1、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,3 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,3.5.4 焊缝强度设计值,3 钢结构的连接设计,确定
2、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,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lwL， 无引弧板lwL2t（较小板厚） 对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度,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
3、的连接设计,焊缝应力 简化验算,规范规定 当 ，可不验算。,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,应力分布,应力分布,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,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,焊缝有效抗剪面积，,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,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135o或60o斜角角焊缝, 不宜用作受力焊缝。,3 钢结构的连接
4、设计,普通型,深熔型,平坡型,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,（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,3.6.2 角焊缝截面尺寸（1）,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,max,3.6.2 角焊缝截面尺寸（2）,hf,max1.2t1 式中: t1-较薄焊件厚度。
5、,对于板件边缘的角焊缝：,当 t6mm时，hf,maxt； 当 t 6mm时， hf,max t -(12)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1/3,3 钢结构的连接设计,（3）最小焊脚尺寸hf,min,6.2 角焊缝截面尺寸（3）,式中: t2-较厚焊件厚度。,当t24mm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）,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
6、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,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。,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）,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
7、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
8、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,3.7.2端缝应力状态,破坏模式,3 钢结构的连接设计,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,计算焊缝长度,lw 每条连续焊缝的长度2h f（每端扣h f ）,3.7.4 角焊缝的计算截面（1）,h-焊缝厚度、h1熔深
9、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 0.7 hf ；其他： he hf cos( /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,试验公式,3.7.5 角焊缝的计算应力（1）,3 钢结构的连接设计,简化公式,f,危险点,3.7.5 角焊缝的计算应力（2）,3 钢结构的连接设计,3.7.6 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
10、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。,3.8角焊缝计算,3 钢结构的连接设计,3.8.1 计算步骤,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,3.8.2 典型节点（1）拼接板连接 承受轴力N作用,3 钢结构的连接设计,验算,四周围焊,当焊缝受直接动力荷载时：,N1 lw1,N2，lw2,简化验算 无论静载、动载,3.8.2 典型节点（1）拼接板连接 承受轴力N作用,3.8.2典型节点（1）受轴心力作用时 一般情况：轴心力N通过焊缝重心
