第三章钢结构的连接(焊缝)

1、第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接(1-18 2hrs)3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 3.4 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算3.5 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形3.6 螺栓连接的构造螺栓连接的构造3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能和计算 3.9 混合连接混合连接(自学）自学）31 钢结构的连接方法钢结构的连接方法钢结构是由若干构件组合而成的。连接的作用就是通连接的作用就是通过一定的手段将板材或型钢组合成构件，或将若干构件组合成整体结过一定

2、的手段将板材或型钢组合成构件，或将若干构件组合成整体结构，以保证其共同工作构，以保证其共同工作。因此，连接方式及其质量优劣直接影响钢结构的工作性能。：钢结构的连接必须符合的原则。连接接头应有。：钢结构的连接方法可分为3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法钢结构中通常采用钢结构中通常采用：电弧焊：电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊电弧焊：电弧焊有手工电弧焊、埋弧焊(埋弧自动或半自动焊埋弧自动或半自动焊)以及气体保护焊等以及气体保护焊等。电渣焊：熔嘴电渣焊电渣焊：熔嘴电渣焊电阻焊电阻焊3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结

3、构常用焊接方法钢结构常用焊接方法 3211 手工电弧焊手工电弧焊 工艺流程：工艺流程：(图图3.2)，通电后，通电后，在在涂有药皮的焊条与焊件之间产生涂有药皮的焊条与焊件之间产生电弧。电弧的温度或高达电弧。电弧的温度或高达30003000。在高温作用下，电弧周围的金属在高温作用下，电弧周围的金属变成液态，形成熔池。同时，焊变成液态，形成熔池。同时，焊条中的焊丝很快熔化，滴落入熔条中的焊丝很快熔化，滴落入熔池中，与焊件的熔融金属相互结池中，与焊件的熔融金属相互结合，冷却后即形成焊缝。焊条药合，冷却后即形成焊缝。焊条药皮则在焊接过程中产生气体，保皮则在焊接过程中产生气体，保护电弧熔化金属，并形成熔

4、渣覆护电弧熔化金属，并形成熔渣覆盖着焊缝，防止空气中的氧、氮盖着焊缝，防止空气中的氧、氮等有害气体与熔化金属接触而形等有害气体与熔化金属接触而形成易脆的化合物。成易脆的化合物。o 3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3211 手工电弧焊手工电弧焊：手工电弧焊的设备简单，操作灵活方便，适于：手工电弧焊的设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。但生产任意空间位置的焊接，特别适于焊接短焊缝。但生产效率低，劳动强度大，焊接质量取决于焊工的精神状效率低，劳动强度大，焊接质量取决于焊工的精神状态与技术水平。态与技术水平

5、。：手工电弧焊所用焊条应与焊件钢材（或称主体：手工电弧焊所用焊条应与焊件钢材（或称主体金属）相适应，一般为：金属）相适应，一般为：对对Q235钢采用钢采用E43型焊条型焊条(E4300E4328)；对对Q345钢采用钢采用E50型焊条型焊条(E5000E5048)；对对Q390钢和钢和Q420钢采用钢采用E55型焊条型焊条(E5500E5518)。不同钢种的钢材相不同钢种的钢材相焊接时，例如焊接时，例如Q235钢与钢与Q345钢相焊接，宜采用低钢相焊接，宜采用低组配方案，组配方案，即宜采用与即宜采用与低强度低强度钢材相适应的焊条。钢材相适应的焊条。3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常

6、用焊接方法钢结构常用焊接方法3212 埋弧焊(自动或半自动)：电弧在焊剂层下：电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。燃烧的一种电弧焊方法。：焊丝：焊丝送进和电弧按焊接方向的送进和电弧按焊接方向的移动有专门机构控制完成移动有专门机构控制完成 (图图3.3)；：焊：焊丝送进有专门机构，而电丝送进有专门机构，而电弧按焊接方向的移动靠人弧按焊接方向的移动靠人手工操作完成。手工操作完成。3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3212 埋弧焊(自动或半自动)1）焊缝金属为焊剂所焊缝金属为焊剂所覆盖，能对较细的焊丝采用大覆盖，能对较细的焊丝采用大电流。电弧热量集中，熔深大，

