第三章钢结构的连接角焊缝设计

1、第第 1 页页3.3 3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 P30直角焊缝直角焊缝斜角焊缝斜角焊缝3.3.1 角焊缝的形式角焊缝的形式（1）按按两焊角边夹角划分两焊角边夹角划分 除钢管结构外除钢管结构外, 对于对于135o或或12mm）b b190mm（t 12mm）t第第 14 页页（6 6）搭接连接的构造要求）搭接连接的构造要求3.3.2 角焊缝截面尺寸角焊缝截面尺寸 在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的的5 5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm25mm。t1t225,51t第第 15 页页3.3.2 角焊缝构造要求汇总角焊缝构造

2、要求汇总 角焊缝构造尺寸要求 部位 项目 构 造 要 求 备 注 上限 12.1 thf（钢管构件除外） ； 对板件：mmthmmtthmmtff)21(66时，时， 圆孔或槽孔内的角焊缝，fh尚不宜大于圆孔直径 和槽孔短径的 1/3 1t为较薄焊件厚度，t为板边角焊缝的板件厚度 焊脚尺寸fh 下限 25.1thf；当42t时，thf 2t为较厚焊件厚(当采用低氢型碱性焊条施焊时，2t可采用较薄焊件的厚度)。对自动焊可减 1mm；对单面T 形焊应加 1mm 上限 fwhl60 若超出限值， 则超出部分在计算中不予考虑。内力沿侧缝全长均匀分布者不限 焊缝长度wl 下限 fwhl8 和 mm40

3、长度wl dlw wl为每条侧面焊缝的长度，d为两条侧面焊缝之间的距离 板件端部与节点板仅用两侧面角焊缝连接 距离d 时；时mmtmmdmmttd121901216111 1t为较薄焊件厚度 搭接连接 搭接最小长度 15t及mm25 1t为较薄焊件厚度 第第 16 页页角焊缝的其它构造要求：角焊缝的其它构造要求：3.3.2 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求(1) 承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。焊缝不宜采用不焊透的对接焊缝。(2) 在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形

4、或凹形，焊脚尺寸的比例：对正面角做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：对正面角焊缝宜为焊缝宜为1:1.5,长边顺内力方向；对侧面角焊缝可长边顺内力方向；对侧面角焊缝可为为1:1。(3) 在次要构件或次要焊接连接中，可采用断续角在次要构件或次要焊接连接中，可采用断续角焊缝。断续角焊缝之间的净距，不应大于焊缝。断续角焊缝之间的净距，不应大于15t（对（对受压构件）或受压构件）或30t（对受拉构件），（对受拉构件），t为较薄焊件的为较薄焊件的厚度。厚度。 第第 17 页页3.3.3 3.3.3 角焊缝受力特点角焊缝受力特点第第 18 页页侧焊缝受力特点侧焊缝受力特点ffehwl第第 19 页页侧焊缝受力

5、特点侧焊缝受力特点（1）主要受剪应力，分布不均。）主要受剪应力，分布不均。（2）强度相对较低，塑性较好。）强度相对较低，塑性较好。（3）破坏常发生在近似）破坏常发生在近似45 斜平面上斜平面上第第 20 页页端焊缝受力特点端焊缝受力特点ff第第 21 页页应力状态复杂，正、剪应力都有，应力状态复杂，正、剪应力都有，且分布很不均匀；且分布很不均匀；根部应力集中最厉害，常常是开裂根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点；的起源点；焊缝破坏强度高，但塑性差。焊缝破坏强度高，但塑性差。ABCD端焊缝受力特点端焊缝受力特点破坏模式第第 22 页页90侧焊缝侧焊缝0端焊缝端焊缝荷载变形曲线荷载变形曲线端焊缝

6、与侧焊缝的比较端焊缝与侧焊缝的比较第第 23 页页hfhehh1h2deh-h-焊缝厚度焊缝厚度h h1 1熔深熔深h h2 2凸度凸度dd焊趾焊趾ee焊根焊根3.3.3 3.3.3 直角直角角焊缝强度计算基本公式角焊缝强度计算基本公式第第 24 页页计算截面计算截面 均取焊缝均取焊缝4545有效截面（假定破坏截面）有效截面（假定破坏截面）有效焊缝高度有效焊缝高度 h e 0.7 h f ( (焊缝高度焊缝高度) )h fh fh e有效截面有效截面焊缝计算长度焊缝计算长度lwl -2h f（每端扣（每端扣h f ）hfhehh1h2de3.3.3 3.3.3 直角直角角焊缝强度计算基本公式角

