钢结构角焊缝课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,角焊缝截面型式,按两焊脚边的夹角分,角焊缝,直角焊缝,（图,3,8a,、,b,、,c,）,斜角焊缝,（图,3,8d,、,e,、,f,、,g,）,图,3-8,角焊缝的型式,d),e),f),g),a),c),b),角焊缝,角焊缝截面型式角焊缝直角焊缝（图38a、b、c）斜,直角焊缝：,=90,0,又分：普通焊缝（,a,图）、平焊缝（,b,图）、,凹焊缝（,c,图）。,45,B,A,C,E,D,h,f,h,f,h,e,图,3,8a,a),c),b),图中，,h,f,焊脚尺寸，,h,e,焊缝有效厚度。,并有，,h,e,=0.7h,f,，,h,e,总是,45,0,斜面上的最小高度。,直角焊缝：=90045BACEDhfhfhe,普通焊缝：,两焊脚尺寸都等于,h,f,，常用。但应力集中较严重（,a,、,b,处材料突变严重）。,a),普通焊缝,平焊缝：,是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至,1.5h,f,而,成。易焊，应力集中介于普通焊缝与凹焊缝之间。,凹焊缝：,两边的焊缝宽度被加宽成凹面，应力集中小，用于受动荷的结构中可提高疲劳强度，但手工焊费工。,b),平焊缝,c),凹焊缝,a,b,普通焊缝：两焊脚尺寸都等于hf，常用。但应力集中较,2,、焊缝的施焊方位,平焊、立焊、横焊、仰焊。,图,3,9,施焊位置,b),c),a),焊条,d),斜角焊缝：,60,0,120,0,斜角焊缝除用于焊接管道外，,不作受力焊缝使用。,d),直角焊缝最常用。,2、焊缝的施焊方位图39 施焊位置b)c)a),平焊,俯焊，环境轻松，施焊质量易保证。,横、立、仰焊,工地施焊难以避免，施焊环境差，质,量较难保证。仰焊最突出，应尽量避,免。,图,3,9,施焊位置,a),焊条,平焊,d),仰焊,b),立焊,c),立焊,平焊俯焊，环境轻松，施焊质量易保证。图3,3,、焊接的连接型式,对接,（图,3,10a,、,b,）、,搭接,（图,c,、,d,）、,T,型连接,（图,e,、,f,）。,图,3,10,焊接接头的型式,e),双面角焊缝,a),力线,b),力线,盖板,c),d),f),K,形焊缝,对接焊缝对接特,点：传力简捷、受力性,能好、静力和疲劳强度,高、省材料。工艺较复,杂、加工费时。,对接又分对接焊缝,对接（,a,图）和双层盖,板对接（,b,图）。,3、焊接的连接型式图310 焊接接头的型式e)双,双层盖板对接特点：允许下料尺寸有较大偏差，制造省工。缺点是费钢费焊条，传力经过盖板应力集中严重，因而静力和疲劳强度较低。,c),d),b),力线,盖板,搭接连接的特点和加盖板的对接连接相同。,双层盖板对接特点：允许下料尺寸有较大偏差,优点：是省工省料。,缺点：是焊件截面有突变，应力集中严重、疲劳强度低。,适合于在不直接承受动力荷载的结构中使用。,e),双面角焊缝,f),K,形焊缝,T,型连接的基本形式如,e,图，由双面焊缝组成。,为了减轻应力集中，提高疲劳强度，改进为,K,型坡口的对接焊缝（,f,图），从而可用于重级和特重级工作制吊车梁上翼缘和腹板的连接。,优点：是省工省料。e)双面角焊缝f)K形焊缝,前面讲了焊缝型式：对接焊缝、角焊缝。,连接型式：由两类焊缝（对接焊缝、角焊缝）组成的三种连接（对接连接、搭接连接、,T,型连接）。,图,3,10,焊接接头的型式,e),双面角焊缝,a),力线,b),力线,盖板,c),d),f),K,形焊缝,后面，要讲焊缝的验算。包括两个方面：,焊缝的承载能力（设计强度）；,荷载效应（各种荷载时焊缝有效截面的应力及其计算）。,下面就介绍焊缝设计强度问题。,前面讲了焊缝型式：对接焊缝、角焊缝。图31,4,、焊缝的强度设计值,焊缝强度与焊接方法、焊条型号、被焊接构件钢材的钢号、焊缝型式、焊接质量以及焊缝受力状态有关。,规范,给出了各种情况的焊缝强度设计值，表。,4、焊缝的强度设计值,3.3,角焊缝及其连接的构造和计算,图,3,11,直角角焊缝的种类,N,a),N,b),N,c),侧焊缝,（,a,图）：外力与焊缝轴线平行，,端焊缝,（,b,图）：外力与焊缝轴线垂直，,斜焊缝,（,c,图）：外力与焊缝轴线斜交。