7、电流。电弧热量集中，熔深大，适于厚板的焊接，具有高的生适于厚板的焊接，具有高的生产率。产率。2）由于采用了自动控或）由于采用了自动控或半自动控制化操作，焊接时的半自动控制化操作，焊接时的工艺条件稳定，焊缝的化学成工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，故形成的焊缝质量好，分均匀，故形成的焊缝质量好，焊件变形小。焊件变形小。3）高焊速也减小）高焊速也减小了热影响区的范围。了热影响区的范围。4）但埋弧）但埋弧焊对焊件边缘的装配精度焊对焊件边缘的装配精度(如间如间隙隙)要求比手工焊高要求比手工焊高。：埋弧焊所用焊丝和埋弧焊所用焊丝和焊剂应与主体金属强度相适应，焊剂应与主体金属强度相适应，即要求焊缝与主体金

8、属等强度即要求焊缝与主体金属等强度。3.2 焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3213 气体保护焊利用二氧化碳气体或其他惰性气体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。它直接依靠保护作为保护介质的一种电弧熔焊方法。它直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护区，以防止有害气体气体在电弧周围造成局部的保护区，以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能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过程；由于保护气体是喷射够清楚地看到焊缝成型的过程；由于保护

9、气体是喷射的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度的，有助于熔滴的过渡；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腐蚀性好，适用于全位置的焊接高塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接。但不适但不适用于野外或有风的地方施焊。用于野外或有风的地方施焊。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式321 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法3214 电渣焊和电阻焊电渣焊和电阻焊o 电渣焊和电阻焊电渣焊和电阻焊参见课本p1913.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式

10、3221 焊缝连接形式焊缝连接形式o按相互位置可分为：、和o四种(图3.4)。3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。图主要用于厚度相同或接近相同的两构件的相互连接。图3.4(a)所示为采用对接焊缝的对接连接，由于相互连接的两构件在所示为采用对接焊缝的对接连接，由于相互连接的两构件在同一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用料经济，同一平面内，因而传力均匀平缓，没有明显的应力集中，且用料经济，但是焊件边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。但是焊件

11、边缘需要加工，被连接两板的间隙和坡口尺寸有严格的要求。3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式图3.4(b)所示为用双层盖板和角焊缝的对接连接，这种连接传力不均匀、费料，但施工简便，所连接两板的间隙大小无需严格控制。3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式图图3.4(c)所示为用角焊缝的所示为用角焊缝的搭接连接搭接连接，特别，特别适用于不同厚度构件的连接。传力不均匀，材料较费，但构造简单，适用于不同厚度构件的连接。传力不均匀，材料较费，但构造简

12、单，施工方便，目前还广泛应用。施工方便，目前还广泛应用。3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3221 焊缝连接形式焊缝连接形式省工省料，常用于制作组合截面。当采用角焊缝连接时省工省料，常用于制作组合截面。当采用角焊缝连接时图图3.4(d)，焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，疲焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重，疲劳强度较低，可用于不直接承受动力荷载结构的连接中。对于直接承劳强度较低，可用于不直接承受动力荷载结构的连接中。对于直接承受动力荷载的结构，如重级工作制吊车梁，其上翼缘与腹板的连接，受动力荷载的结构，如重级工作制吊车梁，其上

13、翼缘与腹板的连接，应采用如图应采用如图3.4(e)所示的所示的K形坡口焊缝进行连接。形坡口焊缝进行连接。图图3.4(f)、(g)主要用于制作箱形截面主要用于制作箱形截面3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3222 焊缝形式o焊缝形式：主要有和和间。o对接焊缝：分为图3.5(a)和图3.5(b)。o角焊缝：可分为、和图3.5(c) 。3.2 焊接方法和焊缝连接形式322 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3222 焊缝形式和间o焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和间断角焊缝二种(图3.6)。连续角焊缝的受力性能较好，为主要的角焊缝形式。间断

