钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算md3.4_角焊缝的构造和计算Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算2. 2.角焊缝的截面形式及受力特点角焊缝的截面形式及受力特点当角焊缝两焊脚边的夹角为当角焊缝两焊脚边的夹角为9090 时，称为直角角焊缝，即时，称为直角角焊缝，即一般所指的角焊缝，是建筑结构中最常用的角焊缝。一般所指的角焊缝，是建筑结构中最常用的角焊缝。 两焊脚边的夹角两焊脚边的夹角 不是不是9090 时的焊缝称为斜角角焊缝。斜角角时的焊缝称为斜角角焊缝。斜角角焊缝主要应用于钢管结构中。焊缝主要应用于钢管结构中。 2 2钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的表面一般做成凸形，但对直接承受动力荷载结构中角焊缝的表面一般做成凸形，但对直接承受动力荷载结构中的角焊缝，为了减少应力集中，常将焊缝表面做成凹形。但的角焊缝，为了减少应力集中，常将焊缝表面做成凹形。但是经验表明，由于凹形表面收缩时拉应力较大，容易在焊后是经验表明，由于凹形表面收缩时拉应力较大，容易在焊后产生裂纹，而凸形焊缝收缩时反而不容易开裂。如用手工焊，产生裂纹，而凸形焊缝收缩时反而不容易开裂。如用手工焊，因施焊成型极为困难，采用凹形表面更不合适。所以手工焊因施焊成型极为困难，采用凹形表面更不合适。所以手工焊应采用直线形表面，或先焊微凸表面再用砂轮打磨为直线形应采用直线形表面，或先焊微凸表面再用砂轮打磨为直线形表面。当用自动焊时，由于电流强度大，金属熔化速度快，表面。当用自动焊时，由于电流强度大，金属熔化速度快，熔深大，焊缝金属冷却后自然形成凹形表面，此种凹形表面熔深大，焊缝金属冷却后自然形成凹形表面，此种凹形表面不易开裂，且动力性能较好。不易开裂，且动力性能较好。3 3钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算正面角焊缝的根部正面角焊缝的根部( (图中的图中的“A”“A”点点) )和趾部和趾部( (图中的图中的“B”“B”点点) )都有很大的应力集中。应力集中系数随根部的熔深大都有很大的应力集中。应力集中系数随根部的熔深大小和焊趾处斜边与水平边夹角小和焊趾处斜边与水平边夹角 而变。增大熔深和减小夹而变。增大熔深和减小夹角角 均可大大降低应力集中系数。均可大大降低应力集中系数。 4 4钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算对直接承受动态荷载结构中的正面角焊缝，根据国内外的试验对直接承受动态荷载结构中的正面角焊缝，根据国内外的试验资料，认为为了满足疲劳强度的要求，最好两焊脚尺寸比例为资料，认为为了满足疲劳强度的要求，最好两焊脚尺寸比例为1:3(1:3( =18.4=18.4 ) )。但施工单位反映，焊缝表面坡度愈小施焊愈。但施工单位反映，焊缝表面坡度愈小施焊愈困难，需要多次堆焊才能形成，这样反而影响焊缝质量。因此，困难，需要多次堆焊才能形成，这样反而影响焊缝质量。因此，我国现规范根据实际情况规定两焊脚尺寸比例为我国现规范根据实际情况规定两焊脚尺寸比例为1:1.5(1:1.5(长边顺长边顺内力方向内力方向) )。但有些国家的规定更为严格。但有些国家的规定更为严格。直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（图直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（图 (a)(a)）。在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常）。在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用图采用图 (b) (b)所示的坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式（图所示的坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式（图 (c)(c)）。）。5 5钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算大量试验结果表明，侧面角焊缝主要承受剪应力，塑性较好，大量试验结果表明，侧面角焊缝主要承受剪应力，塑性较好，弹性模量低，强度也较低。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，弹性模量低，强度也较低。传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，因而应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的因而应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。