第三章 钢结构的连接 角焊缝设计.
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角焊缝的构造和计算
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.4 角焊缝的构造和计算
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搭接连接的弯曲变形
侧面角焊缝的应力分布
搭接长度：采用正面角焊缝的搭接连接，受力时会产生附 加弯矩(图3.4.10)，搭接长度愈小．附加弯矩影响愈大；另外 焊缝距离愈近，收缩应力也愈大。因此规定搭接长度不得小 于5tmin(tmin为焊件的较小厚度)，并不得小于25mm。
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.4 角焊缝的构造和计算
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正面角焊缝受力更复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力， 焊根处存在着很严重的应力集中。这一方面由于力线弯折，另 一方面由于在焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝 的尖端。正面角焊缝的静力破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性 变形要差些。而斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和 侧面角焊缝之间，即塑性比正面角焊缝好、强度比侧面角焊缝 高。 构件端部与节点板的连接焊缝可用两面侧焊和三面围焊，围焊 中有正面角焊缝和侧面角焊缝，正面角焊缝的静力强度较高、 刚度较大，而侧面角焊缝的静力强度较低但塑性较好。所以三 面围焊与两面侧焊相比，破坏时较为突然，且塑性变形较小。 但是对构件来说，三面围焊使构件截面中的应力较为均匀，与 两面侧焊相比，焊缝附近的构件主体金属疲劳强度较高。
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.4 角焊缝的构造和计算
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二、直角角焊缝强度计算的基本公式
如前所述，角焊缝的受力状态是很复杂的。图3-4-13所示为 直角角焊缝的截面， 0.7hf为直角角焊缝的有效厚度he（喉部 尺寸）。试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部及其附 近，通常认为直角角焊缝是以45方向的最小截面(即有效厚
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.4 角焊缝的构造和计算
钢结构(第三版)戴国欣主编 课后习题答案
第三章 钢结构的连接3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。
钢材为Q235B ，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN （设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。
解：（1）三面围焊 2160/w f f N mm = 123α=213α= 确定焊脚尺寸：,max min 1.2 1.21012f h t mm ≤=⨯=，,min 5.2f h mm ≥==， 8f h mm =内力分配：30.7 1.2220.78125160273280273.28w f f f N h b f N KN β=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==∑ 3221273.281000196.69232N N N KN α=-=⨯-= 3112273.281000530.03232N N N KN α=-=⨯-=焊缝长度计算：11530.032960.720.78160w wf fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 1296830460608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取310mm 。
22196.691100.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 2110811860608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取120mm 。
（2）两面侧焊确定焊脚尺寸：同上，取18f h mm =， 26f h m m = 内力分配：22110003333N N KN α==⨯=， 11210006673N N KN α==⨯= 焊缝长度计算：116673720.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑，则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060388283721=⨯=<=⨯+='，取390mm 。
223332480.720.76160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060260262481=⨯=<=⨯+='，取260mm 。