14、角焊缝的起、灭弧处容易引起应力集中，重要结构应避免采用，只能用于一些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离l不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀。一般在受压构件中应满足l15t；在受拉构件中l30t，t为较薄焊件的厚度。3.2 焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验3231 焊缝缺陷：指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。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透合、未焊透(图3.8)等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不良等。裂纹是焊缝

15、连接中最危险的缺陷。产生裂纹的原因很多，如钢材的化学成分不当；焊接工艺条件(如电流、电压、焊速、施焊次序等)选择不合适；焊件表面油污未清除干净等。3.2 焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验3232 焊缝质量检验o 焊缝缺陷的存在将削弱焊缝的受力面积，在缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。因此，焊缝质量检验极为重要。：一般可用一般可用外观检查外观检查及无损检查，前者检及无损检查，前者检查外观缺陷和几何尺寸，后者检验内部缺陷。无损查外观缺陷和几何尺寸，后者检验内部缺陷。无损检验目前广泛采用检验目前广泛采用超声波检验超声波检验

16、，使用灵活、经济，使用灵活、经济，对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；有时对内部缺陷反应灵敏，但不易识别缺陷性质；有时还用还用磁粉检验磁粉检验、荧光屏荧光屏等较简单的方法作为辅助；等较简单的方法作为辅助；当前最明确可靠的方法是当前最明确可靠的方法是X X射线射线或或射线透照射线透照或或拍片拍片，X X射线应用较广。射线应用较广。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式323 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验3232 焊缝质量检验焊缝质量检验：钢结构工程施工及验收规范规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级一级、二级和三级。三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查

17、且符合三级质量标准；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求对每条焊缝全部或20%长度进行超声波或射线探伤检验并符合相应级别的质量标准。，可满足通常的强度要可满足通常的强度要求；但其求；但其对接焊缝的抗拉强度有较大的变异性对接焊缝的抗拉强度有较大的变异性，钢结构设计规范规定其设计值只为主体钢材的钢结构设计规范规定其设计值只为主体钢材的85%左右左右。因而对有较大拉应力的对接焊缝以及。因而对有较大拉应力的对接焊缝以及直接承受动力荷载构件的较重要的对接焊缝，宜采直接承受动力荷载构件的较重要的对接焊缝，宜采用二级焊缝；对疲劳性能有较高要求处可采用一级用二级焊缝；对疲劳性能有较高要求处可采用一级焊缝。焊缝

18、。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式3.2.4 焊缝代号（参考焊缝代号（参考p195197焊缝符号表示方法焊缝符号表示方法GB324-88)：焊：焊缝代号由缝代号由三部分组成。三部分组成。引出线由横引出线由横线和带箭头的斜线组成。箭头指线和带箭头的斜线组成。箭头指到图形上的相应焊缝处，横线的到图形上的相应焊缝处，横线的上面和下面用来标注图形符号和上面和下面用来标注图形符号和焊缝尺寸焊缝尺寸。3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号焊缝代号3.2 焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号焊缝代号o 当引出线的箭头指向焊缝所在的一面时，应将图形符当引出线

19、的箭头指向焊缝所在的一面时，应将图形符号和焊缝尺寸等标注在水平横线的上面；号和焊缝尺寸等标注在水平横线的上面；o 当箭头指向对应焊缝所在的另一面时，则应将图形符当箭头指向对应焊缝所在的另一面时，则应将图形符号和焊缝尺寸标注在水平横线的下面。必要时，可在号和焊缝尺寸标注在水平横线的下面。必要时，可在水平横线的末端加一尾部作为其他说明之用。水平横线的末端加一尾部作为其他说明之用。o 图形符号表示焊缝的基本型式，如用图形符号表示焊缝的基本型式，如用 表示角焊缝，表示角焊缝，用用V表示表示V型坡口的对接焊缝。辅助符号表示焊缝的型坡口的对接焊缝。辅助符号表示焊缝的辅助要求，如用辅助要求，如用 表示现场安