焊缝越长，应力分布不均匀性越显著，但随着进入塑性状态。焊缝越长，应力分布不均匀性越显著，但随着进入塑性工作阶段会产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋工作阶段会产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。我国规范根据实践经验，认为侧面角焊缝的长度限值应缓和。我国规范根据实践经验，认为侧面角焊缝的长度限值应与焊脚尺寸有关，因此规定最大计算长度为与焊脚尺寸有关，因此规定最大计算长度为60hf60hf。如果内力沿。如果内力沿侧面角焊缝全长分布，计算长度可不受上述限制，它包括焊接侧面角焊缝全长分布，计算长度可不受上述限制，它包括焊接组合梁翼缘板与腹板的纵向焊缝、支承加劲肋与腹板的连接焊组合梁翼缘板与腹板的纵向焊缝、支承加劲肋与腹板的连接焊缝等。过去动力荷载作用下侧焊缝的最大长度控制较静力荷载缝等。过去动力荷载作用下侧焊缝的最大长度控制较静力荷载的严，近年来经过试验研究，证明对静载或动载可以不加区别，的严，近年来经过试验研究，证明对静载或动载可以不加区别，统一取某个规定值。统一取某个规定值。6 6钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算正面角焊缝受力更复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力，正面角焊缝受力更复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力，焊根处存在着很严重的应力集中。这一方面由于力线弯折，另焊根处存在着很严重的应力集中。这一方面由于力线弯折，另一方面由于在焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝一方面由于在焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝的尖端。正面角焊缝的静力破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性的尖端。正面角焊缝的静力破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性变形要差些。而斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和变形要差些。而斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间，即塑性比正面角焊缝好、强度比侧面角焊缝侧面角焊缝之间，即塑性比正面角焊缝好、强度比侧面角焊缝高。高。构件端部与节点板的连接焊缝可用两面侧焊和三面围焊，围焊构件端部与节点板的连接焊缝可用两面侧焊和三面围焊，围焊中有正面角焊缝和侧面角焊缝，正面角焊缝的静力强度较高、中有正面角焊缝和侧面角焊缝，正面角焊缝的静力强度较高、刚度较大，而侧面角焊缝的静力强度较低但塑性较好。所以三刚度较大，而侧面角焊缝的静力强度较低但塑性较好。所以三面围焊与两面侧焊相比，破坏时较为突然，且塑性变形较小。面围焊与两面侧焊相比，破坏时较为突然，且塑性变形较小。但是对构件来说，三面围焊使构件截面中的应力较为均匀，与但是对构件来说，三面围焊使构件截面中的应力较为均匀，与两面侧焊相比，焊缝附近的构件主体金属疲劳强度较高。两面侧焊相比，焊缝附近的构件主体金属疲劳强度较高。7 7钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算图图3-4-6 3-4-6 角焊缝的应力角焊缝的应力（a a）侧面角焊缝；）侧面角焊缝；(b) (b) 正面角焊缝正面角焊缝 8 8钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算3. 3.角焊缝的尺寸限制角焊缝的尺寸限制角焊缝的尺寸限制角焊缝的尺寸限制(1) (1) 焊脚尺寸焊脚尺寸最小焊脚尺寸：如果板件厚度较大而焊缝过小，则施焊时最小焊脚尺寸：如果板件厚度较大而焊缝过小，则施焊时焊缝冷却速度过快而产生淬硬组织，易使焊缝附近主体金属焊缝冷却速度过快而产生淬硬组织，易使焊缝附近主体金属产生裂纹。这种现象在低合金高强度钢中尤为严重。据此并产生裂纹。这种现象在低合金高强度钢中尤为严重。据此并参考国内外资料，规定参考国内外资料，规定式中，式中，t t为较厚板件的厚度，单位为较厚板件的厚度，单位mmmm，计算时小数点以后均进，计算时小数点以后均进为为1mm1mm；考虑到低氢型焊条施焊的焊缝焊渣层厚，保温条件；考虑到低氢型焊条施焊的焊缝焊渣层厚，保温条件较好，较好，t t可采用较薄焊件的厚度。埋弧焊的热量较集中，因而可采用较薄焊件的厚度。