各种角焊缝及受力计算

1、各种角焊缝及受力计算(tn)ss sip-s-(9 dMYW M 詮 ssss1laIJnfsssss§ilsss肓性益蛊说益奈！|果1鸳還穴壬«JT之翼瞰2乓5-a-蠶霸S若雷反星瞿芽 MS翼用s)2眾益玻WS噩S 林妄省栄囂t益栄2“ 至lltflI羸套瞿也二.S令=寺丽T则斜焊縫的财式为<3. 11)式中 弘斜焊缝的强度增大系数其值介于1.0-1.22之间；e作用力与焊讎长度方向的夹角。对直接承受动力荷载结构中的焊缝取內?=10。（3承受轴心力的角钢角焊缝计算在俐桁架中角钢腹杆与节点板的连接解缝一般采用两面侧焊，也可釆用三面罔炸特殊悄况也允许采用 L形国焊图3-

2、 23）.腹轩受轴心力作用为了谜免卅縫偏心受力焊縫所传递的合力的作用线应与角铭杆件的 轴线重合.对于三面围焊图3. 230）,可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸加”求出正面角焊缝所分担的轴心力当 腹杆为双角钢组皿的T形截面，且肢宽为b时，由平衡条件（Ym=o）可得:N. = 2 X 0> 7hMf7<3. 13)(3.14)式中Ng角钢肢背和肢尖上的侧面角焊缝所分担的轴力丫c角钢的形心距$64角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数设计时可近似取5 =彳灼=冬 绕角黑的测1®角焊缝实际长度帑于计舁长度绕角卿邈怏度2h(不迸人计算人图323桁架废杆与节点板的连接对干两面侧焊图3. 23（

3、）,因Ns=0得N、 a、NM =皿N(3-15)(316)求得各条焊缝所受的内力后，按构造要求（角焊縫的尺寸限制）假定肢背和肢尖焊魅的焊脚尺寸即可求出 焊缝的计算长度。例如对双角钢裁面.2X0. 7如办(3.17)2X6 7hi2fT(3.18)式中hg个角钢肢背上的侧面角焊鑒的焊脚尺寸及计算长度；h4个角钢肢尖上的侧面角焊裟的焊胸尺寸及计算长度。、考想到每条焊缝两端的起灭弧確陷实际焊縫长度为计算长度加lOmnu但对于三面围焊由于在杆件端 部转角处必須违续施焊，每条例面角烬缝只有一端可能起灭张，故焊魅实际长度为计算长度加5mm；对于采用当杆件受力很小时,可采用L形围焊图3.23(c).由于只

4、有正面角焊縫和角钢肢背上的侧面角焊縫令 式(3.14)中的Nz = 09得N、= 2勺N(319)N严 N - Nz(3. 20)曲钢肢背上的角焊缝计算长度可按式(3.17)计算，角钢端部的正面角焊缝的长度已知，可按下式计算其焊脚尺 寸：昴=2X0-7X w,/r<3,21)式中【钏37】试验算图3. 22所示直角角焊缝的强度。已知弭撻承受的静态斜向力N=280kN(设计值)二 角焊缝的焊脚尺tAr=8nimi实际长度尸155mm胡林为Q235 B.手工焊焊条为E43型°【解】受象向轴心力的角焊捱有两种计算方法：(D分力法 将N力分解为垂直于嫦魅和平行干嫌级的分力，即N* =

5、N sin0 = N sinSQ"* = 280 X 242- 5kNNy = N cos0 = N cos60° = 280 X y 140kN=156N/mD?=90N/mm2二旦=2425 X疋°、"莎工 2 X 0>7 X 8 X?155 - 16)=也=140 X WTf = Wrr 一 2 X 0.7 X 8 X (155 - 16)悍縫同耐祇受5和门作用,可用式(36)验算十907156N/mm2 < 允=16ON/mm2(2直接法 也就是直接用式(311)进行计算。已知0=60人则斜焊缝强度增大系数馆1.15,则_ 2g0X0

