鋼結(jié)構(gòu)的連接焊縫

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)的連接焊縫3．1

鋼結(jié)構(gòu)的連接方法

連接的作用：鋼結(jié)構(gòu)是由若干構(gòu)件組合而成的。連接的作用就是通過一定的手段將板材或型鋼組合成構(gòu)件，或?qū)⑷舾蓸?gòu)件組合成整體結(jié)構(gòu)，以保證其共同工作。因此，連接方式及其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能。要求：鋼結(jié)構(gòu)的連接必須符合安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡單、制造方便和節(jié)約鋼材的原則。連接接頭應(yīng)有足夠的強度，更有適宜于施行連接手段的足夠空間。方法：鋼結(jié)構(gòu)的連接方法可分為焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接三種(圖3.1)。第2頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

鋼結(jié)構(gòu)中通常采用：電弧焊：電弧焊有手工電弧焊、埋弧焊(埋弧自動或半自動焊)以及氣體保護焊等。電渣焊：熔嘴電渣焊電阻焊第3頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．1手工電弧焊工藝流程：(圖3.2)，通電后，在涂有藥皮的焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧。電弧的溫度或高達3000℃。在高溫作用下，電弧周圍的金屬變成液態(tài)，形成熔池。同時，焊條中的焊絲很快熔化，滴落入熔池中，與焊件的熔融金屬相互結(jié)合，冷卻后即形成焊縫。焊條藥皮則在焊接過程中產(chǎn)生氣體，保護電弧熔化金屬，并形成熔渣覆蓋著焊縫，防止空氣中的氧、氮等有害氣體與熔化金屬接觸而形成易脆的化合物。

第4頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．1手工電弧焊

特點：手工電弧焊的設(shè)備簡單，操作靈活方便，適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。但生產(chǎn)效率低，勞動強度大，焊接質(zhì)量取決于焊工的精神狀態(tài)與技術(shù)水平。焊條：手工電弧焊所用焊條應(yīng)與焊件鋼材（或稱主體金屬）相適應(yīng)，一般為：對Q235鋼采用E43型焊條(E4300~E4328)；對Q345鋼采用E50型焊條(E5000~E5048)；對Q390鋼和Q420鋼采用E55型焊條(E5500~E5518)。不同鋼種的鋼材相焊接時，例如Q235鋼與Q345鋼相焊接，宜采用低組配方案，即宜采用與低強度鋼材相適應(yīng)的焊條。第5頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．2埋弧焊(自動或半自動)

埋弧焊：電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。埋弧自動電弧焊：焊絲送進和電弧按焊接方向的移動有專門機構(gòu)控制完成(圖3.3)；半埋弧自動電弧焊：焊絲送進有專門機構(gòu)，而電弧按焊接方向的移動靠人手工操作完成。第6頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．2埋弧焊(自動或半自動)

特點：1）焊縫金屬為焊劑所覆蓋，能對較細的焊絲采用大電流。電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，具有高的生產(chǎn)率。2）由于采用了自動控或半自動控制化操作，焊接時的工藝條件穩(wěn)定，焊縫的化學成分均勻，故形成的焊縫質(zhì)量好，焊件變形小。3）高焊速也減小了熱影響區(qū)的范圍。4）但埋弧焊對焊件邊緣的裝配精度(如間隙)要求比手工焊高。焊絲焊劑：埋弧焊所用焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬強度相適應(yīng)，即要求焊縫與主體金屬等強度。第7頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．3氣體保護焊

氣體保護焊：利用二氧化碳氣體或其他惰性氣體作為保護介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。它直接依靠保護氣體在電弧周圍造成局部的保護區(qū)，以防止有害氣體的侵入并保證了焊接過程中的穩(wěn)定性。特點：氣體保護焊的焊縫熔化區(qū)沒有熔渣，焊工能夠清楚地看到焊縫成型的過程；由于保護氣體是噴射的，有助于熔滴的過渡；又由于熱量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊縫強度比手工電弧焊高塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接。但不適用于野外或有風的地方施焊。第8頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．1鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