,按照作用力和焊缝关系（图,3,11,），直角角焊缝分为：,3.3 角焊缝及其连接的构造和计算图311 直角角焊缝的,焊缝是一块体，应力状态复杂，计算时把直角三角形以外的部分去掉，按有效厚度,h,e,确定最危险截面（顺着焊缝方向的平面），通常称为有效截面，对有效截面进行验算。,有效截面,焊缝两焊脚面交线（,aa,）与有效厚度,h,e,组成的截面（图,3,13,中,add,a,）。,h,f,d,c,b,a,d,c,b,a,h,e,h,f,h,f,h,f,h,e,焊缝是一块体，应力状态复杂，计算时把直角三角形以外的,1,、应力分析,（,1,）侧焊缝,有效截面上只有与焊缝,长度方向平行的剪应力,。,图,3,12,这些剪应力实际分布不均。试验表明两头大中间小。考虑到出现塑性后应力重分布，规范规定在焊缝长度范围内按均匀分布计算。,N,N,N,N,1、应力分析图312 这些剪应力实际,（,2,）端（正面）焊缝,N/2,B,2,N,A,B,1,N/2,a,b,c,N/2,B,2,N,A,N/2,N/2,有效截面上与焊缝长度方向垂直的正应力,和剪应力,。,（2）端（正面）焊缝N/2B2NAB1N/2abcN/2B2,（,3,）一般受力的焊缝,F,N,V,作用在,T,字型焊缝上的一般方向的力,N,，分解为平行于焊缝方向的力,V,和垂直于的焊缝方向力,F,。,分解为：,和,。,V,产生,；,F,产生，,有效截面上有：,、,、,。,（3）一般受力的焊缝FNV 作用在T字型,（,4,）各种受力情况下焊缝有效截面应力归纳,N,一般受力焊缝,N,侧焊缝,N,端焊缝,有效截面应力,、,、,、,（4）各种受力情况下焊缝有效截面应力归纳N一般受力焊缝,2,、强度验算公式,角焊缝强度验算，针对有效截面,cdd,c,进行。,因为：,理论上，过,cc,线的所有平面中,这块面积最小；,试验表明，角焊缝破坏发生在有效截面（,c,dd,c,）面上。,图,3,13,d,d,h,e,b,c,b,l,w,c,a,a,h,f,b,l,w,c,b,c,a,h,f,h,f,2、强度验算公式 角焊缝强度验算，针对,（,1,）有效截面上的应力状态,前面已经说明：,最一般情况（同时有端焊缝，侧焊缝性质的一般受力焊缝），有效截面上有三个应力,、,、,。,正应力，与焊缝长度方向（,x,）面外垂直,剪应应，与焊缝长度方向（,x,）面内平行,剪应力，与焊缝长度方向（,x,）面内垂直,图,3,14,x,y,z,d,c,d,c,a,a,h,e,（1）有效截面上的应力状态图314xyzdcd,承受的轴向力,N,与,焊缝长度方向平行。,焊缝有效截面上,=0,，,=0,（,a),只有平行与力,N,的剪应力,（图,3,14a,），,为,两焊件间角,焊缝有效面积之和，,每条焊缝计算长度,l,w,取实际长度减,10mm,。,（,3,）受轴心力作用的角焊缝设计验算基本公式,侧焊缝,d,N,a,d,c,c,a,x,l,w,h,e,图,3,14a,=,（,b),N,N,承受的轴向力N与 （3）受轴心力作,y,z,a,d,c,d,c,a,h,e,端焊缝,承受的轴向力,N,与焊缝长度方向,垂直。在焊缝有效截面上，,=0,（,a),只有,和,，,将（,a,）、（,b,）代入（,3,1,）,得,图,3,14b,N,（,b),=,（,3,2),或,N,f,f,w,h,e,l,w,(3,2a),yzadcdcahe 端焊缝将（a）、（b）代入（,=0,（,a),（,b),=,=,sin45,=,，,（,c),将（,a,）、（,b,）、（,c,）代入（,3,1,）,得,（,3,3),或,N1.22,f,f,w,h,e,l,w,(3,3a),（,3,1,）,=0 （a)（b,端焊缝承载能力高于侧焊缝。,因为，应力状态不同。,规范,规定：受静荷载与间接动荷载作用时，用式（,3,3,）或（,3,3a,）计算，受直接动荷载作用时，考虑到端焊缝塑性性能不好，将系数,1.22,去掉，用式（,3,3b,）计算。,N,f,f,w,h,e,l,w,(3,3b),（,3,3),或,N1.22,f,f,w,h,e,l,w,(3,3a),N,f,f,w,h,e,l,w,(3,2a),端焊缝承载能力高于侧焊缝。（33)或,基本公式的应用,实际应用基本公式（,3,2,）（,3,5,）时，还需解决焊缝长度,l,w,和作用在焊缝上的力素,N,的计算问题。下面将对此作些说明。