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1、第三章第三章钢结构的连接钢结构的连接第一节第一节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法连连接接的的作作用用：将将板板材材或或型型钢钢组组合合成成构构件件，再再将将构构件件组组合合成整体结构，以保证其共同工作。成整体结构，以保证其共同工作。连连接接的的影影响响：方方式式、质质量量直直接接影影响响钢钢结结构构的的工工作作性性能能。连连接接的的要要求求：必必须须安安全全可可靠靠、传传力力明明确确、构构造造简简单单、制制造方便和节约钢材。造方便和节约钢材。连接方法：焊缝连接连接方法：焊缝连接、铆钉连接和、铆钉连接和螺栓连接螺栓连接三种。三种。焊焊接接连连接接:在在被被连连接接金金属属件件之之间间的的缝缝隙
2、隙区区域域，通通过过高高温温使使被被连连接接金金属属与与填填充充金金属属熔熔融融结结合合，冷冷却却后后形形成成牢牢固固连连接接的工艺过程称为焊接连接的工艺过程称为焊接连接,填充金属带称为焊缝。填充金属带称为焊缝。优优点点：任任何何形形式式的的构构件件都都可可直直接接相相连连，构构造造简简单单，制制作作加加工工方方便便；不不削削弱弱截截面面，用用料料经经济济；连连接接的的密密闭闭性性好好，结构刚度大；可实现自动化操作，提高焊接结构质量。结构刚度大；可实现自动化操作，提高焊接结构质量。缺缺点点：在在热热影影响响区区内内，金金相相组组织织发发生生改改变变，局局部部材材质质变变脆脆；焊焊接接残残余余应
3、应力力和和残残余余变变形形使使受受压压构构件件承承载载力力降降低低；焊焊接接结结构构对对裂裂纹纹很很敏敏感感，局局部部裂裂纹纹一一旦旦发发生生，就就容容易易扩扩展到整体，低温冷脆问题较为突出。展到整体，低温冷脆问题较为突出。常用焊接方法常用焊接方法：通常采用电弧焊（包括手工电弧焊）、通常采用电弧焊（包括手工电弧焊）、埋弧焊埋弧焊(自动或半自动焊自动或半自动焊)以及气体保护焊等。以及气体保护焊等。手手工工电电弧弧焊焊：通通电电后后，在在涂涂有有药药皮皮的的焊焊条条与与焊焊件件之之间间产产生生可可达达3000的的高高温温电电弧弧，电电弧弧周周围围的的金金属属被被熔熔为为液液态态，形形成成熔熔池池，
4、同同时时焊焊条条中中的的焊焊丝丝熔熔化化而而滴滴入入熔熔池池，与与焊焊件件的的熔熔融融金金属属结结合合，冷冷却却后后形形成成焊焊缝缝，而而焊焊条条上上的的药药皮皮在在焊焊接接过过程程中中产产生生气气体体以以保保护护电电弧弧和和熔熔化化的的金金属属，并并形形成成熔熔渣渣覆覆盖盖焊焊缝缝，防防止止空空气气中中的的氧氧、氮氮等等有有害害气气体体与与熔熔融融金属接触而形成易脆物质。金属接触而形成易脆物质。焊机焊机导线导线熔池熔池焊条焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧焊焊条条选选用用原原则则：所所用用焊焊条条应应与与焊焊件件钢钢材材(或或称称主主体体金金属属)相适应，依据等强度原则：相适应，依
5、据等强度原则：焊条型号：焊条型号：E表示焊条；表示焊条；第第一一、二二位位数数字字为为熔熔敷敷金金属属的的最最小小抗抗拉拉强强度度(kgf/mm2)；第第三三、四四位位数数字字表表示示适适用用焊焊接接位位置置、电电流流种种类类以以及及药药皮类型等。皮类型等。Q235钢钢E43型焊条型焊条(E4300E4328)；Q345钢钢E50型焊条型焊条(E5001E5048)；Q390钢钢Q420钢钢E55型焊条型焊条(E5500E5518)。不同钢种相焊接时，宜采用不同钢种相焊接时，宜采用与低强度钢材相适应与低强度钢材相适应的焊条。的焊条。埋弧焊：埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。电弧在焊剂
6、层下燃烧的一种电弧焊方法。自自动动电电弧弧焊焊焊焊丝丝送送进进和和电电弧弧按按焊焊接接方方向向的的移移动动有有专专门门机机构控制完成。构控制完成。半半自自动动电电弧弧焊焊焊焊丝丝送送进进有有专专门门机机构构，而而电电弧弧按按焊焊接接方方向向的移动靠人手工操作完成。的移动靠人手工操作完成。优优点点电电弧弧热热量量集集中中，熔熔深深大大，适适于于厚厚板板的的焊焊接接，生生产产率率高高。工工艺艺条条件件稳稳定定，焊焊缝缝的的化化学学成成分分均均匀匀，焊焊缝缝质质量量好好、焊焊件件变变形形小小。同同时时，高高焊焊速速也也减减小小了了热热影影响响区区的的范范围围。缺点缺点对焊件边缘的装配精度对焊件边缘的
