焊缝连接设计计算
铝板幕墙焊缝设计计算
铝板幕墙焊缝设计计算钢角码与预埋件间采用三边围焊连接，每个水平焊缝长度为L h=80mm, 竖向焊缝长度为L v = 120mm, 焊脚尺寸h f=7mm, 钢角码厚度 t = 7mm。
焊缝所受的内力设计值如下：竖框所受的水平线荷载设计值为：q＝(1.0×1.4×W k＋0.6×1.3×q Ek)×B＝(1×1.4×1.515＋0.6×1.3×.095)×1＝2.195KN/m则每个钢角码焊缝所受的内力为：剪力V＝1.2·t·γ板·1.1·B·L/2＝1.2×4×27×1.1×1×3.3/2＝235.6N轴力N＝q×L/2＝2.195×3.3×103/2＝3621.8N式中：γ板——板的密度，取27 KN/m3t ——板的总厚度 mm；焊缝计算焊缝计算厚度为： h e＝0.7·h f＝0.7×7＝4.9mm根据规范对围焊在计算时需在端点减去h f，则实际计算焊缝的宽度为：b0=b-h f=80-7=73，钢角码及焊缝所围成的区域如下图所示：竖框与钢角码连接螺栓距焊缝形心点距离为：e＝200 mme f＝b0-b02/(2·b0+h)+h f＝73-732/(2×73+120)+7＝59.966 mm焊缝所围区域的几何特性为：焊缝总面积 A＝h e×(h＋2·b0)＝4.9×(120＋2×73)＝ 1303.4 mm2对形心点的惯性矩和极惯性矩为：I x＝h3·h e/12＋b0·h2·h e/2＝1203×4.9/12＋73×1202×4.9/2＝ 3281040mm4I y＝2·h e·[(e f-h f)3＋(b-e f)3]/3+h·h e·(b-e f)2＝2×4.9×[(59.966-7)3+(80-59.966)3]/3+120×4.9×(80-59.966)2＝ 747663.4mm4I p＝I x+I y＝3281040+747663.4＝ 4028704mm4把与竖框连接螺栓点部位所受的反力移到形心点，则形心点所受内力为：N＝3621.8V＝235.6形心点的弯距为：M x＝V·e＝235.6×200＝47120N·mmM y＝N·e f＝3621.8×59.966＝217184.9N·mmM z＝V·e f＝235.6×59.966＝14127.99N·mm根据分析认为焊缝最危险点为图中的A、B两点A、B两点到形心点的距离分别为：r a＝[e f2+(h/2)2]0.5＝[59.9662+(120/2)2]0.5＝84.829mmr b＝[(b-e f)2+(h/2)2]0.5＝[(80-59.966)2+(120/2)2]0.5＝63.256mmA点所受正应力和剪应力分别为：σ＝N/A+M x·h/2/I x+M y·e f/I y＝3621.8/1303.4+47120×120/2/3281040+217184.9×59.966/747663. 4＝21.06N/mm2τ＝M z·r a/I p＝14127.99×84.829/4028704＝.297N/mm2B点所受正应力和剪应力分别为：σ＝N/A+M x·h/2/I x+M y·(b-e f)/I y＝3621.8/1303.4+47120×120/2/3281040+217184.9×(80-59.966)/74 7663.4＝9.46N/mm2τ＝{(M z·r b/I p)2+[V/(h·h e)]2}0.5＝{(14127.99×63.256/4028704)2+[235.6/(120×4.9)]2}0.5＝.458N/mm2这里认为剪力主要由向焊缝承担焊缝所采用的焊条为E43型手工焊条，则角焊缝的抗拉、抗压和抗剪许可强度为160MPa，因此由上计算结果可知，焊缝强度满足要求。
