鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》

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第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點(diǎn)

連接的作用將板材或型鋼組合成構(gòu)件，再將構(gòu)件組合成整體結(jié)構(gòu)。連接方式及其質(zhì)量直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能。必須安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材。連接方法：焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接三種。

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點(diǎn)

2鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件33.1.1焊接連接最主要的連接方法。優(yōu)點(diǎn)任何形式的構(gòu)件都可直接相連，構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作加工方便；不削弱截面，用料經(jīng)濟(jì)；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量。缺點(diǎn)在熱影響區(qū)內(nèi)，金相組織發(fā)生改變，局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體，低溫冷脆問(wèn)題較為突出。3.1.1焊接連接4通常采用電弧焊（包括手工電弧焊）、埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng)焊)以及氣體保護(hù)焊等。

鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

1.手工電弧焊最常用的一種焊接方法。通電后在涂有藥皮的焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧。

通常采用電弧焊（包括手工電弧焊）、埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng)焊)以5手工電弧焊所用焊條應(yīng)與焊件鋼材(或稱(chēng)主體金屬)相適應(yīng)：Q235鋼E43型焊條(E4300~E4328)；Q345鋼E50型焊條(E5000~E5048)；Q390鋼Q420鋼E55型焊條(E5500~E5518)。E表示焊條、前兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度(以kgf／mm2表示)，第三、四位數(shù)字表示適用焊接位置、電流以及藥皮類(lèi)型等。不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件6

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埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng))

電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。自動(dòng)電弧焊焊絲送進(jìn)和電弧按焊接方向的移動(dòng)有專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)控制完成。半自動(dòng)電弧焊焊絲送進(jìn)有專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)，而電弧按焊接方向的移動(dòng)靠人手工操作完成。電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，生產(chǎn)率高。工藝條件穩(wěn)定，焊縫的化學(xué)成分均勻，焊縫質(zhì)量好、焊件變形小。同時(shí)，高焊速也減小了熱影響區(qū)的范圍。但埋弧焊對(duì)焊件邊緣的裝配精度(如間隙)要求比手工焊高。埋弧焊所用焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬?gòu)?qiáng)度相適應(yīng)，即要求焊縫與主體金屬等強(qiáng)度。

2

埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng))7

3.

氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊是利用二氧化碳?xì)怏w或其他惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周?chē)斐删植康谋Ｗo(hù)層，以防止有害氣體的侵入并保證了焊接過(guò)程中的穩(wěn)定性。氣體保護(hù)焊的焊縫熔化區(qū)沒(méi)有熔渣，焊工能夠清楚地看到焊縫成型的過(guò)程；由于保護(hù)氣體是噴射的，有助于熔滴的過(guò)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(qiáng)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。但不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。

3.

氣體保護(hù)焊83.1.2

鉚釘連接制孔和打鉚。塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，對(duì)主體金屬的材質(zhì)質(zhì)量要求低。削弱截面，費(fèi)鋼費(fèi)工，要求技工技術(shù)水平高，勞動(dòng)條件差。很少采用，被焊接和螺栓連接所取代。3.1.2

鉚釘連接93.1.3螺栓連接

普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。1普通螺栓連接普通螺栓分為A、B、C三級(jí)。A與B級(jí)為精制螺栓，C級(jí)為粗制螺栓。A級(jí)和B級(jí)螺栓材料性能等級(jí)則為5.6級(jí)或8.8級(jí)。C級(jí)螺栓材料性能等級(jí)為4.6級(jí)或4.8級(jí)。小數(shù)點(diǎn)前面的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強(qiáng)度不小于400N/mm2，小數(shù)點(diǎn)及小數(shù)點(diǎn)以后數(shù)字表示其屈強(qiáng)比為0.6或0.8。3.1.3螺栓連接10

A、B級(jí)精制螺栓是由毛坯在車(chē)床上經(jīng)過(guò)切削加工精制而成。表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，對(duì)成孔質(zhì)量要求高。有較高的精度，因而受剪性能好。制作和安裝復(fù)雜，價(jià)格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用C級(jí)螺栓由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成。螺栓表面粗糙，一般采用在單個(gè)零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計(jì)孔徑的孔(II類(lèi)孔)。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.5~2mm。螺栓桿與螺栓孔之間有較大的間隙，受剪力作用時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的剪切滑移，連接的變形大。安裝方便，且能有效地傳遞拉力，可用于沿螺栓桿軸受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時(shí)的臨時(shí)固定。A、B級(jí)精制螺栓是由毛坯在車(chē)床上經(jīng)過(guò)切削加工精制而成。表面112.高強(qiáng)度螺栓連接兩種類(lèi)型摩擦型連接：依靠摩擦阻力傳力，并以剪力不超過(guò)接觸面摩擦力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；承壓型連接：允許接觸面滑移，以連接達(dá)到破壞的極限承載力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。采用45號(hào)鋼、40B鋼和20MnTiB鋼加工而成，經(jīng)熱處理后，螺栓抗拉強(qiáng)度應(yīng)分別不低于800N／mm2和1000N／mm2，即前者的性能等級(jí)為8.8級(jí)，后者的性能等級(jí)為10.9級(jí)。摩擦型連接螺栓的孔徑比螺栓公稱(chēng)直徑大1.5-2.0mm；承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的孔徑比螺栓公稱(chēng)直徑大1.0-1.5mm。2.高強(qiáng)度螺栓連接兩種類(lèi)型12摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，施工較簡(jiǎn)單，可拆卸，耐疲勞，特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型連接的承載力高于摩擦型，連接緊湊，但剪切變形大，故不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。

摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，施工較簡(jiǎn)單，可拆卸，耐疲13

3.2.1焊縫的形式

3.2

焊縫和焊接連接的形式角焊縫和坡口焊縫。1.角焊縫連接板件不必坡口，焊縫金屬填充在連接板件形成的直角或斜角區(qū)域內(nèi)。按截面形式可分為：直角角焊縫兩焊腳邊的夾角為90°，微凸的等腰直角三角形，直角邊邊長(zhǎng)hf稱(chēng)為角焊縫的焊腳尺寸。he＝0.7hf為直角角焊縫的有效厚度。斜角角焊縫兩焊腳邊的夾角不等于90°斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。夾角大于l35°或小于60°的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作受力焊縫。3.2.1焊縫的形式3.2焊縫和焊接連接的形式角14鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件15

2.坡口焊縫焊件常需做成坡口，焊縫金屬填充在坡口內(nèi)。坡口形式與焊件厚度有關(guān)：焊件厚度很小(小于等于10mm)：直邊縫。一般厚度(t=10~20mm)

:具有斜坡口的單邊V形或V形焊縫。斜坡口和離縫b共同組成一個(gè)焊條能夠運(yùn)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。較厚的焊件(t＞20mm)，則采用U形、K形和X形坡口。V形縫和U形縫需對(duì)焊縫根部進(jìn)行補(bǔ)焊。坡口形式的選用，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》要求進(jìn)行。2.坡口焊縫16對(duì)接焊縫：兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)；對(duì)接與角接組合焊縫：T形、十字形或角接接頭的坡口焊縫。對(duì)接焊縫：兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)；17

3.2.2焊接連接的形式

3.2焊縫和焊接連接形式

1.焊接連接形式被連接板件的相互位置：對(duì)接、搭接、T形連接和角部連接四種。連接所采用的焊縫主要有坡口焊縫和角焊縫。對(duì)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。采用對(duì)接焊縫，兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)，傳力均勻平緩，沒(méi)有明顯的應(yīng)力集中，用料經(jīng)濟(jì)，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(yán)格的要求。采用雙蓋板和角焊縫，傳力不均勻、費(fèi)料，但施工簡(jiǎn)便，所連接兩板的間隙大小無(wú)需嚴(yán)格控制。搭接連接：適用于不同厚度構(gòu)件的連接。傳力不均勻，材料較費(fèi)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，廣泛應(yīng)用。

