级、级、10.9级。级。摩擦型孔径比螺栓公称直径大摩擦型孔径比螺栓公称直径大1.5-2.0mm；承压型孔径比螺栓公称直径大承压型孔径比螺栓公称直径大1.0-1.5mm。 为什么要求为什么要求不一致？不一致？连接形式连接形式对接对接 搭接搭接 T T形连接形连接 角接角接 焊件的

14、连接形式：焊件的连接形式：焊接件之间的相对关系焊接件之间的相对关系 第二节第二节 焊缝连接焊缝连接(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)(a)(c)(b)(d)(f)(e)(g)(h)(i)搭接搭接对接对接T型连接型连接角接角接对接连接：对接连接：主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。互连接。优点：传力均匀平缓，没有明显应力集中，用料经济；优点：传力均匀平缓，没有明显应力集中，用料经济；缺点：焊件边缘需要加工（坡口，缺点：焊件

15、边缘需要加工（坡口，V形），被连接两板的形），被连接两板的间隙有严格的要求。间隙有严格的要求。搭接连接：搭接连接：适用于不同厚度构件的连接。适用于不同厚度构件的连接。优点：构造简单，施工方便；优点：构造简单，施工方便；缺点：传力不均匀，易产生弯矩，材料较费；缺点：传力不均匀，易产生弯矩，材料较费；T形连接形连接 ：常用于制作组合截面。常用于制作组合截面。优点：省工省料；优点：省工省料；缺点：焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重。缺点：焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重。 角部连接角部连接 ： 主要用于制作箱形截面。主要用于制作箱形截面。焊缝形焊缝形式式正对接焊缝正对接焊缝斜对接焊

16、缝斜对接焊缝1 1、按焊缝与受力方向的相对位置、按焊缝与受力方向的相对位置按受力方向划分按受力方向划分 正正对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 对接焊缝对接焊缝 斜斜对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝倾斜倾斜于力线于力线 正面正面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 角焊缝角焊缝 侧面侧面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝平行平行于力线于力线 斜斜角焊缝角焊缝: 焊缝焊缝倾斜倾斜于力线于力线2 2、按施焊的位置按施焊的位置平焊、横焊、立焊及仰焊。平焊、横焊、立焊及仰焊。平焊平焊( (又称俯焊又称俯焊) )施焊方便。施焊方便。立焊和横焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。立焊和横焊要求焊工的操

17、作水平比平焊高一些。仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽量避免采用仰焊。量避免采用仰焊。 焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区焊缝缺陷：焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。钢材表面或内部的缺陷。常见的缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、常见的缺陷：裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；焊缝尺寸不符合要求、焊缝咬边、未熔合、未焊透等；焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。成形不良等。裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。裂纹裂纹焊瘤焊瘤烧穿烧

18、穿弧坑弧坑气孔气孔夹渣夹渣咬边咬边未熔合未熔合未焊透未焊透焊缝质量检验焊缝质量检验 缺陷削弱焊缝受力面积，导致焊缝处应力集中，对连缺陷削弱焊缝受力面积，导致焊缝处应力集中，对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。外观检查外观检查 检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验内部无损检验 检查内部缺陷，采用超声波检验、磁检查内部缺陷，采用超声波检验、磁粉、荧光检验、粉、荧光检验、X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。 钢结构工程施工质量验收规范规定焊缝按其检验钢结构工程施工质量验收规范规定焊缝按其检验方法和质量要求分

19、为一、二、三级。方法和质量要求分为一、二、三级。三级焊缝：只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级三级焊缝：只要求对全部焊缝作外观检查且符合三级质量标准；质量标准；一级、二级焊缝：外观检查及一定数量的超声波检验一级、二级焊缝：外观检查及一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。并符合相应级别的质量标准。 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊缝）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：质量等级的选用有如下规定： (1)需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级

20、。向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。 焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用(2)在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 (3)重级工作制和起重量重级工作制和起重量 的中级工作制吊车梁的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。 (4)角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需

