(钢结构设计原理)第三章钢结构的连接课件.ppt

1、钢结构的连接钢结构的连接l焊缝连接焊缝连接l螺栓连接螺栓连接l钢结构的连接方法钢结构的连接方法钢结构的连接方法钢结构的连接方法钢结构的连接方法钢结构的连接方法连接的方式连接的方式-焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接连接的原则连接的原则安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材钢结构的实际连接图片钢结构的实际连接图片钢结构的连接方法钢结构的连接方法焊缝连接焊缝连接焊缝连接焊缝连接2020世纪初开始在工程结构上较广泛应用。世纪初开始在工程结构上较广泛应用。焊接是现代钢焊接是现代钢结构最主要的连接方法之一。结构最主要的连接方

2、法之一。*构造简单，任何形式的构件都可直接相连；构造简单，任何形式的构件都可直接相连；*用料经济，不削弱截面；用料经济，不削弱截面；*制作加工方便，可实现自动化操作；制作加工方便，可实现自动化操作；*连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好。连接的密闭性好，结构刚度大，整体性好。优点优点焊缝连接焊缝连接缺点缺点*焊缝附近有热影响区，钢材的金相组织发生改变，导致焊缝附近有热影响区，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；局部材质变脆；*焊接的焊接的残余应力残余应力使结构易发生脆性破坏、降低压杆稳定使结构易发生脆性破坏、降低压杆稳定的临界荷载，残余变形使结构形状、尺寸发生变化；的临界荷载，残余变形使

3、结构形状、尺寸发生变化；*焊接裂缝一经发生，便容易扩展到整体；焊接裂缝一经发生，便容易扩展到整体；*低温冷脆问题较为突出；低温冷脆问题较为突出；*对钢结构的疲劳、稳定有不利影响；对钢结构的疲劳、稳定有不利影响；*较多地依赖焊工的技能水平。较多地依赖焊工的技能水平。焊缝连接焊缝连接铆钉连接铆钉连接 19 19世纪世纪20203030年代出现铆钉连接。把铆钉年代出现铆钉连接。把铆钉加热到加热到1000100015001500，用铆钉枪铆合。，用铆钉枪铆合。*塑性和韧性较好；塑性和韧性较好；*传力可靠，质量易于检查和保证；传力可靠，质量易于检查和保证；*可用于承受动载的重型结构。可用于承受动载的重型

4、结构。优点优点*工艺复杂，噪音大，劳动条件差，用钢量大；工艺复杂，噪音大，劳动条件差，用钢量大；*现已很少采用。现已很少采用。缺点缺点铆钉连接铆钉连接栓钉连接栓钉连接*栓钉将钢板与混凝土板连接起来；栓钉将钢板与混凝土板连接起来；*栓钉承受剪力。栓钉承受剪力。栓（焊）钉连接栓（焊）钉连接射钉、自攻螺钉、新型铆钉连接射钉、自攻螺钉、新型铆钉连接*用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）连接；用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）连接；*钉承受剪力。钉承受剪力。射钉、自攻螺钉、新型铆钉连接射钉、自攻螺钉、新型铆钉连接螺栓连接螺栓连接1 1）C C级螺栓连接：用圆钢制成，杆身粗级螺栓连接：用

5、圆钢制成，杆身粗糙，尺寸不很准确。主要用于受拉连接糙，尺寸不很准确。主要用于受拉连接和安装螺栓。和安装螺栓。2 2）A A、B B级螺栓连接：螺杆机加工制成，级螺栓连接：螺杆机加工制成，尺寸准确，孔加工精度高。制造安装费尺寸准确，孔加工精度高。制造安装费工。工。A A级：级：d24mm，l150mmh 和和10d，B B级：级：d24mm，l150mmh 和和10d。普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接精制螺栓精制螺栓粗制螺栓粗制螺栓代号代号A A级和级和B B级级C C级级强度等级强度等级5.65.6级和级和8.88.8级级4.64.6级和级和4.84.8级级加工方式加工方式车床