3．2．1．4電渣焊和電阻焊電渣焊和電阻焊參見課本p191第9頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．1焊縫連接形式按相互位置可分為：對接、搭接、T形連接和角部連接四種(圖3.4)。第10頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．1焊縫連接形式對接連接主要用于厚度相同或接近相同的兩構(gòu)件的相互連接。圖3.4(a)所示為采用對接焊縫的對接連接，由于相互連接的兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)，因而傳力均勻平緩，沒有明顯的應(yīng)力集中，且用料經(jīng)濟，但是焊件邊緣需要加工，被連接兩板的間隙和坡口尺寸有嚴格的要求。第11頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．1焊縫連接形式角焊縫的對接連接：圖3.4(b)所示為用雙層蓋板和角焊縫的對接連接，這種連接傳力不均勻、費料，但施工簡便，所連接兩板的間隙大小無需嚴格控制。第12頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．1焊縫連接形式角焊縫的搭接連接：圖3.4(c)所示為用角焊縫的搭接連接，特別適用于不同厚度構(gòu)件的連接。傳力不均勻，材料較費，但構(gòu)造簡單，施工方便，目前還廣泛應(yīng)用。第13頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．1焊縫連接形式T形連接：省工省料，常用于制作組合截面。當采用角焊縫連接時[圖3.4(d)]，焊件間存在縫隙，截面突變，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴重，疲勞強度較低，可用于不直接承受動力荷載結(jié)構(gòu)的連接中。對于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，如重級工作制吊車梁，其上翼緣與腹板的連接，應(yīng)采用如圖3.4(e)所示的K形坡口焊縫進行連接。角部連接：[圖3.4(f)、(g)]主要用于制作箱形截面第14頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．2焊縫形式

焊縫形式：主要有對接焊縫和角焊縫（連續(xù)角焊縫和間斷續(xù)角焊縫）。對接焊縫：分為正對接焊縫[圖3.5(a)]和斜對接焊縫[圖3.5(b)]。角焊縫：可分為正面角焊縫、側(cè)面角焊縫和斜焊縫[圖3.5(c)]。第15頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．2焊縫連接形式及焊縫形式

3．2．2．2焊縫形式

連續(xù)角焊縫和間斷續(xù)角焊縫焊縫沿長度方向的布置分為連續(xù)角焊縫和間斷角焊縫二種(圖3.6)。連續(xù)角焊縫的受力性能較好，為主要的角焊縫形式。間斷角焊縫的起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中，重要結(jié)構(gòu)應(yīng)避免采用，只能用于一些次要構(gòu)件的連接或受力很小的連接中。間斷角焊縫的間斷距離l不宜過長，以免連接不緊密，潮氣侵入引起構(gòu)件銹蝕。一般在受壓構(gòu)件中應(yīng)滿足l≤15t；在受拉構(gòu)件中l(wèi)≤30t，t為較薄焊件的厚度。第16頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．3焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗

3．2．3．1焊縫缺陷

焊縫缺陷：指焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)鋼材表面或內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透(圖3.8)等；以及焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。裂紋是焊縫連接中最危險的缺陷。產(chǎn)生裂紋的原因很多，如鋼材的化學成分不當；焊接工藝條件(如電流、電壓、焊速、施焊次序等)選擇不合適；焊件表面油污未清除干凈等。第17頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．3焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗

3．2．3．2焊縫質(zhì)量檢驗

焊縫缺陷的存在將削弱焊縫的受力面積，在缺陷處引起應(yīng)力集中，故對連接的強度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。因此，焊縫質(zhì)量檢驗極為重要。檢驗方法：一般可用外觀檢查及無損檢查，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢驗內(nèi)部缺陷。無損檢驗目前廣泛采用超聲波檢驗，使用靈活、經(jīng)濟，對內(nèi)部缺陷反應(yīng)靈敏，但不易識別缺陷性質(zhì)；有時還用磁粉檢驗、熒光屏等較簡單的方法作為輔助；當前最明確可靠的方法是X射線或射線透照或拍片，X射線應(yīng)用較廣。第18頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．3焊縫缺陷及焊縫質(zhì)量檢驗

