对接焊缝的构造与计算
对接焊缝
对接焊缝的计算 例题6 例题6 【解】1.焊缝面积模量计算 截面面积:
AW = 2 ×12 ×100 + 200 × 8 = 4000mm2
1 I W = (100 × 224 3 − 92 × 200 3 ) = 3233 × 10 4 mm 4 截面惯性距： 12 截面抵抗矩： WW = I W / 112 = 288661mm 3
对接焊缝的计算 例题6 例题6 计算工字梁截面的对接焊缝已知条件如下：
max
max
已知：翼缘板宽100mm，厚度12mm；腹板高度200mm，厚度8mm 材 料：钢材为Q345 手工焊，焊缝质量2级，焊条E50，施焊时采用 引弧板； 荷 载：轴向拉力=200kN，弯矩40kN·m，剪力240kN；
式中： 式中： lw——焊缝计算长度， 焊缝计算长度， 焊缝计算长度 钢板宽度b，未采用引弧板施焊时取(b –2t) mm； 钢板宽度 ，未采用引弧板施焊时取 ； t ——在对接接头中为被连接两钢板的较小厚度 在对接接头中为被连接两钢板的较小厚度 在T形或角接接头中为对接焊缝所在面钢板的厚度 形或角接接头中为对接焊缝所在面钢板的厚度 ftw 、fcw——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。 对接焊缝的抗拉、 对接焊缝的抗拉 抗压强度设计值。
§3-2 对接焊缝的构造和计算
施焊时均应加引弧板，避免焊缝两端起落弧缺陷， 施焊时均应加引弧板，避免焊缝两端起落弧缺陷， 无引弧板焊缝计算长度应取为实际长度， 无引弧板焊缝计算长度应取为实际长度，计算每条焊缝 长度应减去2t。 长度应减去 。 加引弧板施焊情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及 加引弧板施焊情况下，所有受压、 受拉的一、二级焊缝，均与母材等强， 受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算 受拉的三级焊缝需要计算 一、二级对接焊缝和没有拉应力构件中的三级对接焊缝 都与主体钢材等强度， 都与主体钢材等强度，即只要钢材强度已经计算能满足设计要 则焊缝强度同样也能满足。 求，则焊缝强度同样也能满足。
建筑钢结构工程技术 2.3 对接焊缝的构造和计算
对接焊缝的构造和计算用对接焊缝连接的板件常需把焊接的边缘加工成各种形式的坡口，因此对接焊缝又称为坡口焊缝。
对接焊缝按是否焊透可分为焊透的和部分焊透的两种。
焊透的对接焊缝强度高，受力性能好，故一般均采用焊透的对接焊缝。
只有当板件较厚而内力较小或甚至不受力时，才可采用部分焊透的对接焊缝，以省工省料和减小焊接变形。
但由于它们未焊透，应力集中和残余应力严重，对于直接承受动力荷载的构件不宜采用。
以下仅对焊透的对接焊缝的构造和计算加以详细论述。
一、对接焊缝的构造对接焊缝坡口的形式与尺寸应根据焊件厚度和施焊条件来确定，以保证焊缝质量、便于施焊和减小焊缝截面为原则。
一般由制造厂结合工艺条件并根据国家标准来确定。
（一）对接焊缝坡口的基本形式对接焊缝的坡口形式有I形（即不开坡口或垂直坡口）、单边V形、V形、J形、U形、K形和X形等（图2-11）。
各种坡口中，沿板件厚度方向通常有高度为p间隙为b的一段不开坡口，称为钝边，焊接从钝边处（根部）开始。
当采用手工焊时，若焊件厚度很小（t≤10mm），可采用不切坡口的I形缝（图2-11a）。
对于一般厚度（t=10~20mm）的焊件，可采用有斜坡口的带钝边单边V形缝或V形缝（图2-11b、c），以便斜坡口和焊缝跟部共同形成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透。
焊件更厚（t >20mm）时，应采用带钝边U形缝或X形缝（图2-11e、g）。
其中V 形和U形坡口焊缝需正面焊好后再从背面清根补焊（封底焊缝），X形坡口焊缝需从两面施焊。
用U形或X形坡口与用V形坡口相比可减少焊缝体积。
U形坡口加工困难，X形坡口加工较简单，焊缝体积也较小，常用于有翻转条件的焊件，以便从两面施焊。
在T形或角接头中以及对接接头一边板件不便开坡口时，可采用单边V形、J形或K 形坡口（图2-11b、d、g）。