20、装焊缝等。表表示现场安装焊缝等。表3.2列出列出了一些常用焊缝代号，可供设计时参考。了一些常用焊缝代号，可供设计时参考。3.2 焊接方法和焊缝连接形式324 焊缝代号焊缝代号o 当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能当焊缝分布比较复杂或用上述标注方法不能表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在表达清楚时，在标注焊缝代号的同时，可在图形上加栅线表示图形上加栅线表示(图图3.9)。33 角焊缝的构造与计算（角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态 o 角焊缝按其与作用力的关系可分为角焊缝按其与作用力的关系可分为：焊缝长度：焊缝长度方向与作用力垂直的方向与作用力垂直

21、的；焊缝长度方；焊缝长度方向与作用力平行的向与作用力平行的以及以及。33 角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态 o 按其截面形式可分为按其截面形式可分为：(图图3.10)和和(图图3.11)。o 直角角焊缝通常做成表面直角角焊缝通常做成表面微凸微凸的等腰直角三的等腰直角三角形截面角形截面 图图3.10(3.10(a)a)。o 在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝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的截面常采用图3.10(3.10(b)b)所示的所示的坦式坦式，侧面角，侧面角焊缝的截面则作成焊缝的截面则作成凹面凹面式式 图图3.10(3.

22、10(c)c)。33 角焊缝的构造与计算（#）331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态 33 角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态：两焊脚边的夹角两焊脚边的夹角90或或90的焊缝的焊缝称为斜角角焊缝。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结称为斜角角焊缝。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中构中。对于夹角对于夹角135或或60的斜角角焊缝，除的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝钢管结构外，不宜用作受力焊缝。33 角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态：大量大量试验结果表明，侧面角焊缝试验结果表明，侧面角焊缝(图图3.12

23、)主要承受剪应力。主要承受剪应力。塑 性 较 好 ， 弹 性 模 量 低塑 性 较 好 ， 弹 性 模 量 低(E=7104N/mm2)，强度也较低。传力线通过侧强度也较低。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，因而面角焊缝时产生弯折，因而应力沿焊缝长度方向的分布应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小不均匀，呈两端大而中间小的状态的状态。焊缝越长，应力分。焊缝越长，应力分布不均匀性越显著，但在塑布不均匀性越显著，但在塑性工作阶段时，产生应力重性工作阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和匀现象渐趋缓和。：正面角焊缝正面角焊缝(图图3.13)受受力复杂

24、，截面中的力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力各面均存在正应力和剪应力，焊根焊根处存在着很严重的应力集中处存在着很严重的应力集中。一方面由于力线弯折，一方面由于力线弯折，另一方面由于在焊根处正好是两焊件接触面的端部，另一方面由于在焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝的尖端相当于裂缝的尖端。正面角焊缝的破坏强度高于侧面。正面角焊缝的破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形要差些角焊缝，但塑性变形要差些。33 角焊缝的构造与计算331 角焊缝的形式和受力状态角焊缝的形式和受力状态33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 1 o 根据角焊缝的工艺和根据

25、角焊缝的工艺和力学性能，为了避免力学性能，为了避免焊 缝 区 的 基 本 金 属焊 缝 区 的 基 本 金 属“过烧过烧”，减小焊件，减小焊件的焊接残余应力和残的焊接残余应力和残余变形，余变形，33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求1 o 对板件边缘的角焊缝：对板件边缘的角焊缝：。 33 角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求o 角焊缝的焊脚尺寸也不能过小，否则焊缝因输入角焊缝的焊脚尺寸也不能过小，否则焊缝因输入量过小，而焊件厚度较大，以致施焊时冷却速度过快，量过小，而焊件厚度较大，以致施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母

26、材开裂。产生淬硬组织，导致母材开裂。o 规范规定：规范规定：(单位为单位为mm)。o 计算时，焊脚尺寸取计算时，焊脚尺寸取mm的整数，小数点以后的整数，小数点以后都进为都进为1。自动焊熔深较大，故所取最小焊脚尺寸可。自动焊熔深较大，故所取最小焊脚尺寸可减小减小1mm；对对T形连接的单面角焊缝，应增加形连接的单面角焊缝，应增加1mm；当焊件厚度小于或等于当焊件厚度小于或等于4mm时，则取与焊时，则取与焊件厚度相同。件厚度相同。t33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求o 前已述及，前已述及，侧面角焊缝在弹性侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力两端大中阶段