3．2．3．2焊縫質(zhì)量檢驗

等級：《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定焊縫按其檢驗方法和質(zhì)量要求分為一級、二級和三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符合三級質(zhì)量標準；一級、二級焊縫則除外觀檢查外，還要求對每條焊縫全部或20%長度進行超聲波或射線探傷檢驗并符合相應(yīng)級別的質(zhì)量標準。鋼結(jié)構(gòu)中一般采用三級焊縫，可滿足通常的強度要求；但其對接焊縫的抗拉強度有較大的變異性，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定其設(shè)計值只為主體鋼材的85%左右。因而對有較大拉應(yīng)力的對接焊縫以及直接承受動力荷載構(gòu)件的較重要的對接焊縫，宜采用二級焊縫；對疲勞性能有較高要求處可采用一級焊縫。第19頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3.2.4焊縫代號（參考p195~197《焊縫符號表示方法》GB324-88)《建筑結(jié)構(gòu)制圖標準》規(guī)定：焊縫代號由引出線、圖形符號和輔助符號三部分組成。引出線由橫線和帶箭頭的斜線組成。箭頭指到圖形上的相應(yīng)焊縫處，橫線的上面和下面用來標注圖形符號和焊縫尺寸。第20頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．4焊縫代號第21頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．4焊縫代號當引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時，應(yīng)將圖形符號和焊縫尺寸等標注在水平橫線的上面；當箭頭指向?qū)?yīng)焊縫所在的另一面時，則應(yīng)將圖形符號和焊縫尺寸標注在水平橫線的下面。必要時，可在水平橫線的末端加一尾部作為其他說明之用。圖形符號表示焊縫的基本型式，如用表示角焊縫，用V表示V型坡口的對接焊縫。輔助符號表示焊縫的輔助要求，如用表示現(xiàn)場安裝焊縫等。表3.2列出了一些常用焊縫代號，可供設(shè)計時參考。第22頁,共102頁，星期六，2024年，5月3.2焊接方法和焊縫連接形式

3．2．4焊縫代號

當焊縫分布比較復雜或用上述標注方法不能表達清楚時，在標注焊縫代號的同時，可在圖形上加柵線表示(圖3.9)。第23頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算（##）

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)

1.形式：角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：焊縫長度方向與作用力垂直的正面角焊縫；焊縫長度方向與作用力平行的側(cè)面角焊縫以及斜焊縫。第24頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算（##）

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)

1.形式：按其截面形式可分為：直角角焊縫(圖3.10)和斜角角焊縫(圖3.11)。直角角焊縫通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面[圖3.10(a)]。在直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中，正面角焊縫的截面常采用圖3.10(b)所示的坦式，側(cè)面角焊縫的截面則作成凹面式[圖3.10(c)]。第25頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算（##）

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)

第26頁,共102頁，星期六，2024年，5月

3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)

1.形式（continued)斜角角焊縫：兩焊腳邊的夾角＞90o或＜90o的焊縫稱為斜角角焊縫。斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。對于夾角＞135o或＜60o的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作受力焊縫。第27頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)

2、受力狀態(tài)側(cè)面角焊縫受力狀態(tài)：大量試驗結(jié)果表明，側(cè)面角焊縫(圖3.12)主要承受剪應(yīng)力。塑性較好，彈性模量低(E=7×104N/mm2)，強度也較低。傳力線通過側(cè)面角焊縫時產(chǎn)生彎折，因而應(yīng)力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。焊縫越長，應(yīng)力分布不均勻性越顯著，但在塑性工作階段時，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，可使應(yīng)力分布的不均勻現(xiàn)象漸趨緩和。第28頁,共102頁，星期六，2024年，5月正面角焊縫受力狀態(tài)：正面角焊縫(圖3.13)受力復雜，截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根處存在著很嚴重的應(yīng)力集中。一方面由于力線彎折，另一方面由于在焊根處正好是兩焊件接觸面的端部，相當于裂縫的尖端。正面角焊縫的破壞強度高于側(cè)面角焊縫，但塑性變形要差些。第29頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．1角焊縫的形式和受力狀態(tài)傾斜角焊縫受力狀態(tài):而斜焊縫的受力性能和強度值介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。第30頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

1最大焊腳尺寸根據(jù)角焊縫的工藝和力學性能，為了避免焊縫區(qū)的基本金屬“過燒”，減小焊件的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，角焊縫的焊腳尺寸不宜大于較薄焊件厚度的1.2倍。第31頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

1最大焊腳尺寸對板件邊緣的角焊縫：當板件厚度t＞6mm時，取hf≤t—(1~2)mm，當t≤6mm時，取hf≤t。如果另一焊件厚度t′＜t時，還應(yīng)滿足hf≤1.2t′的要求。第32頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