6、上经过切削而成车床上经过切削而成单个零件上一次冲成单个零件上一次冲成加工精度加工精度螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为0.250.250.5mm0.5mm螺杆与栓孔直径之差为螺杆与栓孔直径之差为1.51.53mm3mm抗剪性能抗剪性能好好较差较差经济性能经济性能价格高价格高价格经济价格经济用途用途构件精度很高的结构（机械构件精度很高的结构（机械结构）；在钢结构中很少采结构）；在钢结构中很少采用用沿螺栓杆轴受拉的连接；次沿螺栓杆轴受拉的连接；次要的抗剪连接；安装的临时要的抗剪连接；安装的临时固定固定普通螺栓连接普通螺栓连接高强螺栓连接高强螺栓连接 20 20世纪中钢结构开始采用。高强度螺栓

7、采用高强度钢世纪中钢结构开始采用。高强度螺栓采用高强度钢材并经热处理制成。拧紧螺栓使板件接触面产生很大摩擦材并经热处理制成。拧紧螺栓使板件接触面产生很大摩擦力，依靠摩擦力传力。连接紧密，耐疲劳，承受动载可靠。力，依靠摩擦力传力。连接紧密，耐疲劳，承受动载可靠。是现代钢结构最主要的连接方法之一。是现代钢结构最主要的连接方法之一。高强螺栓连接高强螺栓连接高强螺栓连接高强螺栓连接 高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母的合称。高强度螺栓是高强螺杆和配套螺母的合称。由由4545号、号、40B40B和和20MnTiB20MnTiB钢经过热处理加工而成。钢经过热处理加工而成。4545号号8.88.8级；级；40B

8、40B和和20MnTiB20MnTiB10.910.9级级（a）大六角头螺栓）大六角头螺栓 （b）扭剪型螺栓）扭剪型螺栓高强螺栓连接比较高强螺栓连接比较高强螺栓连接高强螺栓连接高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓摩擦型连接高强度螺栓承压型连接高强度螺栓承压型连接传力机理传力机理利用预拉力把被连接的部利用预拉力把被连接的部件夹紧，使部件的接触面件夹紧，使部件的接触面间产生很大的摩擦力，外间产生很大的摩擦力，外力通过摩擦力来传递力通过摩擦力来传递允许接触面滑移，依靠螺栓杆允许接触面滑移，依靠螺栓杆和螺孔之间的承压来传力和螺孔之间的承压来传力栓孔直径栓孔直径螺杆的公称直径螺杆的公称直径+1.5+1.52.

9、0mm2.0mm螺杆的公称直径螺杆的公称直径+1.0+1.01.5mm1.5mm特点特点剪切变形小，弹性性能好，剪切变形小，弹性性能好，特别适用于承受动力荷载特别适用于承受动力荷载的结构的结构连接紧凑，但剪切变形大，不连接紧凑，但剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构得用于承受动力荷载的结构高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较高强度螺栓摩擦型连接和承压型连接比较高强螺栓连接优缺点高强螺栓连接优缺点高强螺栓连接高强螺栓连接*安装方便，便于拆卸，对安装工的要求高；安装方便，便于拆卸，对安装工的要求高；*摩擦型高强度螺栓连接动力性能好；摩擦型高强度螺栓连接动力性能好；*耐疲劳，易阻止裂纹扩展；耐疲劳

10、，易阻止裂纹扩展；优点优点*需要在板件上开孔和拼装时对孔，制造工作量大；需要在板件上开孔和拼装时对孔，制造工作量大；*螺栓孔还使构件截面削弱；螺栓孔还使构件截面削弱；*被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板，比焊接被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板，比焊接连接多费钢材。连接多费钢材。缺点缺点螺栓连接螺栓连接钢结构常用的焊接方法钢结构常用的焊接方法高强螺栓连接优缺点高强螺栓连接优缺点钢结构常用的焊接方法钢结构常用的焊接方法电弧焊电弧焊埋弧焊埋弧焊电渣焊电渣焊气体保护焊气体保护焊电阻焊电阻焊 手工电弧焊手工电弧焊熔化焊熔化焊手工电弧焊手工电弧焊原理原理：利用电弧产生热量熔化利用电弧产生热量熔化焊条

