焊缝连接的计算和应用.docx

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焊缝连接的计算和应用

焊缝连接的计算和应用

①②③④⑤⑥⑦

常用焊接方法：

①电弧焊（手工电弧焊、自动或半自动埋弧焊）；②电渣焊；③气体保护焊；④电阻焊；⑤栓钉焊。

焊缝连接的优缺点：

焊缝缺陷：

①裂纹（热裂纹：

焊接时产生的；冷裂纹：

焊缝冷却过程中产生的）；②气孔（由空气侵入或受潮的药皮熔化时产生的气体；焊件金属上的油、锈、垢污引起）；③烧穿；④夹渣；⑤未焊透（根部未焊透；边缘未焊透；焊缝层间未融合）；⑥咬边；⑦焊瘤。

焊缝质量控制：

《钢结构工程施工质量验收规范》规定：

三级：

通过外观检测，即检测焊缝实际尺寸是否符合设计要求和有无看的见的裂纹、咬边等缺陷；对于重要结构或要求焊缝金属强度等于被焊金属强度的对接焊缝，必须进行一级或二级质量检验，即在外观检查的基础上在做无损检验。

二级要求用超声波检验每条焊缝的20%的长度；一级要求用超声波检验每条焊缝的全部长度。

焊缝型式：

对接焊缝（强度高）和角接焊缝（施工简单）

对接焊缝：

按受力方向分对接正焊缝和对接斜焊缝；对接焊缝的几种形式及基本符号（I形焊缝；V形焊缝；单边V形焊缝；带钝边的V形焊缝；带钝边的U形焊缝）

角焊缝：

受力方向垂直于焊缝长度的是正面角焊缝；受力方向平行于焊缝长度的是侧面角焊交；焊缝按沿长度方向的分布情况分为连续角焊缝和断续角焊缝

焊缝连接型式：

按连接构件间的相对位置分为平接、搭接、T形连接、角接。

一、平接连接：

①用对接焊缝的平接连接，②用拼接板和角焊缝的平接连接，③用顶板和角焊缝的平接连接—用于受压构件；

二、搭接连接：

用角焊缝的搭接连接；

三、T型连接：

①用角焊缝的T型连接，②焊透的T型连接（性能与对接焊缝相同）；

四、角接连接：

用角焊缝和对接焊缝的角接连接

1：

常用焊缝基本符号

:

