钢构焊缝计算(受力)

《钢结构》网上辅导材料二
钢结构的焊接连接
钢结构的连接方法可分为焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。

焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。

它的优点是：（1）焊件间可直接相连，构造简单，制作加工方便；（2）不削弱截面，用料经济；（3）连接的密闭性好，结构刚度大；（4）可实现自动化操作，提高焊接结构的质量。

缺点是：（1）在焊缝附近的热影响区内，钢材的材质变脆；（2）焊接残余应力和变形使受压构件承载力降低；（3）焊接结构对裂纹很敏感，低温时冷脆的问题较为突出。

1图1直角角焊缝截面
图2斜角角焊缝截面
角焊缝按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。

两焊脚边的夹角为90°的焊缝称为，直角边边长f 称为角焊缝的焊脚尺寸，h e ＝0.7h f 为直角角焊缝的计算厚度。

斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。

对于夹角大于135°或小于60°的斜角角焊缝，不宜用作受力焊缝（钢管结构除外）。

2．对接焊缝
对接焊缝的焊件常需加工成坡口，故又叫坡口焊缝。

焊缝金属填充在坡口内，所以对接焊缝是被连接件的组成部分。

坡口形式与焊件厚度有关。

当焊件厚度很小（手工焊≤t 6mm ，埋弧焊≤t 10mm ）时，可用直边缝。

对于一般厚度（t=10～20mm ）的焊件可采用具有斜坡口的单边V 形或V 形焊缝。

斜坡口和离缝c 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。

对于较厚的焊件（t ＞20mm ），则采用U 形、K 形和X 形坡口。

对于V 形缝和U 形缝需对焊缝根部进行补焊。

对接焊缝坡口形式的选用，应根据板厚和施工条件按现行标准《建筑结构焊接规程》的要求进行。

凡T 形，十字形或角接接头的对接焊缝称之为对接与角接组合焊缝。

图3对接焊缝的坡口形式
3
垂直，1（式中t 2计算时，焊脚尺寸取整数。

自动焊熔深较大，可减小1mm ；T 形连接的单面角焊缝，应增加1mm ；当焊件厚度小于或等于4mm 时，则取与焊件厚度相同。

（2）最大焊脚尺寸
1
2.1t h f （2）
式中t 1—较薄焊件的厚度，单位为mm 。

对板件边缘的角焊缝，当板件厚度t ＞6mm 时，取h f ≤t -（1～2）mm ；当t ≤6mm 时，取h f ≤t 。

图4最大焊角尺寸
（3）角焊缝的最小计算长度
（4（5。

图（6间断角焊缝只能用于一些次要构件的连接或受力很小的连接中。

间断角焊缝的间断距离l 不宜过长，以免连接不紧密。

一般在受压构件中应满足l ≤15t ；在受拉构件中l ≤30t ，t 为较薄焊件的厚度。

图7连续角焊缝和间断角焊缝
（7）减小角焊缝应力集中的措施
杆件端部搭接采用三面围焊时，所有围焊的转角处必须连续施焊。

对于非围焊情况，当角焊缝的端部在构件转角处时，可连续地作长度为2h f 的绕角焊。

2.直角角焊缝强度计算的基本公式
f w f f f f ≤+⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛τβσ22
（3）
式中σf —垂直于焊缝长度方向的应力；
τ
β
f f σ
τf 式中h e l 3（1）承受轴心力作用的角焊缝连接计算 1）采用盖板连接
当轴心力通过连接焊缝中心时，可认为焊缝应力是均匀分布的。

图8承受轴心力的盖板连接
当只有侧面角焊缝时τf =
l h N
w
e f w f
≤ 当只有正面角焊缝时σf =
l h N
w
e f w f
f β≤ 当采用三面围焊时，先计算正面角焊缝所承担的内力∑=11w e w f f l h f N β 式中∑1w l —连接一侧正面角焊缝计算长度的总和。

式中
∑l
2将代入式（3腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。

图10角钢与节点板的连接
对于三面围焊，可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸3f h ，求出正面角焊缝所分担的轴心力3N 。

