钢结构角焊缝ppt课件.ppt

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1、（4）角焊缝截面型式 按两焊脚边的夹角分,图3-8 角焊缝的型式,d),e),f),g), 直角焊缝：=900又分：普通焊缝（a图）、平焊缝（b图）、 凹焊缝（c图）。,图中， hf焊脚尺寸， he焊缝有效厚度。 并有， he =0.7hf， he总是450斜面上的最小高度。,普通焊缝：两焊脚尺寸都等于hf ，常用。但应力集中较严重（a、b处材料突变严重）。,平焊缝：是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至1.5hf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。,2、焊缝的施焊方位 平焊、立焊、横焊、仰焊。

2、, 斜角焊缝： 600 1200 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。,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。,3、焊接的连接型式 对接（图310a、b）、 搭接（图c、d）、T型连接（图e、f）。,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）。,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。,搭接连接的特点和加盖

3、板的对接连接相同。,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。,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。,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）。,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。,4、焊缝的强度设计值

4、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。,3.3 角焊缝及其连接的构造和计算,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311），直角角焊缝分为：,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he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he组成的截面（图313中adda）。,1、应力分析 （1）侧焊缝

5、有效截面上只有与焊缝长度方向平行的剪应力 。,图312,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。,（2）端（正面）焊缝,有效截面上与焊缝长度方向垂直的正应力和剪应力 。,（3）一般受力的焊缝,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： 、 、 。,（4）各种受力情况下焊缝有效截面应力归纳,有效截面应力,、 、,、 ,2、强度验算公式,角焊缝强度验算，针对有效截面cddc进行。因为： 理论上，过cc线的所有平面中这块面积最小；

6、 试验表明，角焊缝破坏发生在有效截面（cddc）面上。,图313,（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314,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314a）， 为两焊件间角焊缝有效面积之和，每条焊缝计算长度lw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,图314a, 端焊缝 承受的轴向力N与焊缝

7、长度方向垂直。在焊缝有效截面上， =0 （a)只有和 ，,将（a）、（b）代入（31）,得,图314b,（b),或 Nffwhelw (32a), =0 （a),（b),将（a）、（b）、（c）代入（31）,得,（33),或 N1.22ffwhelw (33a),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（33）或（33a）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（33b）计算。 Nffwhelw (33b),（33),或 N1.22ffwhelw (33a),Nffwhelw (32a), 基本公式的应用 实

8、际应用基本公式（32）（35）时，还需解决焊缝长度lw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（32a)可写成： Nffwhelw （36）,其中，lw= 2(ab+de-10mm) 或 2(bc+ef-10mm),图314e,b) 对称端焊缝公式（33a)或（33b）可写成 N1.22ffwhelw （37）或 Nffwhelw （37a）式中 lw=2(ab-10mm)或2(cd-10mm)。,a,b,c,d,图314f,c) 对称三围焊缝,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,对端焊缝，有公式（

9、33a）或（33b），则 N= f1 ffwhelw1 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。lw1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 = ffwhe（ f1 lw1 + f2 lw2 ） （38）,对侧焊缝，把公式（32a）写成： N= f2 ffwhelw2lw2上下两面ae、bf或ec、fd 的计算长度之和， f2 取1.0 。,d) 不对称侧焊缝,N1、N2与总轴力N之间关系 N分配至N1、N2 k1角钢肢背焊缝轴力分配系数 k2角钢肢尖焊缝轴力分配系数 k1、k2的取值见书p.239表31。,

10、（39）,可再用公式（32）检算N1、N2 。,角钢肢背、肢尖焊缝长度（lw1、lw2）计算 焊缝总长： Nffwhelw （a）角钢肢背焊缝长： k1Nffwhelw1 （b）角钢肢尖焊缝长： k2Nffwhelw2 （c）k1 k1Nffwhek1lw （a）(a) k2 k2Nffwhe k2 lw (a) 比较式(b)和(a)，得 lw1 =k1lw （39a）比较式(c)和(a)，得 lw2 =k2lw （39b） 用式(a)计算焊缝总长度lw；用式(39)计算肢背、肢尖长度lw1和lw2 。,e) 不对称三围焊缝,角钢肢背、肢尖焊缝长度（lw1、lw2）计算 端焊缝长： N3f f