,a),对称侧焊缝,公式,（,3,2a),可写成：,N,f,f,w,h,e,l,w,（,3,6,）,N,N,a,b,c,e,d,f,N,N,其中，,l,w,=,2(ab+de-10mm),或,2(bc+ef-10mm),图,3,14e,基本公式的应用NNabcedfNN其中,b),对称端焊缝,公式,（,3,3a),或（,3,3b,）可写成,N1.22,f,f,w,h,e,l,w,（,3,7,）,或,N,f,f,w,h,e,l,w,（,3,7a,）,式中,l,w,=2(ab-10mm),或,2(cd-10mm),。,a,b,c,d,N,N,N,N,图,3,14f,b)对称端焊缝abcdNNNN图314,c),对称三围焊缝,N,N,a,b,e,f,设,N=N,+N,N,端焊缝（,ab,或,cd,）承担的轴力,N,侧焊缝（,ae,、,bf,或,ec,、,fd,）承担的轴力,图,3,14g,N,N,N,N,a,b,c,d,e,f,c)对称三围焊缝NNabef设,对端焊缝,，有公式（,3,3a,）或（,3,3b,），,则,N,=,f1,f,f,w,h,e,l,w1,受静荷载与间接动荷载作用时，,f1,=1.22,；受直接动荷载作用时，,f1,=1.0,。,l,w1,上下两面,ab,（或,cd,）的计算长度之和。,另一方面,，有,N,=,N,+,N,所以,N,=,f,f,w,h,e,（,f1,l,w1,+,f2,l,w2,）,（,3,8,）,对,侧焊缝,，把公式（,3,2a,）写成：,N,=,f2,f,f,w,h,e,l,w2,l,w2,上下两面,ae,、,bf,或,ec,、,fd,的计算长度之和，,f2,取,1.0,。,对端焊缝，有公式（33a）或（33b）,d),不对称侧焊缝,N,N,e,2,e,1,N,1,N,2,b,图,3,14h,N,1,、,N,2,与总轴力,N,之间关系,N,分配至,N,1,、,N,2,k,1,角钢肢背焊缝轴力分配系数,k,2,角钢肢尖焊缝轴力分配系数,k,1,、,k,2,的取值见书,p.239,表,3,1,。,（,3,9,）,d)不对称侧焊缝NNe2e1N1N2b图314h,可再用公式（,3,2,）检算,N,1,、,N,2,。,=,（,3,2),可再用公式（32）检算N1、N2。=（32),角钢肢背、肢尖焊缝长度（,l,w1,、,l,w2,）计算,焊缝总长：,N,f,f,w,h,e,l,w,（,a,）,角钢肢背焊缝长：,k,1,N,f,f,w,h,e,l,w1,（,b,）,角钢肢尖焊缝长：,k,2,N,f,f,w,h,e,l,w2,（,c,）,k,1,k,1,N,f,f,w,h,e,k,1,l,w,（,a,）,(a)k,2,k,2,N,f,f,w,h,e,k,2,l,w,(a,),比较式,(b),和,(a,),，得,l,w1,=k,1,l,w,（,3,9a,）,比较式,(c),和,(a,),，得,l,w2,=k,2,l,w,（,3,9b,）,用式,(a),计算焊缝总长度,l,w,；用式,(3,9),计算肢背、肢,尖长度,l,w1,和,l,w2,。,角钢肢背、肢尖焊缝长度（lw1、lw2）计算,e),不对称三围焊缝,N,N,1,N,2,b,N,3,N,e,2,e,1,b/2,b/2,图,3,14i,N,1,、,N,2,、,N,3,与总轴力,N,之间关系,先确定端焊缝焊脚尺寸,h,f,，用式（,3,3,）算出所能承受的内力,N,3,。,（,3,10,）,e)不对称三围焊缝NN1N2bN3Ne2e1b/2,角钢肢背、肢尖焊缝长度（,l,w1,、,l,w2,）计算,端焊缝长：,N,3,f,f,f,w,h,e,b,（,a),角钢肢背焊缝长：,N,1,f,f,w,h,e,l,w1,（,b,）,角钢肢尖焊缝长：,N,2,f,f,w,h,e,l,w2,（,c,）,因,N=N,1,+N,2,+N,3,有,N,f,f,w,h,e,（,l,w1,+,l,w2,+,f,b,）,由此，单面焊缝总长：,l,w,=,l,w1,+,l,w2,+,f,b,（,d,）,从式（,3,10a,）,N,1,=,k,1,N-N,3,/2,f,f,w,h,e,l,w1,=,k,1,f,f,w,h,e,(,l,w1,+,l,w2,+,f,b,)-,f,f,f,w,h,e,b/2,=,f,f,w,h,e,k,1,(,l,w1,+,l,w2,+,f,b,)-,f,b/2,l,w1,=k,1,l,w,-,f,b/2,（,3,10c,）,同理，,l,w2,=k,2,l,w,-,f,b/2,（,3,10d,）,角钢肢背、肢尖焊缝长度（lw1、lw2）计算,代入式（,3,1,），得,规范,规定：受静荷载与间接动荷载作用时，用式（,3,5,）计算，受直接动荷载作用时，考虑到端焊缝塑性性能不好，将系数,1.22,去掉，用式（,3,5a,）计算。