埋弧焊的热量较集中，因而熔深较大，故最小焊脚尺寸可较上式的规定减小熔深较大，故最小焊脚尺寸可较上式的规定减小1mm1mm；而；而T T形形连接的单面角焊缝可靠性较差，应增加连接的单面角焊缝可靠性较差，应增加1mm1mm；当焊件厚度；当焊件厚度4mm4mm时，则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同，即时，则最小焊脚尺寸应与焊件厚度相同，即hf4mmhf4mm。9 9钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算最大焊脚尺寸：角焊缝的焊脚尺寸不能过大，否则易使母材最大焊脚尺寸：角焊缝的焊脚尺寸不能过大，否则易使母材形成形成“ “过烧过烧” ”现象，而且使构件产生较大的焊接残余变形和现象，而且使构件产生较大的焊接残余变形和残余应力。所以规定残余应力。所以规定h hf f1.2t1.2tminmin, t, tminmin为较薄焊件的厚度（图为较薄焊件的厚度（图3-4-3-4-7 7（a a）。对板件厚度为）。对板件厚度为t t的边缘角焊缝（图的边缘角焊缝（图3-4-73-4-7（b b），），若焊脚尺寸若焊脚尺寸h hf f=t=t，在施焊时容易产生咬边现象，不易焊满全厚，在施焊时容易产生咬边现象，不易焊满全厚度。因此规定，当度。因此规定，当t6mmt6mm时，取时，取h hf ft-(1t-(12)mm2)mm；当；当t6mmt6mm，由于一般用小直径焊缝施焊，技术较易掌握，可采用与焊件由于一般用小直径焊缝施焊，技术较易掌握，可采用与焊件等厚的角焊缝，即等厚的角焊缝，即h hf f t t。如果另一焊件厚度。如果另一焊件厚度ttt12mmt12mm时时) )或或b190mm b190mm ( (当当t12mmt12mm时时) )。如果。如果b b不能满足此规定，应加正面角焊缝或者不能满足此规定，应加正面角焊缝或者加槽焊加槽焊( (下图下图 (c) (c)或者圆孔焊或者圆孔焊( (下图下图(d)(d)。1515钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的围焊和绕角焊角焊缝的围焊和绕角焊角焊缝的围焊和绕角焊角焊缝的围焊和绕角焊 （a a）两边侧焊；）两边侧焊；(b) (b) 三边围焊三边围焊 ；(c) L(c) L形围焊；形围焊；(d) (d) 绕角焊绕角焊在非围焊的情况下，角焊缝的端部正好在构件连接的转角在非围焊的情况下，角焊缝的端部正好在构件连接的转角处，如此处做长度为处，如此处做长度为2hf2hf的绕角焊（上图（的绕角焊（上图（d d），可以避免），可以避免起落弧缺陷引起转角处过大的应力集中。起落弧缺陷引起转角处过大的应力集中。 1616钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算二、直角角焊缝强度计算的基本公式二、直角角焊缝强度计算的基本公式二、直角角焊缝强度计算的基本公式二、直角角焊缝强度计算的基本公式 如前所述，角焊缝的受力状态是很复杂的。图如前所述，角焊缝的受力状态是很复杂的。图3-4-133-4-13所示为所示为直角角焊缝的截面，直角角焊缝的截面， 0.7h 0.7hf f为直角角焊缝的有效厚度为直角角焊缝的有效厚度h he e（喉部（喉部尺寸）。试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部及其附尺寸）。试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部及其附近，通常认为直角角焊缝是以近，通常认为直角角焊缝是以4545 方向的最小截面方向的最小截面( (即有效即有效厚度与焊缝计算长度的乘积厚度与焊缝计算长度的乘积) )作为有效截面或称计算截面。作为有效截面或称计算截面。 图图3-4-13 3-4-13 直角角焊缝截面直角角焊缝截面 图图3-4-14 3-4-14 角焊缝有效截面上的应力角焊缝有效截面上的应力 1717钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算任何受力情况的角焊缝，均可求得作用于有效截面上的三种应任何受力情况的角焊缝，均可求得作用于有效截面上的三种应力（图力（图3-4-143-4-14）：垂直于有效截面的正应力）：垂直于有效截面的正应力 、垂直于焊缝长、垂直于焊缝长度方向的剪应力度方向的剪应力 、以及沿焊缝长度方向的剪应力、以及沿焊缝长度方向的剪应力 。即使如。即使如此，精确计算仍比较困难，一般是根据试验结果，找出比较合此，精确计算仍比较困难，一般是根据试验结果，找出比较合理而又简单的设计方法和相应的公式供设计时应用：无论侧焊理而又简单的设计方法和相应的公式供设计时应用：无论侧焊缝还是端焊缝，都假定破坏发生在有效截面上，按应力均布并缝还是端焊缝，都假定破坏发生在有效截面上，按应力均布并认为都是剪坏，根据试验取最低平均破坏应力来确定其设计强认为都是剪坏，根据试验取最低平均破坏应力来确定其设计强度，这基本上也是国际标准化组织推荐的方法。