6、2X O.f><8X (155 -16) X1,15=155N/nim2 £幷=l$0N/mm2显然用直接法计算承受轴心力的角焊缝比用分力法简练。【例32】试设计用拼接盖板的对接连接(图3.24)。已知钢板克B=270mm,.厚度药= 28mm,拼接盖板 厚度s=】6m叫 该连接承受的静杰紬心力W=1400kN(没计值)，钢材为Q235E手工焊朋条为E43型.图324例32图【解】设计拼接盖板的对接连接冇两种方法一种方法是假定焊脚尺寸求焊缝长度，再由焊缝长岌确定拼接盖板 的尺寸)另一方法是先假定焊脚尺寸和拼接锻板的尺寸然后验算焊罐的承載力。如果假定的焊罐尺寸不能满 足承载

7、力要求时，则应调整烬脚尺寸，再行验真直到溝足承载力要求为止。角焊缝的焊卿尺寸儿建报据板件厚.度确定：由于此处的烬缝在板件边缘施焊且拼接盖板厚度:t»16mm>6mm,<G，则hj = t f (1 2)mm = 16 (1 2) = 15 或 14mmhg = 1 5 yV =1.5 -/28 = 7 9mm取尼= 10mm,査附录表12得外焊缝賤度设计值/r-16ON/mm5 1)釆用两面傲I焊时图3. 24(a)连接一侧所需焊缝的总长度，可按式(38)计算得=1250mm1400 X 1030. 7 X 10 X 160此对接连接采用了上下两块拼接盖板，共有4条侧煤縫

8、一条侧坤缝的实际长度为十 20 =晋 + 20 = 333mm < 60九=60 X 10 = 600mm所需拼接盖板长度L = 2Z： + 10 = 2 X 333 十 10 = 676mm 取 680mm。式中UOmm为两块被连接钢板间的间掠。拼接盖板的宽度血就是两条侧面角焊縫之间的距离，应根据强度条件和构造要求确定。根据强度条件，在 钢材种类相同的悄况下拼接盖板的截面积4应等于或大于被连接钢板的截面积选定拼接盖板宽度6= 240mm/V = 240 X 2 X 16 = 7680mm2 >= 270 X 28 = 7560mm2満足强度要求.垠堀构造要求应満足：b = 240

9、mm. </. = 325mm且 6 V 16r = 16 X 16 二 256mm满足要求，故选定拼接盖板尺寸为660nimX240mmX16rnmo(2)采用三面围烬吋图324(A)采用三面围焊可以减小两側侧面角焊缝的长度，从而碱小拼接盖板的尺寸设拼接盐板的宽度和厚度与采 用两面侧焊时相同仅需求盖板长度.已知正面角焊缝的氏度人= 5=240mg则正面角焊握所能虞受的内力N' = 2MwA/T = 2 X 0.7 X 10 X 240 X 1.22 X 160 = 655870N所需连接一側侧面角焊缝的总长度为_ N _ N，_ 1400000 一 655870 _ Z人一 h

10、JT = 0- 7 x io x 160' = 664mm连接一侧共有4条侧面角焊缝，则一条画面角焊缝的长度为+ 10 =孕+ 10T伽叫采用18伽叭拼接豊板的长岌为L 2w + 10 = 2 X 180 + 10 370rnm(3采用菱形拼接盖板时图3. 24(c)当拼接板寛度较大时，釆用菱形曲接盖板可滅小角部的应力集中，从面悭连接的工作性能得以改善。菱形 拼接盖板的连接焊縫由正面角焊縫、侧面角焊缝和斜焊缝等组成.设计时，-般先假定拼接盖板的尺寸再进行 脸算。拼接後板尺寸如图3.24(c)所示则各部分焊缝的承载力分别为：正面角焊缝：傭面角弊縫N2 = 4hJ = 4 X 0.7 X

11、10 X (110 - 10) X 160 = 448. OkN斜牌缝：此焊縫与作用力夹角-arctan= 33, 7°可得 Ao = 1 / 1 -Mn233/773 = 1. 06>故有N、= 4 X 0. 7 X 10 X 180 X b 06 X 60 = 854. 8kN连接一侧焊缝所能承受的内力为M M + 弘 + 汕=109- 3 + 44& 0 + 854 8 = 1412kN >N = 1400kN, 足要求。图325镌33图【例33】 试确定图325所示承受静态轴心力的三 面围焊连接的承载力及啟尖悍缝的长度.已知角钢为2L 125X10,与厚度