11、fwhe b （a)角钢肢背焊缝长： N1ffwhelw1 （b）角钢肢尖焊缝长： N2ffwhelw2 （c）因 N=N1+N2+N3有 N ffwhe（lw1 + lw2+ f b ）由此，单面焊缝总长： lw= lw1 + lw2+ f b （d）从式（310a） N1=k1N-N3/2 ffwhelw1 = k1ffwhe (lw1 + lw2+ f b )- f ffwhe b/2 = ffwhek1(lw1 + lw2+ f b )- f b/2 lw1 = k1 lw - f b/2 （310c）同理， lw2 =k2 lw - f b/2 （310d）,代入式（31），得 规范

12、规定：受静荷载与间接动荷载作用时，用式（35）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（35a）计算。式（35）和（35a）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。,上一讲讲到公式（35）、（35a）如下：,其中、 的意义为：,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。,（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316）。,图316 焊缝受M、V、N作用,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

13、焊缝轴线垂直，形 成垂直于焊缝方向的均匀分布应 力N,（311）,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 We角焊缝有效截面绕x轴（图316c）的抵抗矩。,（312）,在1点处，有垂直于焊缝长度方向的最大应力，且由公式（35）或（35a）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。,3、算例 例31 验算图例31所示连接的强度。已知板宽400mm，厚18mm ,受轴心力N=1425kN（静荷载），钢材A3F，手工焊，焊条E43型。取hf=8mm。 情形一

14、 两块矩形盖板宽340mm，后12mm。 情形二 两块菱形盖板宽340mm，后12mm。,图319 例题31,（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：N1、N2。 N1侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。 N2端焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。,起弧：d，cd=210-5落弧：a, ab=210-5 bc=340静荷载：端焊缝有1.22, 查规范确定ffw，从表31中，焊条E43、角焊缝、Q235钢，查出焊缝强度设计值，得 ffw=160 推演验算公式侧焊缝： N1ffwhelw1 （公

15、式32a）端焊缝： N21.22ffwhelw2 （公式33a）N1、 N2合成N， N= N1 + N2 N ffwhe（lw1 + 1.22lw2 ） N ffwhe（lwab + lwcd +1.22lwbc ） N ffw0.78(205+205 +1.22340)2,验 算, 数值计算得， 判断该计算值是否小于等于ffw。结果， 154.3 ffw = 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N1、N2、N3。 N1侧焊缝上，平行于焊缝轴线的力。 N2斜焊缝上，与焊缝轴线夹角为的力。 = arctg(12

16、0/280)25 N3端焊缝上，垂直于焊缝轴线的力。,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。,验 算, 确定ffw 查规范得 ffw =160N/mm2 推演验算公式对侧焊缝： N1ffwhelw1 (公式32a)对端焊缝： N21.22ffwhelw2 (公式33a)对斜焊缝： N3f ffwhelw3 (公式34a)N1、N2、N3合成N，有 N=N1+N2+N3 所有焊缝的有效厚度相等，he=0.7hf ， N ffw he (lw1 + 1.22lw2 + f lw3 ), 数值计算查表得 f =1.03 （ = 25 ）算 lw1 =4(55-5)=45

17、0mm lw2 =2100mm lw3 =4305mm代入计算, 判断该计算值是否小于等于ffw。结果， 150 ffw = 160, 结论 满足强度要求。,例32 设计图320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。,图320 例题32（双角钢与节点板间的连接）,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（lw1、lw2）分别为总焊缝长度lw的k1、k2倍。,本问题和图322不对称侧焊缝情形相同。,（1）只有侧焊缝, 确定焊

18、缝强度设计值ffw 查规范得 ffw =160N/mm2 计算焊缝总长lw 1) 拟定焊脚尺寸hf 根据角钢板厚为10mm，考虑到受动荷作用，拟定hf =6mm，则有he=0.7hf 。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(32a) （注意双角钢，单面长度应除2）,计 算, 设计角钢肢背和肢尖焊缝长度lw1、lw2 1）确定轴力分配系数k1、k2 本问题属于不等边角钢长边相连，查表32（书 p.38），得 k1=0.65 k2=0.35 2）肢背、肢尖焊缝计算长度 lw1 = 0.65428=278mm lw2 = 0.35428=150mm 3）肢背、肢尖焊缝设