度，这基本上也是国际标准化组织推荐的方法。 应注意的是计算有效厚度应注意的是计算有效厚度hehe时，不考虑熔深和凸度。现行规时，不考虑熔深和凸度。现行规范未区分焊件方法的影响，对自动焊来说偏保守。对于凸度，范未区分焊件方法的影响，对自动焊来说偏保守。对于凸度，其尺寸大小无法保证，另外，还有凹形的，难于统一考虑，其尺寸大小无法保证，另外，还有凹形的，难于统一考虑，因此均忽略不计。因此均忽略不计。1818钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的基本计算公式角焊缝的基本计算公式角焊缝的基本计算公式角焊缝的基本计算公式式中，式中， f f按焊缝有效截面（按焊缝有效截面（h he el lw w）计算，垂直于焊缝长度方）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；向的应力； f f按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力；按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力；l lw w角焊缝的计算厚度，对每条焊缝取实际长度减去；当然应角焊缝的计算厚度，对每条焊缝取实际长度减去；当然应满足构造要求；满足构造要求； f f正面角焊缝的强度增大系数：对承受静力荷载和间接承受正面角焊缝的强度增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，动力荷载的结构， f f 1.221.22，对直接承受动力荷载的结构，对直接承受动力荷载的结构， f f 1.01.0。1919钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算三、角焊缝连接的计算三、角焊缝连接的计算三、角焊缝连接的计算三、角焊缝连接的计算1. 1.轴心力作用下角焊缝的计算轴心力作用下角焊缝的计算轴心力作用下角焊缝的计算轴心力作用下角焊缝的计算(1) (1) 钢板连接钢板连接1) 1) 轴心力与焊缝相垂直轴心力与焊缝相垂直- -正面角焊缝正面角焊缝2) 2) 轴心力与焊缝相平行轴心力与焊缝相平行- -侧面角焊缝侧面角焊缝3) 3) 轴心力与焊缝成一夹角轴心力与焊缝成一夹角- -斜角焊缝斜角焊缝2020钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算令令则斜焊缝的计算式为：则斜焊缝的计算式为：2121钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算(2) (2) 承受轴心力的角钢角焊缝计算承受轴心力的角钢角焊缝计算承受轴心力的角钢角焊缝计算承受轴心力的角钢角焊缝计算 当角钢用角焊缝连接时，虽然轴心力通过截面形心，由于当角钢用角焊缝连接时，虽然轴心力通过截面形心，由于截面形心到角钢肢背和肢尖的距离不等，肢背焊缝和肢尖截面形心到角钢肢背和肢尖的距离不等，肢背焊缝和肢尖焊缝的受力是不相等的：焊缝的受力是不相等的： 肢背处受力大而肢尖处受力小，肢背处受力大而肢尖处受力小，可用内力分配系数量化。可用内力分配系数量化。2222钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算图图3-4-17 3-4-17 角钢角焊缝受力分配角钢角焊缝受力分配（a a）两边侧焊；）两边侧焊；(b) (b) 三边围焊三边围焊 ；(c) L(c) L形围焊形围焊 在钢桁架中，弦杆、腹杆承受中心拉力或压力，这些杆件在钢桁架中，弦杆、腹杆承受中心拉力或压力，这些杆件常常采用角钢组成。在节点处角钢腹杆与节点板的连接焊常常采用角钢组成。在节点处角钢腹杆与节点板的连接焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，特殊情况也允缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，特殊情况也允许采用许采用L L形围焊形围焊( (图图3-4-17)3-4-17)。腹杆受轴心力作用，为了避免。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。的轴线重合。 