21、角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。焊缝的外观质量应符合二级。焊缝代号图例焊缝代号图例 焊缝符号表示法规定：焊缝符号表示法规定：焊缝代号由焊缝代号由基本符号基本符号、指引线指引线、补充符号补充符号和和焊缝尺寸焊缝尺寸hf 。基本符号：基本符号：表示焊缝的截面形状，如表示焊缝的截面形状，如 表示角焊缝；表示角焊缝；V表示表示V形坡口对接焊缝；形坡口对接焊缝；指引线：指引线：由横线和带箭头的斜线组成。箭头指到相应焊缝由横线和带箭头的斜线组成。箭头指到相应焊缝处，横线的上面和下面用来标

22、注图形符号和焊缝尺寸。处，横线的上面和下面用来标注图形符号和焊缝尺寸。补充符号：补充符号：表示焊缝的有关特征，如用表示焊缝的有关特征，如用表示三面围焊，表示三面围焊，用用 表示现场安装焊缝。表示现场安装焊缝。h hf f标标注注方方法法相同焊相同焊缝缝安装焊安装焊缝缝双面焊双面焊缝缝单面焊单面焊缝缝三面围三面围焊焊塞焊缝塞焊缝对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝形形式式hfhfhfhfccpccphfhf第三节第三节 角焊缝的构造要求和计角焊缝的构造要求和计算算 角焊缝的形式角焊缝的形式角焊缝：角焊缝：焊缝金属填充在连接板件形成的直角或斜角区焊缝金属填充在连接板件形成的直角或斜角区域内。域内。按截面形

23、式可分为：按截面形式可分为：直角角焊缝直角角焊缝 两焊脚边的夹角为两焊脚边的夹角为90，微凸的等腰直角，微凸的等腰直角三角形，直角边边长三角形，直角边边长hf称为角焊缝的称为角焊缝的焊脚尺寸焊脚尺寸。he0.7hf为直角角焊缝的有效厚度！为直角角焊缝的有效厚度！。斜角角焊缝斜角角焊缝 两焊脚边的夹角不等于两焊脚边的夹角不等于90。hf的确定？的确定？斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。夹角大于夹角大于l35或小于或小于60的斜角角焊缝，除钢管结构外，的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。不宜用作受力焊缝。 正面角焊缝的破坏形式正面角焊缝的破坏形式 h

24、e0.7hf ? ? ?正面角焊缝正面角焊缝 受力复杂，截面中的各面均存在正应力受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中。和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中。正面角焊缝的破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形正面角焊缝的破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形能力差。能力差。斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面角斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。焊缝之间。侧面角焊缝侧面角焊缝 主要承受剪应力。主要承受剪应力。优点优点：塑性较好，弹性模量低：塑性较好，弹性模量低，强度也较低，在接近塑性工作强度也较低，在接近塑性工作阶段时，产生应力重分布，可

25、阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。缓和。缺点缺点：传力线通过时产生弯折，：传力线通过时产生弯折，应力沿焊缝长度方向的分布不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均匀，呈两端大而中间小的状态，焊缝越长，应力分布不均态，焊缝越长，应力分布不均匀性越显著。匀性越显著。最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸hf 避免焊区过热、焊缝收缩时产生较大的残余应力和残余避免焊区过热、焊缝收缩时产生较大的残余应力和残余变形，热影响区扩大，产生热脆，较薄焊件烧穿，除钢变形，热影响区扩大，产生热脆，较薄焊件烧穿，除钢管结构外管结构外 ，焊脚尺寸，焊脚尺寸hf应该满足：

26、应该满足： t1为较薄焊件厚度（为较薄焊件厚度（mm）。）。板件边缘的焊缝：板件边缘的焊缝：板件厚度板件厚度t6mm时，时，hft-(12) mmt6mm时，取时，取hft12.1thf角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸 焊脚尺寸过小，熔融金属少，施焊时冷却速度过快，产生焊脚尺寸过小，熔融金属少，施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母材开裂。淬硬组织，导致母材开裂。焊脚尺寸焊脚尺寸 25 . 1thft2为较厚焊件厚度为较厚焊件厚度(mm)，焊脚尺寸取整数，焊脚尺寸取整数+1mm。自动焊熔深较大，最小焊脚尺寸可减小自动焊熔深较大，最小焊脚尺寸可减小1mm；T形连接的形