2最小焊腳尺寸角焊縫的焊腳尺寸也不能過小，否則焊縫因輸入量過小，而焊件厚度較大，以致施焊時冷卻速度過快，產(chǎn)生淬硬組織，導致母材開裂。規(guī)范規(guī)定：角焊縫的焊腳尺寸hf不得小于1.5，t為較厚焊件厚度(單位為mm)。計算時，焊腳尺寸取mm的整數(shù)，小數(shù)點以后都進為1。自動焊熔深較大，故所取最小焊腳尺寸可減小1mm；對T形連接的單面角焊縫，應(yīng)增加1mm；當焊件厚度小于或等于4mm時，則取與焊件厚度相同。第33頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

3側(cè)面角焊縫的最大計算長度前已述及，側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長度方向受力兩端大中間小。焊縫越長，應(yīng)力集中系數(shù)越大。如果焊縫長度不過大，當焊縫兩端點處的應(yīng)力達到屈服強度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會漸趨均勻。但是，如果焊縫長度超過某一限值時，有可能首先在焊縫的兩端破壞，故一般規(guī)定側(cè)面角焊縫的計算長度lw≤60hf。。第34頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

3側(cè)面角焊縫的最大計算長度lw≤60hf當實際長度大于上述限值時，其超過部分在計算中不予考慮。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長分布，比如焊接梁翼緣板與腹板的連接焊縫，屋架中弦桿與節(jié)點板的連接焊縫，以及梁的支承加勁肋與腹板連接焊縫等，計算長度可不受上述限制。第35頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求

4角焊縫的最小計算長度角焊縫的焊腳尺寸大而長度較小時，焊件的局部加熱嚴重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，以及焊縫中可能產(chǎn)生的其他缺陷(氣孔、非金屬夾雜等)，使焊縫不夠可靠。對搭接連接的側(cè)面角焊縫而言，如果焊縫長度過小，由于力線彎折大，也會造成嚴重應(yīng)力集中。因此，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計算長度不得小于8

hf和40mm。第36頁,共102頁，星期六，2024年，5月5搭接連接的構(gòu)造要求試驗結(jié)果表明，圖中連接的承載力與b/lw有關(guān)。b為兩側(cè)焊縫的距離，lw為焊縫長度。當b/lw＞1時，連接的承載力隨著b/lw比值的增大而明顯下降。這主要是由于應(yīng)力傳遞的過分彎折使構(gòu)件中應(yīng)力不均勻分布的影響。第37頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求5搭接連接的構(gòu)造要求為此規(guī)定：應(yīng)使每條側(cè)焊縫的長度不小于兩側(cè)焊縫之間的距離，即b/lw≤1。兩側(cè)面角焊縫之間距離b也不宜大于16t(t＞12mm)或200mm(t≤12mm)，t為較薄焊件的厚度，以免因焊縫橫向收縮，引起板件向外發(fā)生較大拱曲。第38頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．2角焊縫的構(gòu)造要求5搭接連接的構(gòu)造要求在搭接連接中，當僅采用正面角焊縫時(圖3.16)，其搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm。第39頁,共102頁，星期六，2024年，5月5搭接連接的構(gòu)造要求

桿件端部搭接采用三面圍焊時，在轉(zhuǎn)角處截面突變，會產(chǎn)生應(yīng)力集中，如在此處起滅弧，可能出現(xiàn)弧坑或咬肉等缺陷，從而加大應(yīng)力集中的影響。故所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。對于非圍焊情況，當角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，可連續(xù)地作長度為2

hf的繞角焊。第40頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．3直角角焊縫強度計算的基本公式（keypoint)

直角邊邊長hf稱為角焊縫的焊腳尺寸。he=0.7hf為直角角焊縫的有效厚度。破壞型式：試驗表明，直角角焊縫隙的破壞常發(fā)生在喉部，常假定：直角角焊縫是以45°方向的最小截面(即有效厚度與焊縫計算長度的乘積)破壞，該截面稱為有效截面或計算截面。因此焊縫的計算在計算截面上進行。第41頁,共102頁，星期六，2024年，5月計算截面上點的應(yīng)力狀態(tài)：作用于焊縫有效截面上的應(yīng)力如圖所示，這些應(yīng)力包括：垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力σ⊥，垂直于焊縫長度方向的垂直剪應(yīng)力τ⊥，以及沿焊縫長度方向的平行剪應(yīng)力τ‖