2323钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算1) 1) 两边仅用两条侧面角焊缝连接时两边仅用两条侧面角焊缝连接时两边仅用两条侧面角焊缝连接时两边仅用两条侧面角焊缝连接时设设N N1 1、N N2 2分别为角钢肢背焊缝和肢尖焊缝承担的内力，由分别为角钢肢背焊缝和肢尖焊缝承担的内力，由平衡条件得：平衡条件得： 式中，式中，k1k1、k2k2为焊缝内力分配系数为焊缝内力分配系数 2) 2) 三面三面三面三面 围焊时围焊时围焊时围焊时 先确定正面角焊缝所分担的轴心力：先确定正面角焊缝所分担的轴心力： 2424钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算再通过平衡关系可解得：再通过平衡关系可解得： 3) L3) L形围焊形围焊 令令N N2 2=0=0，由上式得：，由上式得： 2525钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算根据上述方法求得角钢各条连接焊缝所承受的内力根据上述方法求得角钢各条连接焊缝所承受的内力N N1 1、N N2 2和和N N3 3后，便可按角焊缝的计算公式设计各焊缝的长度后，便可按角焊缝的计算公式设计各焊缝的长度l lw w、焊脚尺寸焊脚尺寸h hf f，也可验算已有焊缝的强度。，也可验算已有焊缝的强度。 考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际焊缝长度为计考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际焊缝长度为计算长度加算长度加2h2hf f；但对于三面围焊，由于在杆件端部转角处；但对于三面围焊，由于在杆件端部转角处必须连续施焊，每条侧面角焊缝只有一端可能起灭弧，放必须连续施焊，每条侧面角焊缝只有一端可能起灭弧，放焊缝实际长度为计算长度加焊缝实际长度为计算长度加h hf f；对于采用绕角焊的侧面角；对于采用绕角焊的侧面角焊缝实际长度等于计算长度加焊缝实际长度等于计算长度加 h hf f( (绕角焊缝长度绕角焊缝长度2h2hf f不进入不进入计算计算) )。2626钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算2. 2.弯矩、剪力和轴心力共同作用下的角焊缝计算弯矩、剪力和轴心力共同作用下的角焊缝计算弯矩、剪力和轴心力共同作用下的角焊缝计算弯矩、剪力和轴心力共同作用下的角焊缝计算(1)(1)承受偏心斜向力的角焊缝连接计算承受偏心斜向力的角焊缝连接计算承受偏心斜向力的角焊缝连接计算承受偏心斜向力的角焊缝连接计算图中图中A A点应力最大，为控制设计点点应力最大，为控制设计点 此处垂直于焊缝长度方向的应力由两部分组成：此处垂直于焊缝长度方向的应力由两部分组成： 2727钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算(2) (2) 工字形截面梁（或牛腿）角焊缝连接计算工字形截面梁（或牛腿）角焊缝连接计算工字形截面梁（或牛腿）角焊缝连接计算工字形截面梁（或牛腿）角焊缝连接计算下图所示为工字形截面梁（或牛腿）与柱采用角焊缝的连接，下图所示为工字形截面梁（或牛腿）与柱采用角焊缝的连接，通常承受弯矩通常承受弯矩MM和剪力和剪力V V的联合作用。由于翼缘的竖向刚度较的联合作用。由于翼缘的竖向刚度较差，在剪力作用下，如果没有腹板焊缝存在，翼缘将发生明差，在剪力作用下，如果没有腹板焊缝存在，翼缘将发生明显挠曲。这就说明，翼缘板的抗剪能力极差。由于翼缘板的显挠曲。这就说明，翼缘板的抗剪能力极差。由于翼缘板的竖向刚度不足，一般假定剪力仅由竖直腹板焊缝承受，而弯竖向刚度不足，一般假定剪力仅由竖直腹板焊缝承受，而弯矩则由全部焊缝承受。矩则由全部焊缝承受。为了焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧均匀布置角为了焊缝分布较合理，宜在每个翼缘的上下两侧均匀布置角焊缝，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方向的弯曲应力，焊缝，由于翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方向的弯曲应力，此弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大应力发生在翼缘焊此弯曲应力沿梁高度呈三角形分布，最大应力发生在翼缘焊缝的最外纤维处，为了保证此焊缝的正常工作，应使翼缘焊缝的最外纤维处，为了保证此焊缝的正常工作，应使翼缘焊缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强度条件。缝最外纤维处的应力满足角焊缝的强度条件。 2828钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算2929钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算(3) T(3) T形截面牛腿角焊缝连接计算形截面牛腿角焊缝连接计算计算时通常假设腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩则由全部计算时通常假设腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。