27、连接的单面角焊缝，增加单面角焊缝，增加1mm；当焊件厚度小于或等于当焊件厚度小于或等于4mm时，时，取与焊件厚度相同。取与焊件厚度相同。侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大中侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大中间小。焊缝越长，应力集中越明显。间小。焊缝越长，应力集中越明显。若焊缝长度适宜，两端点处的应力达到屈服强度后，继续若焊缝长度适宜，两端点处的应力达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀。加载，应力会渐趋均匀。若焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两端破若焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两端破坏，故

28、一般规定侧面角焊缝的计算长度坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度 lw60hf当实际长度大于上述限值时，其超过部分在计算中不予考当实际长度大于上述限值时，其超过部分在计算中不予考虑。虑。若若内力沿侧面角焊缝全长分布内力沿侧面角焊缝全长分布，比如焊接梁翼缘板与腹板，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。的连接焊缝，计算长度可不受上述限制。角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度 焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝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起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷其

29、他缺陷(气孔、非金属夹杂等气孔、非金属夹杂等)，使焊缝不够可靠。，使焊缝不够可靠。搭接连接的侧面角焊缝，如果焊缝长度过小，由于力线搭接连接的侧面角焊缝，如果焊缝长度过小，由于力线弯折大，会造成严重应力集中。弯折大，会造成严重应力集中。为了使焊缝能够具有一定的承载能力，侧面角焊缝或正为了使焊缝能够具有一定的承载能力，侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于面角焊缝的计算长度不得小于8hf和和40mm。 mm408WfWlhl且搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求 当板件端部仅有当板件端部仅有2条侧面角焊缝时，连接的承载力与条侧面角焊缝时，连接的承载力与b/lw有关，有关，b为两侧焊缝的距离，为两

30、侧焊缝的距离，lw为侧焊缝长度。当为侧焊缝长度。当b/lw1时，连接的承载力随着时，连接的承载力随着b/lw比值的增大而明显下降。比值的增大而明显下降。为使连接强度不致过分降低，要求为使连接强度不致过分降低，要求b/lw1。避免焊缝横向收缩，引起板件向外发生较大拱曲，避免焊缝横向收缩，引起板件向外发生较大拱曲， b16t(t12mm)或或190mm(t12mm)，t为较薄焊件厚度。为较薄焊件厚度。搭接连接中，仅采用正面角焊缝时，搭接连接中，仅采用正面角焊缝时，搭接长度搭接长度不得小于不得小于焊件较小厚度的焊件较小厚度的5倍，也不得小于倍，也不得小于25mm。减小角焊缝应力集中的措施减小角焊缝应

31、力集中的措施端部搭接采用三面围焊时，在端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变转角处截面突变，会产，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响。故等缺陷，从而加大应力集中的影响。故所有围焊的转所有围焊的转角处必须连续施焊角处必须连续施焊。对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为可连续地作长度为2hf的绕角焊。的绕角焊。断续角焊缝的构造要求断续角焊缝的构造要求角焊缝沿长度方向：连续角焊缝、断续角焊缝。角焊缝沿长度方向：连续角焊缝、断续角焊缝。连续

32、角焊缝连续角焊缝 受力性能较好，主要的形式。受力性能较好，主要的形式。断续角焊缝断续角焊缝 起、灭弧处容易引起应力集中，只用于次要起、灭弧处容易引起应力集中，只用于次要构件的连接或受力很小的连接中。间断角焊缝的间断距构件的连接或受力很小的连接中。间断角焊缝的间断距离离l不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀受压构件受压构件:l15t；受拉构件受拉构件:l30t，t为较薄焊件的厚度为较薄焊件的厚度直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在试验表明，直角角焊缝的破