7、装配精度(如间隙如间隙)要求比手工焊高。要求比手工焊高。气气体体保保护护焊焊：利利用用二二氧氧化化碳碳气气体体或或其其他他惰惰性性气气体体作作为为保保护介质的一种电弧熔焊方法。护介质的一种电弧熔焊方法。直直接接依依靠靠保保护护气气体体在在电电弧弧周周围围造造成成局局部部的的保保护护层层，以以防防止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳定性。优优点点气气体体保保护护焊焊的的焊焊缝缝熔熔化化区区没没有有熔熔渣渣，焊焊工工能能够够清清楚楚地地看看到到焊焊缝缝成成型型的的过过程程；由由于于保保护护气气体体是是喷喷射射的的，有有助助于于熔熔滴滴的的过过渡渡；又又
8、由由于于热热量量集集中中，焊焊接接速速度度快快，焊焊件件熔熔深深大大，故故所所形形成成的的焊焊缝缝强强度度比比手手工工电电弧弧焊焊高高，塑塑性性和和抗抗腐蚀性好，适用于全位置的焊接。腐蚀性好，适用于全位置的焊接。缺点缺点不适用于在风较大的地方施焊。不适用于在风较大的地方施焊。铆钉连接：铆钉连接：通过铆钉穿过需连接件而将连接件连接的办法。通过铆钉穿过需连接件而将连接件连接的办法。优优点点塑塑性性和和韧韧性性较较好好，传传力力可可靠靠，质质量量易易于于检检查查，对对主主体金属的材质质量要求低。体金属的材质质量要求低。缺缺点点削削弱弱截截面面，费费钢钢费费工工，要要求求技技工工技技术术水水平平高高，
9、劳劳动动条件差。条件差。螺螺栓栓连连接接：在在被被连连接接件件上上钻钻孔孔，装装上上螺螺杆杆、拧拧紧紧螺螺帽帽进进行行连连接接，通通过过螺螺杆杆或或连连接接件件间间的的摩摩擦擦承承受受荷荷载载，有有普普通通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。螺栓连接和高强度螺栓连接两种。N普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓分为普通螺栓分为A、B、C三级。三级。A与与B级为精制螺栓，级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。级为粗制螺栓。A级和级和B级螺栓材料性能等级则为级螺栓材料性能等级则为5.6级或级或8.8级。级。C级螺栓材料性能等级为级螺栓材料性能等级为4.6级或级或4.8级。级。螺栓等级含义螺栓等级含义 a.ba.ba:
10、表示螺栓成品的抗拉强度不小于表示螺栓成品的抗拉强度不小于a100N/mm2；b:表示螺栓成品的屈强比（屈服强度表示螺栓成品的屈强比（屈服强度/抗拉强度）。抗拉强度）。4.6：抗拉强度不小于：抗拉强度不小于400N/mm2；屈强比为；屈强比为0.6。精制螺栓精制螺栓：毛坯在车床上经过切削加工精制而成。：毛坯在车床上经过切削加工精制而成。特点：表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。特点：表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。优点：精度较高，受剪性能好。优点：精度较高，受剪性能好。缺点：制作和安装复杂，价格较高，少在钢结构中采用。缺点：制作和安装复杂，价格较高，少在钢结构中采用。粗制螺栓粗制螺栓：由
11、未经加工的圆钢压制而成。：由未经加工的圆钢压制而成。特特点点：螺螺栓栓表表面面粗粗糙糙，一一般般采采用用在在单单个个零零件件上上一一次次冲冲成成或或不不用用钻钻模模钻钻成成设设计计孔孔径径的的孔孔(II类类孔孔)，螺螺栓栓孔孔的的直直径径比比螺螺栓杆的直径大栓杆的直径大1.53mm。特特点点：螺螺杆杆与与螺螺孔孔间间有有较较大大的的间间隙隙，受受剪剪力力作作用用时时，将将会会产生较大的产生较大的剪切滑移剪切滑移，连接的变形大。，连接的变形大。优优点点：安安装装方方便便，且且能能有有效效地地传传递递拉拉力力，可可用用于于沿沿螺螺栓栓杆杆轴轴受受拉拉的的连连接接中中，以以及及次次要要结结构构的的抗
12、抗剪剪连连接接或或安安装装时时的的临临时固定。时固定。高强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接两种类型：两种类型：摩摩擦擦型型连连接接：依依靠靠钢钢材材板板间间摩摩擦擦阻阻力力传传力力，并并以以剪剪力力不不超超过接触面摩擦力作为设计准则；过接触面摩擦力作为设计准则；优点：剪切变形小、弹性好、施工简单、可拆卸；优点：剪切变形小、弹性好、施工简单、可拆卸；适用范围：承受动力荷载的部位。适用范围：承受动力荷载的部位。承压型连接：承压型连接：允许接触面滑移，以螺杆或连接板达到破坏允许接触面滑移，以螺杆或连接板达到破坏的极限承载力作为设计准则。的极限承载力作为设计准则。优点：承载力高、连
13、接紧凑、剪切变形大优点：承载力高、连接紧凑、剪切变形大适用范围：承受静力荷载或间接动力荷载结构。适用范围：承受静力荷载或间接动力荷载结构。螺栓：性能等级为螺栓：性能等级为8.8级、级、10.9级。级。mm；mm。为什么要求为什么要求不一致？不一致？连接形式连接形式对接对接 搭接搭接 T T形连接形连接 角接角接 焊件的连接形式：焊件的连接形式：焊接件之焊接件之间的相对关系间的相对关系第二节第二节 焊缝连接焊缝连接搭接搭接对接对接T型连接型连接角角接接对对接接连连接接：主主要要用用于于厚厚度度相相同同或或接接近近相相同同的的两两构构件件的的相相互连接。互连接。优点：传力均匀平缓，没有明显应力集中