3.钢结构的连接-焊缝解读
③所有焊缝承担的力N
C、采用L形围焊
l1 N1 e1 e2 b
N2 0
代入式3.21，3.22得:
N3
N
N 3 2k 2 N
( 3.23) ( 3.24)
x x
N 1 N N 3 k1 k 2 N
对于校核问题:
f1 f3
N1 f fw l w1he1 N3 f f fw l w 3 he 3
试验表明：侧面焊缝的破坏截面多在 45°截面； 正面焊缝的破坏截面多不在 45°截面； 正面焊缝的破坏强度大，也认为在 45°截面破坏。
1. 侧面焊缝的受力分析
N N N
V
M
N
e
将N转化为剪力 V 和 弯矩 M＝Ne，
M产生垂直于轴向方向的σ⊥，较小，忽略。 V产生沿轴向的τf ，τf 沿轴向分布不均， «规范»规定在规定的计算长度范围内是均匀分布的。 N f f fw ( 3 7) he l w 式中：he＝0.7hf ffw：角焊缝的设计强度（实际为抗剪设计强度）
b
要求：lw≥b (减小力线弯折程度)
lw
b 16t t 12mm 且： b 200mm t 12mm
目的防止横向收缩、起拱。
⑤ 围焊和绕角焊：
绕角焊：转角处构件应力集中，如 在此处起弧、落弧，可能出现弧坑 和咬肉现象，加大应力集中程度， 故采用绕角焊，减小应力集中程度。 2h f 或围起来。 2h f
l w min 8h f 40mm
lw过长 应力分布不均
l w max 60h f
lw
多余长度不计入lw，但焊接工字梁翼缘与腹板连 接处的焊缝、加劲肋与腹板的焊缝，不受此限。
C、采用L形围焊
l1 N1 e1 e2 b
N2 0
代入式3.21，3.22得:
N3
N
N 3 2k 2 N
( 3.23) ( 3.24)
x x
N 1 N N 3 k1 k 2 N
对于校核问题:
f1 f3
N1 f fw l w1he1 N3 f f fw l w 3 he 3
试验表明：侧面焊缝的破坏截面多在 45°截面； 正面焊缝的破坏截面多不在 45°截面； 正面焊缝的破坏强度大，也认为在 45°截面破坏。
1. 侧面焊缝的受力分析
N N N
V
M
N
e
将N转化为剪力 V 和 弯矩 M＝Ne，
M产生垂直于轴向方向的σ⊥，较小，忽略。 V产生沿轴向的τf ，τf 沿轴向分布不均， «规范»规定在规定的计算长度范围内是均匀分布的。 N f f fw ( 3 7) he l w 式中：he＝0.7hf ffw：角焊缝的设计强度（实际为抗剪设计强度）
b
要求：lw≥b (减小力线弯折程度)
lw
b 16t t 12mm 且： b 200mm t 12mm
目的防止横向收缩、起拱。
⑤ 围焊和绕角焊：
绕角焊：转角处构件应力集中，如 在此处起弧、落弧，可能出现弧坑 和咬肉现象，加大应力集中程度， 故采用绕角焊，减小应力集中程度。 2h f 或围起来。 2h f
l w min 8h f 40mm
lw过长 应力分布不均
l w max 60h f
lw
多余长度不计入lw，但焊接工字梁翼缘与腹板连 接处的焊缝、加劲肋与腹板的焊缝，不受此限。
角焊缝的构造与计算(114)
力集中，导致端部过早破坏。
第三章 钢结构的连接
2、角焊缝的计算长度 考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf 计算。
① 侧缝的最大计算长度
lw 60h f
当实际长度大于以上值时， 计算时不考虑超过部分的强度； 但当内力沿侧焊缝全长分布时， 不受上式限制。
第三章 钢结构的连接
2、角焊缝的计算长度 考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf 计算。
hf ,min 1.5 10 4.7mm
肢背
肢尖
焊脚尺寸hf ?
第三章 钢结构的连接
8
5
6
10
t2
t1
hf
第三章 钢结构的连接
2、角焊缝的计算长度 考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf 计算。
① 侧缝的最大计算长度 为什么要限制？ 焊缝太长，剪应力分布越不均匀，焊缝两端产生严重应
3.5.3 角焊缝构造要求
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max
为什么要限制？ 焊脚尺寸太大，焊接变形大，易脆裂，残余应力大， 对于较薄的焊件容易焊穿。
如何限制？ 与板厚联系起来。《规范》规定：
第三章 钢结构的连接
3.5.3 角焊缝构造要求
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max 钢管构件除外： hf,max≤1.2t1
lw 8h f 且不得小于40mm
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！
lwmin≤lw ≤ lwmax
第三章 钢结构的连接
3、搭接连接的构造要求
板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：
lw
① 为避免应力传递过分弯折导致应力不均匀：
第三章 钢结构的连接
2、角焊缝的计算长度 考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf 计算。
① 侧缝的最大计算长度
lw 60h f
当实际长度大于以上值时， 计算时不考虑超过部分的强度； 但当内力沿侧焊缝全长分布时， 不受上式限制。
第三章 钢结构的连接
2、角焊缝的计算长度 考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf 计算。
hf ,min 1.5 10 4.7mm
肢背
肢尖
焊脚尺寸hf ?