,式（,3,5,）和（,3,5a,）是受,和,共同作用时的角焊缝强度验算公式。外力不一定是带斜角的,N,，可以是弯矩、剪力、轴力共同作用。,(,),2,（,3,5,）,(,),2,（,3,5a,）,上一讲讲到公式（,3,5,）、（,3,5a,）如下：,代入式（31），得()2（35）()2（35a,其中,、,的意义为：,F,N,V,与焊缝长度方向平行，在有效截面内。,与焊缝长度方向垂直,，与有效截面斜交,。,可分解为：,和,。,V,产生,；,F,产生，,其中、的意义为：FNV 与焊缝长度方向平行,（,4,）角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用,角焊缝受,M,、,V,、,N,共同作用（图,3,16,）。,b),1,图,3,16,焊缝受,M,、,V,、,N,作用,a),形心,M,N,V,o,1,有效截面,A,A,B,B,（4）角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用b)1图316,剪力,V,与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的状态，在有效截面上产生均匀分布剪应力,。,轴力,N,与焊缝轴线垂直，形,成垂直于焊缝方向的均匀分布应,力,N,=,（,3,10,）,（,3,11,）,a),形心,M,N,V,o,1,有效截面,c),X,X,l,w,剪力V与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用的状态，在,在,M,作用下，有效截面上产生垂直,于焊缝方向且按三角形分布的应力,M,W,e,角焊缝有效截面绕,x,轴（图,3,16c,）的抵抗矩。,（,3,12,）,b),1,a),形心,M,N,V,o,1,有效截面,A,A,B,B,c),X,X,l,w,有效截面,在M作用下，有效截面上产生垂直（312）b)1a),在,1,点处，有垂直于焊缝长度方向,的最大应力,，且,由公式（,3,5,）或（,3,5a,）,受静荷载与间接动荷载作用,受直接动荷载作用,在,“,0,”,点（截面形心轴上）有最大弯曲剪应力，本应成为验算比较点，但一般说来，此点的换算应力比,“,1,”,点小，所以就不计算了。,(,),2,（,3,13,）,(,),2,（,3,13a,）,形心,M,N,V,o,1,在1点处，有垂直于焊缝长度方向()2（313）(,3,、算例,例,3,1,验算图例,3,1,所示连接的强度。已知板宽,400,mm,，厚,18,mm,受轴心力,N=1425kN,（静荷载），钢材,A3F,，手工焊，焊条,E43,型。取,h,f,=8,mm,。,情形一 两块矩形盖板宽,340,mm,，后,12,mm,。,情形二 两块菱形盖板宽,340,mm,，后,12,mm,。,图,3,19,例题,3,1,N,N,N,N,a),N,N,N,N,b),3、算例图319 例题31NNNNa)NNNN,（,1,）矩形盖板,分 析,取左半焊件和其上焊缝为分离体，依焊缝性质，三条焊缝分两类：侧焊缝和端焊缝，且具有对轴力作用线的对称性。,将轴心力,N,分解到焊缝各部分：,N,1,、,N,2,。,N,1,侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。,N,2,端焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。,N,N,210,340,N,1,/2,N,1,/2,N,2,a,b,c,d,起弧：,d,，,cd=210-5,落弧：,a,ab=210-5,bc=340,静荷载：端焊缝有,1.22,（1）矩形盖板分 析 取左半焊件,查,规范,确定,f,f,w,，从表,3,1,中，焊条,E43,、角焊缝、,Q235,钢，查出焊缝强度设计值，,得,f,f,w,=160,推演验算公式,侧焊缝：,N,1,f,f,w,h,e,l,w1,（公式,3,2a,）,端焊缝：,N,2,1.22,f,f,w,h,e,l,w2,（公式,3,3a,）,N,1,、,N,2,合成,N,，,N=N,1,+N,2,N,f,f,w,h,e,（,l,w1,+1.22,l,w2,）,N,f,f,w,h,e,（,l,wab,+,l,wcd,+1.22,l,wbc,）,N,f,f,w,0.78(205+205,+1.22340)2,验 算,验 算,数值计算,得，,判断该计算值是否小于等于,f,f,w,。