角焊缝连接计算
角焊缝的构造和计算
3.3 角焊缝的构造和计算3.3.1 角焊缝的形式和强度角焊缝按其与作用力的关系可分为：正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝；正面角焊缝：焊缝长度方向与作用力垂直；侧面角焊缝：焊缝长度方向与作用力平行。
按其截面形式分：直角角焊缝(图3.10)、斜角角焊缝(图3.11)。
直角角焊缝通常焊成表面微凸的等腰直角三角形截面[图3.10(a)]。
在直接承受动力荷载的结构中，为了减少应力集中，提高构件的抗疲劳强度，侧面角焊缝以凹形为最好。
但手工焊成凹形极为费事，因此采用手工焊时，焊缝做成直线性较为合适[图3.10(a)]。
当用自动焊时，由于电流较大，金属熔化速度快、熔深大，焊缝金属冷却后的收缩自然形成凹形表面[图3.10(c)]。
为此规定在直接承受动力荷载的结构（如吊车梁）中，侧面角焊缝做成凹形或直线形均可。
对正面角焊缝，因其刚度较大，受动力荷载时应焊成平坡式[图3.10(b)]，直角边的比例通常为1:1.5（长边顺内力方向）。
两焊脚边的夹角α>90°或α<90°的焊缝称为斜角角焊缝，斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。
对于夹角α>135°或α<60°的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。
大量试验结果表明：侧面角焊缝(图3.12)主要承受剪应力，塑性较好，弹性模量低（E=0.7×105～1×105N/mm2），强度也较低。
由于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，呈两端大中间小的状态，焊缝越长，应力分布不均匀性越显著。
但在在接近塑性工作阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。
即分布不均匀，且不均匀程度随的增大而增加，破坏常在两端开始，再出现裂纹后很快沿焊缝有效截面迅速断裂正面角焊缝(图3.13)受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力。
由于传力时力线弯折，并且焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝的尖端，故焊根处存在着很严重的应力集中。
角焊缝的构造和计算
3.3 角焊缝的构造和计算角焊缝的形式和强度角焊缝按其与作用力的关系可分为：正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝；正面角焊缝：焊缝长度方向与作用力垂直；侧面角焊缝：焊缝长度方向与作用力平行。
按其截面形式分：直角角焊缝(图3.10)、斜角角焊缝(图3.11)。
直角角焊缝通常焊成表面微凸的等腰直角三角形截面[图3.10(a)]。
在直接承受动力荷载的结构中，为了减少应力集中，提高构件的抗疲劳强度，侧面角焊缝以凹形为最好。
但手工焊成凹形极为费事，因此采用手工焊时，焊缝做成直线性较为合适[图3.10(a)]。
当用自动焊时，由于电流较大，金属熔化速度快、熔深大，焊缝金属冷却后的收缩自然形成凹形表面[图3.10(c)]。
为此规定在直接承受动力荷载的结构（如吊车梁）中，侧面角焊缝做成凹形或直线形均可。
对正面角焊缝，因其刚度较大，受动力荷载时应焊成平坡式[图3.10(b)]，直角边的比例通常为1:1.5（长边顺内力方向）。
两焊脚边的夹角α>90°或α<90°的焊缝称为斜角角焊缝，斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。
对于夹角α>135°或α<60°的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。
大量试验结果表明：×105～1×105N/mm2），强度也较低。
由于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，呈两端大中间小的状态，焊缝越长，应力分布不均匀性越显著。
但在在接近塑性工作阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。
即分布不均匀，且不均匀程度随的增大而增加，破坏常在两端开始，再出现裂纹后很快沿焊缝有效截面迅速断裂正面角焊缝(图3.13)受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力。
由于传力时力线弯折，并且焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝的尖端，故焊根处存在着很严重的应力集中。
与侧面角焊缝相比，正面角焊缝的刚度较大（弹性模量E≈×105 N/mm2），强度较高，但塑性变形要差些。
对接焊缝角焊缝的构造和计算