3.2.2焊接連接的形式3.2焊縫和焊接連接形式118鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件19T形連接省工省料，常用于制作組合截面。采用角焊縫連接焊件間存在縫隙，截面突變，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，疲勞強(qiáng)度較低，可用于不直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)的連接中。采用坡口焊縫對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，如重級(jí)工作制吊車(chē)梁，其上翼緣與腹板的連接。角部連接主要用于制作箱形截面。

T形連接省工省料，常用于制作組合截面。202.焊縫的施焊位置平焊、橫焊、立焊及仰焊。平焊(又稱(chēng)俯焊)施焊方便。立焊和橫焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。仰焊的操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證，因此應(yīng)盡量避免采用仰焊。2.焊縫的施焊位置21

3.3焊縫缺陷和質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.1焊縫缺陷焊縫缺陷：焊接過(guò)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(jiàn)的缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；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(xiǎn)的缺陷。3.3焊縫缺陷和質(zhì)量檢驗(yàn)3.3.1焊縫缺陷22

3.3.2焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

缺陷削弱焊縫受力面積，焊縫處應(yīng)力集中，對(duì)連接的強(qiáng)度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)極為重要。外觀檢查檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)檢查內(nèi)部缺陷。采用超聲波檢驗(yàn)，用磁粉、熒光檢驗(yàn)等較簡(jiǎn)單的方法作為輔助。此外還可采用X射線(xiàn)或γ射線(xiàn)透照或拍片，X射線(xiàn)應(yīng)用較廣。《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一、二、三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級(jí)、二級(jí)焊縫除外觀檢查外，還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3.3.2焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)缺陷削弱焊縫受力面積，焊縫處應(yīng)力23

3.3.3焊縫代號(hào)圖例

《焊縫符號(hào)表示法》規(guī)定：焊縫代號(hào)由引出線(xiàn)、圖形符號(hào)和輔助符號(hào)三部分組成。引出線(xiàn)由橫線(xiàn)和帶箭頭的斜線(xiàn)組成。箭頭指到圖形上的相應(yīng)焊縫處，橫線(xiàn)的上面和下面用來(lái)標(biāo)注圖形符號(hào)和焊縫尺寸。當(dāng)引出線(xiàn)的箭頭指向焊縫所在的一面時(shí)，應(yīng)將圖形符號(hào)和焊縫尺寸等標(biāo)注在水平橫線(xiàn)的上面；當(dāng)箭頭指向?qū)?yīng)焊縫所在的另一面時(shí)，則應(yīng)將圖形符號(hào)和焊縫尺寸標(biāo)注在水平橫線(xiàn)的下面。必要時(shí)，可在水平橫線(xiàn)的末端加一尾部作為其他說(shuō)明之用。圖形符號(hào)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(duì)接焊縫。輔助符號(hào)表示焊縫的輔助要求，如用表示現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫等。3.3.3焊縫代號(hào)圖例《焊縫符號(hào)表示法》規(guī)定：焊縫代24鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件253.4

角焊縫的構(gòu)造要求和計(jì)算角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：正面角焊縫焊縫長(zhǎng)度方向與作用力垂直；側(cè)面角焊縫焊縫長(zhǎng)度方向與作用力平行；斜焊縫焊縫長(zhǎng)度方向與作用力方向成一角度；圍焊縫

正面、側(cè)面、斜焊縫組成的混合焊縫。3.4角焊縫的構(gòu)造要求和計(jì)算角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為26側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強(qiáng)度也較低。傳力線(xiàn)通過(guò)時(shí)產(chǎn)生彎折，應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)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(zhǎng)，應(yīng)力分布不均勻性越顯著，但在屆臨塑性工作階段時(shí)，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。側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強(qiáng)度也較27正面角焊縫受力復(fù)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?chē)?yán)重的應(yīng)力集中。正面角焊縫的破壞強(qiáng)度高于側(cè)面角焊縫，但塑性變形能力差。斜焊縫的受力性能和強(qiáng)度值介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。正面角焊縫受力復(fù)雜，截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根28

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

1.最小焊腳尺寸焊腳尺寸過(guò)小，施焊時(shí)冷卻速度過(guò)快，產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開(kāi)裂。焊腳尺寸t2為較厚焊件厚度(mm)，焊腳尺寸取整數(shù)。自動(dòng)焊熔深較大，最小焊腳尺寸可減小1mm；T形連接的單面角焊縫，增加1mm；當(dāng)焊件厚度小于或等于4mm時(shí)，取與焊件厚度相同。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

1.最小焊腳尺寸29

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

2最大焊腳尺寸避免焊縫收縮時(shí)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和殘余變形，熱影響區(qū)擴(kuò)大，產(chǎn)生熱脆，較薄焊件燒穿，除鋼管結(jié)構(gòu)外焊腳尺寸t1為較薄焊件厚度（mm）。板件邊緣的焊縫：板件厚度t＞6mm時(shí)，hf≤t-(1~2)mmt≤6mm時(shí)，取hf≤t。不等角焊角尺寸。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求2最大焊腳尺寸30

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

3角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度焊腳尺寸大而長(zhǎng)度較小時(shí)，焊件的局部加熱嚴(yán)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。搭接連接的側(cè)面角焊縫，如果焊縫長(zhǎng)度過(guò)小，由于力線(xiàn)彎折大，會(huì)造成嚴(yán)重應(yīng)力集中。為了使焊縫能夠具有一定的承載能力，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不得小于8hf和40mm。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求3角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度31

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

4側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長(zhǎng)度方向受力不均勻，兩端大中間小。焊縫越長(zhǎng)，應(yīng)力集中越明顯。若焊縫長(zhǎng)度適宜，兩端點(diǎn)處的應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會(huì)漸趨均勻。若焊縫長(zhǎng)度超過(guò)某一限值時(shí)，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(jì)算長(zhǎng)度

lw≤60hf當(dāng)實(shí)際長(zhǎng)度大于上述限值時(shí)，其超過(guò)部分在計(jì)算中不予考慮。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布，比如焊接梁翼緣板與腹板的連接焊縫，計(jì)算長(zhǎng)度可不受上述限制。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求4側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)32

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

5搭接連接的構(gòu)造要求

當(dāng)板件端部?jī)H有2條側(cè)面角焊縫時(shí)，連接的承載力與b/lw有關(guān)，B為兩側(cè)焊縫的距離，lw為側(cè)焊縫長(zhǎng)度。當(dāng)b/lw＞1時(shí)，連接的承載力隨著b/lw比值的增大而明顯下降。為使連接強(qiáng)度不致過(guò)分降低，要求b/lw≤1。避免焊縫橫向收縮，引起板件向外發(fā)生較大拱曲，b不宜大于16t(t＞12mm)或190mm(t≤12mm)，t為較薄焊件的厚度。搭接連接中，僅采用正面角焊縫時(shí)，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求5搭接連接的構(gòu)造要求

337減小角焊縫應(yīng)力集中的措施端部搭接采用三面圍焊時(shí)，在轉(zhuǎn)角處截面突變，會(huì)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(duì)于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，可連續(xù)地作長(zhǎng)度為2hf的繞角焊。7減小角焊縫應(yīng)力集中的措施346斷續(xù)角焊縫的構(gòu)造要求角焊縫沿長(zhǎng)度方向：連續(xù)角焊縫、斷續(xù)角焊縫。連續(xù)角焊縫受力性能較好，主要的形式。斷續(xù)角焊縫起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中，只用于次要構(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(guò)長(zhǎng)，以免連接不緊密，潮氣侵入引起構(gòu)件銹蝕。受壓構(gòu)件中應(yīng)滿(mǎn)足l≤15t；受拉構(gòu)件中l(wèi)≤30t，t為較薄焊件的厚度。