第三章 钢结构的连接
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t2
t1
hf
第三章 钢结构的连接
2、角焊缝的计算长度 考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf 计算。
① 侧缝的最大计算长度 为什么要限制？ 焊缝太长，剪应力分布越不均匀，焊缝两端产生严重应
3.5.3 角焊缝构造要求
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max
为什么要限制？ 焊脚尺寸太大，焊接变形大，易脆裂，残余应力大， 对于较薄的焊件容易焊穿。
如何限制？ 与板厚联系起来。《规范》规定：
第三章 钢结构的连接
3.5.3 角焊缝构造要求
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max 钢管构件除外： hf,max≤1.2t1
lw 8h f 且不得小于40mm
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！
lwmin≤lw ≤ lwmax
第三章 钢结构的连接
3、搭接连接的构造要求
板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：
lw
① 为避免应力传递过分弯折导致应力不均匀：
钢结构A-3.钢结构的连接(焊缝)
侧面角焊缝 f＝0，力N与焊缝长度方向平行。
N f f fw helw
以上各式中： he=0.7hf； lw—角焊缝计算长度，考虑起灭弧 缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去2hf。
角焊缝的抗剪强度： Q235钢
Q345钢
160MPa 200MPa
Q390钢、Q420钢
220MPa
焊接连接形式和焊缝形式
接头形式：
对接接头 搭接接头 T形接头 角部连接
焊缝类别：
对接焊缝—— 坡口焊缝 Groove Weld 角焊缝 ——侧面角焊缝、正面角焊缝 Fillet Weld 多为直角焊缝，少数为斜角焊缝
2 2 2 σ 1.8(τ τ∥) f uw
d
a
∥
a
c
d c
角焊缝有效截面上的应力
式中： fuw --焊缝金属的抗拉强度
出于偏于安全考虑，且与母材的能量强度理论的折算 应力公式一致，欧洲钢结构协会（ECCS），将上式的1.8 改为3，即：
2 2 2 σ 3( τ τ∥) f uw
有效截面：有效厚度×计算长度 计算时假定有效截面上应力均匀 分布。
直角角焊缝截面
2）有效截面上的应力状态 在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力： —正应力，与焊缝长度方向（面外垂直） ∥—剪应力，与焊缝长度方向（面内平行） —剪应力，与焊缝长度方向（面内垂直） 国际标准化组织（ISO）推荐 下式确定角焊缝的极限强度
电阻焊是利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的 热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。冷弯薄壁型钢的焊 接，常用电阻点焊，板叠总厚度一般不超过12mm，焊点应主 要承受剪力，其抗拉(撕裂)能力较差。
第三章 钢结构的连接课后习题答案
第三章 钢结构的连接3.1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3.80）。
钢材为Q235B ，焊条为E43型，手工焊，轴心力N=1000KN （设计值），分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。
解：（1）三面围焊 2160/w f f N mm = 123α=213α= 确定焊脚尺寸： ,max min 1.2 1.21012f h t mm ≤=⨯=， ,min min 1.5 1.512 5.2f h t mm ≥==， 8f h mm = 内力分配：30.7 1.2220.78125160273280273.28w f f f N h b f N KN β=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==∑3221273.281000196.69232N N N KN α=-=⨯-= 3112273.281000530.03232N N N KN α=-=⨯-= 焊缝长度计算：11530.032960.720.78160w w f fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 1296830460608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取310mm 。