第42頁,共102頁，星期六，2024年，5月強度驗算公式：根據(jù)能量強度理論，焊縫中任意節(jié)點的折算應(yīng)力公式為：

由于規(guī)范規(guī)定的角焊縫強度設(shè)計值是根據(jù)抗剪條件確定的，而相當于角焊縫的抗拉強度設(shè)計值。應(yīng)用上式進行設(shè)計時，需要計算有效截面上的應(yīng)力分量，較為繁難。為此對驗算公式進行簡化第43頁,共102頁，星期六，2024年，5月1第44頁,共102頁，星期六，2024年，5月1第45頁,共102頁，星期六，2024年，5月1第46頁,共102頁，星期六，2024年，5月13．3角焊縫的構(gòu)造與計算

3．3．3直角角焊縫強度計算的基本公式

第47頁,共102頁，星期六，2024年，5月1第48頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3．4各種受力狀態(tài)下直角角焊縫連接的計算

1承受軸心力作用時角焊縫連接計算

1第49頁,共102頁，星期六，2024年，5月

1承受軸心力作用時角焊縫連接計算

1第50頁,共102頁，星期六，2024年，5月

1承受軸心力作用時角焊縫連接計算

(2)承受斜向軸心力的角焊縫連接計算第51頁,共102頁，星期六，2024年，5月第52頁,共102頁，星期六，2024年，5月第53頁,共102頁，星期六，2024年，5月第54頁,共102頁，星期六，2024年，5月第55頁,共102頁，星期六，2024年，5月第56頁,共102頁，星期六，2024年，5月

2承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計算

第57頁,共102頁，星期六，2024年，5月2承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計算

第58頁,共102頁，星期六，2024年，5月2承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計算第59頁,共102頁，星期六，2024年，5月2承受彎矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計算第60頁,共102頁，星期六，2024年，5月第61頁,共102頁，星期六，2024年，5月第62頁,共102頁，星期六，2024年，5月3承受扭矩或扭矩與剪力聯(lián)合作用的角焊縫連接計算第63頁,共102頁，星期六，2024年，5月第64頁,共102頁，星期六，2024年，5月第65頁,共102頁，星期六，2024年，5月第66頁,共102頁，星期六，2024年，5月第67頁,共102頁，星期六，2024年，5月3承受扭矩或扭矩與剪力聯(lián)合作用的

角焊縫連接計算應(yīng)該指出的是上述計算方法中，假定軸心力產(chǎn)生的應(yīng)力為平均分布。實際上，在圖3.31所示軸心力作用下，水平焊縫為正面焊縫，而豎直焊縫為側(cè)面焊縫，兩者單位長度分擔的應(yīng)力是不同的，前者較大后者較小。顯然，軸心力產(chǎn)生的應(yīng)力假設(shè)為平均分布，與前面基本公式推導中，考慮焊縫方向的思路不符。同樣，在確定形心位置以及計算扭矩下所產(chǎn)生的應(yīng)力時，也沒有考慮焊縫方向，而只在最后驗算式中引起了系數(shù)，上面計算方法有一定的近似性。第68頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3．5斜角角焊縫的計算

斜角角焊縫采用與直角角焊縫相同的計算公式進行計算。但考慮到以前對斜角角焊縫很少研究；而且我國采用的計算公式也是根據(jù)直角角焊縫簡化得出的。因此對斜角角焊縫不論其有效截面上的應(yīng)力情況如何，都按承受剪應(yīng)力考慮，即不考慮焊縫的方向，一律即(或)=1.0。第69頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3．5斜角角焊縫的計算

在確定焊縫有效厚度時(圖3.32)，假定焊縫在其所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定：當兩焊腳邊夾角60o≤＜90o或90o＜≤135o，且根部間隙不大于1.5mm時，焊縫有效厚度為：第70頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．3．5斜角角焊縫的計算