33、坏常发生在45的最小截面，的最小截面，此截面此截面(有效厚度有效厚度与与焊缝计算长度焊缝计算长度的乘积的乘积)称为焊缝的有称为焊缝的有效截面或计算截面。效截面或计算截面。最可能沿最可能沿4545截面破坏截面破坏!fehh7 .0fheh直角角焊缝破坏特点：直角角焊缝破坏特点：作用于焊缝有效截面上的应力：作用于焊缝有效截面上的应力：垂直于焊缝有效截面的正应力垂直于焊缝有效截面的正应力垂直于焊缝长度方向的剪应力垂直于焊缝长度方向的剪应力 沿焊缝长度方向的剪应力沿焊缝长度方向的剪应力 /lw 为焊缝金属的抗拉强度。为焊缝金属的抗拉强度。我国规范在简化计算时，假定焊缝在有效截面处破坏，各我国规范在简化

34、计算时，假定焊缝在有效截面处破坏，各应力分量满足折算应力公式。由于规范规定的角焊缝强度应力分量满足折算应力公式。由于规范规定的角焊缝强度设计值设计值 是根据抗剪条件确定的，而是根据抗剪条件确定的，而 相当于相当于角焊缝的抗拉强度设计值，则角焊缝的抗拉强度设计值，则 fwu)( 32/22fwffwf3fwf3)( 32/22有效截面各应力分量的折算应力：有效截面各应力分量的折算应力： fwu焊缝受斜向轴心力焊缝受斜向轴心力N作用，作用，N分解为分解为NX和和NY。Ny是有效截面上垂直于焊缝长度的一个是有效截面上垂直于焊缝长度的一个面内的作用力面内的作用力 ，该应力对有效截面既不是正应力，也不是

35、剪应力，而是该应力对有效截面既不是正应力，也不是剪应力，而是 和和 的合力。的合力。fNyNxNNyNN lhNweyfNy垂直于焊缝长度方向的轴向力；垂直于焊缝长度方向的轴向力； he直角角焊缝的有效厚度，直角角焊缝的有效厚度，he =0.7hf ； lw 焊缝的计算长度，考虑起灭弧缺陷，按各条焊缝的焊缝的计算长度，考虑起灭弧缺陷，按各条焊缝的实际长度实际长度每端减去每端减去hf计算。计算。 2fNx在焊缝有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力在焊缝有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力 lwheNxf/则得直角角焊缝在各种应力共同下的计算式则得直角角焊缝在各种应力共同下的计算式 fwf

36、ff332422 正面角焊缝正面角焊缝的强度增大系数，直接承受动力荷载的强度增大系数，直接承受动力荷载时取时取1.0。 22.123ffwffff22f对正面角焊缝对正面角焊缝 wffwefflhN对侧面角焊缝对侧面角焊缝 wfwefflhN角焊缝计算角焊缝计算要诀要诀：将焊缝受力分解为垂直于焊缝长度方向：将焊缝受力分解为垂直于焊缝长度方向的受力和平行于焊缝长度方向的受力。的受力和平行于焊缝长度方向的受力。ffwffffwf32323)(32222/220f0f则则则则fwwhllll侧面角焊缝正面角焊缝三面围焊：. 1fwhll2.2侧面角焊缝两面侧焊：fwfwhllhllL侧面角焊缝正面角

37、焊缝形围焊：. 3不在内）（绕角的侧面角焊缝绕角焊：fwhll2. 4NNllNNllNNllNNfh2ll焊缝实际长度焊缝实际长度 取为取为5mm的倍数，如的倍数，如192mm取为取为195mm，196mm取为取为200mm。l:的关系和实际长度角焊缝的计算长度fwll轴心力作用的焊缝轴心力作用的焊缝盖板连接的角焊缝计算盖板连接的角焊缝计算轴心力通过焊缝中心时，认为焊缝应力是均匀分布的。轴心力通过焊缝中心时，认为焊缝应力是均匀分布的。wfwfflheNwffwfflheN11wewfflhfNwfwefflhNN1各种受力情形下角焊缝的计算各种受力情形下角焊缝的计算采用三面围焊时采用三面围焊