14、，用料经济；优点：传力均匀平缓，没有明显应力集中，用料经济；缺缺点点：焊焊件件边边缘缘需需要要加加工工（坡坡口口，V形形），被被连连接接两两板板的的间隙有严格的要求。间隙有严格的要求。搭接连接：搭接连接：适用于不同厚度构件的连接。适用于不同厚度构件的连接。优点：构造简单，施工方便；优点：构造简单，施工方便；缺点：传力不均匀，易产生弯矩，材料较费；缺点：传力不均匀，易产生弯矩，材料较费；T形连接形连接：常用于制作组合截面。常用于制作组合截面。优点：省工省料；优点：省工省料；缺点：焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重。缺点：焊件间存在缝隙，截面突变，应力集中现象严重。角部连接角部连接：主要用
15、于制作箱形截面。主要用于制作箱形截面。焊缝形式焊缝形式焊缝形式焊缝形式正对接焊缝正对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝1 1、按焊缝与受力方向的相对位置、按焊缝与受力方向的相对位置按按受受力力方方向向划划分分正正对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线对接焊缝对接焊缝斜斜对接焊缝：焊缝对接焊缝：焊缝倾斜倾斜于力线于力线正面正面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝垂直垂直于力线于力线 角焊缝角焊缝侧面侧面角焊缝：焊缝角焊缝：焊缝平行平行于力线于力线斜斜角焊缝角焊缝:焊缝焊缝倾斜倾斜于力线于力线2 2、按施焊的位置按施焊的位置平焊、横焊、立焊及仰焊。平焊、横焊、立焊及仰焊。平焊平焊(又称俯焊又称俯焊)施焊方便
16、。施焊方便。立焊和横焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。立焊和横焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。仰仰焊焊的的操操作作条条件件最最差差，焊焊缝缝质质量量不不易易保保证证，因因此此应应尽尽量量避免采用仰焊。避免采用仰焊。焊缝缺陷焊缝缺陷焊焊缝缝缺缺陷陷：焊焊接接过过程程中中产产生生于于焊焊缝缝金金属属或或附附近近热热影影响响区区钢材表面或内部的缺陷。钢材表面或内部的缺陷。常常见见的的缺缺陷陷：裂裂纹纹、焊焊瘤瘤、烧烧穿穿、弧弧坑坑、气气孔孔、夹夹渣渣、咬咬边边、未未熔熔合合、未未焊焊透透等等；焊焊缝缝尺尺寸寸不不符符合合要要求求、焊焊缝缝成形不良等。成形不良等。裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。裂纹是
17、焊缝连接中最危险的缺陷。裂纹裂纹焊瘤焊瘤烧穿烧穿弧坑弧坑气孔气孔夹渣夹渣咬边咬边未熔合未熔合未焊透未焊透焊缝质量检验焊缝质量检验 缺缺陷陷削削弱弱焊焊缝缝受受力力面面积积，导导致致焊焊缝缝处处应应力力集集中中，对对连连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。外观检查外观检查 检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内内部部无无损损检检验验 检检查查内内部部缺缺陷陷，采采用用超超声声波波检检验验、磁磁粉、荧光检验、粉、荧光检验、X X射线或射线或射线透照或拍片。射线透照或拍片。钢钢结结构构工工程程施施工工质质量量验验收收规规范范规规定定焊焊
18、缝缝按按其其检检验验方法和质量要求分为一、二、三级。方法和质量要求分为一、二、三级。三三级级焊焊缝缝：只只要要求求对对全全部部焊焊缝缝作作外外观观检检查查且且符符合合三三级级质量标准；质量标准；一一级级、二二级级焊焊缝缝：外外观观检检查查及及一一定定数数量量的的超超声声波波检检验验并符合相应级别的质量标准。并符合相应级别的质量标准。钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊缝）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：质量等级的选用有如下规定：(1)需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉
19、时应为一级，受压时应为二级。向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用(2)在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。(3)重级工作制和起重量重级工作制和起重量 的中级工作制吊车梁的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二级。的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，不应低于二
20、级。(4)角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊验算疲劳和起重量的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。缝的外观质量应符合二级。焊缝代号图例焊缝代号图例 焊缝符号表示法规定：焊缝符号表示法规定：焊缝代号由焊缝代号由基本符号基本符号、指引线指引线、补充符号补充符号和和焊缝尺寸焊缝尺寸hf。基基本本符符号号：表表示示焊焊缝缝的的截截面面形形状状，如如表表示示角角焊焊缝缝；V表表示示V形坡口对接焊缝；形坡口对接焊缝；指指引引线线：由由横横线线和和带带箭箭头头的的斜斜线线组组成成。箭箭头头指指到到
21、相相应应焊焊缝缝处，横线的上面和下面用来标注图形符号和焊缝尺寸。处，横线的上面和下面用来标注图形符号和焊缝尺寸。补补充充符符号号：表表示示焊焊缝缝的的有有关关特特征征，如如用用表表示示三三面面围围焊焊，用用表示现场安装焊缝。表示现场安装焊缝。h hf f标标注注方方法法相同焊相同焊缝缝安装焊安装焊缝缝双面焊双面焊缝缝单面焊单面焊缝缝三面围三面围焊焊塞焊缝塞焊缝对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝形形式式第三节第三节 角焊缝的构造要求和计算角焊缝的构造要求和计算角焊缝的形式角焊缝的形式角焊缝的形式角焊缝的形式角角焊焊缝缝：焊焊缝缝金金属属填填充充在在连连接接板板件件形形成成的的直直角角或或斜斜角角区区域
22、内。域内。按截面形式可分为：按截面形式可分为：直直角角角角焊焊缝缝两两焊焊脚脚边边的的夹夹角角为为90，微微凸凸的的等等腰腰直直角角三三角形，直角边边长角形，直角边边长hf称为角焊缝的称为角焊缝的焊脚尺寸焊脚尺寸。he0.7hf为直角角焊缝的有效厚度！为直角角焊缝的有效厚度！。斜角角焊缝斜角角焊缝两焊脚边的夹角不等于两焊脚边的夹角不等于90。hf的确定？的确定？斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。夹夹角角大大于于l35或或小小于于60的的斜斜角角角角焊焊缝缝，除除钢钢管管结结构构外外，不宜用作受力焊缝。不宜用作受力焊缝。正面角焊缝的破坏形式正面角焊缝的破坏形
23、式正面角焊缝的破坏形式正面角焊缝的破坏形式he0.7hf?正正面面角角焊焊缝缝受受力力复复杂杂，截截面面中中的的各各面面均均存存在在正正应应力力和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中。和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中。正正面面角角焊焊缝缝的的破破坏坏强强度度高高于于侧侧面面角角焊焊缝缝，但但塑塑性性变变形形能力差。能力差。斜斜焊焊缝缝的的受受力力性性能能和和强强度度值值介介于于正正面面角角焊焊缝缝和和侧侧面面角角焊缝之间。焊缝之间。侧侧面面角角焊焊缝缝主主要要承承受受剪剪应应力力。优优点点：塑塑性性较较好好，弹弹性性模模量量低低，强强度度也也较较低低，在在接接近近塑塑性性工工作作阶阶段段
24、时时，产产生生应应力力重重分分布布，可可使使应应力分布的不均匀现象渐趋缓和。力分布的不均匀现象渐趋缓和。缺缺点点：传传力力线线通通过过时时产产生生弯弯折折，应应力力沿沿焊焊缝缝长长度度方方向向的的分分布布不不均均匀匀，呈呈两两端端大大而而中中间间小小的的状状态态，焊焊缝缝越越长长，应应力力分分布布不不均均匀匀性性越越显著。显著。最大焊脚尺寸最大焊脚尺寸hf避免焊区过热、焊缝收缩时产生较大的残余应力和残余避免焊区过热、焊缝收缩时产生较大的残余应力和残余变形，热影响区扩大，产生热脆，较薄焊件烧穿，除钢变形，热影响区扩大，产生热脆，较薄焊件烧穿，除钢管结构外管结构外，焊脚尺寸，焊脚尺寸hf应该满足：
25、应该满足：t1为较薄焊件厚度（为较薄焊件厚度（mm）。）。板件边缘的焊缝：板件边缘的焊缝：板件厚度板件厚度t6mm时，时，hft-(12)mmt6mm时，取时，取hft角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 最小焊脚尺寸最小焊脚尺寸焊脚尺寸过小，熔融金属少，施焊时冷却速度过快，产生焊脚尺寸过小，熔融金属少，施焊时冷却速度过快，产生淬硬组织，导致母材开裂。淬硬组织，导致母材开裂。焊脚尺寸焊脚尺寸t2为较厚焊件厚度为较厚焊件厚度(mm)，焊脚尺寸取整数，焊脚尺寸取整数+1mm。自动焊熔深较大，最小焊脚尺寸可减小自动焊熔深较大，最小焊脚尺寸可减小1mm；T形连接的形连接的单面角焊缝，增加单面角焊缝，增加1