11、和母材形成焊缝。焊条和母材形成焊缝。手工电弧焊手工电弧焊优点优点：方便，适用于任意空间方便，适用于任意空间位置的焊接，特别适用于在高位置的焊接，特别适用于在高空和野外作业，小型焊接。空和野外作业，小型焊接。缺点缺点 质量波动大，要求焊工等质量波动大，要求焊工等级高，劳动强度大，生产效率低。级高，劳动强度大，生产效率低。手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊焊条的选择焊条的选择 焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。焊条应与焊件钢材（主体金属）相适应。Q390Q390、Q420Q420钢选择钢选择E55E55型焊条型焊条(E5500-E5518)(E5500-E5518)Q3

12、45Q345钢选择钢选择E50E50型焊条型焊条 (E5001-E5048)(E5001-E5048)Q235Q235钢选择钢选择E43E43型焊条（型焊条（E4300-E4328)E4300-E4328)焊条的表示方法：焊条的表示方法：E E焊条焊条(Electrode)(Electrode)第第1 1、2 2位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（位数字为熔敷金属的最小抗拉强度（kgf/mmkgf/mm2 2)第第3 3、4 4表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。表示适用焊接位置、电流及药皮的类型。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊

13、条。埋弧焊埋弧焊手工电弧焊手工电弧焊电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。、焊丝转盘焊丝转盘送丝器送丝器焊剂漏斗焊剂漏斗焊剂焊剂熔渣熔渣焊件焊件埋弧自动焊埋弧自动焊机机器器优点：优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊接质量好。缺点：缺点：设备投资大，施工位置受限。设备投资大，施工位置受限。焊丝的选择应与焊件等强度。焊丝的选择应与焊件等强度。埋弧焊（自动或半自动）埋弧焊（自动或半自动）电渣焊电渣焊电渣焊电渣焊电渣焊电渣焊电渣焊常用于箱形梁、柱内部的横隔板焊接。电渣焊常用于箱形梁、柱内部的横隔板焊接。气体保

14、护焊气体保护焊电渣焊电渣焊气体保护焊气体保护焊 利用焊枪喷出的利用焊枪喷出的COCO2 2或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方或其他惰性气体代替焊剂的电弧溶焊方法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层，以防止有害气体法。直接依靠保护气体在电弧周围形成保护层，以防止有害气体的侵入。的侵入。优点：优点：没有熔渣，焊接没有熔渣，焊接速度快，焊接质量好。速度快，焊接质量好。目前工厂很常用的焊接目前工厂很常用的焊接方法。方法。缺点：缺点：施工条件受限制，施工条件受限制，不适用于在风较大的地不适用于在风较大的地方施焊。方施焊。电阻焊电阻焊电阻焊电阻焊焊缝类型焊缝类型焊缝类型焊缝类型l按被连接构件间的按被连接

15、构件间的相对位置相对位置分为分为对接对接、搭接搭接 、T T形连接形连接和和角接角接四种。四种。l按按构造构造分分:对接焊缝、角焊缝。对接焊缝、角焊缝。l按按工作性质工作性质分：强度焊缝（只作为传递内力）、密强焊分：强度焊缝（只作为传递内力）、密强焊缝（除传递内力外，还须保证不使气体或液体渗漏）。缝（除传递内力外，还须保证不使气体或液体渗漏）。l按按施焊位置施焊位置分：俯焊分：俯焊(平焊平焊)、立焊、横焊和仰焊。应尽、立焊、横焊和仰焊。应尽量避免采用仰焊焊缝。量避免采用仰焊焊缝。焊缝连接形式焊缝连接形式焊缝形式焊缝形式对接焊缝连接形式对接焊缝连接形式对接焊缝按受力与焊缝方向分：对接焊缝按受力与

16、焊缝方向分：1 1）正对接焊缝）正对接焊缝(a a)：作用力方向与焊缝方向正交。：作用力方向与焊缝方向正交。2 2）斜对接焊缝）斜对接焊缝(b b)：作用力方向与焊缝方向斜交。：作用力方向与焊缝方向斜交。焊缝形式焊缝形式T T型对接焊缝型对接焊缝正对接焊缝正对接焊缝 斜对接焊缝斜对接焊缝角焊缝连接形式角焊缝连接形式角焊缝按受力与焊缝方向分：角焊缝按受力与焊缝方向分：1 1）正面角焊缝）正面角焊缝(c c)：作用力方向与焊缝长度方向垂直。：作用力方向与焊缝长度方向垂直。2 2）侧面角焊缝）侧面角焊缝(c c)：作用力方向与焊缝长度方向平行。：作用力方向与焊缝长度方向平行。3 3）斜焊缝（）斜焊缝