27、沿长度方向受力两端大中间小。焊缝越长，应力集中系间小。焊缝越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不过大，数越大。如果焊缝长度不过大，当焊缝两端点处的应力达到屈当焊缝两端点处的应力达到屈服强度后，继续加载，应力会服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀。但是，如果焊缝长渐趋均匀。但是，如果焊缝长度超过某一限值时，有可能首度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两端破坏，故一般先在焊缝的两端破坏，故一般规定规定侧面角焊缝的计算长度侧面角焊缝的计算长度l lww6060h hf f。33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求o l lww6060h hf fo 当实际长

28、度大于上述限值时，其超过部分在计算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。中不予考虑。若内力沿侧面角焊缝全长分布，比如焊若内力沿侧面角焊缝全长分布，比如焊接梁翼缘板与腹板的连接焊缝，屋架中弦杆与节点板接梁翼缘板与腹板的连接焊缝，屋架中弦杆与节点板的连接焊缝，以及梁的支承加劲肋与腹板连接焊缝等，的连接焊缝，以及梁的支承加劲肋与腹板连接焊缝等，计算长度可不受上述限制计算长度可不受上述限制。33 角焊缝的构造与计算 332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求o 角焊缝的焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热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

29、，以及焊缝严重，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中可能产生的其他缺陷( (气孔、非金属夹杂等气孔、非金属夹杂等) )，使焊，使焊缝不够可靠缝不够可靠。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，o 试验结果表明，图中33 角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求o 为此规定：为此规定：应使每条侧焊缝的长度不小于两侧应使每条侧焊缝的长度不小于两侧焊缝之间的距离，即焊缝之间的距离，即b/lw1。o 两侧面角焊缝之间距离两侧面角焊缝之间距离b也不宜大于也不宜大于16t(t12mm)或或200mm(t12mm)

30、，t为较薄焊为较薄焊件的厚度，以免因焊缝横向收缩，引起板件向件的厚度，以免因焊缝横向收缩，引起板件向外发生较大拱曲外发生较大拱曲。33 角焊缝的构造与计算332 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求o 在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时在搭接连接中，当仅采用正面角焊缝时( 图图3.16)，其搭接长度不得小于焊件较小厚度的其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，也不得小倍，也不得小于于25mm。o 杆件端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面杆件端部搭接采用三面围焊时，在转角处截面突变，会产生应力集中，如在此处起灭弧，可能出现突变，会产生应力集中，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

31、的影响弧坑或咬肉等缺陷，从而加大应力集中的影响。故所故所有围焊的转角处必须连续施焊。有围焊的转角处必须连续施焊。o 对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为处时，可连续地作长度为2 hf的绕角焊。的绕角焊。33 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算333 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（key point)试验表明，直试验表明，直角角焊缝隙的破坏常发生角角焊缝隙的破坏常发生在喉部，常假定：在喉部，常假定：直角角直角角焊缝是以焊缝是以45方向的最小方向的最小截面截面(即有效厚度与焊缝计即有效厚度与焊缝计算长度

32、的乘积算长度的乘积)破坏破坏，该截，该截面称为面称为有效截面或计算截有效截面或计算截面。面。因此焊缝的计算在计因此焊缝的计算在计算截面上进行。算截面上进行。：作用于焊作用于焊缝有效截面上的应力如缝有效截面上的应力如图所示，这些应力包括：图所示，这些应力包括：垂直于焊缝有效截面的垂直于焊缝有效截面的正应力正应力，垂直于焊缝垂直于焊缝长度方向的长度方向的垂直剪应力垂直剪应力，以及沿焊缝长度方以及沿焊缝长度方向的向的平行剪应力平行剪应力 ：根据能量强度理论，焊缝中任根据能量强度理论，焊缝中任意节点的折算应力公式为：意节点的折算应力公式为： o 由于规范规定的角焊缝强度设计值由于规范规定的角焊缝强度设