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

6斷續(xù)角焊縫的構(gòu)造要求3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求35

3.4.2直角角焊縫的計(jì)算

1直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在45°的最小截面，此截面(有效厚度與焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的乘積)稱(chēng)為焊縫的有效截面或計(jì)算截面。3.4.2直角角焊縫的計(jì)算1直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基36

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

作用于焊縫有效截面上的應(yīng)力：垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式作用于焊縫有效截面上37

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

根據(jù)多國(guó)試驗(yàn)結(jié)果，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)確定角焊縫的極限強(qiáng)度：

為焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度。上式是根據(jù)ST37(相當(dāng)于Q235鋼)提出的，對(duì)于其他鋼種，公式左邊的系數(shù)不是1.8，而是在1.7~3.0之間變化。為使公式能夠適用于較多的鋼材，同時(shí)也為了與母材的能量強(qiáng)度理論的折算應(yīng)力公式一致，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)(ECCS)將式中的1.8改為3，即：

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式根據(jù)多國(guó)試驗(yàn)結(jié)果，國(guó)38應(yīng)用上式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，較為繁難。不少?lài)?guó)家均在此基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化。我國(guó)規(guī)范在簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，假定焊縫在有效截面處破壞，各應(yīng)力分量滿(mǎn)足折算應(yīng)力公式。由于規(guī)范規(guī)定的角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是根據(jù)抗剪條件確定的，而相當(dāng)于角焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，則

1.

直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式39

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

角焊縫基本公式的推導(dǎo)。Ny在有效截面上引起垂直于焊縫一個(gè)直角邊的應(yīng)力，該應(yīng)力對(duì)有效截面既不是正應(yīng)力，也不是剪應(yīng)力，而是和的合力。1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式角焊縫基本公式的推導(dǎo)40

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

Ny—垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸向力；he—直角角焊縫的有效厚度，he=0.7hf

；lw—焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷，按各條焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度每端減去hf計(jì)算。Nx在焊縫有效截面上引起平行于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式Ny—垂直于焊縫長(zhǎng)度41

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

則得直角角焊縫在各種應(yīng)力共同下的計(jì)算式

—正面角焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù)，直接承受動(dòng)力荷載時(shí)取1.0。

對(duì)正面角焊縫

對(duì)側(cè)面角焊縫

角焊縫的基本計(jì)算公式。只要將焊縫應(yīng)力分解為垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力和平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力，基本公式就可適用于任何受力狀態(tài)。1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式則得直角角焊縫在各種422

軸心力作用的角焊縫連接計(jì)算

（1)蓋板連接的角焊縫計(jì)算軸心力通過(guò)焊縫中心時(shí)，認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。只有側(cè)面角焊縫時(shí)只有正面角焊縫時(shí)采用三面圍焊時(shí)2

軸心力作用的角焊縫連接計(jì)算43（2）承受斜向軸心力的角焊縫連接計(jì)算分力法：直接法：

（2）承受斜向軸心力的角焊縫連接計(jì)算直接法：44（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計(jì)算一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳福厥馇闆r采用L形圍焊。受軸心力作用，避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線(xiàn)應(yīng)與角鋼桿件的軸線(xiàn)重合。三面圍焊兩面?zhèn)群福?）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計(jì)算一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳?5（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計(jì)算兩面?zhèn)群窵形圍焊（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計(jì)算兩面?zhèn)群?63彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算（1）彎矩作用的角焊連連接計(jì)算

3彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算473彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算（2）

彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算3彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算48工字梁(或牛腿)與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常承受彎矩和剪力的共同作用。計(jì)算時(shí)通常假設(shè)腹板焊縫承受全部剪力，彎矩則由全部焊縫承受。工字梁(或牛腿)與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常承受彎矩和剪力的494

扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計(jì)算（1）扭矩作用的環(huán)形角焊縫計(jì)算焊縫的有效厚度比圓環(huán)直徑小得多，可視為薄壁圓環(huán)的受扭問(wèn)題。有效截面任一點(diǎn)上所受的切線(xiàn)方向的剪應(yīng)力r—圓心至焊縫有效截面中線(xiàn)的距離；Ip—焊縫有效截面的慣性矩，Ip=2πher34扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計(jì)算r—圓心至焊縫有效截面50計(jì)算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，假定：①被連接件是絕對(duì)剛性的，有繞焊縫形心o旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而角焊縫本身是彈性；②角焊縫群上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線(xiàn)，且應(yīng)力大小與連線(xiàn)長(zhǎng)度r成正比。4

扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計(jì)算（2）扭矩作用的角焊縫計(jì)算計(jì)算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，假定：4扭矩和剪力共51（3）扭矩、剪力和軸心力共同作用的角焊縫連接計(jì)算（3）扭矩、剪力和軸心力共同作用的角焊縫連接計(jì)算523.4.3斜角角焊縫的計(jì)算采用與直角角焊縫相同的計(jì)算公式計(jì)算。研究很少，計(jì)算公式也是根據(jù)直角角焊縫簡(jiǎn)化得出。因此，一律取3.4.3斜角角焊縫的計(jì)算采用與直角角焊縫相同的計(jì)算公式計(jì)53焊縫有效厚度：假定在所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞當(dāng)根部間隙b、b1或b2≤1.5mm時(shí)

當(dāng)b、b1或b2>1.5mm時(shí)

任何情況下b、b1或b2不得大于5mm。焊縫有效厚度：假定在所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞54

3.5.1坡口焊縫的強(qiáng)度

3.5坡口焊縫的構(gòu)造要求和計(jì)算焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫對(duì)全部焊縫作外觀檢查；一級(jí)、二級(jí)焊縫除外觀檢查外還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)。如焊縫中不存在缺陷，焊縫金屬的強(qiáng)度高于母材。但焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。焊接缺陷對(duì)受壓、受剪的對(duì)接焊縫影響不大，可認(rèn)為受壓、受剪的對(duì)接焊縫與母材強(qiáng)度相等，但受拉的坡口焊縫對(duì)缺陷甚為敏感，由于三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85％，而一二級(jí)檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等分為焊透的坡口焊縫和部分焊透的坡口焊縫。

3.5.1坡口焊縫的強(qiáng)度3.5坡口焊縫的構(gòu)造要求和計(jì)算55

3.5.2坡口焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

1、坡口焊縫的構(gòu)造要求對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度在一側(cè)相差4mm以上時(shí)，應(yīng)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(直接承受動(dòng)力荷載時(shí)不大于1:4)的斜角，以使截面過(guò)渡和緩，減小應(yīng)力集中。焊縫起滅弧處弧坑等缺陷對(duì)承載力影響極大，焊接時(shí)一般應(yīng)設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它割除。受靜力荷載設(shè)置引弧(出)板困難時(shí)，允許不設(shè)置，此時(shí)焊縫計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減2t。t為連接件的較小厚度，在T形接頭中t為腹板的厚度。3.5.2坡口焊縫的構(gòu)造和計(jì)算1、坡口焊縫的構(gòu)造要求56鋼板拼接可采用縱橫兩方向的對(duì)接焊縫，十字或T形交叉，T形交叉時(shí)距離不得小于200mm，且拼接料的長(zhǎng)度均不得小于300mm。T形拼接的構(gòu)造。鋼板拼接可采用縱橫兩方向的對(duì)接焊縫，十字或T形交叉，T形交57