,结果，,154.3,f,f,w,=160,结论,满足强度要求。,（,2,）菱形盖板,分 析,取左半焊件和其上焊缝为分离体，因对称，轴心力,N,被分解到焊缝各部分的,N,1,、,N,2,、,N,3,。,N,1,侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。,N,2,斜焊缝上，与焊缝轴线夹角为,的力。,=arctg(120/280)25,N,3,端焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。,N,N,N,3,N,1,N,1,N,2,N,2,55,280,120,120,100,假定起落弧分别在侧焊缝的两部分上，焊缝长度各为：,55,-,5=50mm,。,（2）菱形盖板分 析 取左半焊件和其上,验 算,确定,f,f,w,查,规范,得,f,f,w,=160N/mm,2,推演验算公式,对侧焊缝：,N,1,f,f,w,h,e,l,w1,(,公式,3,2a),对端焊缝：,N,2,1.22,f,f,w,h,e,l,w2,(,公式,3,3a),对斜焊缝：,N,3,f,f,f,w,h,e,l,w3,(,公式,3,4a),N,1,、,N,2,、,N,3,合成,N,，有,N=N,1,+N,2,+N,3,所有焊缝的有效厚度相等，,h,e,=0.7,h,f,，,N,f,f,w,h,e,(,l,w1,+1.22,l,w2,+,f,l,w3,),验 算 确定ffw,数值计算,查表得,f,=1.03,（,=25,）,算 ,l,w1,=4(55-5)=450mm,l,w2,=2100mm,l,w3,=4305mm,代入计算,判断该计算值是否小于等于,f,f,w,。,结果，,150,f,f,w,=160,判断该计算值是否小于等于ffw,结论,满足强度要求。,结论,例,3,2,设计图,3,20,所示双不等边角钢和节点板间的连,接角焊缝。受动力荷载,N=575(,1000,)kN,。钢材,Q235,，手工 焊，焊条,E43,型。,N=575 kN,2 16010010,2 12510,图,3,20,例题,3,2,（双角钢与节点板间的连接）,例32 设计图320所示双不等边角钢和节点板间的连N=,N,分 析,目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）,操作,：,焊脚尺寸根据经验拟定；,焊缝总长度应满足强度要求。,特点：角钢肢背和肢尖焊缝长度（,l,w1,、,l,w2,）分别为总焊缝长度,l,w,的,k,1,、,k,2,倍。,k,1,N,k,2,N,l,w2,l,w1,本问题和图,3,22,不对称侧焊缝情形相同。,（,1,）只有侧焊缝,N分 析目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）k1Nk2,确定焊缝强度设计值,f,f,w,查,规范,得,f,f,w,=160N/mm,2,计算焊缝总长,l,w,1),拟定焊脚尺寸,h,f,根据角钢板厚为,10mm,，考虑到受动荷作用，拟定,h,f,=6mm,，则有,h,e,=0.7,h,f,。且,同一节点上，所有焊缝的有效厚度宜相同。,2),计算焊缝总长,由式,(3,2a),（注意双角钢，单面长度应除,2,）,计 算,确定焊缝强度设计值ffw计 算,设计,角钢肢背和肢尖,焊缝长度,l,w1,、,l,w2,1,）,确定轴力分配系数,k,1,、,k,2,本问题属于不等边角钢长边相连，查表,3,2,（书,p.38,），得,k,1,=0.65,k,2,=0.35,2,）,肢背、肢尖焊缝,计算长度,l,w1,=0.65428=278,mm,l,w2,=0.35428=150,mm,3,）,肢背、肢尖焊缝,设计长度,l,w1,=278+10=288,mm,l,w2,=150+10=160,mm,加,10,mm,是考虑起落弧。