當根部間隙大于1.5mm時，則焊縫有效厚度取為：第71頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．4對接焊縫的構(gòu)造與計算3.4.1對接焊縫的構(gòu)造1、斷面要求：對接焊縫的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊縫。坡口形式與焊件厚度有關(guān)。當焊件厚度很小(t＜10mm＝時，可用直邊縫。對于一般厚度(t=10~20mm)的焊件可采用具有斜坡口的單邊V形或V形焊縫。斜坡口和離縫C共同組成一個焊條能夠運轉(zhuǎn)的施焊空間，使焊縫易于焊透；鈍邊p有托住熔化金屬的作用。第72頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．4對接焊縫的構(gòu)造與計算1、斷面要求：對于較厚的焊件(t＞20mm)，則采用U形、K形和X形坡口(圖3.33)。對于V形縫和U形縫需對焊縫根部進行補焊。對接焊縫坡口形式的選用，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標準《手工電弧焊焊接頭的基本型式與尺寸》和《埋弧焊焊接接頭的基本型式與尺寸》的要求進行。第73頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．4對接焊縫的構(gòu)造與計算2平緩過渡

在對接焊縫的拼接處，當焊件的寬度不同或厚度相差4mm以上時，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于1：2.5的斜角(圖3.34)，以使截面過渡和緩，減小應(yīng)力集中。第74頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．4對接焊縫的構(gòu)造與計算3設(shè)置引弧板：

在焊縫的起滅弧處，常會出現(xiàn)弧坑等缺陷，這些缺陷對承載力影響極大，故焊接一般應(yīng)設(shè)置引弧板(圖3.35)，焊后將割除。對受靜力荷載的結(jié)構(gòu)設(shè)置引弧板有困難時，允許不設(shè)置引弧板，此時，可令焊縫計算長度等于實際長度減2t(此處t為較薄焊件厚度)。第75頁,共102頁，星期六，2024年，5月

3.4.2對接焊縫的計算

1焊透的對接焊縫的計算

對接焊縫的強度與所用鋼材的牌號、焊條型號及焊縫質(zhì)量的檢驗標準等因素有關(guān)。因此：

一、二級檢驗的焊縫的抗拉強度可認為與母材強度相等不用計算。三級檢驗的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的85%，當受拉時要求計算。（如果焊縫中不存在任何缺陷，焊縫金屬的強度是高于母材的。但由于焊接技術(shù)問題，焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。實驗證明，焊接缺陷對受壓、受剪的對接焊縫影響不大，故可認為受壓、受剪的對接焊縫與母材強度相等，但受拉的對接焊縫對缺陷甚為敏感。當缺陷面積與焊件截面積之比超過5%時，對接焊縫的抗拉強度將明顯下降。）第76頁,共102頁，星期六，2024年，5月1焊透的對接焊縫的計算

(1)軸心受力的對接焊縫軸心受力的三級質(zhì)量檢驗的對接焊縫，按下式計算：第77頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．4．2對接焊縫的計算

1焊透的對接焊縫的計算

說明：如果用直縫不能滿足強度要求時，可采用如圖3.36(b)所示的斜對接焊縫。計算證明，焊縫與作用力間的夾角滿足tgθ≤1.5時，斜焊縫的強度不低于母材強度，可不再進行驗算（留為思考題）。第78頁,共102頁，星期六，2024年，5月(2)承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫

下圖所示是對接接頭受到彎矩和剪力的共同作用，由于焊縫截面是矩形，正應(yīng)力與剪應(yīng)力圖形分別為三角形與拋物線形，其最大值應(yīng)分別滿足下列強度條件：第79頁,共102頁，星期六，2024年，5月(2)承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫

第80頁,共102頁，星期六，2024年，5月2部分焊透的對接焊縫

說明：當受力很小，焊縫主要起聯(lián)系作用；或焊縫受力雖然較大，但采用焊透的對接焊縫將使強度不能充分發(fā)揮時，可采用不焊透的對接焊縫。比如用四塊較厚的板焊成箱形截面的軸心受壓構(gòu)件，顯然用圖3.39(a)所示的焊透對接焊縫是不必要的；如采用角焊縫[圖3.39(b)]，形又不平整；采用不焊透的對接焊縫[圖3.39(c)]，可以省工省料，較為美觀大方。第81頁,共102頁，星期六，2024年，5月要求：部分焊透的對接焊縫必須在設(shè)計圖上注明坡口的形式和尺寸。坡口形式分V形、單邊V形和U形，由下圖可見，不焊透的對接焊縫可視為在坡口內(nèi)焊接的角焊縫，故其強度計算方法與前述直角角焊縫相同，但偏安全地取=1.0。其焊縫有效高度和焊縫根部至焊縫表面(不考慮余高)的最短距離S相關(guān)