17、（c c）：作用力方向与焊缝方向斜交。）：作用力方向与焊缝方向斜交。角焊缝形式角焊缝形式角焊缝连接形式角焊缝连接形式角焊缝沿长度方向的布置角焊缝沿长度方向的布置1 1）连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式）连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。2 2）间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，不）间断角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，不重要或受力小的构件可采用。重要或受力小的构件可采用。焊缝的施工位置焊缝的施工位置角焊缝形式角焊缝形式焊缝的施工位置焊缝的施工位置平焊平焊 立焊立焊 横焊横焊 仰焊仰焊焊缝的特点焊缝的特点焊缝特点焊缝特点焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝缺陷指焊接过程中产生

18、于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。缺陷。焊缝缺陷焊缝缺陷焊缝质量检验焊缝质量检验焊缝质量检验焊缝质量检验外观检查外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；检查外观缺陷和几何尺寸；内部无损检验：内部无损检验：检验内部缺陷。（超声波检验、检验内部缺陷。（超声波检验、X X射线或射线或g g射线透射线透照或拍片）照或拍片）焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用 钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003GB50017-2003）中，对焊缝质量等级的选）中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：用有如下规定：1 1）需要进行疲劳计

19、算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受需要进行疲劳计算的构件中，垂直于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。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应拉时应为一级，受压时应为二级。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。为二级。2 2）在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。缝应不低于二级；受压时宜为二级。3 3）重级工作制和起重量重级工作制和起重量50t50t的中级工作制吊车梁的腹板与上的中级工作制吊车梁的腹板与上 翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的翼

20、缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的 对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。4 4）角焊缝质量等级一般为三级，但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳角焊缝质量等级一般为三级，但对直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量和起重量Q Q50t50t的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。焊缝质量等级及选用焊缝质量等级及选用焊缝代号焊缝代号焊缝代号焊缝代号对接焊缝连接的构造要求对接焊缝连接的构造要求对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关

21、。对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。对接焊缝的坡口形式对接焊缝的坡口形式a a）直边缝：适合板厚）直边缝：适合板厚t t 10mm 10mm b b）单边）单边V V形、形、c c）双边）双边V V形：适合板厚形：适合板厚t t 101020mm 20mm d d）U U形、形、e e）K K形、形、f f）X X形：适合板厚形：适合板厚t t 20mm 20mm 对接焊缝连接的构造要求对接焊缝连接的构造要求对接焊缝连接的构造要求对接焊缝连接的构造要求对接焊缝的构造处理对接焊缝的构造处理垫板垫板垫板垫板垫板垫板根部加垫板根部加垫板对接焊缝的引弧板对接焊缝的引弧板

22、引弧板引弧板对接焊缝连接的构造要求对接焊缝连接的构造要求1 1）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。）为防止熔化金属流淌必要时可在坡口下加垫板。2 2）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。弧板和引出板，焊后将它们割除。对接焊缝连接的构造要求对接焊缝连接的构造要求3 3）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差）在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm4mm以上以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度不大于时，应分别在宽度方向或厚度方向从一侧或两侧做成坡度

23、不大于1:2.51:2.5的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。的斜角，以使截面过渡和缓，减小应力集中。不同厚度或宽度的钢板拼接不同厚度或宽度的钢板拼接a)改变厚度改变厚度b)改变宽度改变宽度1:2.51:2.5对接焊缝连接的构造要求对接焊缝连接的构造要求对接焊缝的强度对接焊缝的强度1 1）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。）受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等。2 2）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强）一、二级检验的焊缝的抗拉强度可认为与母材强度相等。度相等。3 3）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉）三级检验的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的强度为母材强