22196.691100.720.78160w w f f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑， 则实际焊缝长度为 2110811860608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取120mm 。
（2）两面侧焊确定焊脚尺寸：同上，取18f h mm =， 26f h mm = 内力分配：22110003333N N KN α==⨯=， 11210006673N N KN α==⨯= 焊缝长度计算： 116673720.720.78160w w f f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑，则实际焊缝长度为:mm h mm l f w48086060388283721=⨯=<=⨯+='，取390mm 。
《钢结构设计原理》3-1 钢结构的连接-焊缝连接
埋弧焊所用焊丝和焊剂应与主体金属强度相适应， 即要求焊缝与主体金属等强度。
3. 气体保护焊
气体保护焊是利用二氧化碳气体或其他惰性气体 作为保护介质的一种电弧熔焊方法。
直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护层， 以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳 定性。
气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清 楚地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射 的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接 速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手 工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置 的焊接。但不适用于在风较大的地方施焊。
3.4.1 角焊缝的构造要求
4 侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端 大中间小。焊缝越长，应力集中越明显。
若焊缝长度适宜，两端点处的应力达到屈服强度后， 继续加载，应力会渐趋均匀。
若焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两 端破坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度
A、B级精制螺栓是由毛坯在车床上经过切削加 工精制而成。表面光滑，尺寸准确，对成孔质量 要求高。有较高的精度，因而受剪性能好。制作 和安装复杂，价格较高，已很少在钢结构中采用
C级螺栓由未经加工的圆钢压制而成。螺栓表面 粗糙，一般采用在单个零件上一次冲成或不用钻 模钻成设计孔径的孔(II类孔)。
螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.5~2mm。螺栓 杆与螺栓孔之间有较大的间隙，受剪力作用时， 将会产生较大的剪切滑移，连接的变形大。安装 方便，且能有效地传递拉力，可用于沿螺栓杆轴 受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装 时的临时固定。
3.4.1 角焊缝的构造要求
3 角焊缝的最小计算长度 焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝 起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的 其他缺陷(气孔、非金属夹杂等)，使焊缝不够可靠。 搭接连接的侧面角焊缝，如果焊缝长度过小，由于力线 弯折大，会造成严重应力集中。
3. 气体保护焊
气体保护焊是利用二氧化碳气体或其他惰性气体 作为保护介质的一种电弧熔焊方法。
直接依靠保护气体在电弧周围造成局部的保护层， 以防止有害气体的侵入并保证了焊接过程中的稳 定性。
气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清 楚地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射 的，有助于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接 速度快，焊件熔深大，故所形成的焊缝强度比手 工电弧焊高，塑性和抗腐蚀性好，适用于全位置 的焊接。但不适用于在风较大的地方施焊。
3.4.1 角焊缝的构造要求
4 侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端 大中间小。焊缝越长，应力集中越明显。