2部分焊透的對接焊縫第82頁,共102頁，星期六，2024年，5月

對U形和坡口角度≥60°的V形坡口，焊縫有效厚度he=S；但對于＜60°的V形坡口焊縫，考慮到焊縫根部處不易焊滿，因而將he降低，即he=0.75S；對單邊V形坡口焊縫則取he=S—3mm。2部分焊透的對接焊縫第83頁,共102頁，星期六，2024年，5月當熔合線處焊縫截面邊長等于或接近于最短距離S時[下圖(b)、(c)、(d)]，應(yīng)驗算焊縫在熔合線上的抗剪強度，其強度設(shè)計值取0.9倍角焊縫的強度設(shè)計值。部分焊透對接焊縫的最小有效厚度為1.5，t為坡口所在焊件的較大厚度(單位取mm)。2部分焊透的對接焊縫第84頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．5焊接應(yīng)力和焊接變形

3．5．1焊接應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因

焊接連接因方便快捷，在鋼結(jié)構(gòu)工程中得到了廣泛使用，但因為施焊過程中不均勻溫度場的存在，會產(chǎn)生兩類問題：焊接殘余應(yīng)力：對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的力學性能及承載力產(chǎn)生不利影響。種類有有沿焊縫長度方向的縱向焊接應(yīng)力，垂直于焊縫長度方向的橫向焊接應(yīng)力和沿厚度方向的焊接應(yīng)力。焊接殘余變形：構(gòu)件外形發(fā)生扭曲這兩類問題都直接影響到結(jié)構(gòu)的安全和正常使用，因此必須防止和考慮其不利影響。第85頁,共102頁，星期六，2024年，5月3．5．1焊接應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因

1縱向焊接應(yīng)力

焊接過程是一個不均勻加熱和冷卻的過程。在施焊時，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫及其附近溫度最高，可達1600℃以上，而鄰近區(qū)域溫度則急劇下降(圖3.41)。第86頁,共102頁，星期六，2024年，5月

1縱向焊接應(yīng)力（和焊縫軸線方向平行）

升溫過程中，不均勻的溫度場產(chǎn)生和焊縫軸線方向平行的不均勻膨脹。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度較低、膨脹量較小的鋼材所限制，產(chǎn)生了熱態(tài)塑性壓縮，但不產(chǎn)生應(yīng)力。冷卻過程中時，被熱塑性壓縮的焊縫要本能性縮短，但兩側(cè)有剛度的鋼材會阻止其收縮，從而在焊縫附近產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應(yīng)力經(jīng)常達到鋼材的屈服強度。

焊接應(yīng)力是一種無荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會在焊件內(nèi)部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力[圖3.41(c)]。第87頁,共102頁，星期六，2024年，5月

1縱向焊接應(yīng)力（和焊縫軸線方向平行）

第88頁,共102頁，星期六，2024年，5月2橫向焊接應(yīng)力（和焊縫軸線方向垂直）橫向焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因有二：：由于焊縫焊完后，整體上要發(fā)生縱向收縮，使兩塊鋼板形成反方向的彎曲變形，但焊縫已將兩塊鋼板連成整體，不能分開，于是兩塊板之間產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而兩端則產(chǎn)生壓應(yīng)力[圖(b)]。第89頁,共102頁，星期六，2024年，5月2橫向焊接應(yīng)力（和焊縫軸線方向垂直）橫向焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因有二：：由于先焊的焊縫已經(jīng)凝固，阻止后焊的焊縫在橫向自由膨脹，使其發(fā)生橫向的熱塑性壓縮。當焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受到已凝固的焊縫限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而先焊部分則產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力，因應(yīng)力自相平衡，更遠處的焊縫則受拉應(yīng)力[圖3.42(c)]。

橫向焊接應(yīng)力為上述兩種原因產(chǎn)生的合應(yīng)力

[圖(d)]。第90頁,共102頁，星期六，2024年，5月3厚度方向的焊接應(yīng)力

在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向焊接應(yīng)力外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接應(yīng)力(圖3.43)。這三種應(yīng)力形成同號三向應(yīng)力，將大大降低連接的塑性。第91頁,共102頁，星期六，2024