2.焊透的坡口焊縫的計(jì)算坡口焊縫是焊件截面的組成部分，焊縫中應(yīng)力分布基本與焊件相同，故計(jì)算方法與構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算一樣。(1)軸心力作用的對(duì)接焊縫N—軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；lw—焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度。當(dāng)未采用引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；t—對(duì)接接頭中為連接件的較小厚度；T形接頭中為腹板厚度；—對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。只有三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫才需進(jìn)行抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算。如果采用直縫不能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求時(shí)，可采用如圖所示的斜對(duì)接焊縫。焊縫與作用力間的夾角θ滿(mǎn)足tanθ≤1.5時(shí)，斜焊縫的強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度，可不再進(jìn)行驗(yàn)算。2.焊透的坡口焊縫的計(jì)算只有三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫才需進(jìn)行抗拉強(qiáng)度58（2）彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫計(jì)算對(duì)接接頭受到彎矩和剪力的共同作用，正應(yīng)力與剪應(yīng)力的最大值應(yīng)分別滿(mǎn)足

Ww、Sw、Iw—焊縫的截面模量、面積矩、慣性矩。工字形或H型鋼梁的對(duì)接焊縫接頭，除分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力外，對(duì)于同時(shí)受有較大正應(yīng)力和剪應(yīng)力處，如腹板與翼緣的交接點(diǎn)還驗(yàn)算折算應(yīng)力：

驗(yàn)算點(diǎn)處焊縫的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。（2）彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫計(jì)算59

（3）軸心力、彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫焊縫的最大正應(yīng)力應(yīng)為軸心力和彎矩引起的應(yīng)力之和剪應(yīng)力折算應(yīng)力（3）軸心力、彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫60

3.部分焊透的坡口焊縫的計(jì)算受力很小，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(duì)接焊縫將使強(qiáng)度不能充分發(fā)揮時(shí)，可采用部分焊透的對(duì)接焊縫。四塊較厚的板焊成箱形截面的軸心受壓構(gòu)件，用焊透對(duì)接焊縫是不必要的；如采用角焊縫外形又不平整；采用部分焊透的對(duì)接與角接組合焊縫可以省工省料，較為美觀大方。部分焊透的對(duì)接焊縫必須在設(shè)計(jì)圖上注明坡口的形式和尺寸。3.部分焊透的坡口焊縫的計(jì)算61坡口形式：V形、單邊V形、U形、J形和K形。部分焊透的坡口焊縫可視為在坡口內(nèi)焊接的角焊縫。強(qiáng)度計(jì)算方法與直角角焊縫相同，在垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的壓力作用下βf＝1.22，其他情況取βf＝1.0。對(duì)U形、J形和坡口角α＞60°的V形坡口he=s

α＜60°的V形坡口焊縫he=0.75s對(duì)單邊V形和K形坡口焊縫，

α

=45°±5°時(shí)

he=s-3mm坡口形式：V形、單邊V形、U形、J形和K形。部分焊透的坡口焊62熔合線(xiàn)處焊縫截面邊長(zhǎng)等于或接近于最短距離S時(shí),應(yīng)驗(yàn)算焊縫在熔合線(xiàn)上的抗剪強(qiáng)度，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取0.9倍角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。焊縫的最小有效厚度為1.5，t2為坡口所在焊件的較大厚度(單位取mm)。

熔合線(xiàn)處焊縫截面邊長(zhǎng)等于或接近于最短距離S時(shí),應(yīng)驗(yàn)算焊縫在熔63

3.5.3焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用

規(guī)范對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如下規(guī)定：(1)需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，垂直于作用力方向的橫向?qū)雍缚p受拉時(shí)應(yīng)為一級(jí)，受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí)。(2)在不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，要求與母材等強(qiáng)的受拉對(duì)接焊縫應(yīng)不低于二級(jí)；受壓時(shí)宜為二級(jí)。(3)重級(jí)工作制和起重量Q＞50t的中級(jí)工作制吊車(chē)梁的腹板與上翼緣板之間以及吊車(chē)桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的T形接頭焊透的對(duì)接與角接組合焊縫，不應(yīng)低于二級(jí)。(4)由于角焊縫的內(nèi)部質(zhì)量不易探測(cè)，故規(guī)定其質(zhì)量等級(jí)一般為三級(jí)，只對(duì)直接承受動(dòng)力荷載且需要驗(yàn)算疲勞和起重量Q＞50t的中級(jí)工作制吊車(chē)梁才規(guī)定角焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級(jí)。3.5.3焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用規(guī)范對(duì)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用有如64

3.6.1焊接應(yīng)力的分類(lèi)和產(chǎn)生的原因

3.6焊接應(yīng)力和焊接變形熱變形焊件在焊接時(shí)產(chǎn)生的變形焊接殘余變形焊件冷卻后產(chǎn)生的變形，焊件中的應(yīng)力稱(chēng)為焊接殘余應(yīng)力1縱向焊接應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向施焊時(shí)，產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫及其附近溫度可達(dá)1600℃以上，而鄰近區(qū)域溫度急劇下降。不均勻的溫度場(chǎng)產(chǎn)生不均勻的膨脹。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)鋼材限制而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。這種拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。焊接應(yīng)力是一種無(wú)荷載作用下的應(yīng)力，在焊件內(nèi)部自平衡，必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力。3.6.1焊接應(yīng)力的分類(lèi)和產(chǎn)生的原因3.6焊接應(yīng)力65鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件662橫向焊接應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向產(chǎn)生的原因有二：焊縫縱向收縮，使兩塊鋼板趨向于形成反方向的彎曲變形，焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開(kāi)，于是兩塊板的中間產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而兩端則產(chǎn)生壓應(yīng)力。由于先焊的焊縫已經(jīng)凝固，阻止后焊焊縫在橫向自由膨脹，使其發(fā)生橫向的塑性壓縮變形。當(dāng)焊縫冷卻時(shí)，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(yuǎn)處的焊縫則受拉應(yīng)力。2橫向焊接應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向673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σx、σy外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接應(yīng)力σz

。這三種應(yīng)力形成同號(hào)三向應(yīng)力，將大大降低連接的塑性。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68

3.5.2焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響

1對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響

常溫工作并具有一定塑性的鋼材，靜荷作用下，焊接應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的靜力強(qiáng)度軸心受拉構(gòu)件受荷前截面上存在縱向焊接應(yīng)力，假設(shè)分布如圖所示，截面bt部分的焊接拉應(yīng)力已達(dá)fy，軸心力N作用下，應(yīng)力不再增加，鋼材具有一定的塑性，N僅由受壓的彈性區(qū)承擔(dān)。受壓區(qū)由原來(lái)受壓逐漸變?yōu)槭芾詈髴?yīng)力也達(dá)到屈服點(diǎn)fy，此時(shí)全截面應(yīng)力都達(dá)到fy。由于焊接應(yīng)力自相平衡，全截面屈服無(wú)焊接應(yīng)力，全截面上的應(yīng)力屈服時(shí)的外力為Btfy。3.5.2焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響1對(duì)結(jié)構(gòu)靜力69

3.5.2焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響

2對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響構(gòu)件上存在焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度。截面bt部分的拉應(yīng)力已達(dá)到fy，這部分剛度為零，因而構(gòu)件在拉力N作用下的應(yīng)變?cè)隽繛槿鐦?gòu)件上無(wú)焊接殘余應(yīng)力存在時(shí)，則構(gòu)件在拉力作用下的應(yīng)變?cè)隽繛锽-b＜B，所以，即焊接殘余應(yīng)力的存在增大了結(jié)構(gòu)的變形，故降低了結(jié)構(gòu)的剛度。3.5.2焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響2對(duì)結(jié)構(gòu)剛70

3.5.2焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響

3對(duì)受壓構(gòu)件承載力的影響焊接殘余應(yīng)力使構(gòu)件的有效面積和有效慣性矩減小，從而必定降低其穩(wěn)定承載力。4對(duì)低溫冷脆的影響