26、mm；当焊件厚度小于或等于当焊件厚度小于或等于4mm时，时，取与焊件厚度相同。取与焊件厚度相同。侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝的最大计算长度侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大中侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大中间小。焊缝越长，应力集中越明显。间小。焊缝越长，应力集中越明显。若焊缝长度适宜，两端点处的应力达到屈服强度后，继续若焊缝长度适宜，两端点处的应力达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀。加载，应力会渐趋均匀。若焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两端破若焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两端破坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度坏，故一般规定
27、侧面角焊缝的计算长度lw60hf当实际长度大于上述限值时，其超过部分在计算中不予考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。虑。若若内力沿侧面角焊缝全长分布内力沿侧面角焊缝全长分布，比如焊接梁翼缘板与腹板，比如焊接梁翼缘板与腹板的连接焊缝，计算长度可不受上述限制。的连接焊缝，计算长度可不受上述限制。角焊缝的最小计算长度角焊缝的最小计算长度焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝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起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的相距太近，以及焊缝中可能产生的其他缺陷其他缺陷(气孔、非金属夹杂等气孔、非金属夹杂等)
28、，使焊缝不够可靠。，使焊缝不够可靠。搭接连接的侧面角焊缝，如果焊缝长度过小，由于力线搭接连接的侧面角焊缝，如果焊缝长度过小，由于力线弯折大，会造成严重应力集中。弯折大，会造成严重应力集中。为了使焊缝能够具有一定的承载能力，侧面角焊缝或正为了使焊缝能够具有一定的承载能力，侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于面角焊缝的计算长度不得小于8hf和和40mm。搭接连接的构造要求搭接连接的构造要求当当板板件件端端部部仅仅有有2条条侧侧面面角角焊焊缝缝时时，连连接接的的承承载载力力与与b/lw有有关关，b为为两两侧侧焊焊缝缝的的距距离离，lw为为侧侧焊焊缝缝长长度度。当当b/lw1时，连接的承载力随着时
29、，连接的承载力随着b/lw比值的增大而明显下降。比值的增大而明显下降。为使连接强度不致过分降低，要求为使连接强度不致过分降低，要求b/lw1。避免焊缝横向收缩，引起板件向外发生较大拱曲，避免焊缝横向收缩，引起板件向外发生较大拱曲，b16t(t12mm)或或190mm(t12mm)，t为较薄焊件厚度。为较薄焊件厚度。搭搭接接连连接接中中，仅仅采采用用正正面面角角焊焊缝缝时时，搭搭接接长长度度不不得得小小于于焊件较小厚度的焊件较小厚度的5倍，也不得小于倍，也不得小于25mm。减小角焊缝应力集中的措施减小角焊缝应力集中的措施端端部部搭搭接接采采用用三三面面围围焊焊时时，在在转转角角处处截截面面突突变
30、变，会会产产生生应应力力集集中中，如如在在此此处处起起灭灭弧弧，可可能能出出现现弧弧坑坑或或咬咬肉肉等等缺缺陷陷，从从而而加加大大应应力力集集中中的的影影响响。故故所所有有围围焊焊的的转转角处必须连续施焊角处必须连续施焊。对对于于非非围围焊焊情情况况，当当角角焊焊缝缝的的端端部部在在构构件件转转角角处处时时，可连续地作长度为可连续地作长度为2hf的绕角焊。的绕角焊。断续角焊缝的构造要求断续角焊缝的构造要求角焊缝沿长度方向：连续角焊缝、断续角焊缝。角焊缝沿长度方向：连续角焊缝、断续角焊缝。连续角焊缝连续角焊缝受力性能较好，主要的形式。受力性能较好，主要的形式。断断续续角角焊焊缝缝起起、灭灭弧弧处