显然控制设计点为竖直焊缝的下端点焊缝承受。显然控制设计点为竖直焊缝的下端点A A。 3030钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算3. 3.扭矩、剪力和轴心力共同作用下的角焊缝计算扭矩、剪力和轴心力共同作用下的角焊缝计算扭矩、剪力和轴心力共同作用下的角焊缝计算扭矩、剪力和轴心力共同作用下的角焊缝计算3131钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算计算角焊缝在扭矩计算角焊缝在扭矩计算角焊缝在扭矩计算角焊缝在扭矩T T作用下产生的应力时，是基于下列假定：作用下产生的应力时，是基于下列假定：作用下产生的应力时，是基于下列假定：作用下产生的应力时，是基于下列假定： 被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心被连接件是绝对刚性的，它有绕焊缝形心0 0旋转的趋势，而旋转的趋势，而角焊缝本身是弹性；角焊缝本身是弹性；角焊缝群上任一点的应力方向垂直于该角焊缝群上任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度点与形心的连线，且应力大小与连线长度r r成正比。成正比。 式中式中 r r圆心至焊缝有效截面中线的圆心至焊缝有效截面中线的距离；距离； Ip Ip焊缝有效截面的极惯性矩。焊缝有效截面的极惯性矩。3232钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算受剪力和扭矩作用的角焊缝受剪力和扭矩作用的角焊缝 3333钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算计算时按弹性理论，确定焊缝有效截面的形心位置和计算扭计算时按弹性理论，确定焊缝有效截面的形心位置和计算扭矩矩T T及轴心力及轴心力F F产生的应力时，都可不考虑焊缝方向（即不区产生的应力时，都可不考虑焊缝方向（即不区分是正面角焊缝还是侧面角焊缝），只在最后验算式中引进分是正面角焊缝还是侧面角焊缝），只在最后验算式中引进系数系数 f f。 在扭矩在扭矩T T作用下，作用下，A A点点( (或或AA点点) )的应力为：的应力为： 将分解为垂直于焊缝长度方向的应力和沿焊缝长度方向的将分解为垂直于焊缝长度方向的应力和沿焊缝长度方向的剪应力：剪应力： 3434钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算另外，轴心力另外，轴心力F F产生的应力按均匀分布于全截面计算，在验算产生的应力按均匀分布于全截面计算，在验算点处该应力垂直于焊缝长度方向点处该应力垂直于焊缝长度方向 F F： 3535钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算应该指出的是上述计算方法中，假定轴心力产生的应力为平应该指出的是上述计算方法中，假定轴心力产生的应力为平均分布。实际上，在上图轴心力作用下，水平焊缝为正面焊均分布。实际上，在上图轴心力作用下，水平焊缝为正面焊缝，而竖直焊缝为侧面焊缝，两者单位长度分担的应力是不缝，而竖直焊缝为侧面焊缝，两者单位长度分担的应力是不同的，前者较大，后者较小。显然，轴心力产生的应力假设同的，前者较大，后者较小。显然，轴心力产生的应力假设为平均分布，与前面基本公式推导中，考虑焊缝方向的思路为平均分布，与前面基本公式推导中，考虑焊缝方向的思路不符。同样，在确定形心位置以及计算扭矩下所产生的应力不符。同样，在确定形心位置以及计算扭矩下所产生的应力时，也设有考虑焊缝方向，而只在最后验算式中引进了系数时，也设有考虑焊缝方向，而只在最后验算式中引进了系数 f f，上面计算方法有一定的近似性。，上面计算方法有一定的近似性。3636钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算【例【例3-4-13-4-1】承受轴心拉力的板件，采用上、下两块拼接板并采】承受轴心拉力的板件，采用上、下两块拼接板并采取角焊缝三边围焊连接。已知板件宽度取角焊缝三边围焊连接。已知板件宽度b1=400mmb1=400mm，厚度，厚度t1=18mm(t1=18mm(图图3-3-26)3-3-26)；承受轴心拉力；承受轴心拉力N=1425kNN=1425kN；两块拼接板的宽；两块拼接板的宽度度b2=340mmb2=340mm，厚度，厚度t2=12mmt2=12mm；钢材为；钢材为Q235Q235。采用手工焊接，焊。采用手工焊接，焊条为条为E43E43。试确定盖板尺寸。试确定盖板尺寸。