厚板或具有交叉焊縫將產(chǎn)生三向焊接拉應(yīng)力，阻礙了塑性變形的發(fā)展，增加了鋼材在低溫下的脆斷傾向。5對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響焊縫及其附近的主體金屬殘余拉應(yīng)力通常達(dá)到鋼材的屈服點(diǎn)，此部位正是形成和發(fā)展疲勞裂紋最為敏感的區(qū)域。焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有明顯不利影響。3.5.2焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響3對(duì)受壓構(gòu)71

3.5.3焊接變形

焊接過(guò)程中，不均勻的加熱和冷卻，焊接區(qū)在縱向和橫向收縮時(shí)，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生局部鼓曲、彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)等。焊接變形包括縱、橫收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，通常是幾種變形的組合。任一焊接變形超過(guò)驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定時(shí)，必須進(jìn)行校正，以免影響構(gòu)件在正常使用條件下的承載能力。3.5.3焊接變形焊接過(guò)程中，不均勻的加熱和冷卻，72

3.5.4減少焊接應(yīng)力和焊接變形的措施

設(shè)計(jì)措施(1)盡可能使焊縫對(duì)稱(chēng)于構(gòu)件截面的中性軸，以減小焊接變形。(2)采用適宜的焊腳尺寸和焊縫長(zhǎng)度。(3)焊縫不宜過(guò)分集中。(4)應(yīng)盡量避免兩條或三條焊縫垂直交叉。(5)盡量避免在母材厚度方向的收縮應(yīng)力。3.5.4減少焊接應(yīng)力和焊接變形的措施設(shè)計(jì)措施732工藝措施(1)合理的施焊次序采用分段退焊，厚焊縫采用分層焊，工字形截面按對(duì)角跳焊。(2)采用反變形施焊前給構(gòu)件一個(gè)與焊接變形反方向的預(yù)變形，使之與焊接所引起的變形相抵消，從而達(dá)到減小焊接變形的目的(3)小尺寸焊件，焊前預(yù)熱，或焊后回火加熱至600℃左右，然后緩慢冷卻，可以消除焊接應(yīng)力和焊接變形。也可采用剛性固定法將構(gòu)件加以固定來(lái)限制焊接變形，但卻增加了焊接殘余應(yīng)力。2工藝措施74《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》

75

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點(diǎn)

連接的作用將板材或型鋼組合成構(gòu)件，再將構(gòu)件組合成整體結(jié)構(gòu)。連接方式及其質(zhì)量直接影響鋼結(jié)構(gòu)的工作性能。必須安全可靠、傳力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造方便和節(jié)約鋼材。連接方法：焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接三種。

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接

3.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方法和特點(diǎn)

76鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件773.1.1焊接連接最主要的連接方法。優(yōu)點(diǎn)任何形式的構(gòu)件都可直接相連，構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作加工方便；不削弱截面，用料經(jīng)濟(jì)；連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量。缺點(diǎn)在熱影響區(qū)內(nèi)，金相組織發(fā)生改變，局部材質(zhì)變脆；焊接殘余應(yīng)力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低；焊接結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴(kuò)展到整體，低溫冷脆問(wèn)題較為突出。3.1.1焊接連接78通常采用電弧焊（包括手工電弧焊）、埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng)焊)以及氣體保護(hù)焊等。

鋼結(jié)構(gòu)常用焊接方法

1.手工電弧焊最常用的一種焊接方法。通電后在涂有藥皮的焊條與焊件之間產(chǎn)生電弧。

通常采用電弧焊（包括手工電弧焊）、埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng)焊)以79手工電弧焊所用焊條應(yīng)與焊件鋼材(或稱(chēng)主體金屬)相適應(yīng)：Q235鋼E43型焊條(E4300~E4328)；Q345鋼E50型焊條(E5000~E5048)；Q390鋼Q420鋼E55型焊條(E5500~E5518)。E表示焊條、前兩位數(shù)字為熔敷金屬的最小抗拉強(qiáng)度(以kgf／mm2表示)，第三、四位數(shù)字表示適用焊接位置、電流以及藥皮類(lèi)型等。不同鋼種的鋼材相焊接時(shí)，宜采用與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件80

2

埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng))

電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。自動(dòng)電弧焊焊絲送進(jìn)和電弧按焊接方向的移動(dòng)有專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)控制完成。半自動(dòng)電弧焊焊絲送進(jìn)有專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)，而電弧按焊接方向的移動(dòng)靠人手工操作完成。電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，生產(chǎn)率高。工藝條件穩(wěn)定，焊縫的化學(xué)成分均勻，焊縫質(zhì)量好、焊件變形小。同時(shí)，高焊速也減小了熱影響區(qū)的范圍。但埋弧焊對(duì)焊件邊緣的裝配精度(如間隙)要求比手工焊高。埋弧焊所用焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬?gòu)?qiáng)度相適應(yīng)，即要求焊縫與主體金屬等強(qiáng)度。

2

埋弧焊(自動(dòng)或半自動(dòng))81

3.

氣體保護(hù)焊

氣體保護(hù)焊是利用二氧化碳?xì)怏w或其他惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧熔焊方法。直接依靠保護(hù)氣體在電弧周?chē)斐删植康谋Ｗo(hù)層，以防止有害氣體的侵入并保證了焊接過(guò)程中的穩(wěn)定性。氣體保護(hù)焊的焊縫熔化區(qū)沒(méi)有熔渣，焊工能夠清楚地看到焊縫成型的過(guò)程；由于保護(hù)氣體是噴射的，有助于熔滴的過(guò)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(qiáng)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。但不適用于在風(fēng)較大的地方施焊。

3.

氣體保護(hù)焊823.1.2

鉚釘連接制孔和打鉚。塑性和韌性較好，傳力可靠，質(zhì)量易于檢查，對(duì)主體金屬的材質(zhì)質(zhì)量要求低。削弱截面，費(fèi)鋼費(fèi)工，要求技工技術(shù)水平高，勞動(dòng)條件差。很少采用，被焊接和螺栓連接所取代。3.1.2

鉚釘連接833.1.3螺栓連接

普通螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接兩種。1普通螺栓連接普通螺栓分為A、B、C三級(jí)。A與B級(jí)為精制螺栓，C級(jí)為粗制螺栓。A級(jí)和B級(jí)螺栓材料性能等級(jí)則為5.6級(jí)或8.8級(jí)。C級(jí)螺栓材料性能等級(jí)為4.6級(jí)或4.8級(jí)。小數(shù)點(diǎn)前面的數(shù)字表示螺栓成品的抗拉強(qiáng)度不小于400N/mm2，小數(shù)點(diǎn)及小數(shù)點(diǎn)以后數(shù)字表示其屈強(qiáng)比為0.6或0.8。3.1.3螺栓連接84

A、B級(jí)精制螺栓是由毛坯在車(chē)床上經(jīng)過(guò)切削加工精制而成。表面光滑，尺寸準(zhǔn)確，對(duì)成孔質(zhì)量要求高。有較高的精度，因而受剪性能好。制作和安裝復(fù)雜，價(jià)格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用C級(jí)螺栓由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成。螺栓表面粗糙，一般采用在單個(gè)零件上一次沖成或不用鉆模鉆成設(shè)計(jì)孔徑的孔(II類(lèi)孔)。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.5~2mm。螺栓桿與螺栓孔之間有較大的間隙，受剪力作用時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的剪切滑移，連接的變形大。安裝方便，且能有效地傳遞拉力，可用于沿螺栓桿軸受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時(shí)的臨時(shí)固定。A、B級(jí)精制螺栓是由毛坯在車(chē)床上經(jīng)過(guò)切削加工精制而成。表面852.高強(qiáng)度螺栓連接兩種類(lèi)型摩擦型連接：依靠摩擦阻力傳力，并以剪力不超過(guò)接觸面摩擦力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；承壓型連接：允許接觸面滑移，以連接達(dá)到破壞的極限承載力作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。采用45號(hào)鋼、40B鋼和20MnTiB鋼加工而成，經(jīng)熱處理后，螺栓抗拉強(qiáng)度應(yīng)分別不低于800N／mm2和1000N／mm2，即前者的性能等級(jí)為8.8級(jí)，后者的性能等級(jí)為10.9級(jí)。摩擦型連接螺栓的孔徑比螺栓公稱(chēng)直徑大1.5-2.0mm；承壓型連接高強(qiáng)度螺栓的孔徑比螺栓公稱(chēng)直徑大1.0-1.5mm。2.高強(qiáng)度螺栓連接兩種類(lèi)型86摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，施工較簡(jiǎn)單，可拆卸，耐疲勞，特別適用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型連接的承載力高于摩擦型，連接緊湊，但剪切變形大，故不得用于承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中。

摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，施工較簡(jiǎn)單，可拆卸，耐疲87

3.2.1焊縫的形式

3.2

焊縫和焊接連接的形式角焊縫和坡口焊縫。1.角焊縫連接板件不必坡口，焊縫金屬填充在連接板件形成的直角或斜角區(qū)域內(nèi)。按截面形式可分為：直角角焊縫兩焊腳邊的夾角為90°，微凸的等腰直角三角形，直角邊邊長(zhǎng)hf稱(chēng)為角焊縫的焊腳尺寸。he＝0.7hf為直角角焊縫的有效厚度。斜角角焊縫兩焊腳邊的夾角不等于90°斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結(jié)構(gòu)中。夾角大于l35°或小于60°的斜角角焊縫，除鋼管結(jié)構(gòu)外，不宜用作受力焊縫。3.2.1焊縫的形式3.2焊縫和焊接連接的形式角88鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件89

2.坡口焊縫焊件常需做成坡口，焊縫金屬填充在坡口內(nèi)。坡口形式與焊件厚度有關(guān)：焊件厚度很小(小于等于10mm)：直邊縫。一般厚度(t=10~20mm)

:具有斜坡口的單邊V形或V形焊縫。斜坡口和離縫b共同組成一個(gè)焊條能夠運(yùn)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。較厚的焊件(t＞20mm)，則采用U形、K形和X形坡口。V形縫和U形縫需對(duì)焊縫根部進(jìn)行補(bǔ)焊。坡口形式的選用，應(yīng)根據(jù)板厚和施工條件按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》要求進(jìn)行。2.坡口焊縫90對(duì)接焊縫：兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)；對(duì)接與角接組合焊縫：T形、十字形或角接接頭的坡口焊縫。對(duì)接焊縫：兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)；91

3.2.2焊接連接的形式

3.2焊縫和焊接連接形式

1.焊接連接形式被連接板件的相互位置：對(duì)接、搭接、T形連接和角部連接四種。連接所采用的焊縫主要有坡口焊縫和角焊縫。對(duì)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。采用對(duì)接焊縫，兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)，傳力均勻平緩，沒(méi)有明顯的應(yīng)力集中，用料經(jīng)濟(jì)，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(yán)格的要求。采用雙蓋板和角焊縫，傳力不均勻、費(fèi)料，但施工簡(jiǎn)便，所連接兩板的間隙大小無(wú)需嚴(yán)格控制。搭接連接：適用于不同厚度構(gòu)件的連接。傳力不均勻，材料較費(fèi)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，廣泛應(yīng)用。

3.2.2焊接連接的形式3.2焊縫和焊接連接形式192鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件93T形連接省工省料，常用于制作組合截面。采用角焊縫連接焊件間存在縫隙，截面突變，應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，疲勞強(qiáng)度較低，可用于不直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)的連接中。采用坡口焊縫對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，如重級(jí)工作制吊車(chē)梁，其上翼緣與腹板的連接。角部連接主要用于制作箱形截面。

T形連接省工省料，常用于制作組合截面。942.焊縫的施焊位置平焊、橫焊、立焊及仰焊。平焊(又稱(chēng)俯焊)施焊方便。立焊和橫焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。仰焊的操作條件最差，焊縫質(zhì)量不易保證，因此應(yīng)盡量避免采用仰焊。2.焊縫的施焊位置95

3.3焊縫缺陷和質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.1焊縫缺陷焊縫缺陷：焊接過(guò)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(jiàn)的缺陷：裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透等；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(xiǎn)的缺陷。3.3焊縫缺陷和質(zhì)量檢驗(yàn)3.3.1焊縫缺陷96

3.3.2焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)

缺陷削弱焊縫受力面積，焊縫處應(yīng)力集中，對(duì)連接的強(qiáng)度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)極為重要。外觀檢查檢查外觀缺陷和幾何尺寸；內(nèi)部無(wú)損檢驗(yàn)檢查內(nèi)部缺陷。采用超聲波檢驗(yàn)，用磁粉、熒光檢驗(yàn)等較簡(jiǎn)單的方法作為輔助。此外還可采用X射線(xiàn)或γ射線(xiàn)透照或拍片，X射線(xiàn)應(yīng)用較廣。《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一、二、三級(jí)。三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫作外觀檢查且符合三級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；一級(jí)、二級(jí)焊縫除外觀檢查外，還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)并符合相應(yīng)級(jí)別的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3.3.2焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)缺陷削弱焊縫受力面積，焊縫處應(yīng)力97

3.3.3焊縫代號(hào)圖例

《焊縫符號(hào)表示法》規(guī)定：焊縫代號(hào)由引出線(xiàn)、圖形符號(hào)和輔助符號(hào)三部分組成。引出線(xiàn)由橫線(xiàn)和帶箭頭的斜線(xiàn)組成。箭頭指到圖形上的相應(yīng)焊縫處，橫線(xiàn)的上面和下面用來(lái)標(biāo)注圖形符號(hào)和焊縫尺寸。當(dāng)引出線(xiàn)的箭頭指向焊縫所在的一面時(shí)，應(yīng)將圖形符號(hào)和焊縫尺寸等標(biāo)注在水平橫線(xiàn)的上面；當(dāng)箭頭指向?qū)?yīng)焊縫所在的另一面時(shí)，則應(yīng)將圖形符號(hào)和焊縫尺寸標(biāo)注在水平橫線(xiàn)的下面。必要時(shí)，可在水平橫線(xiàn)的末端加一尾部作為其他說(shuō)明之用。圖形符號(hào)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(duì)接焊縫。輔助符號(hào)表示焊縫的輔助要求，如用表示現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫等。3.3.3焊縫代號(hào)圖例《焊縫符號(hào)表示法》規(guī)定：焊縫代98鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之鋼結(jié)構(gòu)的連接課件993.4

角焊縫的構(gòu)造要求和計(jì)算角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為：正面角焊縫焊縫長(zhǎng)度方向與作用力垂直；側(cè)面角焊縫焊縫長(zhǎng)度方向與作用力平行；斜焊縫焊縫長(zhǎng)度方向與作用力方向成一角度；圍焊縫

正面、側(cè)面、斜焊縫組成的混合焊縫。3.4角焊縫的構(gòu)造要求和計(jì)算角焊縫按其與作用力的關(guān)系可分為100側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強(qiáng)度也較低。傳力線(xiàn)通過(guò)時(shí)產(chǎn)生彎折，應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)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(zhǎng)，應(yīng)力分布不均勻性越顯著，但在屆臨塑性工作階段時(shí)，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。側(cè)面角焊縫主要承受剪應(yīng)力，塑性較好，彈性模量低，強(qiáng)度也較101正面角焊縫受力復(fù)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?chē)?yán)重的應(yīng)力集中。正面角焊縫的破壞強(qiáng)度高于側(cè)面角焊縫，但塑性變形能力差。斜焊縫的受力性能和強(qiáng)度值介于正面角焊縫和側(cè)面角焊縫之間。正面角焊縫受力復(fù)雜，截面中的各面均存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力，焊根102