31、处容容易易引引起起应应力力集集中中，只只用用于于次次要要构构件件的的连连接接或或受受力力很很小小的的连连接接中中。间间断断角角焊焊缝缝的的间间断断距距离离l不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀不宜过长，以免连接不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀受压构件受压构件:l15t；受拉构件受拉构件:l30t，t为较薄焊件的厚度为较薄焊件的厚度直角角焊缝的计算直角角焊缝的计算 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试试验验表表明明，直直角角角角焊焊缝缝的的破破坏坏常常发发生生在在45的的最最小小截截面面，此此截截面面(有有效效厚厚度度与与焊焊缝缝计计算算长长度度的的乘乘积积)称称为为
32、焊焊缝缝的的有有效截面或计算截面。效截面或计算截面。最可能沿最可能沿4545截面破坏截面破坏!直角角焊缝破坏特点：直角角焊缝破坏特点：作用于焊缝有效截面上的应力：作用于焊缝有效截面上的应力：垂直于焊缝有效截面的正应力垂直于焊缝有效截面的正应力垂直于焊缝长度方向的剪应力垂直于焊缝长度方向的剪应力沿焊缝长度方向的剪应力沿焊缝长度方向的剪应力lw 为焊缝金属的抗拉强度。为焊缝金属的抗拉强度。我我国国规规范范在在简简化化计计算算时时，假假定定焊焊缝缝在在有有效效截截面面处处破破坏坏，各各应应力力分分量量满满足足折折算算应应力力公公式式。由由于于规规范范规规定定的的角角焊焊缝缝强强度度设设计计值值 是是
33、根根据据抗抗剪剪条条件件确确定定的的，而而 相相当当于于角焊缝的抗拉强度设计值，则角焊缝的抗拉强度设计值，则 有效截面各应力分量的折算应力：有效截面各应力分量的折算应力：焊缝受斜向轴心力焊缝受斜向轴心力N作用，作用，N分解为分解为NX和和NY。Ny是是有有效效截截面面上上垂垂直直于于焊焊缝缝长长度度的的一一个个面面内内的的作作用用力力，该应力对有效截面既不是正应力，也不是剪应力，而是该应力对有效截面既不是正应力，也不是剪应力，而是和和的合力。的合力。NyNxNNyNN Ny垂直于焊缝长度方向的轴向力；垂直于焊缝长度方向的轴向力；he直角角焊缝的有效厚度，直角角焊缝的有效厚度，he=0.7hf；
34、lw焊缝的计算长度，考虑起灭弧缺陷，按各条焊缝的实焊缝的计算长度，考虑起灭弧缺陷，按各条焊缝的实际长度际长度每端减去每端减去hf计算。计算。Nx在焊缝有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力在焊缝有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力则得直角角焊缝在各种应力共同下的计算式则得直角角焊缝在各种应力共同下的计算式正面角焊缝正面角焊缝的强度增大系数，直接承受动力荷载时的强度增大系数，直接承受动力荷载时取取1.0。对正面角焊缝对正面角焊缝对侧面角焊缝对侧面角焊缝角焊缝计算角焊缝计算要诀要诀：将焊缝受力分解为垂直于焊缝长度方向：将焊缝受力分解为垂直于焊缝长度方向的受力和平行于焊缝长度方向的受力。的受力
35、和平行于焊缝长度方向的受力。则则则则焊缝实际长度焊缝实际长度 取为取为5mm的倍数，如的倍数，如192mm取为取为195mm，196mm取为取为200mm。轴心力作用的焊缝轴心力作用的焊缝盖板连接的角焊缝计算盖板连接的角焊缝计算轴心力通过焊缝中心时，认为焊缝应力是均匀分布的。轴心力通过焊缝中心时，认为焊缝应力是均匀分布的。各种受力情形下角焊缝的计算各种受力情形下角焊缝的计算采用三面围焊时采用三面围焊时只有侧面角焊缝时只有侧面角焊缝时只有正面角焊缝时只有正面角焊缝时假定先由正面角焊缝全面受力，假定先由正面角焊缝全面受力，余力由侧面角焊缝承受余力由侧面角焊缝承受解：解：例例 设计用盖板的对接连接。
36、已知钢板宽设计用盖板的对接连接。已知钢板宽B B270mm270mm，厚度，厚度t t1 1=28mm,=28mm,拼接的盖板厚度拼接的盖板厚度t t2 2=16mm=16mm，承受静荷载轴心力，承受静荷载轴心力N=1400KNN=1400KN，钢材为，钢材为Q235BQ235B，手工三面围焊，焊条为，手工三面围焊，焊条为E43E43型。型。即确定盖板的尺寸、焊脚尺寸，以满足荷载要求！依据钢板宽度B，确定盖板宽度b=240mm正面角焊缝承受力：侧焊缝受力：侧焊缝总长：一侧盖板长度：承受斜向轴心力的焊缝承受斜向轴心力的焊缝直接法：分力法：N例例 已知如图焊缝承受斜向静荷载已知如图焊缝承受斜向静荷
37、载N=280KNN=280KN（设计值），设（设计值），设计的角焊缝焊脚尺寸计的角焊缝焊脚尺寸h hf f=8mm=8mm，=60=60，构件沿竖直方向高，构件沿竖直方向高度为度为155mm155mm，钢材为，钢材为Q235BQ235B，焊条采用，焊条采用E43E43型，验算焊缝强度型，验算焊缝强度承受轴心力的角钢角焊缝承受轴心力的角钢角焊缝焊接方法：两面侧焊、三面围焊、焊接方法：两面侧焊、三面围焊、L形围焊。受轴心力作形围焊。受轴心力作用，避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与用，避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。角钢杆件的轴线重合。结构：双角钢对称焊