若焊缝长度适宜，两端点处的应力达到屈服强度后， 继续加载，应力会渐趋均匀。
若焊缝长度超过某一限值时，有可能首先在焊缝的两 端破坏，故一般规定侧面角焊缝的计算长度
A、B级精制螺栓是由毛坯在车床上经过切削加 工精制而成。表面光滑，尺寸准确，对成孔质量 要求高。有较高的精度，因而受剪性能好。制作 和安装复杂，价格较高，已很少在钢结构中采用
C级螺栓由未经加工的圆钢压制而成。螺栓表面 粗糙，一般采用在单个零件上一次冲成或不用钻 模钻成设计孔径的孔(II类孔)。
螺栓孔的直径比螺栓杆的直径大1.5~2mm。螺栓 杆与螺栓孔之间有较大的间隙，受剪力作用时， 将会产生较大的剪切滑移，连接的变形大。安装 方便，且能有效地传递拉力，可用于沿螺栓杆轴 受拉的连接中，以及次要结构的抗剪连接或安装 时的临时固定。
3.4.1 角焊缝的构造要求
3 角焊缝的最小计算长度 焊脚尺寸大而长度较小时，焊件的局部加热严重，焊缝 起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝中可能产生的 其他缺陷(气孔、非金属夹杂等)，使焊缝不够可靠。 搭接连接的侧面角焊缝，如果焊缝长度过小，由于力线 弯折大，会造成严重应力集中。
角焊缝的构造与计算
3.5.3 角焊缝构造要求
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max
为什么要限制？ 焊脚尺寸太大，焊接变形大，易脆裂，残余应力大， 对于较薄的焊件容易焊穿。
如何限制？ 与板厚联系起来。《规范》规定：
第三章 钢结构的连接
3.5.3 角焊缝构造要求
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max 钢管构件除外： hf,max≤1.2t1
受力复杂，截面中各面均存在正应力和剪应力。
正面角焊缝应力状态
3、端缝与侧缝的比较
θ＝0°正面 θ＝45°斜角
θ＝90°侧面
荷载－变形曲线
第三章 钢结构的连接
① 侧面角焊缝 强度低、塑性好、刚度小
② 正面角焊缝 强度高，塑性差、刚度大
③ 斜角角焊缝 间于以上两者之间
4、角焊缝的计算截面
hf
第三章 钢结构的连接
2 160×100×10
N=575 kN
第三章 钢结构的连接
4、节点板与柱连接（T形接头） ——受弯矩M 、剪力V 、轴力N联合作用时角焊缝的计算
2
N cos
helw
2
ff w
取
2 f
1.222
1.5
得：
N
sin2 cos2
helw 1.5
N helw
sin2
1 3
ff w
令： fθ
1
1 sin2
3
则斜焊缝的计算公式为： f
fθ
N he l w
f
w f
将 f（斜焊缝强度增大系数）作成表格
0° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80～90°
计算数值只进不舍
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max
为什么要限制？ 焊脚尺寸太大，焊接变形大，易脆裂，残余应力大， 对于较薄的焊件容易焊穿。
如何限制？ 与板厚联系起来。《规范》规定：
第三章 钢结构的连接
3.5.3 角焊缝构造要求
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max 钢管构件除外： hf,max≤1.2t1
受力复杂，截面中各面均存在正应力和剪应力。
正面角焊缝应力状态
3、端缝与侧缝的比较
θ＝0°正面 θ＝45°斜角
θ＝90°侧面
荷载－变形曲线
第三章 钢结构的连接
① 侧面角焊缝 强度低、塑性好、刚度小
② 正面角焊缝 强度高，塑性差、刚度大
③ 斜角角焊缝 间于以上两者之间
4、角焊缝的计算截面
hf
第三章 钢结构的连接
2 160×100×10
N=575 kN
第三章 钢结构的连接
4、节点板与柱连接（T形接头） ——受弯矩M 、剪力V 、轴力N联合作用时角焊缝的计算
2
N cos
helw
2
ff w
取
2 f
1.222
1.5
得：
N
sin2 cos2
helw 1.5
N helw
sin2
1 3
ff w
令： fθ
1
1 sin2
3
则斜焊缝的计算公式为： f
fθ
N he l w
f
w f
将 f（斜焊缝强度增大系数）作成表格
0° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80～90°
计算数值只进不舍
第三章钢结构连接角焊缝设计
(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。
第三章钢结构连接角焊缝设计
第 15 页
3.3.3 角焊缝受力特点
第三章钢结构连接角焊缝设计
第 16 页
侧焊缝受力特点 f
f
lw
he
第三章钢结构连接角焊缝设计
2hf
必
b≤16t （t >12mm）
b≤190mm（t ≤ 12mm）
当宽度b超过此规定时，应加正面角焊缝或...