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
角焊缝构造尺寸要求
部位 项目
构造要求
备注
上限
焊脚尺寸 hf
下限
焊缝长度 lw
上限 下限
h f 1.2t1 （钢管构件除外）；
t
对板件：
6mm时，h f
t
t 6mm时，h f t (1 ~ 2)mm
圆孔或槽孔内的角焊缝， h f 尚不宜大于圆孔直径
和槽孔短径的 1/3
hf 1.5 t2 ；当 t2 4 时， h f t
3.5.7 典型节点（2）－－梁的拼接－－弯矩、剪力、轴力作用
弯矩 M
平板梁
工字形梁
剪力 V
3 钢结构的连接设计
弯矩 M 剪力 V 轴力 N
应力分布
应力分布
max
M
Wx
ftw ( fcw )
max
VSw I wtw
f
w v
zs
应力分 布
2 1
3
2 1
1.1 ftw
典型节点（3）－－牛腿焊接－－弯矩、剪力作用 弯矩 M 剪力 V
破坏模式
3 钢结构的连接设计
3.7.3 端缝与侧缝的比较
角焊缝计算
角焊缝及其计算型式及分类截面形式:普通型（等边凸形）、平坦型（不等边凹形）、凹面形两焊脚边夹角：直角角焊缝、斜角角焊缝、焊缝长度与作用方向 1.侧面角焊缝（侧缝）侧缝主要承受剪力，应力状态叫单纯，在弹性阶段，剪应力沿焊缝长度方向分布不均匀，两端大中间小，且焊缝越长越不均匀，但侧缝塑性好。
2．正面角焊缝（端缝）端缝连接中传力线有较大的弯折，应力状态较复杂，正面角焊缝沿焊缝长度方向分布比较均匀，但焊脚及有效厚度面上存在严重的应力集中现象，所以其破坏属于正应力和剪应力的综合破坏，但正面角焊缝的刚度较大，变形较小，塑性较差，性质较脆。
3．斜向角焊缝斜向角焊缝受力情况较复杂，其性能介于侧缝和端缝之间，常用于杆件倾斜相支的情况，也用在板件较宽，内力较大连接中。
4．周围角焊缝主要为了增加焊缝的长度和使焊缝遍及板件全宽，而把板件交搭处的所有交搭线尽可能多的加以焊接，成为开口或封闭的周围角焊缝。
构造及要求。
4.1.最小焊脚尺寸4.2.最大焊脚尺寸贴边处满足4.3.角焊缝最小长度4.4.侧面角焊缝最大计算长度4.5.板件端部仅有两条角焊缝时每条侧面角焊缝的计算长度4.6.搭接连接中搭接长度应满足而且不宜采用一条正面角焊缝来传力。
4.7.在次要构件和焊缝连接中，允许采用断续角焊缝，各段间距满足以保证整体受力。
角焊缝连接计算基本计算公式轴心作用下的角焊缝计算轴心作用下角钢的角焊缝计算弯矩，剪力和轴心力共同作用下角焊缝计算（T形接头）弯矩，剪力和轴心力共同作用下角焊缝计算（搭接形接头）1. 端缝、侧缝在轴向力作用下的计算：（1）端缝——垂直于焊缝长度方向的应力；he ——角焊缝有效厚度；lw ——角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm（每端减5mm）；ffw ——角焊缝强度设计值；bf ——系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，bf =1.22，直接承受动力荷载bf =1.0。
（2）侧缝tf ——沿焊缝长度方向的剪应力。
几种常用焊接焊缝计算书
几种常用焊接焊缝计算书常用焊缝计算书一、轴力、剪力作用下的角焊缝计算1.角焊缝强度计算角焊缝受力示意图如下：通过焊缝中心作用的轴向力为F=23kN，轴向力与焊缝长度方向的夹角为45°，垂直于焊缝方向的分力为N，平行于焊缝方向的分力为V。
角焊缝的焊脚尺寸为6mm，计算长度为100mm，有效截面面积为Af，正面角焊缝的强度设计增大系数βf取1.22.角焊缝的强度设计值fwt取160N/mm2，则根据公式计算得到焊缝强度ft为27.8158N/mm2，小于fwt，满足要求。
二、轴力作用下的角钢连接的角焊缝计算1.角焊缝强度计算角焊缝受力示意图如下：通过焊缝中心作用的轴向力为N=20kN，角焊缝的焊脚尺寸为6mm，角钢的肢宽为45mm。
角焊缝采用双不等肢短肢角钢三面围焊连接方式，角钢的肢背焊缝长度为90mm，肢尖焊缝长度为75mm。
正面角焊缝的强度设计增大系数βf取1.22，角焊缝的强度设计值fwt取160N/mm2.根据公式计算得到角钢肢宽分配荷载N3为36.8928kN，角钢肢背内力分配系数k1查表取0.75，角钢肢尖内力分配系数k2查表取0.25.角钢肢背承受的轴心力N1为0，角钢肢尖承受的轴心力N2为-10.9464kN，取0.经计算，角焊缝强度满足要求。
根据计算结果，角焊缝的强度满足要求。
具体来说，根据弯矩轴力剪力作用下的角焊缝计算，首先需要计算各条焊缝的强度。
针对第一条焊缝N1，其强度计算公式为ft1=0.7×hf×(lw1-10)×103，代入实际参数后得到结果为0N/mm2≤fwt=160N/mm2.同理，对于第二条焊缝N2，其强度计算公式为ft2=0.7×hf×(lw2-10)×103，代入实际参数后得到结果为0N/mm2≤fwt=160N/mm2.因此，可以得出结论：焊缝强度满足要求。
接下来，需要进行焊缝几何特征的计算。
第八讲 角焊缝的形式和计算.