38、接在一钢板上。结构：双角钢对称焊接在一钢板上。a、三面围焊、三面围焊计算假定：先由正面角焊计算假定：先由正面角焊缝全受力，然后由肢背、缝全受力，然后由肢背、肢尖满足弯矩平衡来分配肢尖满足弯矩平衡来分配余力。余力。b、两面侧焊 c、L形围焊 验验算！算！例例3.3 3.3 试确定下图所示承受静态轴心力作用的三面围焊连接试确定下图所示承受静态轴心力作用的三面围焊连接的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢型号为的承载力及肢尖焊缝的长度。已知角钢型号为L12510L12510，钢板，钢板厚度为厚度为8mm8mm，搭接长度为，搭接长度为300mm300mm，焊脚尺寸，焊脚尺寸h hf f=8mm,=8mm,
39、钢材为钢材为Q235BQ235B，手工焊，焊条采用，手工焊，焊条采用E43E43型。型。（2 2）肢背焊缝承担的力）肢背焊缝承担的力N N1 1：（1 1）端部正面角焊缝焊缝承担的力）端部正面角焊缝焊缝承担的力N N3 3：解解 ：（3 3）焊缝连接承担的力）焊缝连接承担的力N N：（5 5）肢尖焊缝长度：）肢尖焊缝长度：（4 4）肢尖焊缝承担的力）肢尖焊缝承担的力N N2 2：弯矩、轴心力和剪力共同作用的角焊连连接计算弯矩、轴心力和剪力共同作用的角焊连连接计算 之一之一双双面面角角焊焊缝缝承承受受偏偏心心斜斜拉拉力力N N，分分解解为为N NX X、N NY Y，产产生生弯弯矩矩M=NM=N
40、X X e e双双面面角角焊焊缝缝承承受受偏偏心心斜斜拉拉力力N N，分分解解为为N NX X、N NY Y，产产生生弯弯矩矩M=NM=NX X e eNX X产生拉产生拉应力应力M产生拉、产生拉、压应力压应力拉应力最大值拉应力最大值NY产生剪切力产生剪切力焊缝强度验算焊缝强度验算弯矩、轴心力和剪力共同作用的角焊连连接计算弯矩、轴心力和剪力共同作用的角焊连连接计算 之二之二工工字字梁梁(或或牛牛腿腿)与与钢钢柱柱翼翼缘缘的的角角焊焊缝缝连连接接，通通常常承承受受弯弯矩矩M和剪力和剪力V的共同作用。计算时通常假设两种受力：的共同作用。计算时通常假设两种受力：腹板承受腹板承受全部剪力全部剪力和和部
41、分弯矩部分弯矩腹板只承受腹板只承受全部剪力全部剪力，不承受弯矩不承受弯矩弯矩弯矩M在焊缝上不在焊缝上不同位置的应力同位置的应力剪力剪力V在腹板焊在腹板焊缝上的应力缝上的应力腹板焊缝危腹板焊缝危险点强度险点强度验算验算A 例例 如下图所示牛腿与钢柱采用翼缘和腹板焊缝连接，如下图所示牛腿与钢柱采用翼缘和腹板焊缝连接，钢材为钢材为Q235BQ235B，焊条为，焊条为E43E43型，手工焊。设计的静态荷载为型，手工焊。设计的静态荷载为N=365kNN=365kN，荷载偏心距，荷载偏心距e=350mme=350mm，焊脚尺寸翼缘，焊脚尺寸翼缘h hf1f1=8mm=8mm，腹板腹板h hf2f2=6mm
42、=6mm。解：解：设计连接焊缝承受剪力设计连接焊缝承受剪力 V=N=365kNV=N=365kN承受弯矩承受弯矩M=Ne=3650.35=127.75kNM=Ne=3650.35=127.75kNm ma a、考虑腹板焊缝承受弯矩、考虑腹板焊缝承受弯矩全焊缝有效截面对中和轴的惯性矩：全焊缝有效截面对中和轴的惯性矩：翼缘焊缝的最大应力：翼缘焊缝的最大应力：弯矩对腹板焊缝的应力：弯矩对腹板焊缝的应力：剪力剪力V V对腹板的应力：对腹板的应力：验算腹板应力：验算腹板应力：b b、不考虑腹板承受弯矩、不考虑腹板承受弯矩翼缘焊缝承受水平作用力翼缘焊缝承受水平作用力H H翼缘焊缝承受水平作用力翼缘焊缝承受
43、水平作用力H H下的应力下的应力腹板焊缝承受剪力腹板焊缝承受剪力V V下的应力：下的应力：扭矩和剪力共同作用的角焊缝连接计算扭矩和剪力共同作用的角焊缝连接计算危险点为危险点为A、A。如图三面围焊的连接，承受竖向剪力如图三面围焊的连接，承受竖向剪力V=F和扭矩和扭矩T=F(e1+e2)计算基于如下假定：计算基于如下假定：连接为刚性，有绕形心点连接为刚性，有绕形心点O旋转的趋势；旋转的趋势；角焊缝上任一点受扭矩的应力方向与到角焊缝上任一点受扭矩的应力方向与到O点相垂直，且与点相垂直，且与到到O点的距离点的距离r成正比。成正比。Ip焊缝有效截面的惯性矩。焊缝有效截面的惯性矩。扭矩扭矩T作用下，危险点
44、作用下，危险点A的应力的应力将扭矩将扭矩T作用下危作用下危险点险点A的应力分解的应力分解剪力剪力V作用下，危险点作用下，危险点A的应力的应力危险点危险点A的总正应力的总正应力危险点危险点A强度验算强度验算斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算斜角角焊缝的计算采用与直角角焊缝相同的计算公式计算。采用与直角角焊缝相同的计算公式计算。研研究究很很少少，计计算算公公式式也也是是根根据据直直角角角角焊焊缝缝简简化化得得出出。因此，一律取因此，一律取焊缝有效厚度：假定在所成夹角的最小斜面上发生破坏焊缝有效厚度：假定在所成夹角的最小斜面上发生破坏当当b、b1或或b21.5mm时时任何情况下任何情况