第三章钢结构连接角焊缝设计
第 12 页
3.3.2 角焊缝截面尺寸
（6）搭接连接的构造要求
t1
t2
5t1,25
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。
第三章钢结构连接角焊缝设计
第5页
Ae
hf
hf
有效截面（破坏截面）面积 Ae= he lw =0.7hf lw
第三章钢结构连接角焊缝设计
第6页
角焊缝截面
（3）按焊缝方向与受力方向分
侧焊缝 （与力平行）
端焊缝 （与力垂直）
第三章钢结构连接角焊缝设计
第7页
3.3.2 角焊缝的构造要求
（1）、（2）角焊缝焊脚尺寸 hf
（5）角焊缝的最小计算长度lwmin
lwm in8hf,且 40m m
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。
第三章钢结构连接角焊缝设计
第 11 页
3.3.2 角焊缝截面尺寸
（6）搭接连接的构造要求
lw
A、角焊缝的端部位于构件转角处
钢结构的连接焊缝连接
最大焊脚尺寸hf 避免焊区过热、焊缝收缩时产生较大的残余应力和残余
变形，热影响区扩大，产生热脆，较薄焊件烧穿，除钢
管结构外 ，焊脚尺寸hf应该满足：
hf 1.2t1
t1为较薄焊件厚度（mm）。
板件边缘的焊缝：
板件厚度t＞6mm时，hf≤t-(1~2) mm t≤6mm时，取hf≤t
钢结构的连接焊缝连接
钢结构的连接焊缝连接
精制螺栓：毛坯在车床上经过切削加工精制而成。 特点：表面光滑，尺寸准确，对成孔质量要求高。 优点：精度较高，受剪性能好。 缺点：制作和安装复杂，价格较高，少在钢结构中采用。
粗制螺栓：由未经加工的圆钢压制而成。
特点：螺栓表面粗糙，一般采用在单个零件上一次冲成或 不用钻模钻成设计孔径的孔(II类孔)，螺栓孔的直径比螺 栓杆的直径大1.5~3mm。
第三章 钢结构的连接
钢结构的连接焊缝连接
第一节 钢结构的连接方法
连接的作用：将板材或型钢组合成构件，再将构件组合 成整体结构，以保证其共同工作。 连接的影响：方式、质量直接影响钢结构的工作性能。 连接的要求：必须安全可靠、传力明确、构造简单、制 造方便和节约钢材。 连接方法：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。
N
钢结构的连焊缝连接
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。
螺栓等级含义 a.b a:表示螺栓成品的抗拉强度不小于a×100N/mm2； b:表示螺栓成品的屈强比（屈服强度/抗拉强度）。 4.6：抗拉强度不小于400N/mm2；屈强比为0.6。
钢结构的连接焊缝连接
钢结构的连接焊缝连接
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200 220
220
第 32 页
f —强度增大系数 静载、 间接动载 ：按公式计算； 直接动载 ：=1.0
角焊缝计算长度：心力作用时
① θ=0°，侧面角焊缝 f 1.0
Nx
θ
Ny
N
Nx=N sinθ N
Ny=N cosθ
f
w f
f
lw
he
第 35 页
3.3.4典型节点—受轴心力作用时
② θ=90°，端焊缝 f 1.22
Nx
θ
Ny
N
Nx=N sinθ N
Ny=N cosθ
nf
1
1 sin2
f
w f
3
端焊 f
侧焊 f
( f )2
1.22
2 f
f
w f
得：
f
f
f
w f
e—焊根
第 23 页
3.3.3 直角角焊缝强度计算基本公式
hf
d
h f 有效截面
hf
e
he
计算截面 均取焊缝45°有效截面（假定破坏截面）
有效焊缝高度 h e＝ 0.7 h f (焊缝高度)
焊缝计算长度 lw＝l -2h f（每端扣h f ）
第 24 页
3.3.3 直角角焊缝强度计算基本公式
N
θ N
第 25 页
3.3.3 直角角焊缝强度计算基本公式
┻
σf
f
θ f
N
nf
应力
N nf
σ┻
f nf sin
σ┻
2 2
f
┻
2 2
f
f
f
nf
cos
第 26 页
3.3.3 直角角焊缝强度计算基本公式
┻
Nx
f
θ
Ny
N
Nx=N sinθ N
Ny=N cosθ
σ┻
端焊 f
A
f
( f
1.22
)2
2 f
f
w f
又 f nf sin
f
nf
cos
带入整理得： nf
σf
θ f
nf N
1
1 sin2
f
w f
f
f
w f
3
第 31 页
角焊缝强度设计值
焊接方法 和焊条型号
构件钢材
牌号
厚度或直径 （mm）
自动焊、半自动 焊和 E43 型焊条 的手工焊
3.3.2 角焊缝的构造要求
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。
和槽孔短径的 1/3
hf 1.5 t2 ；当 t2 4 时， h f t
lw 60h f lw 8h f 和 40mm
t1 为较薄焊件厚度，t