2：

焊缝符号中的辅助符号和补充符号

作用：

表明焊缝型式、尺寸和辅助要求

表示方法：

由指引线、基本符号、辅助符号和尺寸符号等部分组成。

（1）指引线：

由箭头线和虚实两条基准线组成。

基准线应与图纸底边平行；虚线可上可下；箭头线可弯折一次。

（2）基本符号：

表3-1。

焊缝在接头的箭头侧，标在基准线的实线侧；没有虚线时，标在实线的上方。

焊缝在接头的非箭头侧，标在基准线的虚线侧；没有虚线时，标在实线的下方。

标注双面对称焊缝时，基准线可只画实线一条。

单边对接焊缝（V、U），箭头线应指向有坡口的一侧。

（3）辅助符号：

表示焊缝表面形状特征，表3-2。

（4）补充符号：

补充说明焊缝的特征。

表3-2。

（5）焊缝尺寸在基准线上的标注：

焊缝截面的尺寸标在基本符号的左侧；

焊缝长度尺寸标在基本符号的右侧；

对接焊缝的坡口角度、根部间隙等尺寸标在基本符号的上侧或下侧。

（6）三个或三个以上的焊件相连，焊缝符号和尺寸应分别标注。

对接焊缝的构造和计算

焊缝质量级别较高的一级和二级对接焊缝，强度设计值与钢材相同，焊缝

有效截面与构件截面相同（无法采用引弧板的情况除外），因而所连接的构件如已满足强度要求，则焊缝的强度就不必进行计算。

对焊缝质量为三级的焊缝，其抗拉和抗弯曲受拉的强度设计值按规范规定等于相应钢材强度设计值的85%，因而需要进行计算。

对接焊缝的计算主要是值这种情况下的连接。

一、对接焊缝的构造要求

适用情况（板厚）

对接焊缝坡口形式

符号

说明

t≤10mm

I形缝

清除根部并进行补焊，没条件清跟和补焊者，要加垫板，保证焊透。

10mm≤t≤20mm

带钝边单边V形缝

带钝边V形缝（Y形缝）

t≥20mm

带钝边U形缝

带钝边双单边V形缝（K形缝）

带钝边双Y形缝（X形缝）

注1：

对接焊缝的起弧和落弧点，常因不能融透而出现焊口，形成类裂纹和应力

集中，为消除焊口，可将焊缝的起点和终点延伸至引弧板。

二、对接焊缝的计算

1、轴心受力的对接焊缝计算

（1）

Lw——焊缝计算长度，当采用引弧板时，取焊缝实际长度，当未采用引弧板时，每条焊缝取实际长度减去2t。

当正缝连接的强度低于焊件的强度时，为了提高连接的承载能力，可以改用

斜焊缝，当斜缝和作用力夹角θ符合tanθ≤1.5时，可以不计算焊缝强度。

2、受弯受剪的对接焊缝计算

（2）

（3）

I形、箱型、T形等构件，在腹板与翼缘交接处，焊缝截面同事受较大的正应力和较大的剪应力。

此类构件，除了分别验算焊缝截面的最大正应力和剪应力外，还应该验算折算应力

（4）

注：

下标1表示验算点（腹板与翼缘交接点）焊缝截面的正应力和剪应力

3、轴力，弯矩，剪力共同作用时，对接焊缝的最大正应力应为轴力和弯矩引起的应力之和，剪应力按（3）式验算，折算应力按（4）式验算。

角焊缝的构造和计算

一、基本概念

1：

角焊缝的截面尺寸（焊脚尺寸hf）；角焊缝两焊脚边的夹角一般为90度（直角角焊缝）（下图a、b、c、d）

（b中的不等边角焊缝以较小焊脚尺寸为hf）

2：

有效截面（等边角焊缝的最小截面和两边焊脚成α/2角的截面）也称作计算截面（不计入余高和熔深）。

有效截面面积为下式（焊缝长度要考虑起弧和落弧影响）

二、侧面角焊缝的受力状况。

侧面角焊缝主要承受剪力作用。

强度较低，在弹性阶段，应力沿焊缝长度方向分布不均匀，两端大中间小。

但塑性性能好，两端出现塑性变形，产生应力重分布，在规定长度内，应力分布趋于均匀。

计算时假定沿焊缝有效截面发生破坏。

侧面角焊缝应力分布

三、正面角焊缝的受力状况。

焊缝有效截面上，同时承受正应力和剪应力，破坏强度比侧面角焊缝高，担塑性变形要差一些（焊缝根部应力集中最为严重，破坏总是先在根部出现裂缝，然后扩展至整个截面）；正面角焊缝的强度比侧面角焊缝大1/3；