,设计角钢肢背和肢尖焊缝长度lw1、lw2加10m,分 析,目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）,操作,：,焊脚尺寸根据经验拟定；,焊缝总长度应满足强度要求。,特点：端焊缝长度为,b,，角钢肢背和肢尖焊缝长度,（,l,w1,、,l,w2,）分别为总焊缝长度,l,w,按式（,3,10c,）,和（,3,10d,）计算。,本问题和图,3,23,不对称三面围焊情形相同。,（,2,）、三面围焊,N,1,N,2,N,l,w1,l,w2,N,3,b,分 析目标：设计焊缝（包括焊脚尺寸、焊缝长度）本问题和图3,确定焊缝强度设计值,f,f,w,查,规范,得,f,f,w,=160N/mm,2,计算焊缝总长,l,w,1),拟定焊脚尺寸,h,f,根据角钢板厚为,10mm,，考虑到受动荷作用，拟定,h,f,=6mm,，则有,h,e,=0.7,h,f,。且,同一节点上，所有焊缝的有效厚度宜相同。,2),计算焊缝总长,由式,(3,2a),和（,3,3b,）（注意双角钢，单面长度应除,2,）,计 算,确定焊缝强度设计值ffw计 算,设计,角钢肢背和肢尖,焊缝长度,l,w1,、,l,w2,1,）,确定轴力分配系数,k,1,、,k,2,已经有,k,1,=0.65,k,2,=0.35,2,）,肢背、肢尖焊缝,计算长度（式,3,10c,、,3,10d,）,l,w1,=0.65423,160/2=298,mm,l,w2,=0.35423,160/2=70,mm,3,）,肢背、肢尖焊缝,设计长度,l,w1,=298+5=203,mm,，,取,205,mm,。,l,w2,=70+5=75,mm,加,5,mm,是考虑起弧或落弧。,设计角钢肢背和肢尖焊缝长度lw1、lw2加5mm,例,3,4,设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝（周遍围焊），并验算角焊缝强度。钢材,A3F,，手工焊，焊条,E43,型。偏心力,N=400kN,（间接动力荷载引起），,e=25cm,。,N,V,M,a),b),c),图,3,22,例题,3,4(,角焊缝受偏心剪力,),例34 设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝（周遍围焊）,分 析,目标：设计,节点板和预埋钢板间的角焊缝,（设计焊脚,尺寸、验算焊缝强度，焊缝长度已由其它构造,要求确定。）,操作,：,焊脚尺寸根据经验拟定；,验算焊缝强度；,是一个只有弯矩和剪力作用的问题，荷载,情况比例,3,3,简单。可仍,用式（,3,11b,）计,算，其中,=,M,。,特点：因周边围焊，焊缝截面较复杂，计算惯,性矩时忽略绕角部分（留作起落弧用）；,剪应力由两条竖向焊缝（牛腿腹板焊缝）,承受。,分 析目标：设计节点板和预埋钢板间的角焊缝（设计焊脚,计 算,确定焊缝强度设计值,f,f,w,查,规范,得,f,f,w,=160N/mm,2,作用在焊缝上的力素计算,V=N=40010,3,N,M=Ne=4002510,4,=1000010,4,N-mm,拟定焊脚尺寸,h,f,考虑到牛腿腹板厚为,10mm,，受,间接动力荷载,。,设计,h,f,=8mm,，并将所有焊脚尺寸取相同值。,计算焊缝截面抗剪面积,A,f,惯性矩,I,x,计 算 确定焊缝强度设计值ffw,A,f,=0.783602=4032,mm,2,I,x,=0.78200(205.6-5.6/2),2,2,+0.78(95-5.6)(180-5.6/2),2,4,+0.78360,3,2/12,=1989710,4,mm,4,确定危险点，计算危险点应力,由应力分布图知，腹板上端焊缝和翼缘下,侧焊缝交点最危险，该点至中性轴距离为,y=180mm,。各项应力为：,Af=0.783602=4032mm2,危险点强度验算,满足强度要求。,危险点强度验算满足强度要求。,4,、角焊缝构造,角焊缝构造包括三个方面：焊脚尺寸限制、焊缝长度限制和减小焊缝应力集中的措施。,（,1,）焊脚尺寸限制,限制最小焊脚尺寸,(,h,f min,),为什么要限制？,焊脚尺寸,太小，焊接热量小，冷却过快，焊,件越厚，冷却越快，导致焊缝变脆，容易产,生裂纹。为防止此状况发生，焊脚尺寸不应,过小。,如何限制？,与焊件板厚联系起来。