38、时只有侧面角焊缝时只有侧面角焊缝时只有正面角焊缝时只有正面角焊缝时假定先由正面角焊缝全面受力，假定先由正面角焊缝全面受力，余力由侧面角焊缝承受余力由侧面角焊缝承受解：解：mmthf9 . 7285 . 15 . 1maxminmmhf10取mmhf1415)21(16max例例 设计用盖板的对接连接。已知钢板宽设计用盖板的对接连接。已知钢板宽B B270mm270mm，厚度，厚度t t1 1=28mm,=28mm,拼接的盖板厚度拼接的盖板厚度t t2 2=16mm=16mm，承受静荷载轴心力，承受静荷载轴心力N=1400KNN=1400KN，钢材为，钢材为Q235BQ235B，手工三面围焊，焊

39、条为，手工三面围焊，焊条为E43E43型。型。即确定盖板的尺寸、焊脚尺寸，以满足荷载要求！依据钢板宽度B，确定盖板宽度b=240mm正面角焊缝承受力：KNlfhNwwffe9 .655240216022. 1107 . 01KNNNN1 .7449 .655140012mmfhNlwfew664160107 . 010001 .7442mmmmhllfww1801761046644取16240370370101802102盖板取定尺寸盖板长度mmlLw侧焊缝受力：侧焊缝总长：一侧盖板长度：承受斜向轴心力的焊缝承受斜向轴心力的焊缝wefweflhNlhNcossinfwffff22直接法： wf

40、wewefflhNlhN22cossin分力法：N例例 已知如图焊缝承受斜向静荷载已知如图焊缝承受斜向静荷载N=280KNN=280KN（设计值），设（设计值），设计的角焊缝焊脚尺寸计的角焊缝焊脚尺寸h hf f=8mm=8mm，=60=60，构件沿竖直方向高，构件沿竖直方向高度为度为155mm155mm，钢材为，钢材为Q235BQ235B，焊条采用，焊条采用E43E43型，验算焊缝强度型，验算焊缝强度2f2f/9 .89)82155(87 . 0210000 .1402/8 .155)82155(87 . 0210005 .2422mmNlhNmmNlhNweywex焊缝应力强度验算合格强度

41、验算：222222f/160/2 .1569 .8922. 18 .155mmNfmmNwfffKNNNKNSinSinNN0 .14060cos280cos5 .24260280yx解：先对力进行分解承受轴心力的角钢角焊缝承受轴心力的角钢角焊缝焊接方法：两面侧焊、三面围焊、焊接方法：两面侧焊、三面围焊、L形围焊。受轴心力作形围焊。受轴心力作用，避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与用，避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。角钢杆件的轴线重合。结构：双角钢对称焊接在一钢板结构：双角钢对称焊接在一钢板上。上。lw2w1N11ebNN2N3e2lw 2w 1N1

42、1ebNN2N3e2a、三面围焊、三面围焊wffffbhN337 . 0223222)(33131NNNNNbebNN2312233232NNNNNbNeNwffwfhNl1117 . 02wffwfhNl2227 . 02计算假定：先由正面角计算假定：先由正面角焊焊缝全受力，然后由肢背、缝全受力，然后由肢背、肢尖满足弯矩平衡来分肢尖满足弯矩平衡来分配配余力。余力。b、两面侧焊 NN321NN312wffwfhNl1117 . 02wffwfhNl2227 . 02c、L形围焊 NN32331NNN33fwhblwffwfflNh3337 . 02wffwfhNl1117 . 02验验算！算！

43、例例3.3 3.3 试确定下图所示承受静态轴心力作用的三面围焊连接试确定下图所示承受静态轴心力作用的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢型号为的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢型号为L125L1251010，钢，钢板厚度为板厚度为8mm8mm，搭接长度为，搭接长度为300mm300mm，焊脚尺寸，焊脚尺寸h hf f=8mm,=8mm,钢材为钢材为Q235BQ235B，手工焊，焊条采用，手工焊，焊条采用E43E43型。型。（2 2）肢背焊缝承担的力）肢背焊缝承担的力N N1 1：（1 1）端部正面角焊缝焊缝承担的力）端部正面角焊缝焊缝承担的力N N3 3：。查表得2/160mmNfw