33、计值 是根据是根据抗剪条件确定的，而抗剪条件确定的，而 相当于角焊缝的相当于角焊缝的抗拉强度设计值抗拉强度设计值 。o 应用上式进行设计时，需要计算有效截面上的应力应用上式进行设计时，需要计算有效截面上的应力分量，较为繁难。为此对验算公式进行分量，较为繁难。为此对验算公式进行简化简化wff3)(32/22wuf)(32/22wff3wufwffo1o1o1o133 角焊缝的构造与计算333 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o1334 各种受力状态下直角角焊缝连接的计算各种受力状态下直角角焊缝连接的计算o1o1o 应该指出的是上述计算方法中，假定轴心力产生的应应该指出的是

34、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，在图力为平均分布。实际上，在图3.313.31所示轴心力作用下，所示轴心力作用下，水平焊缝为正面焊缝，而竖直焊缝为侧面焊缝，两者水平焊缝为正面焊缝，而竖直焊缝为侧面焊缝，两者单位长度分担的应力是不同的，前者较大后者较小。单位长度分担的应力是不同的，前者较大后者较小。显然，轴心力产生的应力假设为平均分布，与前面基显然，轴心力产生的应力假设为平均分布，与前面基本公式推导中，考虑焊缝方向的思路不符。同样，在本公式推导中，考虑焊缝方向的思路不符。同样，在确定形心位置以及计算扭矩下所产生的应力时，也没确定形心位置以及计算扭矩下所产生的应力时，也没有

35、考虑焊缝方向，而只在最后验算式中引起了系数，有考虑焊缝方向，而只在最后验算式中引起了系数，上面计算方法有一定的近似性。上面计算方法有一定的近似性。335 斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算。 但考虑到以前对斜角角焊缝很少研究；而且我国采用的计但考虑到以前对斜角角焊缝很少研究；而且我国采用的计算公式也是根据直角角焊缝简化得出的。因此对斜角角焊算公式也是根据直角角焊缝简化得出的。因此对斜角角焊缝不论其有效截面上的应力情况如何，都按承受剪应力考缝不论其有效截面上的应力情况如何，都按承受剪应力考虑，即不考虑焊缝的方向，一律即虑，即不考虑焊缝的方向，一律即 (或或 )=1.0。ff335 斜角角焊缝的计算

36、斜角角焊缝的计算o 在确定焊缝有效厚度时在确定焊缝有效厚度时(图图3.32)，假定焊缝在其所成，假定焊缝在其所成夹角的最小斜面上发生破坏。因此，钢结构设计规范规夹角的最小斜面上发生破坏。因此，钢结构设计规范规定：当两焊脚边夹角定：当两焊脚边夹角60 90或或 o 90 135，且根部间隙不大于，且根部间隙不大于1.5mm时，时，o 焊缝有效厚度为：焊缝有效厚度为：2cosahhfeaa335 斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算o 当根部间隙大于当根部间隙大于1.5mm时，则焊缝有效厚度取为时，则焊缝有效厚度取为：2cos)sin(aahhfe根部间隙34 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算

37、对接焊缝的构造对接焊缝的构造：对接焊缝的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝。坡口对接焊缝的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。形式与焊件厚度有关。当焊件厚度很小当焊件厚度很小(t10mm时，时，可用直边缝。对于一般厚度可用直边缝。对于一般厚度(t=1020mm)的焊件可的焊件可采用具有斜坡口的采用具有斜坡口的焊缝焊缝。斜坡口和。斜坡口和共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透；透；有托住熔化金属的作用。有托住熔化金属的作用。34 对接焊缝的构造与计算：对于较厚的焊件对于较厚的焊件(t20mm)，则则(图图3.33)。

