角焊缝的构造与计算.

钢结构课程组钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure土木工程学院钢结构课程组钢结构第三章钢结构的连接第三章钢结构的连接直角焊缝斜角焊缝3.5.1角焊缝形式1、按两焊角边夹角划分【注意】除钢管结构外,对于α135o或α60o斜角角缝，不宜用作受力焊缝。hf焊趾焊根焊脚尺寸：指角焊缝根角至焊缝截面外边缘（焊趾）的尺寸。3.5角焊缝的构造与计算第三章钢结构的连接普通型凹面型平坦型适宜动力荷载，但施焊不便施焊方便，最常用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（1.5hf）沿内力方向，侧面脚焊缝宜采用凹面型。第三章钢结构的连接3、按其长度方向与受力方向之间的关系分端焊缝侧焊缝第三章钢结构的连接斜焊缝第三章钢结构的连接1、侧面角焊缝——平行于力的作用方向3.5.2角焊缝的强度弹性阶段应力沿长度方向分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。第三章钢结构的连接受力复杂，截面中各面均存在正应力和剪应力。2、正面角焊缝——垂直于力的作用方向正面角焊缝应力状态第三章钢结构的连接θ＝90°侧面θ＝0°正面荷载－变形曲线3、端缝与侧缝的比较θ＝45°斜角①侧面角焊缝强度低、塑性好、刚度小②正面角焊缝强度高，塑性差、刚度大③斜角角焊缝间于以上两者之间第三章钢结构的连接4、角焊缝的计算截面h—焊缝厚度、h1—熔深h2—凸度、d—焊趾、e—焊根端焊缝侧焊缝hfdehfhfhe有效截面计算截面:均取焊缝45°喉部为有效截面有效焊缝高度:he＝0.7hf（焊缝高度）计算焊缝长度:lw＝每条连续焊缝的长度－2hf（每端扣hf）有效截面：he×lw第三章钢结构的连接1、角焊缝焊脚尺寸hf3.5.3角焊缝构造要求①最大焊脚尺寸hf,max与板厚联系起来。《规范》规定：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？第三章钢结构的连接①最大焊脚尺寸hf,maxhf,max≤1.2t1对于板件边缘的角焊缝尚需满足：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1/3。式中:t1——较薄焊件厚度。hft1t2tt1hf1、角焊缝焊脚尺寸hf3.5.3角焊缝构造要求第三章钢结构的连接②最小焊脚尺寸hf,min1、角焊缝焊脚尺寸hf为什么要限制？焊脚尺寸太小，不能焊透，导致实际承载力不足；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。也与板厚联系起来。《规范》规定：如何限制？第三章钢结构的连接②最小焊脚尺寸hf,min2min,5.1thf式中:t2——较厚焊件厚度。注：对于自动埋弧焊hf,min可减去1mm（温度高而均匀）；对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm（冷却快）。当t2≤4mm时,hf,min=t2计算数值只进不舍1、角焊缝焊脚尺寸hf第三章钢结构的连接焊脚尺寸hf?max,min,fffhhhmmhf7.4105.1min,肢背肢尖第三章钢结构的连接焊脚尺寸hf?68105hft1t2第三章钢结构的连接2、角焊缝的计算长度考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf计算。①侧缝的最大计算长度为什么要限制？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。第三章钢结构的连接2、角焊缝的计算长度考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf计算。①侧缝的最大计算长度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。第三章钢结构的连接②角焊缝的最小计算长度fwhl8且不得小于40mm2、角焊缝的计算长度考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf计算。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。第三章钢结构的连接2、角焊缝的计算长度考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf计算。①侧缝的最大计算长度fwhl60②角焊缝的最小计算长度fwhl8且不得小于40mm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！lwmin≤lw≤lwmax第三章钢结构的连接3、搭接连接的构造要求①为避免应力传递过分弯折导致应力不均匀：blw②为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：190mmb12mmt16tb12mmt111，，时时不满足时，应加塞焊或采用三面围焊！bwl板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：bwlt1为薄板厚度第三章钢结构的连接③角焊缝的端部位于构件转角处做长度为2hf的绕角焊时，且转角处必须连续施焊。④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。t1t225,51tb2hfwl第三章钢结构的连接NNllNNll焊缝实际长度l取为5mm的倍数，如192mm取为195mm，196mm取为200mm。角焊缝的计算长度lw和实际长度l的关系：②两面侧焊：侧面角焊缝fwhll2①三面围焊：侧面角焊缝正面角焊缝fwhllllw第三章钢结构的连接NNllNNfh2ll角焊缝的计算长度lw和实际长度l的关系：③L形围焊：侧面角焊缝正面角焊缝fwhllfwhll④绕角焊：侧面角焊缝llw焊缝实际长度l取为5mm的倍数，如192mm取为195mm，196mm取为200mm。