12、为8mm的节点板连接，其搭接长发为 300mm.焊脚尺寸加=8mm钢材为Q23&B,手工焊烬条 为 E43SL【解】角焊縫退度设if/r=160N/mm焊缝内力分配系 数为5=0. 67皿2 = 033。正面角焊韭的长度等于相连角钢.肢的宽疫即Zu5=6 = 125mm»则正面角烬缝所能承受的内力为:M = 2也品長=2 X 0. 7 X 8 X 125 X 1- 22 X 160 = 273. 3kN 肢背角悍縫所能承受的内力N】为：N = 2AJw/r = 2X07X8X (300 - 8) X 160 = 523. 3kN 由式3知N、=jN -牛=0. 67N -竺沪

13、=528 GkN.则N二灵氓诗2 = 98SENv. 67由式(324计算肢尖焊缝承受的内力M为：M = a?N 營=0. 33 X 985 136. 6 = 188kN由此可算出肢尖焊缝的长度为：? M 188 X 10,°z-! = 2 + 8 = 2>To.7 x8xTed + 8 = 113mm承受弯矩、抽心力威贯力炭合作用的角坪缝连犊计算图3.26所示的双面角焊缝连接承受儼心斜拉力N作用计算时，可将作用力N分解为N*和N,两个分 力。角烬缝同时巫受轴心力Nj力N,和驾毬M=N. e的共同作用。焊缝卄算截面上的应力分布如图3Z6 (6)颅示图中A点应力最大为拄制设计点。

14、此处垂直干焊缝长度方向的应力由两部分组成,即由轴心拉力“ 产生的应力 = X=2AZ由弯短M产生的应力M 6M宀“、弘 P二湫<3-22)这两部分应力由于在力点处的方向相同.可直接叠加故S点垂直于烁缝长度方向的应力为” 心丄购"砥+砸图326承受倫心斜拉力的处烬變剪力N,在人点处产生平行于悍縫长度方向的应力M Mr = ssi y 4 2仏式中I*焊缝的计算长度，为实际长度域2心。则焊缝的强度计算式为劉+诸S当连接直接承受动力荷载作用时取0f=lO°对于工字梁（或牛腿与钢注翼缘:的角焊缝连接（图327）通常承受弯矩M和勢力V的联合作用。由于翼 缄的竖向刚度较差在剪力作

15、用下如果没有復板焊縫存在冀缘将发生明显挠曲。这就说明冀缘板的抗剪能 力极差。因比，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建承:受。如I® 3.27工宇形袈（或牛鬼）的角焊竝连接为了焊缝分布较合理，宜在每个務缴的上下两侧均匀布宣角焊遂，由于巽缘焊缝只承受垂直于焊櫃长度方 向的穹曲应力此弯曲应力沿梁高度呈三角形分布图327（c）屐大应力发生在翼缘焊縫的最外紆堆处，为了 保证此焊缝的正常工作，应使興缘焊缝最外纤维处的应力蒯足角焊缝的遢度条件，即巾=$ 号 M（3. 23>式中 M一全部焊缝所承受的弯矩；几全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩,h上下翼缘焊缝有效截面最外纤维之间

16、的距离。腹板烬缝承受两种应力的联合作用，即垂立于焊缝长度方向、且沿樂玄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，设卄控制点为翼缘焊缝与腹板焊竝的交点处4,此 处的弯曲应力和剪应力分别按下式计算M h2% =兀亘r， S式中 为g“一腹板焊缝有效截面积之和f腹板焊缝的实际长度。则腹板焊缝在A点的强度验算武为 J 價+ "S工字梁(或牛腿)与钢柱翼缘角焊镰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.即假设腹板烬缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩并将弯矩M化为一对水平力HnM/九则規圾焊缝的强度计算式为IJ5 = 77 Cgwrj腹

17、板焊鍵的强度计算式为式中九个翼缘上角焊缝的有效截面积2也厶两条腹板焊缝的有效截面积.【例3. 4】 试验算图3. 28所示牛腿与钢柱连接角焊縫的强度.钢材为Q235,焊条为E43型，手工焊.荷載设计值N = 365kN,偏心距e = 350mm.i?脚尺寸Au= 8mm»Au = 6mm图328(5)为焊缝有效截而。图328例3. 4图【解】N力在角烽缝形心处引起剪力V = N=365kN和弯矩M=N«=365X0 35 = 12?. 8kN mo()考虑腹板烬缝参加传递弯矩的计算方法为了计算方便，将图中尺寸尽可能取为整数。全部焊缝有效截面对中和轴的惯吃矩为儿=2 X %气