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. 角焊缝强度计算焊缝受力示意图F: 通过焊缝中心作用的轴向力:23kNθ: 轴向力与焊缝长度方向的夹角为45°N: 垂直于焊缝方向的分力V: 平行于焊缝方向的分力hf:角焊缝的焊脚尺寸为6mmlw:角焊缝的计算长度为100mm焊缝受力示意图Af:角焊缝有效截面面积βf:正面角焊缝(端焊缝)的强度设计增大系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构取1.22；对直接承受动力荷载的结构取1.0 fwt:角焊缝的强度设计值取160N/mm2N = F×sinθ= 23×sin45×103=16263.5NV = F×cosθ= 23×cos45×103=16263.5NAf = 0.7×hf×(lw-10)= 0.7×6×(100-10)=378mm2ft=(NAf×βf)2+(VAf)2×0.5=(16263.5378×1.22)2+(16263.5378)2×0.5=27.8158N/mm2≤fwt=160N/mm2焊缝强度满足要求二、 轴力作用下的角钢连接的角焊缝计算1. 角焊缝强度计算焊缝受力示意图N: 通过焊缝中心作用的轴向力:20kNhf:角焊缝的焊脚尺寸为6mm角焊缝采用双不等肢短肢角钢三面围焊连接方式lw1:角钢的肢背焊缝长度90mmlw2:角钢的肢尖焊缝长度75mmb:角钢的肢宽45mmβf:正面角焊缝(端焊缝)的强度设计增大系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构取1.22；对直接承受动力荷载的结构取1.0 fwt:角焊缝的强度设计值取160N/mm 2N3:角钢肢宽分配荷载N3=0.7×hf ×b ×fwt ×βf45m m 焊缝受力示意图=0.7×6×45×160×1.22×10-3=36.8928kNk1 :角钢肢背内力分配系数查表取0.75 k2 :角钢肢尖内力分配系数查表取0.25 N1 :角钢肢背承受的轴心力N1=k1×N/2-0.5×N3=0.75×20/2-0.5×36.8928=-10.9464kN<0 故取0kNN2=k2×N/2-0.5×N3=0.25×20/2-0.5×36.8928=-15.9464kN<0 故取0kN分别计算各条焊缝的强度ft1=N10.7×hf×(lw1-10)=0×1030.7×6×(90-10)=0N/mm2≤fwt=160N/mm2ft2=N20.7×hf×(lw2-10)=0×1030.7×6×(75-10)=0N/mm 2 ≤fwt=160N/mm 2焊缝强度满足要求三、 弯矩轴力剪力作用下的角焊缝计算1. 角焊缝强度计算(1).焊缝受力示意图(2).焊缝形心至竖向焊缝距离x2x2=0.7×hf ×⎝ ⎛⎭⎪⎫2×(L-5)×L-520.7×hf ×()2×(L-5)+B=(120-5)22×(120-5)+80=42.6613x1=L-5-x2=72.3387(3).焊缝几何特征焊缝受力示意图L :焊缝水平长度120mmB :焊缝竖向长度80mmhf:焊缝高度6mmAf:焊缝面积Af=0.7×hf ×[2×(L-5)+B]=0.7×6×[2×(120-5)+80]=1302mm 2Ix:焊缝计算截面对x 轴的惯性矩Ix=⎝ ⎛⎭⎪⎫2×()L-5×⎝ ⎛⎭⎪⎫B 22+112×B 3×0.7×hf =⎝ ⎛⎭⎪⎫2×()120-5×⎝ ⎛⎭⎪⎫8022+112×803×0.7×6 =1.7248e+006mm 4Iy:焊缝计算截面对y 轴的惯性矩Iy=⎝ ⎛⎭⎪⎫2×⎝ ⎛⎭⎪⎫112×(L-5)3+(L-5)×⎝ ⎛⎭⎪⎫x2 - L-522+B ×x22×0.7×hf =⎝ ⎛⎭⎪⎫2×⎝ ⎛⎭⎪⎫112×(120-5)3+(120-5)×⎝ ⎛⎭⎪⎫42.6613 - 120-522+80×42.66132×0.7×6=1.88883e+006mm 4J:焊缝计算截面对形心的惯性矩J=Ix + Iy=3.61363e+006mm 4(4).焊缝应力计算βf:正面角焊缝(端焊缝)的强度设计增大系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构取1.22；对直接承受动力荷载的结构取1.0 fwt:角焊缝的强度设计值取160N/mm 2从焊缝应力分布来看，最危险点为“1”，“2”两点“1”点的焊缝应力：τn1=N Af=10×1031302=7.68049N/mm 2σv1=V Af=10×1031302=7.68049N/mm 2τmx1=M ×ry J=4×40×1063.61363e+006=44.2768N/mmσmy1=M ×x1J=4×72.3387×1063.61363e+006=80.0732N/mm 2σ1=⎝ ⎛⎭⎪⎫σv1+σmy1βf 2+()τn1+τmx12 =⎝ ⎛⎭⎪⎫7.68049+80.07321.222+()7.68049+44.27682 =88.7321N/mm 2 ≤fwt=160N/mm 2 “2”点的焊缝应力： σn2=N Af=10×1031302=7.68049N/mm 2 τv2=V Af=10×1031302=7.68049N/mm 2σmx2=M ×ry J=4×40×1063.61363e+006=44.2768N/mmτmy2=M ×x2J=4×42.6613×1063.61363e+006=47.2227N/mm 2σ2=⎝ ⎛⎭⎪⎫σn2+σmx2βf 2+()τv2-τmy22 =⎝ ⎛⎭⎪⎫7.68049+44.27681.222+()7.68049-47.22272 =58.1147N/mm 2 ≤fwt=160N/mm 2 所以，焊缝强度满足要求。
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
B73-弯矩、剪力共同作用下工字梁角焊缝连接计算
τf
x
x
(
fB
)2
f
2
f
f
w f
式中： he2lw 2 — 腹板焊缝有效截面积之和；
h — 腹板焊缝的长度。
方法二
假设腹板焊缝只承受剪力； 翼缘焊缝承担全部弯矩，并将弯矩 M 化为一对水平力
H=M/h1
V=F
翼缘焊缝按下式验算强度：
H fw
f
h le1 w1
（3）弯矩、剪力共同作用下工字梁角焊缝连接计算
e
F
M V=F
M M=Fe
方法一
V=F
M=Fe M
h1 h h2 h1
A
B
x
x
σ fA
σ fB
τf
假设腹板焊缝承受全部剪力，弯矩则由全部焊缝承受
为分布合理，宜在每个翼缘的上下两侧均匀布置焊缝 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 A 处。
ff
腹板焊缝按下式验算强度：
H
M=Fe M
H
V 2he 2lw 2
fw ff式中源自 he1lw1 — 一个翼缘板焊缝有效截面积之和；
2he2lw2 — 两条腹板焊缝的有效截面积。
V=F
M=Fe M
h1 h h2 h1
A
B
x
x
σ fA
σ fB
τf
翼缘焊缝只承受垂直于焊缝长度方向的弯曲应力
对于控制点A：
M h1 f w
fA I w 2
ff
式中：
h1 — 上下翼缘焊缝的有效截面最外纤维之间的距离； Iw — 全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩； M — 全部焊缝所承受的弯矩。
焊缝的结构与计算
应力和残余变形，hf,max应满足以下要求: hf,max≤1.2t1（钢管结构除外）
式中: t1---较薄焊件厚度。 对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：
当 t≤6mm时，hf,max≤t； 当 t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm；
t hf t1
t
hf
t1
21
2.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
13
2.直角角焊缝的受力分析 （1）侧面角焊缝（侧焊缝）
14
A. 应力分析
剪应力τf
N
N
lw
试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较 低，塑性性能较好。因外力通过焊缝时发生弯折，故 剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf 越大剪应力分布越不均匀。
15
B.侧面角焊缝（侧焊缝）破坏形式
3
C=0.5~2mm
（a）
α
p
C=2~3mm
（C）
p
C=3~4mm
（e）
α
C=2~3mm
（b）
p
C=3~4mm
（d）
p
C=3~4mm
（f）
4
（2）V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行 清根，再封底焊。