44、fkNfbhNwfff3 .27316022. 112587 . 027 . 0233解解 ：kNflhNwfwf3 .523160830087 .027 .02111（3 3）焊缝连接承担的力）焊缝连接承担的力N N：（5 5）肢尖焊缝长度：）肢尖焊缝长度：（4 4）肢尖焊缝承担的力）肢尖焊缝承担的力N N2 2：kNNNN4 .19323 .273990312322kNNNNNNNN9903223.2733.52322131311由。取mmmmhfhNlfwfew120,116816087 . 0210004 .193222弯矩、轴心力和剪力共同作用的角焊连连接计算弯矩、轴心力和剪力共同作

45、用的角焊连连接计算 之一之一双面角焊缝承受偏心斜拉力双面角焊缝承受偏心斜拉力N N，分解为，分解为N NX X、N NY Y，产生弯矩，产生弯矩M=NM=NX X e e双面角焊缝承受偏心斜拉力双面角焊缝承受偏心斜拉力N N，分解为，分解为N NX X、N NY Y，产生弯矩，产生弯矩M=NM=NX X e eNX X产生拉产生拉应力应力Wfffff222262WeWWMlhMlIM2262WeWeXMNflhMlhNM产生拉、产生拉、压应力压应力WeyeyylhNAN2WeXeXNlhNAN2拉应力最大值拉应力最大值NY产生剪切力产生剪切力焊缝强度验算焊缝强度验算weeNAlhNAN2226

46、weeMAlhMWM2262weweflhMlhNweeVAlhVAV2fwffff22VAf弯矩、轴心力和剪力共同作用的角焊连连接计算弯矩、轴心力和剪力共同作用的角焊连连接计算 之二之二工字梁工字梁(或牛腿或牛腿)与钢柱翼缘的角焊缝连接，通常承受弯与钢柱翼缘的角焊缝连接，通常承受弯矩矩M和剪力和剪力V的共同作用。计算时通常假设两种受力：的共同作用。计算时通常假设两种受力：腹板承受腹板承受全部剪力全部剪力和和部分弯矩部分弯矩腹板只承受腹板只承受全部剪力全部剪力，不承受弯矩不承受弯矩wffwffhIM21222hIMwf222weflhVfwffff2222弯矩弯矩M在焊缝上不在焊缝上不同位置的

47、应力同位置的应力剪力剪力V在腹板焊在腹板焊缝上的应力缝上的应力腹板焊缝危腹板焊缝危险点强度险点强度验算验算A 例例 如下图所示牛腿与钢柱采用翼缘和腹板焊缝连接，如下图所示牛腿与钢柱采用翼缘和腹板焊缝连接，钢材为钢材为Q235BQ235B，焊条为，焊条为E43E43型，手工焊。设计的静态荷载为型，手工焊。设计的静态荷载为N=365kNN=365kN，荷载偏心距，荷载偏心距e=350mme=350mm，焊脚尺寸翼缘，焊脚尺寸翼缘h hf1f1=8mm=8mm，腹板腹板h hf2f2=6mm=6mm。解：解：设计连接焊缝承受剪力设计连接焊缝承受剪力 V=N=365kNV=N=365kN承受弯矩承受弯

48、矩M=NM=Ne=365e=3650.35=127.75kN0.35=127.75kNm ma a、考虑腹板焊缝承受弯矩、考虑腹板焊缝承受弯矩全焊缝有效截面对中和轴的惯性矩：全焊缝有效截面对中和轴的惯性矩：4232321837972.1756. 02 . 941256. 02 . 9428.2056. 04 .1921256. 04 .1921288.3442. 02cmIW翼缘焊缝的最大应力：翼缘焊缝的最大应力：22461/19516022. 1/9 .1426 .20510183791075.1272mmNfmmNhIMwffWf2322/6 .1248 .34867 . 0210365m