18、：3£ -J- 2 X 21 X 0. 56 X 20. 28f 4- 4 X 9. 5 X 0. 56 X 17. 2計=18779cm* 翼缘焊縫的最大应力%=££ = K；诘 W 暮 X 20S 6 R 140N/mn? < 角弁=1- 22 X 160 = 195N/mE 腹板焊縫中由于弯矩M引起的嚴大应力17A% = MO X= 115. 8N/mm2ZU3. O曲于剪力V在腹板焊缝中产生的平均剪应力r，二 yd） = 2 X MX 6 X 340 = 127-臥加1*则腹板焊缝的强度点为设计控制点）为+ 127.83 = 159,2N/mm2 &

19、lt;/T = 160N/mm?（2）按不考虑復板悍缀传递弯柜的计算方法翼M所录受的水平力W = y=寫1少=336kN"值近似取为翼塚中线间距凰）翼缘悍缝的強度5 =总二 0宀8'賢銷”95）=N 加A/f - 195N/mn?腹板焊缝的强度2 X 秽令黑 340 =必8N/mmY 160N/n賦【例35】试验算3 3.29所示银曾柱与钢底板的连接角畀缝。图中内力均为设计值，其中N-280kN.M = 16kN m=212kN0焊脚尺寸Af=8mm.钢材为Q235.手工弾揮条为E43型，3- 3.4.3 承受祖矩戎扭魅与剪力联合作用的角焊雉连按计算 （】环形角焊缝承受扭矩T

20、作用时的计算国330）由于焊綴有效申度几比圆环宜径厂小得多通常入01D故环形角 焊缝承受扭矩7、作用时可视为薄壁圆环的受扭问题。在有效截面的任一 点上所受切线方向的剪应力应按下式计算式中r圆心至焊缝有效截面中线的距离；人焊缝有效祓面的惯性矩对于薄星圆歼可取人=2心宀（2国焊険受剪力和扭矩作用时的计算图3. 31所示为采用三面FH焊搭接连接。该连接角焊缝承受竖向剪力V =F和扭矩F=F（s+e»作用。计算角焊缝在扭矩T作用下产生的应力图330环形角烬囊受扭时是基于下列假定:被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心。謹前的趋势而角焊缝本身是弹性;角焊 缝群上任一点的应力方向垂頁于该点与形心的

21、连线且应力大小与连线长度尸成正比.3.31中点与？V.点距形心o点最远，故力点和灯点由扭矩：r引起的剪应力匸為大焊缝群其他各处由扭矩:r引起的剪应力rr均小于A点和/V点的剪应力，故A点和丹点为设计控制点。图3.3】畫剪力和扭矩作用的角烁犍 在扭矩T作用下，点或A点）的应力为：将帀沿乂轴和夕轴分解为两分力(3.25)(326)rTx = rT sing = "f /p ryrTy = rT cos" 0 1 ； r =，；八由剪力V在焊缝群引起的剪应力rv按均匀分布则在A点（或4点引起的应力w”为Vrvy =则A点受到垂直于焊縫长度方向的应力为久工g十rVy 沿焊缝长度方向

22、的应力为hx则A点的合应力满足的陨度条件为327)当连接直接承受动态荷救时，取角=10。应该蒂出的是上述计算方法中，假定轴心力产生的应力为平均分布.实际上，在图3. 31所示轴心力作用 下,水平焊縫为正面焊缱，而竖直焊缝为健面焊缝,两者单位长度分担的应力是不同的，做者较大，后者较小.显 然轴心力产生的应力假没为平均分布，与前面基本公式推导中，考虑焊建方向的患路不符。同样，在确定形心 位置以及计算祖矩下所产生的应力时,也没有考魔焊遂方向，而只在最后验算式中引进了系数H，上閒计算方 法有一定的近似性。【例3.6】罗3.31钢板长度右= 400mm,措接氏度Z2 = 300mm,荷戟没计值F = 2】7kN,偏心距e尸 300mm（至柱边缘的距离）.钢材为Q235,手工焊，烽条E43型，试确定该焊缱的焊脚