对接焊缝、角焊缝的构造和计算

3钢结构的连接设计3.5对接焊缝的构造和计算3.5.1对接焊缝的构造：坡口形式直边缝单边V形缝双边V形缝板厚t10mm板厚t=10~20mmU形缝K形缝X形缝板厚t20mm3钢结构的连接设计不同宽度不同厚度可不设斜坡引弧板3.5.2其它构造3钢结构的连接设计3.5.3焊缝截面焊缝截面厚度－－焊缝所连接板件的较薄厚度；焊缝截面计算长度－－采用引弧板时，焊缝全长有效；未采用引弧板时，计算焊缝长度=焊缝长度减去2t。t为对接接头中为连接件的较小厚度；在T形接头中为腹板厚度;3.4.4传力特性（1）焊缝传递焊件拼接处所承受的构件内力（2）力线没有转折（或基本没有转折）3钢结构的连接设计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≤1621521518512516～4020520517512040～60200200170115自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊Q235钢60～100190190160110160≤1631031026518016～3529529525017035～50265265225155自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊Q345钢50～100250250210145200≤1635035030020516～3533533528519035～50315315270180Q390钢50～100295295250170220≤1638038032022016～3536036030521035～50340340290195自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊Q420钢50～1003253252751852203.5.4焊缝强度设计值3钢结构的连接设计1.确定计算截面上的内力（荷载效应）2.确定焊缝质量检验等级－－根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等－－对接焊缝一般均有全熔透要求，等级为二级或一级3.确定焊缝强度设计值抗拉强度抗压强度抗剪强度4.计算焊缝截面特性截面面积A、惯性矩I、截面模量W、面积矩S等5.应力计算6.强度校核3.5.6计算步骤3钢结构的连接设计直焊缝引弧板wcwtwwfftlN或N—轴心拉力或压力tw—焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）lw—焊缝计算长度，有引弧板lw＝L，无引弧板lw＝L－2t（较小板厚）—对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度wcwtff或焊缝应力验算式中：3.5.7典型节点（1）－－焊缝轴心受力－－直缝直缝3钢结构的连接设计斜焊缝焊缝应力简化验算wcwtwwfftlNsin或coswvwwftlNlw—斜焊缝计算长度，—对接焊缝抗剪设计强度强度wVf规范规定当，可不验算。5.1tg斜缝3.5.7典型节点（1）－－焊缝轴心受力－－斜缝3钢结构的连接设计弯矩M剪力V平板梁工字形梁应力分布应力分布弯矩M剪力V轴力N应力分布)(maxwcwtxffWMwvmaxwtzsf1.1321213.5.7典型节点（2）－－梁的拼接－－弯矩、剪力、轴力作用3钢结构的连接设计弯矩M剪力V梁柱连接处柱牛腿处atw焊缝截面应力分布与一般梁中连接计算不同：剪力仅由梁或牛腿腹板承受'wAV3.5.7典型节点（3）－－牛腿焊接－－弯矩、剪力作用3钢结构的连接设计)(11wcwtwwffIMyANwtzswtzswtwwfIMyAN44wwthA0'——焊缝有效抗剪面积，wA——整个焊缝截面的面积；3.5.7典型节点（4）－－牛腿焊接－－弯矩、剪力、轴力作用3钢结构的连接设计3.6角焊缝的构造和计算直角焊缝斜角焊缝3.6.1角焊缝的构造：角焊缝的截面（1）按两焊角边夹角划分除钢管结构外,对于α135o或α60o斜角角焊缝,不宜用作受力焊缝。3钢结构的连接设计普通型深熔型平坡型适宜动力荷载，但施焊不便施焊方便，最常用角焊缝截面（2）按焊缝截面形式划分在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝宜采用平坦型，且长边沿内力方向；3钢结构的连接设计角焊缝侧焊缝（与力平行）端焊缝（与力垂直）（2）按焊缝方向与受力方向分角焊缝截面3钢结构的连接设计不应太小——否则不能焊透，导致实际承载力不足焊缝冷却太快容易开裂（1）角焊缝焊脚尺寸hf不应太大——否则焊缝冷却后产生较大变形较薄焊件容易烧穿具体要求详见规范3.6.2角焊缝截面尺寸（1）hft1t2tt1hf焊脚尺寸是指角焊缝根角至焊缝截面外边缘（焊趾）的尺寸3钢结构的连接设计（2）最大焊脚尺寸hf,max3.6.2角焊缝截面尺寸（2）hf,max≤1.2t1式中:t1---较薄焊件厚度。对于板件边缘的角焊缝：当t≤6mm时，hf,max≤t；当t6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm；钢管构件除外对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的1/33钢结构的连接设计（3）最小焊脚尺寸hf,min6.2角焊缝截面尺寸（3）)(5.12min,计算数值只进不舍！thf式中:t2---较厚焊件厚度。当t2≤4mm时,hf,min=t2另:对于自动埋弧焊hf,min可减去1mm;对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;3钢结构的连接设计（4）侧缝的最大计算长度3.6.2角焊缝截面尺寸（4）fwhl60当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强度；但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。（5）角焊缝的最小计算长度mmhlfw408且不得小于当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！