38、对于。对于V形缝和形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊。对接形缝需对焊缝根部进行补焊。对接焊缝坡口形式的选用，应根据板厚和施工条件按现行标准手焊缝坡口形式的选用，应根据板厚和施工条件按现行标准手工电弧焊焊接头的基本型式与尺寸和埋弧焊焊接接头的基工电弧焊焊接头的基本型式与尺寸和埋弧焊焊接接头的基本型式与尺寸的要求进行。本型式与尺寸的要求进行。34 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差度相差4 4mmmm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向以上时，应分别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

39、坡度不大于1 1：2.52.5的的 斜角斜角( (图图3.34)3.34)，以使截面过渡和缓，减小应力集中。，以使截面过渡和缓，减小应力集中。34 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算o 在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对承载力影响极大，故焊缺陷对承载力影响极大，故焊 接一般应设置引弧板接一般应设置引弧板( (图图3.35)3.35)，焊后将割除。对受静力荷载的结构设置引，焊后将割除。对受静力荷载的结构设置引弧板有困难时，允许不设置引弧板，此时，可令焊缝弧板有困难时，允许不设置引弧板，此时，可令焊缝计算长度等于实际长度减计算长度等于实

40、际长度减2 2t t ( (此处此处t t为较薄焊件厚度为较薄焊件厚度) )。对接焊缝的计算对接焊缝的计算 对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝质量的检验标准等因素有关。因此：质量的检验标准等因素有关。因此：。 （如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是高于如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是高于母材的。但由于焊接技术问题，焊缝中可能有气孔、夹渣、母材的。但由于焊接技术问题，焊缝中可能有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。实验证明，焊接缺陷对受压、受剪咬边、未焊透等缺陷。实验证明，焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为受压、

41、受剪的对接焊缝与的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。当缺但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。当缺陷面积与焊件截面积之比超过陷面积与焊件截面积之比超过5%5%时，对接焊缝的抗拉强度时，对接焊缝的抗拉强度将明显下降将明显下降。）。）轴心受力的轴心受力的三级质量检验的对接焊缝，按下式计算：对接焊缝，按下式计算：342 对接焊缝的计算对接焊缝的计算： 如果用直缝不能满足强度要求时，可采用如图3.36(b)所示的斜对接焊缝。计算证明，焊缝与作用力间的夹角满足 tg1.5时，斜焊缝的强度不低于母材强度，可不再进行验算。(2)承受弯矩和剪

42、力共同作用的对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝(2)承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝2 部分焊透的对接焊缝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3.39(a)所示的焊透对接焊缝是不必要的；如采用角焊缝图3.39(b)，形又不平整；采用不焊透的对接焊缝图3.39(c)，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：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寸。形式和尺

43、寸。 坡口形式分坡口形式分V形、单边形、单边V形和形和U形，由下图可见，形，由下图可见，不焊透不焊透的对接焊缝可视为在坡口内焊接的角焊缝的对接焊缝可视为在坡口内焊接的角焊缝，故其强度计算方，故其强度计算方法与前述直角角焊缝相同，但偏安全地取法与前述直角角焊缝相同，但偏安全地取 =1.0。其焊缝有。其焊缝有效高度和效高度和焊缝根部至焊缝表面焊缝根部至焊缝表面( (不考虑余高不考虑余高) )的最短距离的最短距离S S相关相关 f2 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝 对对U形和坡口角度形和坡口角度 60的的V形坡口，焊缝有效厚度形坡口，焊缝有效厚度he = S；但对于但对于 60的的V形坡口焊缝

44、，考虑到焊缝根部处不形坡口焊缝，考虑到焊缝根部处不易焊满，因而将易焊满，因而将he降低，即降低，即he =0.75S；对单边对单边V形坡口焊缝则形坡口焊缝则取取he = S3mm。a2 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝ao 当熔合线处当熔合线处焊缝截面边长焊缝截面边长等于或接近于等于或接近于最短距离最短距离S S时时 下图下图 ( (b)b)、(c)(c)、(d)(d)，应验算焊缝在熔合线上的抗剪应验算焊缝在熔合线上的抗剪强度，其强度设计值取强度，其强度设计值取0.90.9倍角焊缝的强度设计值。倍角焊缝的强度设计值。o 部分焊透对接焊缝的最小有效厚度为部分焊透对接焊缝的最小有效厚度为1.5