,规范,规定：,4、角焊缝构造,一般情况：,t,2,较厚焊件的板厚（单位：,mm,）,特殊情况：,自动焊,（温度高而均匀）,：,T,形连接单面角焊缝,（冷却快）,：,焊件厚度,t4,mm,时：,h,f min,=,t,（,3,19c,）,1.5,t,2,-1,h,f min,（,3,19a,）,1.5,t,2,+1,h,f min,（,3,19b,）,1.5,t,2,h,f min,（,3,19,）,一般情况：,限制最大焊脚尺寸,(,h,f max,),为什么要限制？,焊脚尺寸,太大，焊接变形大，易脆裂，残余,应力大，对于较薄的焊件容易焊穿。,如何限制？,也与板厚联系起来。,规范,规定：,一般情况：,h,f max,1.2,t,1,（,3,20,）,t,1,较薄焊件的板厚（单位：,mm,）。,限制最大焊脚尺寸(hf max),特殊情况：指角焊缝位于焊件板边缘（贴边焊）时,板件（厚度,t,）边缘角焊缝最大焊脚尺寸应符合下列要求：,当,t6mm,时，,h,f max,t,；,当,t,6mm,时，,h,f max,t-(1,2)mm,。,设计时，先确定,h,f min,和,h,f max,，再在其间选取一合适值。,h,f min,h,f,h,f max,(3,21),应用,a),查例,3,3,中的焊脚尺寸是否合理？,所有板件厚度均为,10mm,，,t,t,特殊情况：指角焊缝位于焊件板边缘（贴边焊）时tt,h,f min,，取,5mm,。,h,f max,1.2,t,1,=1.210=12mm,。,本例设计,h,f,=8mm,，在,5,12,之间。合理。,b,）查例,3,2,中的焊脚尺寸是否合理？,节点板厚,14mm,，角钢肢板厚,10mm,，即,t,1,=10mm,t,2,=14mm,h,f min,，取,6mm,。,h,f max,1.2,t,1,=1.210=12mm,。,因有贴边焊，,t=10mm,6mm,，,h,f max,t-(1,2)mm=10-2=8mm,。,本利采用,6mm,，符合,规范,要求。,1.5,t,2,=,10=4.47,1.5,t,2,=,14=5.6,hf min,（,2,）角焊缝计算长度限制,限制最小计算长度（,l,wmin,）,为什么要限制？,焊缝长度过小：局部加热严重，而起弧落弧距离太小质量不可靠。应力集中较严重。,如何限制？,规范规定：,l,wmin,8,h,f,和,40,mm,实际长度则应大于等于,(,8,h,f,+10,和,40+10),mm,。,侧焊缝，端焊缝均适用。,（2）角焊缝计算长度限制,限制侧焊缝最大计算长度（,l,wmax,）,为什么限制？,焊缝太长，剪应力分布越不均匀，焊缝两端产生严重应力集中，导致端部过早破坏，对动荷载尤为不利。,规范规定：,动力荷载时：,l,wmax,40,h,f,静荷载时：,l,wmax,60,h,f,若实际长度,超过以上数值，则超过部分不纳入计算长度中。若内力沿侧焊缝全长分布时，计算长度不受此限制。,限制侧焊缝最大计算长度（lwmax）,角焊缝计算长度（,l,w,）取值,l,wmin,l,w,l,wmax,（,3,22,）,（,3,）减小角焊缝应力集中的措施,直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应加工成平面或凹形。端焊缝宜采用平焊缝或凹焊缝，长边与内力方向一致。侧焊缝可用直角焊缝。,当焊缝端部在,焊件转角处时，应将焊,缝延续绕过转角加焊,2,h,f,，,避开起落弧发生在应力,集中的转角处，不利加,不利。,b),2h,f,a),2h,f,2h,f,图,3,25,绕角焊缝,角焊缝计算长度（lw）取值b)2hfa)2,3.4,对接焊缝及其连接的计算,对接焊缝分焊透和未焊透两种情况分别计算,一、焊透的对接焊缝计算,1,、,轴向受力的对接焊缝,（,1,）,正焊缝,验算截面矩形，只有正应力。,N,轴向拉力或压力,焊缝计算长度（有引,弧扳时为焊件宽度,b,，,无引弧扳时为,b-,10,mm,。,或,（,3,23,）,引弧板,N,N,N,N,l,w,t,1,1,矩形截面,b,图,3,26,3.4 对接焊缝及其连接的计算或（323）引弧板NNNN,t,两连接件中较小的厚度，,T,形连接时为腹板,厚度,f,t,w,对接焊缝抗拉设计强度，按不同质检级别定，,除,3,级质检外与钢材同。,f,c,w,对接焊缝抗压设计强度，与钢材同。,焊缝抗拉强度质检分级由“钢结构工程施工及验收规范”规定，分,I,、,II,、,III,级。