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

1.最小焊腳尺寸焊腳尺寸過(guò)小，施焊時(shí)冷卻速度過(guò)快，產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致母材開(kāi)裂。焊腳尺寸t2為較厚焊件厚度(mm)，焊腳尺寸取整數(shù)。自動(dòng)焊熔深較大，最小焊腳尺寸可減小1mm；T形連接的單面角焊縫，增加1mm；當(dāng)焊件厚度小于或等于4mm時(shí)，取與焊件厚度相同。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

1.最小焊腳尺寸103

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

2最大焊腳尺寸避免焊縫收縮時(shí)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和殘余變形，熱影響區(qū)擴(kuò)大，產(chǎn)生熱脆，較薄焊件燒穿，除鋼管結(jié)構(gòu)外焊腳尺寸t1為較薄焊件厚度（mm）。板件邊緣的焊縫：板件厚度t＞6mm時(shí)，hf≤t-(1~2)mmt≤6mm時(shí)，取hf≤t。不等角焊角尺寸。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求2最大焊腳尺寸104

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

3角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度焊腳尺寸大而長(zhǎng)度較小時(shí)，焊件的局部加熱嚴(yán)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。搭接連接的側(cè)面角焊縫，如果焊縫長(zhǎng)度過(guò)小，由于力線(xiàn)彎折大，會(huì)造成嚴(yán)重應(yīng)力集中。為了使焊縫能夠具有一定的承載能力，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不得小于8hf和40mm。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求3角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度105

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

4側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度側(cè)面角焊縫在彈性階段沿長(zhǎng)度方向受力不均勻，兩端大中間小。焊縫越長(zhǎng)，應(yīng)力集中越明顯。若焊縫長(zhǎng)度適宜，兩端點(diǎn)處的應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度后，繼續(xù)加載，應(yīng)力會(huì)漸趨均勻。若焊縫長(zhǎng)度超過(guò)某一限值時(shí)，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(jì)算長(zhǎng)度

lw≤60hf當(dāng)實(shí)際長(zhǎng)度大于上述限值時(shí)，其超過(guò)部分在計(jì)算中不予考慮。若內(nèi)力沿側(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布，比如焊接梁翼緣板與腹板的連接焊縫，計(jì)算長(zhǎng)度可不受上述限制。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求4側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)106

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

5搭接連接的構(gòu)造要求

當(dāng)板件端部?jī)H有2條側(cè)面角焊縫時(shí)，連接的承載力與b/lw有關(guān)，B為兩側(cè)焊縫的距離，lw為側(cè)焊縫長(zhǎng)度。當(dāng)b/lw＞1時(shí)，連接的承載力隨著b/lw比值的增大而明顯下降。為使連接強(qiáng)度不致過(guò)分降低，要求b/lw≤1。避免焊縫橫向收縮，引起板件向外發(fā)生較大拱曲，b不宜大于16t(t＞12mm)或190mm(t≤12mm)，t為較薄焊件的厚度。搭接連接中，僅采用正面角焊縫時(shí)，搭接長(zhǎng)度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小于25mm。3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求5搭接連接的構(gòu)造要求

1077減小角焊縫應(yīng)力集中的措施端部搭接采用三面圍焊時(shí)，在轉(zhuǎn)角處截面突變，會(huì)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(duì)于非圍焊情況，當(dāng)角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時(shí)，可連續(xù)地作長(zhǎng)度為2hf的繞角焊。7減小角焊縫應(yīng)力集中的措施1086斷續(xù)角焊縫的構(gòu)造要求角焊縫沿長(zhǎng)度方向：連續(xù)角焊縫、斷續(xù)角焊縫。連續(xù)角焊縫受力性能較好，主要的形式。斷續(xù)角焊縫起、滅弧處容易引起應(yīng)力集中，只用于次要構(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(guò)長(zhǎng)，以免連接不緊密，潮氣侵入引起構(gòu)件銹蝕。受壓構(gòu)件中應(yīng)滿(mǎn)足l≤15t；受拉構(gòu)件中l(wèi)≤30t，t為較薄焊件的厚度。

3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求

6斷續(xù)角焊縫的構(gòu)造要求3.4.1角焊縫的構(gòu)造要求109

3.4.2直角角焊縫的計(jì)算

1直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在45°的最小截面，此截面(有效厚度與焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的乘積)稱(chēng)為焊縫的有效截面或計(jì)算截面。3.4.2直角角焊縫的計(jì)算1直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基110

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

作用于焊縫有效截面上的應(yīng)力：垂直于焊縫有效截面的正應(yīng)力垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式作用于焊縫有效截面上111

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

根據(jù)多國(guó)試驗(yàn)結(jié)果，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)確定角焊縫的極限強(qiáng)度：

為焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度。上式是根據(jù)ST37(相當(dāng)于Q235鋼)提出的，對(duì)于其他鋼種，公式左邊的系數(shù)不是1.8，而是在1.7~3.0之間變化。為使公式能夠適用于較多的鋼材，同時(shí)也為了與母材的能量強(qiáng)度理論的折算應(yīng)力公式一致，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)(ECCS)將式中的1.8改為3，即：

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式根據(jù)多國(guó)試驗(yàn)結(jié)果，國(guó)112應(yīng)用上式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，較為繁難。不少?lài)?guó)家均在此基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化。我國(guó)規(guī)范在簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，假定焊縫在有效截面處破壞，各應(yīng)力分量滿(mǎn)足折算應(yīng)力公式。由于規(guī)范規(guī)定的角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是根據(jù)抗剪條件確定的，而相當(dāng)于角焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，則

1.

直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式113

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

角焊縫基本公式的推導(dǎo)。Ny在有效截面上引起垂直于焊縫一個(gè)直角邊的應(yīng)力，該應(yīng)力對(duì)有效截面既不是正應(yīng)力，也不是剪應(yīng)力，而是和的合力。1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式角焊縫基本公式的推導(dǎo)114

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

Ny—垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的軸向力；he—直角角焊縫的有效厚度，he=0.7hf

；lw—焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，考慮起滅弧缺陷，按各條焊縫的實(shí)際長(zhǎng)度每端減去hf計(jì)算。Nx在焊縫有效截面上引起平行于焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式Ny—垂直于焊縫長(zhǎng)度115

1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式

則得直角角焊縫在各種應(yīng)力共同下的計(jì)算式

—正面角焊縫的強(qiáng)度增大系數(shù)，直接承受動(dòng)力荷載時(shí)取1.0。

對(duì)正面角焊縫

對(duì)側(cè)面角焊縫

角焊縫的基本計(jì)算公式。只要將焊縫應(yīng)力分解為垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力和平行于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力，基本公式就可適用于任何受力狀態(tài)。1.直角角焊縫強(qiáng)度計(jì)算的基本公式則得直角角焊縫在各種1162

軸心力作用的角焊縫連接計(jì)算

（1)蓋板連接的角焊縫計(jì)算軸心力通過(guò)焊縫中心時(shí)，認(rèn)為焊縫應(yīng)力是均勻分布的。只有側(cè)面角焊縫時(shí)只有正面角焊縫時(shí)采用三面圍焊時(shí)2