3737钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算【解】设计拼接盖板连接的方法比较灵活，可先假定焊脚尺寸【解】设计拼接盖板连接的方法比较灵活，可先假定焊脚尺寸求焊缝长度，再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸，不满意时可求焊缝长度，再由焊缝长度确定拼接盖板的尺寸，不满意时可调整焊脚尺寸再算；若有丰富的经验，则可先假定焊脚尺寸和调整焊脚尺寸再算；若有丰富的经验，则可先假定焊脚尺寸和拼接盖板的尺寸，然后验算焊缝的承载力。拼接盖板的尺寸，然后验算焊缝的承载力。 角焊缝的焊脚尺寸角焊缝的焊脚尺寸hfhf应根据板件厚度确定：应根据板件厚度确定：由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度由于此处的焊缝在板件边缘施焊，且拼接盖板厚度t2=12mm6mmt2=12mm6mm，t2 t1t2 t1，则，则取角焊缝的焊脚尺寸取角焊缝的焊脚尺寸hfhf8mm8mm，则，则3838钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算代入数据，注意围焊缝只有一个起弧点和一个落弧点，有代入数据，注意围焊缝只有一个起弧点和一个落弧点，有解、取整得解、取整得 l l200mm200mm上、下各一块拼接板的长度为上、下各一块拼接板的长度为 最后选定的上、下拼接板的尺寸为最后选定的上、下拼接板的尺寸为234012410234012410。3939钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算【例【例3-4-23-4-2】试验算图】试验算图3-3-27(a)3-3-27(a)所示牛腿与钢柱连接角焊缝的强所示牛腿与钢柱连接角焊缝的强度。钢材为度。钢材为Q235Q235，焊条为，焊条为E43E43型，手工焊。荷载设计值型，手工焊。荷载设计值N=365kNN=365kN，偏心距，偏心距e=350mme=350mm，焊脚尺寸，焊脚尺寸hf1=8mmhf1=8mm，hf2=6mmhf2=6mm。图图3-3-27(b)3-3-27(b)为焊缝有效截面。为焊缝有效截面。4040钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算【解】力【解】力N N在角焊缝形心处引起剪力在角焊缝形心处引起剪力V=N=365kNV=N=365kN和弯矩和弯矩M=Ne=365X 0.35=127.8kNmM=Ne=365X 0.35=127.8kNm。全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩为：全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩为：翼缘焊缝的最大应力：翼缘焊缝的最大应力： 腹板焊缝中设计控制点腹板焊缝中设计控制点A A由于弯矩由于弯矩MM引起的应力：引起的应力：4141钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算则腹板焊缝的强度则腹板焊缝的强度(A(A点为设计控制点点为设计控制点) )为：为：由于剪力由于剪力V V在腹板焊缝中产生的平均剪应力：在腹板焊缝中产生的平均剪应力：4242钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算【例【例3-4-33-4-3】验算支托板与柱的连接，板厚】验算支托板与柱的连接，板厚t=12mmt=12mm，Q235Q235钢钢材，采用三面围焊，在焊缝群重心上作用有轴力材，采用三面围焊，在焊缝群重心上作用有轴力N N50kN50kN，剪力剪力V V200kN200kN，扭矩，扭矩T T160kNm160kNm，手工焊，焊条用，手工焊，焊条用E43E43型，型，焊脚尺寸焊脚尺寸hf=10mmhf=10mm。( (忽略起弧、落弧缺陷的影响忽略起弧、落弧缺陷的影响) )4343钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算解：焊缝有效计算截面如上图所示。解：焊缝有效计算截面如上图所示。(1)(1)计算有效截面几何特性计算有效截面几何特性有效截面面积：有效截面面积：AeAe0.710(2400+400)=8400mm0.710(2400+400)=8400mm2 2 形心位置：形心位置： 惯性矩：惯性矩： 4444钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算(2)(2)验算危险点验算危险点A A的应力的应力4545钢结构钢结构钢结构钢结构/ / 第第第第3 3章章章章 钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接钢结构的连接 /$3.4 /$3.4 角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算角焊缝的构造和计算所以，此连接的焊缝强度满足要求。所以，此连接的焊缝强度满足要求。 4646