若受装配条件限制间隙过大时，仍可采用上述坡口，但在坡口下面需预设垫板，如图3-11（h）阻止熔化金属流淌和使根部焊透。
钢结构对接焊缝的构造与计算
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注意： 焊缝与作用力间的夹角θ满足tanθ≤1.5时，斜焊缝的强度不低于 母材强度，可不再进行验算。
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例 试验算图3.36所示钢板的对接焊缝的强度。图中a=540mm， t=22mm，轴心力的设计值为N=2150kN。钢材为Q235-B，手工焊，焊条为
2、不同厚度,不同宽度拼接
3、引弧板 －起弧、落弧易引起弧坑、未 熔透等缺陷。焊接时常将焊缝 两端施焊至引弧板，然后再将 多余的部分割除。不采用引弧 板时，焊缝计算长度等于实际 长度减 去2t（t为较薄焊件厚度）。
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二、对接焊缝的计算
1、焊透的对接焊缝的计算 注意：
对接焊缝一般只在焊缝质量等级为三级且受拉力作用时，才须 进行抗拉强度计算。 对焊缝质量等级为一、二级的对接焊缝，其强度设计值虽与母 材相等，但当焊缝在无引弧板情况下施焊时，由于两端起、落弧 的弧坑缺陷，《规范》规定每条焊缝的计算长度比实际长度减去 2t ,因此焊缝强度会略低于母材。这种情况也需进行强度计算。
1.1－考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适当
提高的系数。
（3）、承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 当轴心力与弯矩、剪力共同作用时，焊缝的最大正应力应为轴 心力和弯矩引起的应力之和。
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焊接连接的计算步骤总结：
1、画出焊缝计算截面 2、计算焊缝或焊缝群的形心 3、将焊缝所受外力等效简化到形心处,求得作用在焊缝截面形心处
（1）轴心受力的对接焊缝 轴心力－外力通过焊缝或焊缝群的形心。
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N lw t
ftw or
f
w c
对接焊缝、角焊缝的构造和计算汇总.
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
N My1 N My V 1 f t w ( f cw ) 2 2 , 2 ' , Aw I w Aw Aw I w N My3 V 3 , 3 ' zs 32 3 32 1.1 f t w Aw I w Aw
' Aw h0t w
zs 22 3 22 1.1 ft w
4
N My4 ft w Aw I w
——焊缝有效抗剪面积，
Aw
——整个焊缝截面的面积；
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
3 钢 结 构 的 连 接 设 计
（1）按两焊角边夹角划分
f
w v
f fw
≤16
215 205 200 190 310 295 265 250 350 335 315 295 380 360 340 325
215 205 200 190 310 295 265 250 350 335 315 295 380 360 340 325
125 120 115 110 180 170 155 145 205 190 180 170 220 210 195 185 220 220 200 160
自动焊、 半自动 焊和 E55 型焊条 的手工焊
3 钢 结 构 的 连 接 设 计
3.5.6 计算步骤 1. 确定计算截面上的内力（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
钢结构焊接和计算
4.3.1.2 对接焊缝的计算
(2) 同时受弯 、受剪的对接焊缝计算公式
2）工字形截面
max