軸心力作用的角焊縫連接計(jì)算117（2）承受斜向軸心力的角焊縫連接計(jì)算分力法：直接法：

（2）承受斜向軸心力的角焊縫連接計(jì)算直接法：118（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計(jì)算一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳福厥馇闆r采用L形圍焊。受軸心力作用，避免焊縫偏心受力，焊縫所傳遞的合力的作用線(xiàn)應(yīng)與角鋼桿件的軸線(xiàn)重合。三面圍焊兩面?zhèn)群福?）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計(jì)算一般采用兩面?zhèn)群富蛉鎳?19（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計(jì)算兩面?zhèn)群窵形圍焊（3）承受軸心力的角鋼角焊縫連接計(jì)算兩面?zhèn)群?203彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算（1）彎矩作用的角焊連連接計(jì)算

3彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算1213彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算（2）

彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算3彎矩、軸心力和剪力共同作用的角焊連連接計(jì)算122工字梁(或牛腿)與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常承受彎矩和剪力的共同作用。計(jì)算時(shí)通常假設(shè)腹板焊縫承受全部剪力，彎矩則由全部焊縫承受。工字梁(或牛腿)與鋼柱翼緣的角焊縫連接，通常承受彎矩和剪力的1234

扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計(jì)算（1）扭矩作用的環(huán)形角焊縫計(jì)算焊縫的有效厚度比圓環(huán)直徑小得多，可視為薄壁圓環(huán)的受扭問(wèn)題。有效截面任一點(diǎn)上所受的切線(xiàn)方向的剪應(yīng)力r—圓心至焊縫有效截面中線(xiàn)的距離；Ip—焊縫有效截面的慣性矩，Ip=2πher34扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計(jì)算r—圓心至焊縫有效截面124計(jì)算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，假定：①被連接件是絕對(duì)剛性的，有繞焊縫形心o旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而角焊縫本身是彈性；②角焊縫群上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線(xiàn)，且應(yīng)力大小與連線(xiàn)長(zhǎng)度r成正比。4

扭矩和剪力共同作用的角焊縫連接計(jì)算（2）扭矩作用的角焊縫計(jì)算計(jì)算角焊縫在扭矩T作用下產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)，假定：4扭矩和剪力共125（3）扭矩、剪力和軸心力共同作用的角焊縫連接計(jì)算（3）扭矩、剪力和軸心力共同作用的角焊縫連接計(jì)算1263.4.3斜角角焊縫的計(jì)算采用與直角角焊縫相同的計(jì)算公式計(jì)算。研究很少，計(jì)算公式也是根據(jù)直角角焊縫簡(jiǎn)化得出。因此，一律取3.4.3斜角角焊縫的計(jì)算采用與直角角焊縫相同的計(jì)算公式計(jì)127焊縫有效厚度：假定在所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞當(dāng)根部間隙b、b1或b2≤1.5mm時(shí)

當(dāng)b、b1或b2>1.5mm時(shí)

任何情況下b、b1或b2不得大于5mm。焊縫有效厚度：假定在所成夾角的最小斜面上發(fā)生破壞128

3.5.1坡口焊縫的強(qiáng)度

3.5坡口焊縫的構(gòu)造要求和計(jì)算焊縫按其檢驗(yàn)方法和質(zhì)量要求分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。三級(jí)焊縫對(duì)全部焊縫作外觀檢查；一級(jí)、二級(jí)焊縫除外觀檢查外還要求一定數(shù)量的超聲波檢驗(yàn)。如焊縫中不存在缺陷，焊縫金屬的強(qiáng)度高于母材。但焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。焊接缺陷對(duì)受壓、受剪的對(duì)接焊縫影響不大，可認(rèn)為受壓、受剪的對(duì)接焊縫與母材強(qiáng)度相等，但受拉的坡口焊縫對(duì)缺陷甚為敏感，由于三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85％，而一二級(jí)檢驗(yàn)的焊縫的抗拉強(qiáng)度可認(rèn)為與母材強(qiáng)度相等分為焊透的坡口焊縫和部分焊透的坡口焊縫。

3.5.1坡口焊縫的強(qiáng)度3.5坡口焊縫的構(gòu)造要求和計(jì)算129

3.5.2坡口焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

1、坡口焊縫的構(gòu)造要求對(duì)接焊縫的拼接處，當(dāng)焊件的寬度不同或厚度在一側(cè)相差4mm以上時(shí)，應(yīng)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(直接承受動(dòng)力荷載時(shí)不大于1:4)的斜角，以使截面過(guò)渡和緩，減小應(yīng)力集中。焊縫起滅弧處弧坑等缺陷對(duì)承載力影響極大，焊接時(shí)一般應(yīng)設(shè)置引弧板和引出板，焊后將它割除。受靜力荷載設(shè)置引弧(出)板困難時(shí)，允許不設(shè)置，此時(shí)焊縫計(jì)算長(zhǎng)度等于實(shí)際長(zhǎng)度減2t。t為連接件的較小厚度，在T形接頭中t為腹板的厚度。3.5.2坡口焊縫的構(gòu)造和計(jì)算1、坡口焊縫的構(gòu)造要求130鋼板拼接可采用縱橫兩方向的對(duì)接焊縫，十字或T形交叉，T形交叉時(shí)距離不得小于200mm，且拼接料的長(zhǎng)度均不得小于300mm。T形拼接的構(gòu)造。鋼板拼接可采用縱橫兩方向的對(duì)接焊縫，十字或T形交叉，T形交131

2.焊透的坡口焊縫的計(jì)算坡口焊縫是焊件截面的組成部分，焊縫中應(yīng)力分布基本與焊件相同，故計(jì)算方法與構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算一樣。(1)軸心力作用的對(duì)接焊縫N—軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；lw—焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度。當(dāng)未采用引弧板時(shí)，取實(shí)際長(zhǎng)度減去2t；t—對(duì)接接頭中為連接件的較小厚度；T形接頭中為腹板厚度；—對(duì)接焊縫的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。只有三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫才需進(jìn)行抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算。如果采用直縫不能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求時(shí)，可采用如圖所示的斜對(duì)接焊縫。焊縫與作用力間的夾角θ滿(mǎn)足tanθ≤1.5時(shí)，斜焊縫的強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度，可不再進(jìn)行驗(yàn)算。2.焊透的坡口焊縫的計(jì)算只有三級(jí)檢驗(yàn)的焊縫才需進(jìn)行抗拉強(qiáng)度132（2）彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫計(jì)算對(duì)接接頭受到彎矩和剪力的共同作用，正應(yīng)力與剪應(yīng)力的最大值應(yīng)分別滿(mǎn)足

Ww、Sw、Iw—焊縫的截面模量、面積矩、慣性矩。工字形或H型鋼梁的對(duì)接焊縫接頭，除分別驗(yàn)算最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力外，對(duì)于同時(shí)受有較大正應(yīng)力和剪應(yīng)力處，如腹板與翼緣的交接點(diǎn)還驗(yàn)算折算應(yīng)力：

驗(yàn)算點(diǎn)處焊縫的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。（2）彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫計(jì)算133

（3）軸心力、彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫焊縫的最大正應(yīng)力應(yīng)為軸心力和彎矩引起的應(yīng)力之和剪應(yīng)力折算應(yīng)力（3）軸心力、彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫134

3.部分焊透的坡口焊縫的計(jì)算受力很小，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(duì)接焊縫將使強(qiáng)度不能充分發(fā)揮時(shí)，可采用部分焊透的對(duì)接焊縫。四塊較厚的板焊成箱形截面的軸心受壓構(gòu)件，用焊透對(duì)接焊縫是不必要的；如采用角焊縫外形又不平整；采用部分焊透的對(duì)接與角接組合焊縫可以省工省料，較為美觀大方。部分焊透的對(duì)接焊縫必須在設(shè)計(jì)圖上注明坡口的形式和尺寸。3.部分焊透的坡口焊縫的計(jì)算135坡口形式：V形、單邊V形、U形、J形和K形。部分焊透的坡口焊縫可視為在坡口內(nèi)焊接的角焊縫。強(qiáng)度計(jì)算方法與直角角