45、 1.5 ，t t为为坡口所在焊件的较大厚度坡口所在焊件的较大厚度( (单位取单位取mm)mm)。t2 部分焊透的对接焊缝部分焊透的对接焊缝35 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形351 焊接应力的分类和产生的原因焊接应力的分类和产生的原因 焊接连接因方便快捷，在钢结构工程中得到了广泛焊接连接因方便快捷，在钢结构工程中得到了广泛使用，但因为施焊过程中使用，但因为施焊过程中不均匀温度场不均匀温度场的存在，会产生的存在，会产生两类问题：两类问题：o焊接残余应力焊接残余应力：对结构和构件的力学性能及承载：对结构和构件的力学性能及承载力产生不利影响。种类有有沿焊缝长度方向的纵向力产生不利影响。种类有

46、有沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。沿厚度方向的焊接应力。o焊接残余变形焊接残余变形：构件外形发生扭曲：构件外形发生扭曲 这两类问题都直接影响到结构的安全和正常使用，这两类问题都直接影响到结构的安全和正常使用，因此必须防止和考虑其不利影响。因此必须防止和考虑其不利影响。351 焊接应力的分类和产生的原因焊接应力的分类和产生的原因 焊接过程是一个焊接过程是一个不均匀加热和冷却的不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，过程。在施焊时，焊件上产生焊件上产生，焊缝及，焊缝及其附近温度最高，其附近温度最高，可达可达

47、1600以上，以上，而邻近区域温度而邻近区域温度则急剧下降则急剧下降(图图3.41)。 。温度高的钢材膨胀大，但受到两侧温度较低、膨胀量较小的钢材所限制，产生了。在低碳钢和低合金钢中，这种拉应在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力经常达到钢材的屈服强度力经常达到钢材的屈服强度。 焊接应力是一种无荷载作用下的内应力，因此会在焊接应力是一种无荷载作用下的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区段内产生焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区段内产生压应力压应力图图3.41(c)。 横向焊接应力产生的横向焊接应力产生的原因有二：原因有二：由于焊缝焊完后，整由于焊缝焊完后，整体上要发生纵向收

48、缩，使体上要发生纵向收缩，使两块钢板形成反方向的弯两块钢板形成反方向的弯曲变形，但焊缝已将两块曲变形，但焊缝已将两块钢板连成整体，不能分开，钢板连成整体，不能分开，于是两块板之间产生横向于是两块板之间产生横向拉应力，而两端则产生压拉应力，而两端则产生压应力应力图图 (b)。 横向焊接应力产生的原因有二：横向焊接应力产生的原因有二：由于先焊的焊缝已经凝固，：由于先焊的焊缝已经凝固，阻止后焊的焊缝在横向自由膨胀，阻止后焊的焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向的使其发生横向的热塑性压缩热塑性压缩。当。当焊缝冷却时，后焊焊缝的焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受收缩受到到已凝固的焊缝已凝固的焊缝限制限制而产生横向

49、而产生横向拉应力拉应力，而先焊部分则产生横向，而先焊部分则产生横向压应力，因应力自相平衡，更远压应力，因应力自相平衡，更远处 的 焊 缝 则 受 拉 应 力处 的 焊 缝 则 受 拉 应 力 图图3.42(c)。 横向焊接应力为上述两种原横向焊接应力为上述两种原因产生的合应力因产生的合应力 图图 (d)。 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有纵向和横向焊接应力外，还施焊。因此，除有纵向和横向焊接应力外，还存在着沿钢板厚度方向的焊接应力存在着沿钢板厚度方向的焊接应力(图图3.43)。这三种应力形成同号三向应力，将大大降低连这三种应力形成同号三向应力，将大大降低连接的塑性。接的塑性。352 焊接应力对结构性能的影响焊接应力对结构性能的影响。 设轴心受拉构件在受荷前设轴心受拉构件在受荷前(N=0)截面上就存