7、焊缝强度计算基本公式第第 25 页页N3.3.3 3.3.3 直角直角角焊缝强度计算基本公式角焊缝强度计算基本公式N第第 26 页页3.3.3 3.3.3 直角直角角焊缝强度计算基本公式角焊缝强度计算基本公式NN应力应力nfnfffffcosfnsinfnff22f22f第第 27 页页3.3.3 3.3.3 直角直角角焊缝强度计算基本公式角焊缝强度计算基本公式NNxNyNNx=N sinNy=N cos端焊端焊f侧焊侧焊ff第第 28 页页fAff第第 29 页页222wt3()ff破坏面上破坏面上A点折算应力点折算应力 ：3.3.3 3.3.3 直角直角角焊缝强度计算基本公式角焊缝强度计算

8、基本公式fA又又wt3wfff222wf3()3ff整理得：整理得：2221()3wfff第第 30 页页3.3.3 3.3.3 直角直角角焊缝强度计算基本公式角焊缝强度计算基本公式fA又又即：即：2221()3wfff22f带入整理得：带入整理得：2223wffff22()1.22fwfff第第 31 页页3.3.3 3.3.3 直角直角角焊缝强度计算基本公式角焊缝强度计算基本公式fA又又带入整理得：带入整理得：22()1.22fwfffffcosfnsinfn21sin13wffnfwfffNnfff第第 32 页页 构件钢材 对接焊缝 角焊缝 焊缝质量为下列等级时，抗拉wtf 焊接方法

9、和焊条型号 牌号 厚度或直径 （mm） 抗压 wcf 一级、二级 三级 抗剪 wvf 抗拉、 抗压 和抗弯 wff 16 215 215 185 125 1640 205 205 175 120 4060 200 200 170 115 自动焊、 半自动焊和E43型焊条的手工焊 Q235 钢 60100 190 190 160 110 160 16 310 310 265 180 1635 295 295 250 170 3550 265 265 225 155 自动焊、 半自动焊和E50型焊条的手工焊 Q345 钢 50100 250 250 210 145 200 16 350 350 3

10、00 205 1635 335 335 285 190 3550 315 315 270 180 Q390 钢 50100 295 295 250 170 220 16 380 380 320 220 1635 360 360 305 210 3550 340 340 290 195 自动焊、 半自动焊和E55型焊条的手工焊 Q420 钢 50100 325 325 275 185 220 角角焊缝强度设计值焊缝强度设计值第第 33 页页角焊缝计算长度：角焊缝计算长度：2wfllh 强度增大系数强度增大系数 f静载、静载、 间接动载间接动载 ：按公式计算；：按公式计算；直接动载直接动载 ：=1

11、.0第第 34 页页.4典型节点典型节点受轴心力作用时受轴心力作用时 =0，侧面角焊缝，侧面角焊缝NNxNyNNx=N sinNy=N cos端焊端焊f侧焊侧焊f21sin13wffnf1.0f22()1.22fwfffwfff得：得：第第 35 页页0.7wfffwNfh l.4典型节点典型节点受轴心力作用时受轴心力作用时 =0，侧面角焊缝，侧面角焊缝1.0f假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上的假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上的应力均布应力均布ffehwl第第 36 页页.4典型节点典型节点受轴心力作用时受轴心力作用时 =90，端焊缝，端焊缝

12、NNxNyNNx=N sinNy=N cos端焊端焊f侧焊侧焊f21sin13wffnf1.22f22()1.22fwfffwffff得：得：第第 37 页页0.71.22wfffwNfh l.4典型节点典型节点受轴心力作用时受轴心力作用时1.22f假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上的假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上的应力均布应力均布 =90，端焊缝，端焊缝0.7wfffwNfh l第第 38 页页.4典型节点典型节点受轴心力作用时受轴心力作用时 0 90 21sin13wffnfNnfff假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上的假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上

13、的应力均布应力均布0.7wffffwNnfh l第第 39 页页.4典型节点典型节点受轴心力作用时受轴心力作用时( (总结）总结）N0.71.22wfffwNfh l0.7wfffwNfh l0.7wffffwNnfh l假定：轴心力假定：轴心力作用下，焊缝作用下，焊缝有效截面上的有效截面上的应力均布应力均布第第 40 页页 端焊缝强度增大系数端焊缝强度增大系数 f直角焊缝直角焊缝斜角焊缝斜角焊缝 1.01.22 静载、静载、 间接动载间接动载 1.0 直接动载直接动载 第第 41 页页两边侧焊两边侧焊验算验算认为焊缝有效截面上认为焊缝有效截面上应力均匀分布应力均匀分布一条单独