为板边角焊缝的板件 厚度
t2 为较厚焊件厚(当
采用低氢型碱性焊条
施焊时， t2 可采用较
薄焊件的厚度)。对自 动焊可减 1mm；对单面 T 形焊应加 1mm 若超出限值，则超出部 分在计算中不予考虑。 内力沿侧缝全长均匀 分布者不限
•应力状态复杂，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。
第 21 页
端焊缝与侧焊缝的比较
θ＝0°端焊缝 θ＝90°侧焊缝
荷载－变形曲线
第 22 页
3.3.3 直角角焊缝强度计算基本公式
hf
h---焊缝厚度
d
h1—熔深
h2—凸度
e
d—焊趾
3.3 角焊缝的构造与计算 P30
3.3.1 角焊缝的形式 角焊缝的截面 （1）按两焊角边夹角划分
直角焊缝
斜角焊缝
除钢管结构外, 对于α>135o或α<60o斜角角焊缝, 不 宜用作受力焊缝。
第1页
角焊缝截面
（2）按焊缝截面形式划分
施焊方便，最常用
适宜动力荷载，但施焊不便
普通型
平坡型
深熔型
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。
N
N3 2
1N
N3 2
（3.12）
第 47 页
三面围焊
（2）求解
N1、N2
b
hf1-lw1 e1
hf3-lw3 e2
肢背焊缝
三级 185 175 170 160 265 250 225 210 300 285 270 250 320 305 290 275
抗剪
f
w v
125 120 115 110 180 170 155 145 205 190 180 170 220 210
195
185
角焊缝 抗拉、抗压
和抗弯
f
w f
160
Q235 钢
自动焊、半自动 焊和 E50 型焊条 的手工焊
Q345 钢
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
θ f
nf N
nf
1
1 sin2
f
w f
3
假定：轴心力作用下，焊缝有效截面上的应力均布
nf
N
0.7hf lw
f
f
w f
第 38 页
3.3.4典型节点—受轴心力作用时(总结）
f
N
0.7hf lw
f
w f
θ N
假定：轴心力 作用下，焊缝 有效截面上的 应力均布
f
N
处必须连续施焊。
b
B、lw ≥b
t
b≤16t （t >12mm）
b≤190mm（t ≤ 12mm）
当宽度b超过此规定时，应加正面角焊缝或...
第 13 页
3.3.2 角焊缝截面尺寸
（6）搭接连接的构造要求
t1
t2
5t1,25
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。
一条单独的焊缝，每端扣除hf
第 41 页
3.3.4 典型节点－拼接板连接－承受轴力N作用
两边端焊
认为焊缝有效截面上 应力均匀分布 验算
端焊缝强度提高系 数
第 42 页
3.3.4 典型节点－拼接板连接－承受轴力N作用
四周围焊
验算
由端焊缝
he
N1 lw1
f
f
w f
再验算侧焊缝
he
N2 lw2
焊脚尺寸hf =4,5,6,8,10,12...
第 10 页
3.3.2 角焊缝的构造要求
（3）不等焊脚尺寸的构造要求 hf
t1
hf 1.2t1
t2
hf 1.5 t2
第 11 页
3.3.2 角焊缝的构造要求
（4）侧缝的最大计算长度lwmax
lwmax 60hf
当实际长度大于以上值时，计算时不考虑超过部分的强 度；但当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。
焊缝冷却太快容易开裂
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
第9页
3.3.2 角焊缝的构造要求
hf min 1.5 tmax (计算值只进不舍）
当tmax≤4mm时, hf min = tmax
另: 对于自动埋弧焊hfmin可减去1mm; 对于T型连接单面角焊缝hfmin应加上1mm;
平面平行力系
hf2-lw2 肢尖焊缝
（1）求解N3
N3
0.7hf 3lw3
f
f
w f
按构造要求设hf3，解出N3
第 46 页
三面围焊
（2）求解
N1、N2
b
hf1-lw1 e1
hf3-lw3 e2
肢背焊缝
hf2-lw2 肢尖焊缝
对N2取矩：
b N1b + N3 2
= Ne2
整理得：
N1
e2 b
（5）角焊缝的最小计算长度lwmin
lwmin 8hf , 且 40mm
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。
第 12 页
3.3.2 角焊缝截面尺寸
（6）搭接连接的构造要求
lw
A、角焊缝的端部位于构件转角
2hf
处时，应作2hf的绕角焊，且转角
第8页
3.3.2 角焊缝的构造要求
（1）、（2）角焊缝焊脚尺寸 hf
t2
hf
t1
hf min 1.5 tmax
hf max 1.2tmin
t
hf
t1