第三章钢结构的连接3.5.4直角角焊缝强度计算的基本公式a、沿角焊缝450方向的焊缝有效截面为计算的破坏面b、角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值取相同的数值，并记为ffwc、在通过焊缝形心的拉力、压力和剪力作用下，假设沿焊缝长度的应力是均匀分布的目前各国设计规范都采用如下简化假设：第三章钢结构的连接破坏面ww2//223)(3fuff3.5.4直角角焊缝强度计算的基本公式2ff//weyflhNwexflhNNyNxσ┻τ┻45O45Ohfσfτ∥=τf第三章钢结构的连接简化公式w22)(fffff—端焊缝强度增大系数f＝1.22静载、间接动载＝1.0直接动载0f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22.123fwffffwfff0f整理上式，并令：对正面角焊缝,对侧面角焊缝，第三章钢结构的连接两面侧焊验算一条单独的焊缝，每端扣除hf1、拼接板连接（轴力N）——两面侧焊wfwefflhN——角焊缝的强度设计值wffhe——角焊缝的有效厚度∑lw——连接一侧角焊缝的计算长度之和NNlw当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。3.5.4角焊缝的计算第三章钢结构的连接两面端焊βf－端焊缝强度提高系数1、拼接板连接（轴力N）——两面端焊验算wffwefflhNNNlw第三章钢结构的连接验算三面围焊当焊缝受直接动力荷载时：由端焊缝：N1再验算侧焊缝：1、拼接板连接（轴力N）——三面围焊wffweflhN11wfwefflhN22wfweflhNNNlw2lw1N2N112NNN第三章钢结构的连接【例1】试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板B=270mm，厚度t1=28mm，拼接盖板厚度t2=16mm。该连接承受静态轴心力N=1400kN(设计值)，钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型。两面侧焊LLaNNNNtbB第三章钢结构的连接三面围焊【例1】试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板B=270mm，厚度t1=28mm，拼接盖板厚度t2=16mm。该连接承受静态轴心力N=1400kN(设计值)，钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型。LLaNNNNtbB第三章钢结构的连接2、节点板与柱连接（T形接头）——承受斜向N的角焊缝第三章钢结构的连接2、节点板与柱连接（T形接头）——承受斜向N的角焊缝θNNxNyNx=N·sinθweflhNsinweflhNcosNy=N·cosθwf2f2fff)(第三章钢结构的连接wf2we2wefcossinflhNlhN取5.122.122f得：wf2we22we3sin1cos5.1sinflhNlhNwffθfflhNwe令：3sin112fθ则斜焊缝的计算公式为：0°20°30°40°50°60°70°80～90°f1.001.021.041.081.121.141.201.22将f（斜焊缝强度增大系数）作成表格第三章钢结构的连接3、角钢与拼接板连接（轴力N）在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊（如图所示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。桁架腹杆节点板的连接第三章钢结构的连接lw2w1N11ebNN2N3e2N1N3N2N=N1+N2+N3肢背、肢尖焊缝承担的力N1、N2端面焊缝承担的力N3Nlw1lw2三面围焊(a)(b)三面围焊3、角钢与拼接板连接（轴力N）——三面围焊肢背焊缝肢尖焊缝第三章钢结构的连接wffweflhN3由wffffbhN337.02得端焊缝承担的力N3三面围焊lw2w1N11ebNN2N3e2N1N3N2lw2Nlw1b第三章钢结构的连接——肢背、肢尖内力分配系数。12由2321bNNebN2231321NNNbNeN2312bNNebN2232312NNNbNeNlw2w1N11ebNN2N3e2N1N3N2lw2Nlw1b第三章钢结构的连接角钢类型连接形式内力分配系数肢背α1肢尖α2等肢角钢0.700.30不等肢角钢短肢连接0.750.25不等肢角钢长肢连接0.650.35肢背、肢尖内力分配系数有时也可近似取2/3，1/3。12第三章钢结构的连接三面围焊lw2w1N11ebNN2N3e2N1N3N2lw2Nlw1bwffwfhNl1117.02wffwfhNl2227.02fwhll11fwhll22肢尖、肢背所需焊缝长度l1、l2第三章钢结构的连接bN1lw1lw2N2Ne2e1两面侧焊3、角钢与拼接板连接（轴力N）肢背焊缝肢尖焊缝03NNN11NN22wffwfhNl7.0211wffwfhNl7.0222fwhll211fwhll222第三章钢结构的连接【例2】设计如图所示双面不等边角钢和节点板间的连接角焊缝。受动力荷载N=575kN。钢材Q235，手工焊，焊条E43型。N=575kN2160×100×10第三章钢结构的连接NθeNxNy2wl2wlMAσNxσMτNyhehet由轴心拉力Nx产生的应力：由弯矩M产生的最大应力：4、节点板与柱连接（T形接头）——受弯矩M、剪力V、轴力N联合作用时角焊缝的计算wexexNlhNAN2226weeMlhMWM第三章钢结构的连接NθeNxNy2wl2wlMAσNxσMτNyhehet4、节点板与柱连接（T形接头）——受弯矩M、剪力V、轴力N联合作用时角焊缝的计算A点控制应力最大为控制设计点26wewexflhMlhNA点产生的正应力A点产生的剪应力：weyflhNwf2f2fff)(第三章钢结构的连接A）翼缘焊缝最外纤维处1点的应力满足：M—焊缝承担的弯矩Iw—全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩第一种方法：wffwffhIM21112①剪力由腹板焊缝承担;②弯矩由全部焊缝承担。5、梁柱连接——弯矩M、剪力VeFMVMh1σf1σf2τfxxhh222’1h