14、的焊缝，每端扣除一条单独的焊缝，每端扣除hf3.3.4 3.3.4 典型节点典型节点拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用第第 42 页页两边端焊两边端焊验算验算认为焊缝有效截面上认为焊缝有效截面上应力均匀分布应力均匀分布3.3.4 3.3.4 典型节点典型节点拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用端焊缝强度提高系端焊缝强度提高系数数第第 43 页页验算验算四周围焊四周围焊当焊缝受直接动力荷载时：当焊缝受直接动力荷载时：由端焊缝由端焊缝N1再验算侧焊缝再验算侧焊缝N1,lw1N2，lw221NNN3.3.4 3.3.4 典型节点典型节点拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴

15、力N N作用作用11wffewNfhl22wfewNfhlwfewNfhl第第 44 页页减小拼接板角部减小拼接板角部应力集中应力集中四周菱形围焊四周菱形围焊简化验算简化验算 无论静载、动载无论静载、动载3.3.4 3.3.4 典型节点典型节点拼接板连接承受轴力拼接板连接承受轴力N N作用作用wfewNfhlwfewifiNfhl验算验算第第 45 页页be1e2三面围焊三面围焊3.3.4 3.3.4 典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接承受轴拼接板连接承受轴力力N N作用作用肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-lw2hf1-lw1hf3-lw3关键关键求解求解N1、N2、N3由由N3按

16、按端端焊缝受焊缝受轴心力设计轴心力设计由由N1 、N2按按侧侧焊焊缝受轴心力设计缝受轴心力设计第第 46 页页三面围焊三面围焊be1e2肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-lw2hf1-lw1hf3-lw3平面平行力系平面平行力系（1 1）求解）求解N33330.7wffwfNhfl按构造要求设按构造要求设hf3，解出，解出N3第第 47 页页三面围焊三面围焊be1e2肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-lw2hf1-lw1hf3-lw3（2 2）求解）求解N1、N2对对N2取矩：取矩：1N b+32bN=2Ne整理得：整理得：3212NeNNb312NN（3.12）第第 48 页页三

17、面围焊三面围焊be1e2肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-lw2hf1-lw1hf3-lw3（2 2）求解）求解N1、N2对对N1取矩：取矩：2N b+32bN=1Ne整理得：整理得：3122NeNNb322NN（3.13）第第 49 页页角钢类型角钢类型连接形式连接形式内力分配系数内力分配系数肢背肢背1肢尖肢尖2等肢角钢等肢角钢0.700.30不等肢角钢不等肢角钢短肢连接短肢连接0.750.25不等肢角钢不等肢角钢长肢连接长肢连接0.650.353.3.4 3.3.4 典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接承受轴拼接板连接承受轴力力N N作用作用第第 50 页页三面围焊三面围焊be1e

18、2肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-lw2hf1-lw1hf3-lw3（3 3）侧焊）侧焊缝设计缝设计肢背焊缝：肢背焊缝：1110.7fwfwNflh肢尖焊缝：肢尖焊缝：2220.7wfwNflh312fffhhh可求可求12wwll、第第 51 页页三面围焊三面围焊be1e2肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝hf2-lw2hf1-lw1hf3-lw3（3 3）侧焊）侧焊缝设计缝设计肢尖焊缝实长：肢尖焊缝实长：111wfllh222wfllh肢背焊缝实长：肢背焊缝实长：转角处连续施焊转角处连续施焊第第 52 页页两边侧焊两边侧焊3.3.4 3.3.4 典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接

19、承受轴拼接板连接承受轴力力N N作用作用关键关键求解求解N1和和N2分别按侧焊缝受轴心力分别按侧焊缝受轴心力设计肢背和肢尖焊缝设计肢背和肢尖焊缝肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝bhf1-lw1hf1-lw1第第 53 页页两边侧焊两边侧焊3.3.4 3.3.4 典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接承受轴拼接板连接承受轴力力N N作用作用肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝bhf1-lw1hf1-lw13112NNN3222NNN肢背焊缝：肢背焊缝：1110.7fwfwNflh肢尖焊缝：肢尖焊缝：2220.7wfwNflh第第 54 页页两边侧焊两边侧焊3.3.4 3.3.4 典型节点角钢与典型节

20、点角钢与拼接板连接承受轴拼接板连接承受轴力力N N作用作用肢背焊缝肢背焊缝肢尖焊缝肢尖焊缝bhf1-lw1hf1-lw1肢尖焊缝实长：肢尖焊缝实长：1112wfllh2222wfllh肢背焊缝实长：肢背焊缝实长：绕角施焊绕角施焊第第 55 页页角钢用角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算型焊缝与节点板连接的焊缝计算 由由 N2 = 0得：得：3.3.4 3.3.4 典型节点角钢与典型节点角钢与拼接板连接承受轴拼接板连接承受轴力力N N作用作用3112NNN3222NNN322NN112()NNblw2绕角施焊绕角施焊第第 56 页页ffMyImaxwfffwMfW 任一点任一点A处：处：式中