角角焊缝,除 钢管结构外, 不宜用作受 力焊缝。
hf
按he=0.7hf
α hf
α hf
hf
(a)
(b)
斜角角焊缝 a）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝
2.直角角焊缝按力和焊缝位置关系分类 （1）侧面角焊缝（侧焊缝）
（2）正面角焊缝
（3）斜角焊缝
斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊 缝之间。
二、角焊缝的构造
B. 破坏形式
A. 正面焊缝应力分析
正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差， 但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。
B. 正面角焊缝的破坏形式
２.强度基本公式推导
1）假定
试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，故通常将45o截面作为计算截面， 其面积为
h l ，作用在该截面上的应力如下图所示假定截面上应力沿焊缝计算长
１、最小焊脚尺寸hf,min 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬 硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求:
h f ,min 1.5 t 2
式中:
(计算数值只进不舍！ )
t2----较厚焊件厚度
另:对于自动埋弧焊hf,min可在上式基础上减去1mm;
对于T型连接单面角焊缝hf,min可在上式基础上加上1mm 当t2≤4mm时, hf,min=t2
f TAx NAx
w 2 f f f
2
y ry
TAx
x
强度验算公式：
f f
rτ τ θ TAy TA 0 τ x
Vy
y
he
即：
TAy VAy f
2 w TAx ff
角焊缝计算实例
y
N
e2
A
e2=l1- x=300-90=210mm。 e=e1+e2=300+210=510mm rx= e2 = 210mm， ry=202.8mm
④ 作用在焊缝上的内力计算 V=N=196×103N T=Ne=196×510×103=100000×103 N-mm ⑤ 危险点A强度验算
x
e1
2
1
计 算
w ① 确定焊缝强度设计值ff w 查《规范》得 ff =160N/mm2
l2
oT
A l1
② 拟定焊脚尺寸hf 考虑到牛腿板厚度不明，受直接动力荷载。 暂设计 hf =8mm，并将所有焊脚尺寸取相同值。 y ③ 计算焊缝截面几何量 x （1）形心位置
x = 90mm
（2）惯性矩
扣除了8mm考 虑起落弧 300
V Aw
fx
T
T ry Ip
fx
N
N Aw
最不利点A点焊缝强度的验算：
fy fy f
V
T
fxT N fx
2
2
ff
w
3.36
例3-7 设计牛腿板与钢柱间的连接角焊缝（三面 围焊），并验算焊缝强度。板边长度l1=300mm， l2=400mm，偏心力N=4196kN，e1=300mm，直接承受动力 荷载，钢材A3F，手工焊，焊条为E43型。
r
V T 300
x
fxT
T 100000 103 200 2 ry 91 N / mm I0 21.9 107
fy
T
T 100000 103 210 2 rx 96N / mm 7 I0 21.9 10
角焊缝及其计算
角焊缝及其计算型式及分类截面形式:普通型（等边凸形）、平坦型（不等边凹形）、凹面形两焊脚边夹角: 直角角焊缝、斜角角焊缝、焊缝长度与作用方向1.侧面角焊缝（侧缝）侧缝主要承受剪力, 应力状态叫单纯, 在弹性阶段, 剪应力沿焊缝长度方向分布不均匀, 两端大中间小, 且焊缝越长越不均匀, 但侧缝塑性好。