49、mkNlwheVf24611/2 .1214 .17410183791075.1272mmNhIMWf弯矩对腹板焊缝的应力：弯矩对腹板焊缝的应力：剪力剪力V V对腹板的应力：对腹板的应力：验算腹板应力：验算腹板应力：222222/160/4 .1596 .12422. 12 .121mmNfmmNwffffb b、不考虑腹板承受弯矩、不考虑腹板承受弯矩翼缘焊缝承受水平作用力翼缘焊缝承受水平作用力H H223/19516022. 1/8 .158)841002210(87 . 0102 .336mmNfmmNlhHwffwefkNhMH2 .3363801075.1276翼缘焊缝承受水平作用力翼

50、缘焊缝承受水平作用力H H下的应力下的应力223/160/6 .1248 .34867 . 0210365mmNfmmNlhVwfwef腹板焊缝承受剪力腹板焊缝承受剪力V V下的应力：下的应力：扭矩和剪力共同作用的角焊缝连接计算扭矩和剪力共同作用的角焊缝连接计算危险点为危险点为A、A。如图三面围焊的连接，承受竖向剪力如图三面围焊的连接，承受竖向剪力V=F和扭矩和扭矩T=F(e1+e2) 计算基于如下假定：计算基于如下假定：连接为刚性，有绕形心点连接为刚性，有绕形心点O旋转的趋势；旋转的趋势；角焊缝上任一点受扭矩的应力方向与到角焊缝上任一点受扭矩的应力方向与到O点相垂直，且点相垂直，且与到与到O

51、点的距离点的距离r成正比。成正比。yxpTIIrTIrTpxxpTTYpyypTTXITrrrITrITrrrITrSincosfwfTxfVyTy22Ip焊缝有效截面的惯性矩。焊缝有效截面的惯性矩。扭矩扭矩T作用下，危险点作用下，危险点A的应力的应力将扭矩将扭矩T作用下危作用下危险点险点A的应力分解的应力分解剪力剪力V作用下，危险点作用下，危险点A的应力的应力weVylhV危险点危险点A的总正应力的总正应力VyTyf危险点危险点A强度验算强度验算斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算 采用与直角角焊缝相同的计算公式计算。采用与直角角焊缝相同的计算公式计算。研究很少，计算公式也是根据直角角焊缝简化得

52、出。研究很少，计算公式也是根据直角角焊缝简化得出。因此，一律取因此，一律取0 . 1f焊缝有效厚度：假定在所成夹角的最小斜面上发生破坏焊缝有效厚度：假定在所成夹角的最小斜面上发生破坏2cossin21bbbhhfe、或2cosfehh 当当b、b1或或b21.5mm时时任何情况下任何情况下b、b1或或b2不得大于不得大于5mm。当根部间隙当根部间隙b、b1或或b21.5mm时时同厚、同宽板对接焊缝的构造同厚、同宽板对接焊缝的构造 第四节第四节 对接焊缝的构造要求与计算对接焊缝的构造要求与计算直边缝：直边缝： 焊件厚度小焊件厚度小 手工手工t6mm，埋弧焊，埋弧焊t 10mm单边单边V、V形坡口

53、：形坡口： 一般厚度一般厚度U形、形、 K形、形、X形：形： 厚度厚度20mm不同宽度或厚度的板件对接，应在宽度方向或厚度方向不同宽度或厚度的板件对接，应在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于从一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5(直接承受动力荷载时直接承受动力荷载时不大于不大于1:4)的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。不同厚、宽板对接焊缝的构造不同厚、宽板对接焊缝的构造 焊缝起灭弧处弧坑等缺陷对承载力影响极大，焊接时一焊缝起灭弧处弧坑等缺陷对承载力影响极大，焊接时一般应设置引弧板和引出板，焊后将它割除。受静力荷载般应设置引弧板和引出板，焊后