正面角焊缝的应力分布

角焊缝的应力位移曲线：

a为侧面角焊缝（θ=90）；b为正面角焊缝（θ=0）

四、焊脚尺寸限值

最小焊脚尺寸（t为较厚构件厚度-mm）

最大焊脚尺寸（t为较薄构件厚度-mm）

手工焊

hf≤1.2t

自动焊

对于板件边缘的焊缝

当t≤6时

hf≤t

T型接头

单面角焊缝

当t>6时

hf＝t－（1~2）

（注1：

圆孔或槽孔中的角焊缝焊脚尺寸不宜大于圆孔或槽孔短径的1/3）

四、焊缝的计算长度

焊缝计算长度（单位：

mm）

补充说明

一般情况

60hf≥lw≥8hf和40

超出部分不予考虑；但当内力沿侧面焊缝全长分布时，计算长度不受限制

断续角焊缝

lw≥10hf或50

净距

e≤15t（受压）

在次要构件或次要焊缝连接中采用

t为较薄厚度

e≤30t（受拉）

两面侧焊

lw≥b

侧距

b≤190（当t≤12）

当b不满足时，应加正面角焊缝、加槽焊或电焊钉。

t为较薄厚度；b为两侧面角焊缝之间的距离

b≤16t（当t＞12）

搭接连接

搭接长度≥5t及25

t为较薄厚度

注1：

当角焊缝的端部在构件转角处时，需做2hf绕角焊，转角处必须连续施焊。

注2：

直接承受动力荷载结构中，角焊缝表面应做成直线或凹陷，正面角焊缝宜采用1：

1.5的不等焊脚角焊缝；侧面角焊缝仍采用1：

1的等焊脚角焊缝。

五、直角角焊缝的计算的三个基本假设

1破坏面为沿450方向的焊缝截面；

2角焊缝的抗拉、抗压、抗剪强度设计值采用同一强度设计值ffw；

3应力沿焊缝长度的分布式均匀的。

六、直角角焊缝计算的基本公式

角焊缝应力平衡状态分析

角焊缝计算的基本计算公式（通过上式分析得到下式）

①侧面角焊缝受力情况（仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时）

②正面角焊缝受力情况（仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时）

③同时有平行与垂直于焊缝长度方向的轴心力时

（基本公式）

（一）、轴心受力构件的拼接板连接

轴心受力构件的拼接板连接

①仅侧面角焊缝：

②仅正面角焊缝：

③三面围焊时：

先计算正面角焊缝N1，剩余的N-N1由侧面角焊缝承担。

④菱形拼接板：

（为使传力线平缓过渡，减小矩形拼接板转角处的应力集中，可改用菱形拼接板）简化计算时不计正面及斜焊缝的f

（二）、受轴心力角钢的连接

①侧面角焊缝连接时

②三面围焊连接时

正面角焊缝承担的力：

侧面角焊缝承担的力：

肢背:

肢尖:

③采用L形焊连接时

正面角焊缝承担的力：

侧面角焊缝承担的力：

说明：

1）三种连接中首选两侧面焊缝连接；

2）直接查表得到侧面的内力分配系数；

3）一个角钢与节点板相连时，设计强度折减系数0.85。

（三）、弯矩作用下的角焊缝计算：

当力矩（或弯矩）作用平面与焊缝所在平面垂直时，焊缝受弯。

弯矩在焊缝有效截面上产生和焊缝长度方向垂直的应力σf，此弯曲应力呈三角形分布，边缘应力最大。

（四）、扭矩作用下角焊缝计算：

①焊缝群受扭：

当力矩作用平面与焊缝群所在平面平行是，焊缝受扭。

计算时采用下述假定：

被连接件绕焊缝有效截面形心o旋转，焊缝上任一点的应力方向垂直于该点与形心o的连线，应力大小与其到形心距离r成正比。

按上述假定，焊缝有效截面上距形心最远点（A点）的应力最大。

；其中

为焊缝有效截面（b图）绕形

心O的极惯性矩。

Ix与Iy焊缝有效截面绕x、y轴的惯性矩。

r——距形心最远点到形心的距离；

T——扭矩设计值。

X与Y方向分解得：

②环焊缝受扭：

扭矩作用下环形角焊缝有效截面面积只有剪应力沿切线方向（环向）作用，计算公式如下

（五）、弯矩、剪力、轴力共同作用下角焊缝计算：

如图，焊缝受到M=V•e、V、N的作用：

弯矩作用下，焊缝有效截面上的应力呈三角形分布，方向与焊缝长度方向垂直。

剪力在焊缝有效截面上产生沿焊缝长度方向均匀分布的应力。

轴力N产生垂直于焊缝长度方向，均匀分布的应力。

三种应力叠加后，危险点A的受力状态如图所示

；

；

将

和

带入下式

得焊缝危险点的应力计算公式

（六）、扭矩、剪力、轴力共同作用下角焊缝计算：

计算步骤如下；

①求出焊缝有效截面的形心O；

②将连接所受外力平移到形心O，算出扭矩T=V（a+e），剪力V，轴力N；

③计算出T、N单独作用下危险点A的应力

；

；

；

④验算危险点焊缝强度：

将

和

带入下式

得焊缝危险点的应力计算公式

（七）、塞焊计算：

塞焊计算公式为

d——塞焊孔径；

n——塞焊点数。