M Ww
ftw
max
VSw I w t
f
w v
2 1
3 12
1.1 ftw
例1：设计500×14钢板的对接焊缝连接。钢 板承受轴向拉力，其中恒荷载和活荷载标准 值引起的轴心拉力值分别为700kN和400kN， 相应的荷载分项系数为1.2和1.4。已知钢材为 Q235-B.F （ A3F ） ， 采 用 E43 型 焊 条 手 工 电 弧焊，三级质量标准，施焊时未用引弧板。
解 思路： 效应S < 抗力R
（ 即 S= N <
lwt
R ftw ）
1．焊缝承受的轴心拉力设计值为：
N 7001.2 4001.4 1400kN
2．三级对接焊缝抗拉强度设计值
ftw 185N / mm 2
3．先考虑用直焊缝验算其强度
N / lwt 1400103 /[(500 10) 14]
4.3.2 角焊缝的构造和计算
4.3.2.1、 角焊缝的构造
①自动焊： hf=hfmin-1(mm)； ②T形连接的单面角焊缝：hf=hfmin+1(mm)； ③当t <4mm时，hfmin= t (mm)；
④当t ≤6mm时，hfmax ≤t (mm)； 当t >6mm
时，hfmax= t-(1~2) (mm)；
( 1 )轴心受力的对接焊缝计算公式：
4.3.1.2 对接焊缝的计算
( 1 )轴心受力的对接焊缝计算公式：
N lwt
f
t
第三章 钢结构的连接(上)
销钉(pin bolt)、铆钉(rivett)、螺栓(bolt)、焊接(weld)及紧固
件连接(fastener)。
钢结构连接的设计原则(principles of design)： 安全可靠(safe and reliability)、传力明确(clear load tranfer path)、构造简单(simple constructional details)、制作方便 (convenient to be manufactured)和节约钢材(steel saving)。
3.1.1 焊缝连接 (welded connection)
1. 焊缝连接的特点(characteristics)
优点 (Advan tages) 构造简单，连接方便； 用料经济，不削弱截面； 加工方便，可实现自动化操作； 密闭性好，连接刚度大。
焊接应力和焊接变形降低承载力； (Disadvan 对裂纹敏感，局部裂纹易扩展到整体，尤其动载和冷脆； tages） 易存在各种缺陷。
（3）焊缝质量等级(quality grades of welding)的规定
《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对焊缝质量等
级的选用有如下规定： ① 需要进行疲劳(fatigue)计算的构件中，垂直于(vertical)作用 力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。
②在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材(base material)
等强的受拉对接焊缝(butt weld)应不低于二级；受压时宜为二级。
③重级工作制(heavy-duty)和起重量 Ｑ＞５０ｔ的中级工作制 吊车梁(middle-duty crane beam)的腹板(web plate)与上翼缘板 (top flange plate)之间以及吊车桁架(crane truss)上弦杆(up
2015年一级注册建筑师建筑结构辅导：对接焊缝的计算和构造
对接焊缝的计算和构造（1 ）对接焊缝的计算1 ）对接焊缝的有效截面施焊对接焊缝时应在焊缝的两端设置引弧板和引出板（以后一律简称引弧板），如图6 －13 所示，其材质和坡口形式应与焊件相同。
焊接完毕，用气割将引弧板切除，并将焊件边缘修磨平整，严禁用锤将其击落。
此时对接焊缝的有效长度l w 当与焊件的宽度b 相同。
当焊缝为焊透时，焊缝的有效厚度也与焊件厚度相同（焊缝表面的余高即凸起部分，常略去不计）。
因此，对接焊缝的有效截面等于焊件的截面。
当无法使用引弧板施焊时设计规范中规定：每条焊缝的有效长度l w在计算时应减去2t （t 为焊件厚度），以考虑焊缝两端在起弧和熄弧时的影响，此时两者的截面就略有差异。