2. 正面角焊缝（端缝）端缝连接中传力线有较大的弯折, 应力状态较复杂, 正面角焊缝沿焊缝长度方向分布比较均匀, 但焊脚及有效厚度面上存在严重的应力集中现象, 所以其破坏属于正应力和剪应力的综合破坏, 但正面角焊缝的刚度较大, 变形较小, 塑性较差, 性质较脆。
3. 斜向角焊缝斜向角焊缝受力情况较复杂, 其性能介于侧缝和端缝之间, 常用于杆件倾斜相支的情况, 也用在板件较宽, 内力较大连接中。
4. 周围角焊缝主要为了增加焊缝的长度和使焊缝遍及板件全宽, 而把板件交搭处的所有交搭线尽可能多的加以焊接, 成为开口或封闭的周围角焊缝。
构造及要求。
4.1.最小焊脚尺.4.2.最大焊脚尺.贴边处满.4.3.角焊缝最小长度4.4.侧面角焊缝最大计算长度4.5.板件端部仅有两条角焊缝时每条侧面角焊缝的计算长度4.6.搭接连接中搭接长度应满.而且不宜采用一条正面角焊缝来传力。
4.7.在次要构件和焊缝连接中，允许采用断续角焊缝，各段间距满足以保证整体受力。
角焊缝连接计算基本计算公式轴心作用下的角焊缝计算轴心作用下角钢的角焊缝计算弯矩，剪力和轴心力共同作用下角焊缝计算（T形接头）弯矩，剪力和轴心力共同作用下角焊缝计算（搭接形接头）1.端缝、侧缝在轴向力作用下的计算.（1）端缝...——垂直于焊缝长度方向的应力....h.——角焊缝有效厚度....l.——角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm（每端减5mm）.ff.——角焊缝强度设计值.b.——系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，b.=1.22，直接承受动力荷载b.=1.0。
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he 0.7hf
hf
图3.24 焊脚尺寸及有效焊脚厚度
he
2.角焊缝的基本计算公式
Nx c′ Nz Ny c b a o y （a） （b） x a o′ b τ// o y τ⊥ b′ z 焊缝轴线方向 σ⊥ a′ x b′ o′
焊缝有效截面
图3.25 角焊缝有效截面上的应力状态
2 2 2 w 3 // 3 f f
3、斜向角焊缝
f
θ
F
f f
Ny= Fcosθ
2
Nx=Fsinθ
helw Nx f helw
f
Ny
图3.28 斜向轴心力作用
f 2 w f f f f
3.4.3角焊缝构造要求
（1）最大焊脚尺寸hf
为避免焊缝区基本金属“过热”，减少焊件 的残余应力和残余变形。
对自动焊: 对T型连接的单面角焊缝：
h f min 1mm
h f min 1mm
当焊件厚度
t 4mm, hf min t
设计： h f min h f h f max
（3）不等焊脚尺寸的构造要求
当焊件的厚度相差较大且 等焊脚尺寸不能符合要求时， 可采用不等焊脚尺寸。
（4）侧面角焊缝的最大计算长度
按角焊缝与作用力的关系分:侧面角焊缝、正面角焊缝、斜焊缝 1、侧面角焊缝—平行于力的作用方向
L a
L
N b
N
N
N
图3.19 侧面角焊缝受力示意图
t N
图3.20 侧焊缝的应力
侧面角焊缝强度低、塑性好；应力沿长度方向分布不均 匀，呈两端大而中间小的状态。
2、正面角焊缝—垂直于力的作用方向 正面角焊缝受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力； 强度高，塑性差。
(1)侧面角焊缝
（作用力平行于焊缝方向）
N w f ff helw
N
（3.16）
N
f
图3.26 侧面角焊缝的应力分布示意图
(2)正面角焊缝
（作用力垂直于焊缝方向）
N f f f f w 1.22 f f w helw
N
（3.17）
f
N
图3.27 正面角焊缝的应力分布示意图
图3.30 不等焊脚尺寸的构造要求
侧面角焊缝沿长度受力不均匀，两端大中间小, 所以一般均规定其最大计算长度。