45、下b、b1或或b2不得大于不得大于5mm。当根部间隙当根部间隙b、b1或或b21.5mm时时同厚、同宽板对接焊同厚、同宽板对接焊缝的构造缝的构造第四节第四节 对接焊缝的构造要求与计算对接焊缝的构造要求与计算直边缝：直边缝：焊件厚度小焊件厚度小手工手工t6mm，埋弧焊，埋弧焊t10mm单边单边V、V形坡口：形坡口：一般厚度一般厚度U形、形、K形、形、X形：形：厚度厚度20mm不不同同宽宽度度或或厚厚度度的的板板件件对对接接，应应在在宽宽度度方方向向或或厚厚度度方方向向从从一一侧侧或或两两侧侧做做成成坡坡度度不不大大于于1:2.5(直直接接承承受受动动力力荷荷载载时时不大于不大于1:4)的斜角，以
46、使截面过渡和缓，减小应力集中。的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。不同厚、宽板对接焊不同厚、宽板对接焊缝的构造缝的构造焊焊缝缝起起灭灭弧弧处处弧弧坑坑等等缺缺陷陷对对承承载载力力影影响响极极大大，焊焊接接时时一一般般应应设设置置引引弧弧板板和和引引出出板板，焊焊后后将将它它割割除除。受受静静力力荷荷载载设设置置引引弧弧(出出)板板困困难难时时，允允许许不不设设置置，此此时时焊焊缝缝计计算算长长度等于度等于实际长度减实际长度减2t。t为连接件的较小厚度。为连接件的较小厚度。焊透的坡口焊缝的计算焊透的坡口焊缝的计算坡口焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中应力分布基本坡口焊缝是焊件截面的组成部分，焊
47、缝中应力分布基本与焊件相同，故计算方法与构件的强度计算一样。与焊件相同，故计算方法与构件的强度计算一样。a轴心力作用的对接焊缝轴心力作用的对接焊缝N轴心拉力或压力设计值；轴心拉力或压力设计值；lw焊缝的计算长度。焊缝的计算长度。对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。只有三级检验的焊缝才需进行抗拉强度验算。如果采用直只有三级检验的焊缝才需进行抗拉强度验算。如果采用直缝不能满足强度要求时，可采用如图所示的斜对接焊缝。缝不能满足强度要求时，可采用如图所示的斜对接焊缝。焊缝与作用力间的夹角焊缝与作用力间的夹角满足满足tan1.5时，斜焊缝的强度时，斜焊缝的强度不低于母材强度，
48、可不验算不低于母材强度，可不验算焊缝强度焊缝强度。例例3.8 3.8 验算下图所示对接焊缝的强度。图中验算下图所示对接焊缝的强度。图中a=540mma=540mm，t=22mmt=22mm，轴心力设计值，轴心力设计值N=2150kNN=2150kN，钢材为，钢材为Q235BQ235B，手工，手工焊，焊，E43E43型号焊条，焊缝三级检验，施焊时加引弧板和型号焊条，焊缝三级检验，施焊时加引弧板和引出板。引出板。改用斜对接焊缝，斜度为改用斜对接焊缝，斜度为1.5:1,1.5:1,即即tan=1.5,=56tan=1.5,=56：b弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算弯矩和剪力共同作用的对接焊缝计算对接
49、接头受到弯矩和剪力的共同作用，正应力与剪应力的对接接头受到弯矩和剪力的共同作用，正应力与剪应力的最大值应分别满足最大值应分别满足Ww、Sw、Iw焊缝的截面模量、面积矩、惯性矩。焊缝的截面模量、面积矩、惯性矩。工字形或工字形或H型钢梁的对接焊缝接头，除分别验算最大正应型钢梁的对接焊缝接头，除分别验算最大正应力和剪应力外，对于同时受有较大正应力和剪应力处，如力和剪应力外，对于同时受有较大正应力和剪应力处，如腹板与翼缘的交接点还验算折算应力：腹板与翼缘的交接点还验算折算应力：验算点处焊缝的验算点处焊缝的正应力和剪应力。正应力和剪应力。部分焊透的坡口焊缝的计算部分焊透的坡口焊缝的计算焊焊缝缝主主要要起
50、起联联系系作作用用或或焊焊缝缝受受力力虽虽然然较较大大，但但采采用用焊焊透透的的对对接接焊焊缝缝将将使使强强度度不不能能充充分分发发挥挥时时，可可采采用用部部分分焊焊透透的的对对接焊缝。接焊缝。四四块块较较厚厚的的板板焊焊成成箱箱形形截截面面的的轴轴心心受受压压构构件件，用用焊焊透透对对接接焊焊缝缝是是不不必必要要的的；如如采采用用角角焊焊缝缝外外形形又又不不平平整整；采采用用部部分分焊透的对接与角接组合焊缝可以省工省料，较为美观大方。焊透的对接与角接组合焊缝可以省工省料，较为美观大方。部部分分焊焊透透的的对对接接焊焊缝缝必必须须在在设设计计图图上上注注明明坡坡口口的的形形式式和和尺尺寸。寸。