21、式中 Ww角焊缝有效截面的截面模量。角焊缝有效截面的截面模量。3.3.4 3.3.4 典型节点典型节点弯矩单独作用时弯矩单独作用时的焊缝计算的焊缝计算 M0.7hflwA31(0.1227)ffwIh l21(0.7)26wfwWhl第第 57 页页3.3.4 3.3.4 典型节点弯矩、剪力、轴向力典型节点弯矩、剪力、轴向力共同作用共同作用 时时的焊缝计算的焊缝计算1、求出单独外力作用下的角焊缝的应力，分别用、求出单独外力作用下的角焊缝的应力，分别用 和和 表示。表示。ff2、将焊缝截面上、将焊缝截面上同一点同一点处的应力值进行叠加，而处的应力值进行叠加，而不是最大应力值进行叠加。不是最大应力

22、值进行叠加。第第 58 页页梁柱连接受弯矩梁柱连接受弯矩M、剪力、剪力V、轴力、轴力N 作用作用wffwawMaNfafIMyAN危险点危险点 a：验算验算wffbffbf22, bfbNMbfbvwwwMyNVAIA危险点危险点 b：仅腹板仅腹板焊缝截面焊缝截面梁柱连接梁柱连接 整个焊缝截面整个焊缝截面 焊缝应力分布焊缝应力分布 弯矩弯矩 轴力轴力 剪力剪力 加劲肋加劲肋整个截面整个截面Aw, Iw第第 59 页页A3.3.4 3.3.4 典型节点典型节点扭矩单独作用时扭矩单独作用时的焊缝计算的焊缝计算 xyToxyToTfAnTfATfA22()1.22fwfffATfApT rnIrAs

23、inTTfAfAnsinApTrIpATyIyAcosTTfAfAncosApTrIpATxIxA第第 60 页页焊缝截面焊缝截面 =V(a+e)Vf AewVhl剪力剪力V产生的产生的A点应力点应力牛腿焊接牛腿焊接 扭矩、剪力、轴力作用扭矩、剪力、轴力作用 , fyyyTTTxf Af AzwzwzwzwzwrTrrTrTrTrTrIIrIIrI轴力轴力N产生产生A点点的应力的应力Nf AewNhl扭矩扭矩T产生产生A点的应力点的应力第第 61 页页焊缝截面焊缝截面 =V(a+e)TVff Af ATNff Af AX方向合应力方向合应力：Y方向合应力：方向合应力：wfffff22验算：验算

24、：A A点：点：牛腿焊接牛腿焊接 扭矩、剪力、轴力作用扭矩、剪力、轴力作用第第 62 页页第第 63 页页第第 64 页页3.5 3.5 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形 P48焊接变形：焊接变形： 钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。中产生的变形称为焊接变形。焊接应力：焊接应力： 焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接产

25、生的原因：产生的原因：钢材高温膨胀时产钢材高温膨胀时产生了热态塑性压缩生了热态塑性压缩第第 65 页页3.5.1 3.5.1 焊接应力的分类焊接应力的分类纵向焊接应力沿焊缝方向纵向焊接应力沿焊缝方向横向焊接应力垂直焊缝方向横向焊接应力垂直焊缝方向厚度方向焊接应力厚度方向焊接应力X ( (横向焊接应力横向焊接应力) ) Y (纵向焊接应力 )Z ( (厚度方向厚度方向焊接应力焊接应力) )焊缝焊缝第第 66 页页纵向焊接应力纵向焊接应力平平 板板 工字形截面工字形截面3.5.1 3.5.1 焊接应力的分类焊接应力的分类两板焊接两板焊接 焊缝区受拉、两侧受压焊缝区受拉、两侧受压焊接工字钢焊接工字钢腹板中央受压，两端受拉翼缘中央受拉，腹板中央受压，两端受拉翼缘中央受拉， 两端受压两端受压第第 67 页页第一部分第一部分 施焊施焊方向方向收缩收缩横向焊接应力横向焊接应力应力分布应力分布 第二部分第二部分 = =合成合成 应力应力3.5.1 3.5.1 焊接应力的分类焊接应力的分类A. 焊缝纵向收缩导致两块板反向弯曲中间横向受拉，焊缝纵向收缩导致两块板反向弯曲中间横向受拉，两端受压两端受压B. 施焊先后不同，则冷却时间不同，导