54、将它割除。受静力荷载设置引弧设置引弧(出出)板困难时，允许不设置，此时焊缝计算长度板困难时，允许不设置，此时焊缝计算长度等于等于实际长度减实际长度减2t。t为连接件的较小厚度。为连接件的较小厚度。焊透的坡口焊缝的计算焊透的坡口焊缝的计算坡口焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中应力分布基本坡口焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中应力分布基本与焊件相同，故计算方法与构件的强度计算一样。与焊件相同，故计算方法与构件的强度计算一样。a 轴心力作用的对接焊缝轴心力作用的对接焊缝 N轴心拉力或压力设计值；轴心拉力或压力设计值；lw焊缝的计算长度。焊缝的计算长度。 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉、抗

55、压强度设计值。wcwtwfftlN或wcwtff 、只有三级检验的焊缝才需进行抗拉强度验算。如果采用直只有三级检验的焊缝才需进行抗拉强度验算。如果采用直缝不能满足强度要求时，可采用如图所示的斜对接焊缝。缝不能满足强度要求时，可采用如图所示的斜对接焊缝。焊缝与作用力间的夹角焊缝与作用力间的夹角满足满足tan1.5时，斜焊缝的强度时，斜焊缝的强度不低于母材强度，可不验算不低于母材强度，可不验算焊缝强度焊缝强度。 例例3.8 3.8 验算下图所示对接焊缝的强度。图中验算下图所示对接焊缝的强度。图中a=540mma=540mm，t=22mmt=22mm，轴心力设计值，轴心力设计值N=2150kNN=2

56、150kN，钢材为，钢材为Q235BQ235B，手工，手工焊，焊，E43E43型号焊条，焊缝三级检验，施焊时加引弧板和型号焊条，焊缝三级检验，施焊时加引弧板和引出板。引出板。22/120,/175mmNfmmNfwvwt解：查表得223/175/18122540102150mmNfmmNtlNwtw正对接焊缝应力mm65156540SinSinalw焊缝计算长度改用斜对接焊缝，斜度为改用斜对接焊缝，斜度为1.5:1,1.5:1,即即tan=1.5,=56tan=1.5,=56：223/175/12422651in56102150inmmNfmmNStlNSwtw正应力斜对接焊缝应力223/12

57、0/842265156cos102150cosmmNfmmNtlNwvw剪应力b 弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算 对接接头受到弯矩和剪力的共同作用，正应力与剪应力的对接接头受到弯矩和剪力的共同作用，正应力与剪应力的最大值应分别满足最大值应分别满足wtwWWwftlMltlMWM2362/12wvWWWwwftlVttltlVtIVS23128132wtf1 . 132121Ww、 Sw、 Iw焊缝的截面模量、面积矩、惯性矩。焊缝的截面模量、面积矩、惯性矩。工字形或工字形或H型钢梁的对接焊缝接头，除分别验算最大正应型钢梁的对接焊缝接头，除分别验算最大正应力和剪应

58、力外，对于同时受有较大正应力和剪应力处，如力和剪应力外，对于同时受有较大正应力和剪应力处，如腹板与翼缘的交接点还验算折算应力：腹板与翼缘的交接点还验算折算应力：验算点处焊缝的验算点处焊缝的正应力和剪应力。正应力和剪应力。部分焊透的坡口焊缝的计算部分焊透的坡口焊缝的计算焊缝主要起联系作用或焊缝受力虽然较大，但采用焊透的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，可采用部分焊透的对对接焊缝将使强度不能充分发挥时，可采用部分焊透的对接焊缝。接焊缝。四块较厚的板焊成箱形截面的轴心受压构件，用焊透对接四块较厚的板焊成箱形截面的轴心受压构件，用焊透对接焊缝是不必要的；如采用角焊缝外形又不平整；采用部分焊缝是不必要的；如采用角焊缝外形又不平整；采用部分焊透的对接与角接组合焊缝可以省工省料，较为美观大方。焊透的对接与角接组合焊缝可以省工省料，较为美观大方。部分焊透的对接焊缝必须在设计图上注明坡口的形式和尺部分焊透的对接焊缝必须