11、，且与焊缝长度方向的夹角为：,3 钢结构的连接设计,特殊情况： =90，焊缝长度与受力方向垂直（正面角焊缝）：(3-6) =0，焊缝长度与受力方向平行（侧面角焊缝） ：(3-7)式中 lw为连接一侧所有焊缝的计算长度之和，每条焊缝按实际长度减去2hf。,3 钢结构的连接设计,3 钢结构的连接设计,两边侧焊,N1、N2 不均匀分配,3.8.3 典型节点（2）角钢与拼接板连接 承受轴力N作用,由平衡,3 钢结构的连接设计,3.8.3 典型节点（2）角钢与拼接板连接 承受轴力N作用,3.8.3 典型节点（3）角钢与拼接板连接 承受轴力N作用角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算,3 钢结构的连接设计,
12、三面围焊,N1 +N2 +N3 =N N1 e1 = N2 e2 +N3(e2 b/2) e1 + e2 =b,端部正面角焊缝能传递的内力为：,3 钢结构的连接设计,由平衡,3.8.3 典型节点（4）角钢与拼接板连接 承受轴力N作用角钢用“L”型焊缝与节点板连接的焊缝计算,由 N2 = 0得：,3 钢结构的连接设计,3.8.3 典型节点（5）弯矩单独作用时的焊缝计算,3 钢结构的连接设计,任一点处：,式中 Ww角焊缝有效截面的截面模量。,3.8.3 典型节点（6）扭矩单独作用时的焊缝计算,3 钢结构的连接设计,3.8.3 典型节点（6）扭矩单独作用时的焊缝计算,3 钢结构的连接设计,扭矩单独作
13、用时式中 J 角焊缝有效截面的极惯性矩，J=IxIy ；rAA点至形心o点的距离。将 A分解到x和y方向，有,3.8.3 角焊缝在弯矩、剪力、轴向力、扭矩共同作用时的焊缝计算,3 钢结构的连接设计,3.8.3 角焊缝在弯矩、剪力、轴向力、扭矩共同作用时的焊缝计算步骤：,3 钢结构的连接设计,1、首先求出单独外力作用下的角焊缝的应力，并判断该应力状态相对该焊缝产生端缝受力还是侧缝受力，分别用和 表示。,2、采用叠加原理，将各种外力作用下的焊缝应力用进行叠加。叠加时注意应取焊缝截面上同一点处的应力值进行叠加，而不是最大应力值进行叠加。为此，事先应预判断焊缝应力“最危险点”， “最危险点”一般位于焊
14、缝边缘处，偏离形心较远处。,3 钢结构的连接设计,梁柱连接受弯矩M、剪力V、轴力N 作用,3.8.3 典型节点（7）梁柱连接 弯矩、剪力、轴力作用,3 钢结构的连接设计,3.8.3典型节点（8）牛腿焊接 扭矩、剪力、轴力作用,扭矩T产生A点的应力,极惯性矩 Izw=Ixw+Iyw,3 钢结构的连接设计,验算：,A点：,3.8.3典型节点（8）牛腿焊接 扭矩、剪力、轴力作用,3 钢结构的连接设计,3 钢结构的连接设计,3.8.4 焊接应力与焊接变形 1.焊接变形：钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。 2.焊接应力：焊接后冷
15、却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。 3.焊接应力产生的原因及其危害 （1）原因焊接应力产生的原因本质上焊接过程中的热胀冷缩引起的。两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝附近温度高达1600C，其邻近区域温度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。,3 钢结构的连接设计,3 钢结构的连接设计,纵向焊接应力沿焊缝方向两板焊接 焊缝区受拉、两侧受压焊接工字钢腹板中央受压，两端受拉翼缘中央受拉，两端受压 横向焊接应力垂直焊缝方向A. 焊缝纵向收缩导致两块板反向弯曲中间横向受拉，两端受压B. 施焊先后
16、不同，则冷却时间不同，导致后焊部分收缩受拉，先冷部分受杠杆作用也受拉，中间部分受压A和B两种作用叠加 厚度方向焊接应力表面受压，中央受拉,3.8.4 焊接应力与焊接变形 焊接应力：,3 钢结构的连接设计,工字形截面,3.8.4焊接应力与焊接变形,3 钢结构的连接设计,横向焊接应力,应力分布,第二部分,厚度方向焊接应力,3.8.4焊接应力与焊接变形,（2）焊接应力的危害A. 由于承载时可扩展塑性区，常温下受静载不影响强度，但会影响刚度 B. 焊缝中的三向应力阻碍塑性变形的发展，导致开裂，降低疲劳强度C. 降低构件稳定性，和使构件提前进入塑性工作阶段,4.焊接变形的产生和防止 （1）焊接变形产生的
17、原因及形式焊接变形是由于焊接过程中焊区的收缩变形引起的，表现在构件局部的鼓起、歪曲、弯曲或扭曲等。 表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。如图：,3 钢结构的连接设计,3.8.4焊接应力与焊接变形,3 钢结构的连接设计,与焊接应力同时产生，由焊区收缩变形导致,波浪变形,纵向收缩 横向收缩 弯曲 角变形 波浪变形 扭曲变形,3.8.4焊接应力与焊接变形,3 钢结构的连接设计,（2）降低焊接应力和焊接变形的措施,1）选择合理的施焊顺序(分段、分层、分块等)；2）采用合理的焊缝设计：尽量避免三向焊缝汇交；控制焊缝厚度不要过大；尽量对称布置焊缝；不宜单独使用端缝。3）施焊前使构件有一个和焊接变形相反的预变形；4）对小尺寸构件可在焊前预热，或在焊后回火加热至600左右，然后缓慢冷却；5）采用机械方法校正焊接变形。,3.8.4焊接应力与焊接变形,3 钢结构的连接设计,设计措施,合理安排焊缝位置 焊缝不宜过分集中，避免焊缝立体交错,加劲板：主要焊缝 通过，次要焊缝中断,（2）降低焊接应力和焊接变形的措施,3.8.4焊接应力与焊接变形,3 钢结构的连接设计,加工措施,合理安排焊接次序，拆分多道焊缝。 施焊前，预加反向变形。,焊接次序交替进行,分多道焊缝,预加反变形,（2）降低焊接应力和焊接变形的措施,3.8.4焊接应力与焊接变形,