3钢结构的连接设计（6）搭接连接的构造要求3.6.2角焊缝截面尺寸（5）C、角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕角焊，且转角处必须连续施焊。D、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于25mm。b2hft1t225,51t3钢结构的连接设计构造要求汇总3.6.2角焊缝截面尺寸（6）角焊缝构造尺寸要求部位项目构造要求备注上限12.1thf（钢管构件除外）；对板件：mmthmmtthmmtff)2~1(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1/31t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42t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长度wldlw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mm251t为较薄焊件厚度3钢结构的连接设计角焊缝的其它构造要求：(1)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。(2)在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或凹形，焊脚尺寸的比例：对正面角焊缝宜为1:1.5,长边顺内力方向；对侧面角焊缝可为1:1。(3)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15t（对受压构件）或30t（对受拉构件），t为较薄焊件的厚度。3.6.2角焊缝截面尺寸（7）3钢结构的连接设计（1）端缝：焊缝垂直于受力方向，其特点为受力后应力状态较复杂，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。端缝破坏强度要高一些，但塑性差。（2）侧缝：焊缝长度方向与受力方向平行，其特点为应力分布简单些，但分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。侧缝强度低，但塑性较好。3.7角焊缝的受力特点3钢结构的连接设计3.7.1侧缝的应力状态•主要受剪应力，分布不均，两头大中间小，焊缝越长应力不均匀程度越高•强度相对较低，塑性较好•破坏常发生在近似45°斜平面上3钢结构的连接设计•角焊缝应力状态远比侧焊缝复杂•正、剪应力都有，且分布很不均匀•根部应力集中最厉害，常常是开裂的起源点•焊缝破坏强度高，但塑性差端焊缝应力分布ABCD3.7.2端缝应力状态破坏模式3钢结构的连接设计θ＝90°侧焊缝θ＝0°端焊缝荷载－变形曲线3.7.3端缝与侧缝的比较3钢结构的连接设计端焊缝侧焊缝计算截面均取焊缝45°喉部为有效截面（假定破坏截面）有效焊缝高度he＝0.7hf(焊缝高度)hfhfhe有效截面计算焊缝长度lw＝每条连续焊缝的长度－2hf（每端扣hf）3.7.4角焊缝的计算截面（1）hfdeh---焊缝厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根3钢结构的连接设计角焊缝的有效截面为平分角焊缝夹角的截面，破坏往往从这个截面发生。有效截面的高度（不考虑焊缝余高）称为角焊缝的有效厚度he，当=90o时：he＝0.7hf；其他：he＝hfcos(/2)。3.7.4角焊缝的计算截面（2）3钢结构的连接设计破坏面wf2//223)(3f试验公式3.7.5角焊缝的计算应力（1）NyNxσ┻τ┻τ∥=τf45O45Ohf3钢结构的连接设计简化公式wf2f2f)(ff—端焊缝强度增大系数f直角焊缝斜角焊缝＝1.0＝1.22静载、间接动载＝1.0直接动载fwffff当＝0时fwfff＝0时式中：f—平行焊缝长度方向的计算应力f—垂直焊缝长度方向的计算应力wff—角焊缝强度设计值危险点3.7.5角焊缝的计算应力（2）weyflhNwexflhN2f┻┻f∥：得1.22整理上式，并令23f3钢结构的连接设计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≤1621521518512516～4020520517512040～60200200170115自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊Q235钢60～100190190160110160≤1631031026518016～3529529525017035～50265265225155自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊Q345钢50～100250250210145200≤1635035030020516～3533533528519035～50315315270180Q390钢50～100295295250170220≤1638038032022016～3536036030521035～50340340290195自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊Q420钢50～1003253252751852203.7.6角焊缝强度设计值3钢结构的连接设计角焊缝计算的基本公式式中f——正面角焊缝的强度设计值增大系数，；但对直接承受动力荷载结构中的角焊缝，由于正面角焊缝的刚度大，韧性差，应取f＝1.0；f——按角焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的正应力；f——按角焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力。22.123f3.8角焊缝计算3钢结构的连接设计3.8.1计算步骤轴力、剪力及联合作用弯矩及与轴力、剪力的共同作用扭矩及与轴力、剪力的共同作用焊缝群截面特性计算计算长度：非连续焊缝计算长度Lw=L-n×hf连续焊缝只考虑起弧和落弧处的扣除hf焊缝群形心轴确定、有效截面积、截面模量计算等应力计算强度校核确定、ffwf2f2f)(f焊缝（焊缝群）内力分析3钢结构的连接设计两边侧焊两边端焊验算－端焊缝强度提高系数验算认为焊缝有效截面上应力均匀分布一条单独的焊缝，每端扣除hf3