5
（3）对接焊缝的起、灭弧点已出现缺陷，一般用引弧 板引出，焊完后将其切去；不能用引弧板时，每条焊 缝的计算长度等于实际长度减去2t1。 t1—较薄焊件厚度：
当不满足上式时，可采用斜对
接焊缝连接如图 B。
N
Nsinθ
N sin
lwt
f
t
w
或f
w c
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。
《钢结构设计原理》3-1 钢结构的连接-焊缝连接
8
3.1.3 螺栓连接 普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。 1 普通螺栓连接 普通螺栓分为A、B、C三级。 A与B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。 A级和B级螺栓材料性能等级则为5.6级或8.8级。 C级螺栓材料性能等级为4.6级或4.8级。 小数点前面的数字表示螺栓成品的抗拉强度不 小于400N/mm2，小数点及小数点以后数字表示 其屈强比为0.6或0.8。
焊件常需做成坡口，焊缝金属填充在坡口内。
坡口形式与焊件厚度有关：
焊件厚度很小(小于等于10mm)：直边缝。
一般厚度(t=10~20mm) :具有斜坡口的单边V形或V形焊
缝。
斜坡口和离缝b共同组成一个焊条能够运转的施焊空间，
使焊缝易于焊透；钝边p有托住熔化金属的作用。
较厚的焊件(t＞20mm)，则采用U形、K形和X形坡口。 V形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊。
16
3.2焊缝和焊接连接形式
3.2.2 焊接连接的形式
1.焊接连接形式
被连接板件的相互位置：对接、搭接、T形连接和角部
连接四种。
连接所采用的焊缝主要有坡口焊缝和角焊缝。
对接连接：主要用于厚度相同或接近相同的两构件的
相互连接。
采用对接焊缝，两构件在同一平面内，传力均匀平缓，
没有明显的应力集中，用料经济，但是焊件边缘需要
围焊缝 正面、侧面、斜焊缝组成的混合焊缝。
2021年8月30日
第六届全国混凝土结构基本理论及 工程应用学术会议
25
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。
传力线通过时产生弯折， 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，但在届临塑 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。
焊缝连接设计计算
在设计过程中，还需要考虑焊接工艺和焊接变形等因素，以确保焊缝的 质量和稳定性。同时，还需要进行无损检测和焊接试样检验等试验，以 确保焊缝的质量和性能符合要求。
焊缝疲劳强度计算是为了评估焊缝在交变载荷作用下
的疲劳寿命。
02
焊缝疲劳强度与焊缝的几何形状、焊接工艺、母材的
疲劳性能等因素有关。
03
焊缝疲劳强度计算可以采用名义应力法、局部应力法
或断裂力学法，根据实际情况选择合适的方法。
04 焊缝连接结构设计
焊接接头的形式与选择
焊接接头形式
对接、角接、搭接、T形和十字形等 ，根据实际需求选择合适的接头形式 。
焊接工艺评定标准
根据相关标准和规范，制定焊接工艺评定标准和流程，确保焊缝连接的质量和 可靠性。
焊接工艺评定流程
包括焊接工艺方案的制定、焊接试验、焊接工艺评定报告的编制等步骤，确保 焊缝连接的焊接工艺满足要求。
焊接工艺评定的试验方法
焊接试验方法
根据焊缝连接的特点和要求，选择合适的焊接试验方法，如焊接接头的拉伸、弯 曲、冲击等试验，以检验焊缝连接的质量和性能。
预热和后热处理
根据母材种类、厚度和环境温度等因素确定 是否需要进行预热和后热处理。
03 焊缝承载能力计算
焊缝强度计算
01
焊缝强度计算是焊缝连接设计中的重要环节，主要目的是确定 焊缝能够承受的载荷。
02
焊缝强度计算需要考虑焊接材料、焊接工艺、焊缝形式、母材
的力学性能等因素。
常用的焊缝强度计算方法有直接计算法和经验公式法，可以根
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