19、计长度 lw1 =278+10=288mm lw2 =150+10=160mm,加10mm是考虑起落弧。,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 （lw1、lw2）分别为总焊缝长度lw按式（310c） 和（310d）计算。,本问题和图323不对称三面围焊情形相同。,（2）、三面围焊, 确定焊缝强度设计值ffw 查规范得 ffw =160N/mm2 计算焊缝总长lw 1) 拟定焊脚尺寸hf 根据角钢板厚为10mm，考虑到受动荷作用，拟定hf =6mm，则有he=0.7hf 。且同一节点

20、上，所有焊缝的有效厚度宜相同。 2) 计算焊缝总长 由式(32a)和（33b）（注意双角钢，单面长度应除2）,计 算, 设计角钢肢背和肢尖焊缝长度lw1、lw2 1）确定轴力分配系数k1、k2已经有 k1=0.65 k2=0.35 2）肢背、肢尖焊缝计算长度（式310c、310d） lw1 = 0.65423160/2=298mm lw2 = 0.35423160/2=70mm 3）肢背、肢尖焊缝设计长度 lw1 =298+5=203mm，取205mm。 lw2 =70+5=75mm,加5mm是考虑起弧或落弧。,例34 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

21、工焊，焊条E43型。偏心力N=400kN（间接动力荷载引起），e=25cm。,图322 例题34 (角焊缝受偏心剪力),计 算, 确定焊缝强度设计值ffw 查规范得 ffw =160N/mm2 作用在焊缝上的力素计算 V=N=400103N M=Ne=40025104=10000104 N-mm 拟定焊脚尺寸hf 考虑到牛腿腹板厚为10mm，受间接动力荷载。 设计 hf =8mm，并将所有焊脚尺寸取相同值。 计算焊缝截面抗剪面积Af惯性矩Ix,Af = 0.783602=4032mm2 Ix= 0.78200(205.6-5.6/2)22 + 0.78(95-5.6)(180-5.6/2)24

22、 + 0.7836032/12 = 19897104mm4 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：, 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(hf 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：,一般情况： t2较厚焊件的板厚（单位：

23、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t4mm时： hf min= t （319c）, 限制最大焊脚尺寸(hf 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： hf max 1.2t1 （320） t1较薄焊件的板厚（单位：mm）。,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， hf maxt ； 当t6mm时， hf maxt - (12)mm 。 设计时，先确定hf min和h

24、f max ，再在其间选取一合适值。 hf min hf hf max (321) 应用 a) 查例33中的焊脚尺寸是否合理？ 所有板件厚度均为10mm，,hf min ， 取5mm。 hf max 1.2t1=1.210=12mm。 本例设计hf =8mm，在512之间。合理。 b）查例32中的焊脚尺寸是否合理？ 节点板厚14mm，角钢肢板厚10mm，即 t1=10mm, t2=14mm hf min ，取6mm。 hf max 1.2t1=1.210=12mm。因有贴边焊，t=10mm6mm， hf maxt - (12)mm=10-2=8mm。 本利采用6mm，符合规范要求。,（2）角焊

25、缝计算长度限制 限制最小计算长度（lwmin）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： lwmin8hf和40mm 实际长度则应大于等于(8hf+10和40+10)mm。 侧焊缝，端焊缝均适用。, 限制侧焊缝最大计算长度（lwmax）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： lwmax40hf静荷载时： lwmax60hf 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。, 角焊缝计算长度

26、（lw）取值 lwminlw lwmax （322） （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2hf，避开起落弧发生在应力集中的转角处，不利加不利。,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- 10mm。,t两连接件中较小的厚度，T形连接

27、时为腹板 厚度ftw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。fcw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。,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328 对接斜缝

28、承受轴心力,（2）斜焊缝验算截面矩形，有 、 。,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。,（324）,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 、 。,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、,（325）,图330,（2）焊缝验算截面为工字形对接焊缝,问题特点： 在腹板和翼缘连接处（1点）， 、 均较大。除按式（325）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：,（326）,1、1受拉区1点的正应力、剪应力。

29、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39 把例34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331 例39,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，ftw=185, fvw=125 (书p.303,附表1-3) 最大应力验算, 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。,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。

30、做成图332a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332b）。,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（34a）计算。 V形坡口：当60时， he=s 当60时， he=0.75s U形、J形坡口： he=s （参阅规范）,Nffwf helw (34a),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332、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。,