2 ）对接焊缝的强度设计值规范对对接焊缝的各种强度设计值作了如下规定；对接焊缝的抗压强度设计值介、抗剪强度设计值介和焊缝质量为一、二级时的抗拉和抗弯强度设计值介均取与焊件钢材相同的相应强度设计值，而对焊缝质量为三级的厂则取相应焊件钢材强度设计值了的0 . 85 倍，并取以5N / rnm2为倍数的整数。
关于焊缝质量等级的标准在《钢结构工程施工质量验收规范》中有明确规定，详见该规范。
例如除对设计要求全焊透的焊缝应作外观缺陷检查外，一级焊缝要求对每条焊缝长度的100%进行超声波探伤；二级焊缝则要求对每条焊缝长度的20%且不小于200mm 进行超声波探伤。
对三级焊缝则要求仅作外观检查，不进行超声波检查。
又如外观检查时，对一级、二级焊缝不允许存在如表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等各种缺陷，一级焊缝还不应有咬边，未焊满和根部收缩等缺陷。
而对二级和三级焊缝除裂纹及焊瘤一律不允许存在，其余的缺陷如咬边和未焊透等则规定了其存在的不同程度。
因此设计规范中认为符合一、二级质量等级的焊缝，其缺陷或是不存在或是不严重，因而其f t w可与焊件母材的f 相同；而三级质量等级的焊缝，其f t w应较母材的为低，取f t w= 0.85f。
对接焊缝、角焊缝的构造和计算
自动焊、半自动 焊和 E55 型焊条 的手工焊
Q390 钢 Q420 钢
≤16 >16～40 >40～60 >60～100
≤16 >16～35 >35～50 >50～100
≤16 >16～35 >35～50 >50～100
≤16 >16～35
>35～50
>50～100
抗压
f
w c
215 205 200 190 310 295 265 250 350 335 315 295 380 360
钢 结
剪力 V
构
的
连
接
设
计 弯矩 M
应力分布
应力分布
剪力 V
轴力 N
max
M Wx
f
t
w
(
f
w c
)
max
VS w I wtw
f vw
zs
应力分 布
12 312 1.1 ftw
3.5.7典型节点（3）－－牛腿焊接－－弯矩、剪力作用 弯矩 M 剪力 V
焊缝截 面a
应力分 布
3
钢
结
构
tw
的
连
3
钢 转角处必须连续施焊。
结
构
的 连 接
t1
t2
设
计
2hf
b
5t1,25
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。
3.6.2 角焊缝截面尺寸（6）构造要求汇总
角焊缝构造尺寸要求
部位 项目
构造要求
备注
上限
3
焊脚尺寸
钢 结
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1.1 ftw
应力分布
第三章 钢结构的连接
3、牛腿焊接 弯矩M和剪力V共同作用的对接焊缝
焊缝截面
a
应力分布
c
tw
简化计算：梁柱连接处(牛腿处)剪力
V
Aw
对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强度要否
折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。
第三章 钢结构的连接
【例1】牛腿与柱采用对接焊缝（质量等级三级）， 钢材Q235B，焊条为E43型。其它数值如图，采用 引弧板焊接，验算该节点的强度。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
钢结构课程组
钢结构
第三章 钢结构的连接
土木工程学院钢结构课程组
3.4 对接焊缝的构造与计算 3.4.1 坡口形式
第三章 钢结构的连接
直边缝 板厚手工焊t < 6 mm
埋弧焊 t ≤10mm
单边V形缝
双边V形缝
板厚 t = 10 ~ 20 mm
验算截面
max
M Wx
1
M
Ww
h0 h
ftw
1
VS1 I wt
max
VSw Iwtw
f
w v
zs
2 1
3
2 1
1.1 ftw
第三章 钢结构的连接
2、梁的拼接（3） 弯矩M剪力V轴力N共同作用的对接焊缝
max
VSw Iwtw
f
w v
M σmax Wx