当腹杆为双角
钢组成的T 形截面，且肢宽为b 时，
3N =2×0.73f h b f βw f f （6）
由平衡条件（
∑M ＝0）可得：
1N =
b e b N )(--23
N =1k N-2
3N （7）
2N =b Ne -23
N =2k N-2
3N （8）
式中1N 、2N ——角钢肢背和肢尖的侧面角焊缝所承受的轴力；
对双角钢截面式中1f h f h 角焊缝实际长度等于计算长度（绕角焊缝长度2f h 不进入计算）。

当杆件受力很小时，可采用L 形围焊。

由于只有正面角焊缝和角钢肢背上的侧面角焊缝，令2N ＝0，得：
3N =22k N （13）
1N =N-3N （14）
角钢端部的正面角焊缝的长度已知，可按下式计算其焊脚尺寸：
3f h =
w
f f w f l N β33
7.02⨯（15）
式中，3w l =b -f h 。

（2）承受弯矩、轴心力或剪力共同作用的角焊连连接计算
图A 点应力
剪力N y 在A 点处产生平行于焊缝长度方向的应力
f
τ
=
e
y A N =
w
e y l h N 2
则焊缝的强度计算式为：
当连接直接承受动力荷载作用时，取f β＝1.0。

工字形和H 形截面梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角焊缝连接，通常承受弯矩M 和剪力V 的共同作用。

计算时通常假设腹板焊缝承受全部剪力，弯矩则由全部焊缝承受。

图12工字形梁（或牛腿）的脚焊缝连接
翼缘焊缝的最大弯曲应力发生在翼缘焊缝的最外纤维处，此应力满足角焊缝的强度条件
1f σ=
w I M ·2
h
≤f βw f f 式中M ——全部焊缝所承受的弯矩；
I w ——全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩。

腹板焊缝承受两种应力的共同作用，即弯曲应力和剪应力，设计控制点为翼缘焊缝与腹板焊缝的交点处A ，此处的弯曲应力和剪应力分别按下式计算：
式中
(∑（31）式中r p I 2
图 ① ② 正比。

图中T
将T τTx T p I r
Ty τ=T τ·cos θ=
p I r T ⨯·r
r x
（19） 由剪力V 在焊缝群引起的剪应力V τ按均匀分布，则在A 点（或A '点）引起的应力Vy τ为
Vy τ=
∑w
e l h V
则A 点受到垂直于焊缝长度方向的应力为：
f σ=Ty τ+Vy τ
沿焊缝长度方向的应力为Tx τ，则A 点的应力满足的强度条件为 当连接直接承受动态荷载时，取βf =1.0。

三、斜角角焊缝的计算
两焊脚边夹角α为o
o
13560≤≤α的T 形接头的斜角角焊缝采用与直角角焊缝相同的计算公式进行计算。

但不考虑焊缝的方向，一律取f β（或θβf ）＝1.0。

12（
图14钢板拼接图15引弧板
（2）对接焊缝的计算 对接焊缝分焊透和部分焊透两种 1）焊透的对接焊缝的计算
对接焊缝是焊件截面的组成部分，计算方法与构件的强度计算一样。

轴心力作用的对接焊缝
σ=
t
l N
w ≤w t f 或w c f （20）
式中N ——轴心拉力或压力设计值；
l w ——焊缝的计算长度。

当未采用引弧板时，取实际长度减去2t ；
t ——对接接头中为连接件的较小厚度；T 形接头中为腹板厚度；
w t f 、w c f ——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。

弯矩和剪力共同作用的对接焊缝
对接接头受到弯矩和剪力的共同作用，正应力与剪应力的最大值应分别满足下列强度条件：
σ=
M =M 6≤w f （21） 式中式中2部分焊透的对接焊缝必须在设计图上注明坡口的形式和尺寸。

其强度计算方法与前述直角角焊缝相同，在垂直于焊缝长度方向的压力作用下，取βf ＝1.22，其他受力情况取βf ＝1.0。