lw
60hf 40hf
静力荷载 动力荷载
注：若内力沿角焊缝全长分布，则计算长度不受此限
ห้องสมุดไป่ตู้
注意：焊脚尺寸和焊缝计算长度取mm的整数，小数点 以后都进为1。
（5）角焊缝的最小计算长度
防止局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距 太近，及其他缺陷，使得焊缝不可靠。
h f max 1 . 2 t min
对边缘角焊缝
①
t 6mm, hf max t
② t 6mm, hf max t (1 ~ 2mm)
图3.29 最大焊脚尺寸
（2）最小焊脚尺寸hf要求
焊脚尺寸过小，会在焊缝金属中由于冷却速度 快而产生淬硬组织。
hf
min
1 .5
t max
lw min max( 8h f ,40mm)
设计：
l w min l w l w max
，且≥25mm。
（6）搭接连接的构造要求
①在搭接连接中，搭接长度L≥5t min 为了减少收缩应力 以及因偏心在钢板与连 接件中产生的次应力
图3.31 搭接连接
②当板件端部仅有两侧面角焊缝时，lw≥b (b为两侧焊缝距离)
f
---正面角焊缝强度增大系数，1.22 。 f 1.0 当承受动力荷载时：
计算步骤：
（1）求出同一平面焊缝群的形心； （2）将荷载向形心简化，找出最不利位置； （3）分别求出各荷载分量在最不利位置产生 的应力； （4）区分正面角焊缝受力和侧面角焊缝受力， 视荷载种类（静荷或动荷）代入角焊缝 的基本计算公式进行计算。 （5）验算是否满足构造要求。
3. 4
角焊缝的构造和计算
3.4.1 角焊缝的形式与强度
按截面形式划分 直角角焊缝 角焊缝 斜角角焊缝
角焊缝一般用直角角焊缝。 夹角 135 或 60 的斜角角焊缝，不宜用作 受力焊缝(钢管结构除外).
图3.17 直角角焊缝截面
图3.18 斜角角焊缝截面 hf ——角焊缝的焊脚尺寸 he ——角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝：he 0.7hf
（3.11）
f
Nx ( Ny ) helw
（3.12）
Nz f // helw
f
2 2 w f f f 1.22
（3.13）
（3.14）
钢结构设计规范写成更一般的形式：
f 2 w f f f f
2
（3.15）
同时 b 16t (t 12mm) 或 190mm(t 12mm) 为了避免焊缝 横向收缩时引 起板件的拱曲 大。 ③围焊的转角处 必须连续施焊. 非围焊，可在 构件转角处作 长度2h f 的绕 角焊。
图3.32 焊缝长度及两侧焊缝间距
角焊缝的计算长度 lw 和实际长度 l 的关系：
1. 三面围焊：
正面角焊缝 lw l 侧面角焊缝 lw l h f
N
l l
N
2. 两面侧焊：侧面角焊缝 lw l 2hf 正面角焊缝 lw l h f 3. L形围焊： 侧面角焊缝 lw l h f N 4.绕角焊：侧面角焊缝 lw=l (绕角焊的2hf不在内)
N
l l
图3.21 正面角焊缝应力状态
N N
C τxy D 45° N C A σy B τyx N σx
N
N
N
D
σ lw （a） τB
45°
N
（b）
（c）
图3.22 正面角焊缝的应力分布
3、斜焊缝—受力性能和强度值介于正面角焊缝和 侧面角焊缝之间。
3.4.2 直角角焊缝强度计算的基本公式
1.受力特点：
（1）侧面角焊缝的破坏大多在45o截面； h e 0 . 7 h
f
图3.23 角焊缝截面 图3.22 侧焊缝破坏形式
(a)实际剪坏面；(b)计算剪坏面
h—焊缝厚度； hf—焊缝厚度；he—焊缝有效厚度(焊 喉部位)；h1—熔深；h2—凸度；d—焊趾；e—焊跟
（2）正面角焊缝应力状态复杂，可能沿45o截面破 坏，也可能沿溶合边破坏； （3）正面角焊缝破坏强度高，刚度大，塑性差。