达到,I,、,II,级质量时（,x,光,射线检查,），焊缝抗拉设计强度和母材相同，,III,级质量（只外观检查）的抗拉设计强度约为,I,、,II,级的,0.85,。,t两连接件中较小的厚度，T形连接时为腹板,对接连接正焊缝若加引弧板施焊，且质量达到一、二级，则无需焊缝抗拉强度验算。,只有以下两种情况，才需对正焊缝进行抗拉强度验算：,未使用引弧板施焊；,III,级焊缝质量。,此时，正焊缝长度不够,（,b/0.85=1.18b,），需改用斜,焊缝增加焊缝长度。,图,3,28,对接斜缝承受轴心力,b,1.18b,b,1.18b,对接连接正焊缝若加引弧板施焊，且质量达到一、,（,2,）斜焊缝,验算截面矩形，有,、,。,N,N,l,w,N,N,t,N,N,cos,N,sin,N,或,焊缝长度方向与作用力方向间夹角。,斜焊缝计算长度。,对接焊缝抗剪设计强度。,“规范”规定,时，不检算焊缝强度。,b,0.67b,1.2b,（,3,24,）,（2）斜焊缝NNlwNNtNNcosNsin,2,、,受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝,（,1,）焊缝验算截面为矩形,有,、,。,M,M,V,V,l,w,t,l,w,t,验算截面,焊缝截面的截面模量,焊缝截面惯性矩,焊缝截面对中性轴的静面矩,分别验算,、,（,3,25,）,图,3,30,2、受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝MMVVlwt,（,2,）焊缝验算截面为工字形对接焊缝,M,M,V,V,验算截面,.,1,问题特点：,在腹板和翼缘连接处（,1,点），、均较大。除按式（,3,25,）,max,、,max,进行检算外，还要用最大折算应力进行检算。,折算应力检算公式：,规范规定采用以下公式：,（2）焊缝验算截面为工字形对接焊缝MMVV,（,3,26,）,1,、,1,受拉区,1,点的正应力、剪应力。,系数,1.1,考虑折算应力发生在焊缝局部，设计强度提高,10%,。,例,3,9,把例,3,4,中牛腿与钢柱间角焊缝改为焊透的对接焊缝。钢材,A3F,，焊条,E43,型，手工焊，焊缝质量三级。验算焊缝强度。,计算,（,1,）计算截面几何量与外力,图,3,31,例,3,9,1,1,.,1,20,20,360,10,200,（326）1、1受拉区1点的正应力、剪应力。计算 图,V=N=400kN,M=Ne=40025=10000kN-cm,(2),强度验算,确定焊缝强度设计值,查,规范,，,f,t,w,=185,f,v,w,=125,(,书,p.303,附表,1-3,),最大应力验算,V=N=400kN,M=Ne=40,折算应力验算,1,点弯曲正应力和剪应力,1,点折算应力,满足验算要求。,折算应力验算1点折算应力满足验算要求。,二、不焊透的对接焊缝计算,1,、什么情况下对接焊缝可以不焊透,（,1,）焊缝受力很小甚至不受力，且要求外观齐平美观。做成图,3,32a,所示,不焊透对接直焊缝,。,（,2,）焊缝受力虽较大，但采用焊透对接焊缝强度又得不到发挥；如采用角焊缝，焊脚又过大，于是做成,用坡口加强的角焊缝,（图,3,32b,）。,图,3,32,不焊透的对接焊缝,b),a),二、不焊透的对接焊缝计算图332 不焊透的对接焊缝,2,、不焊透对接焊缝计算,用角焊缝公式计算。,（,1,）不焊透对接直焊缝,受轴力作用时，用式（,3,4a,）计算。,V,形坡口：当,60,时，,h,e,=s,当,60,时，,h,e,=0.75s,U,形、,J,形,坡口：,h,e,=s,（参阅,规范,）,书公式（,3,6,）,N,N,N,f,f,w,f,h,e,l,w,(3,4a),N,N,s,2、不焊透对接焊缝计算书公式（36）NNNffw,3,、不焊透对接焊缝的禁用,规范,规定：,（,1,）在直接承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不得采用不焊透的对接焊缝；,（,2,）对重级工作制和起重量大于或等于,50,吨的中级工作制吊车梁上翼缘和腹板间的,T,型连接应采用焊透的对接焊缝。,理由：不焊透的对接焊缝中，总存在着未施焊的部分（如图,3,32,、,33,中,a,段）此处是缝隙，缝隙两端有严重应力集中，可能引起脆断。,3、不焊透对接焊缝的禁用,