N A
ftw
zs
2 1
3
2 1
第三章 钢结构的连接
3.4.5 对接焊缝计算步骤
计算前需考虑以下情况： 1、在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对
接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不 用计算。
2、直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况：a)没 有引弧板时需要计算。b)受拉情况下的三级焊缝。
第三章 钢结构的连接 3.4.5 对接焊缝计算步骤
起落弧处易有焊接缺陷，所以用引弧板。采用引弧板施 工复杂，除承受动力荷载外，一般不用，计算时将焊缝长度 两端各减去 t （ t 为较薄焊件的厚度）。
引弧板
第三章 钢结构的连接
第三章 钢结构的连接 3.4.2 其它构造
为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。
垫板
垫板
垫板
加垫板的坡口
注：对于无垫板的单面焊，强度设计值折减0.85。
1、确定计算截面上的内力（荷载效应） 2、确定焊缝强度设计值
钢材牌号、焊条型号（与母材等强）及焊缝质量等级。 质量检验为三级的焊缝其抗拉强度等于母材强度85%。 3、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。
4、应力计算及强度校核
第三章 钢结构的连接
3.4.6 典型节点
1、焊缝轴心受力（1）－直缝（正对接焊缝）
2 w
t
f
w t
max
VSw I xtw
3V 2l w t
f
w v
lw
t
验算
tl w 2 8
Ix
tl w 3 12
Sw—焊缝计算剪应力处以上或以下部分截面对中性轴的面积矩
第三章 钢结构的连接
2、梁的拼接（2）—工字形截面 弯矩M和剪力V共同作用的对接焊缝
M
M
V
V
.1
120 V＝98kN
150
200
t 均等于12
第三章 钢结构的连接
【例2】如图所示节点，钢材为Q235钢，焊条E43型，受斜
面静拉力设计值N=566kN，节点板与构件用坡口三
级焊缝焊接，节点板厚度t=14mm，节点板宽度L应
为多少？
N
L/2
45°
L/2
第三章 钢结构的连接
【练习】采用对接焊缝，钢材为Q235B，焊条E43，焊缝
U形缝
K形缝 板厚 t > 20 mm
X形缝
第三章 钢结构的连接
3.4.2 其它构造
变厚度板或变宽度板对接，在板的一面或两面切成坡 度不大于1：2.5的斜面，避免应力集中。
≤1:2.5 ≤1:2.5
不同厚度
≤4mm
可不设斜坡
≤1:2.5
≤1:2.5
不同宽度
第三章 钢结构的连接 3.4.2 其它构造
lw — 焊缝计算长度，有引弧板lw＝l，
无引弧板lw＝l－2t（较小板厚）。
ftw或
f
w c
—
对接焊缝抗拉或抗压设计强度。
注意：
第三章 钢结构的连接
直对接焊缝连接
T型对接焊缝
tw——连接件的较小厚度，对T形接头为腹板的厚度 （焊缝所在面钢板的厚度）。
第三章 钢结构的连接
1、焊缝轴心受力（2）－ 斜缝（斜对接焊缝） 斜缝
直缝
引弧板
直 焊 缝
验算截面矩形，只有正应力。
焊缝应力验算：
N lwtw
f
w t
或
f
w c
矩形截面
第三章 钢结构的连接
3.4.6 典型节点
1、焊缝轴心受力（1）－直缝（正对接焊缝）
直缝
焊缝应力验算：
N lwtw
f
w t
或
f
w c
式中：N — 轴心拉力或压力。
tw — 焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）。
斜 焊 缝
焊缝应力 简化验算
N sin
lwtw
ftw
N cos
lwtw
f
w v
规范规定
当tan 1.5，可不验算。
lw — 斜焊缝计算长度，
f
w v
—
对接焊缝抗剪设计强度。
第三章 钢结构的连接
2、梁的拼接（1）—矩形截面 弯矩M和剪力V共同作用的对接焊缝
M
lw
Vt
M
V
验算:
max
M Wx
6M
l
质量三级标准，不采用引弧板，试验算焊缝。
t=16mm 450
N=500kN
300mm