24、度的85%85%。4 4）采用一般的材料力学、弹性力学计算公式）采用一般的材料力学、弹性力学计算公式对接焊缝连接的构造要求对接焊缝连接的构造要求轴心受力对接焊缝的强度计算轴心受力对接焊缝的强度计算wcwtwfftlN或（3-1a）lw焊缝计算长度，焊缝计算长度，t连接件的连接件的较小厚度较小厚度，对，对T T形接头为腹板的厚度形接头为腹板的厚度;ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值（P9P9表表1-41-4）；）；1 1）对）对lw的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取实的取值：考虑到起落弧缺陷的影响，无引弧板时，焊缝计算长度取实际长

25、度减去际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。；有引弧板时，取实际长度。2 2）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、）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。二级焊缝，均与母材等强，不用计算。3 3）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况：）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况：a)a)没有引弧板时需要计算。没有引弧板时需要计算。b)b)受拉情况下的三级焊缝。受拉情况下的三级焊缝。轴心受力对接焊缝的强度计算轴心受力对接焊缝的强度计算轴心受力对接焊缝的强度计算轴心受力对接焊缝的强度计算斜对接焊缝斜对接

26、焊缝bwcwtsinfftlNw或wvwftlNcos 对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方向呈 夹角，其计算公式为：夹角，其计算公式为：lw斜焊缝计算长度。加引弧板时，斜焊缝计算长度。加引弧板时，lwb/sin；不加引弧板时，；不加引弧板时，lwb/sin 2t。fvw对接焊缝抗剪设计强度。（对接焊缝抗剪设计强度。（P9P9表表1-41-4）规范规定，当斜焊缝倾角规范规定，当斜焊缝倾角 56.3，即，即tan 1.5时，可认为对接时，可认为对接斜焊缝与母材等强，不用计算。斜焊缝与母材等强，不用计算。斜向受力对接焊缝的

27、强度计算斜向受力对接焊缝的强度计算水工钢结构轴心受力对接焊缝的强度计算水工钢结构轴心受力对接焊缝的强度计算 按容许应力法计算水工钢结构时，其计算公式为：按容许应力法计算水工钢结构时，其计算公式为：N 按按荷载标准值荷载标准值得出的轴心拉力或压力；得出的轴心拉力或压力；twcw对接焊缝抗剪设计强度。（对接焊缝抗剪设计强度。（P12P12表表1-91-9）水工钢结构轴心受力对接焊缝的强度计算水工钢结构轴心受力对接焊缝的强度计算wcwtwtlN或弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算以后按容许应力法设计钢结构时，只需要将相应公式里的强度设以后按容许应力法设计钢结构时，只

28、需要将相应公式里的强度设计值改用相应的容许应力，荷载效应计值改用相应的容许应力，荷载效应N N、V V、M M是按荷载标准值求得。是按荷载标准值求得。焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝弯矩和剪力共同作用下的对接焊缝弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算 焊缝内应力分布同母材。焊

29、缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件。wVwwmaxftIVS（3-3）M焊缝承受的弯矩；焊缝承受的弯矩；Ww焊缝截面模量。焊缝截面模量。V焊缝承受的剪力；焊缝承受的剪力；Iw焊缝计算截面惯性矩；焊缝计算截面惯性矩；Sw计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。计算剪应力处以上（或以下）焊缝计算截面对中和轴的面积矩。弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算

30、弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算（3-2）wtwfWMmax 对于工字形或对于工字形或T T形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应力形截面除应分别验算最大正应力与最大剪应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力外，还应验算腹板与翼缘交接处的折算应力:wt21211.13f（3-4）式中式中 :1 1、1 1为腹板与翼缘为腹板与翼缘交接处的正应力和剪应力。交接处的正应力和剪应力。1.11.1为考虑到最大折算应力只为考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适在局部出现，而将强度设计值适当提高系数。当提高系数。弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝工字形截面梁在弯曲时，

31、弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力工字形截面梁在弯曲时，弯曲正应力主要由上、下翼缘承担，剪应力主要由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。主要由腹板承担，这使得截面上各处的材料能达到充分的利用。弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力作用的对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算牛腿处对接焊缝的强度计算牛腿处对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝轴力、弯矩和剪力联合作用下的对接焊缝 轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产

32、生剪应力，轴力和弯矩作用下对接焊缝产生正应力，剪力作用下产生剪应力，其计算公式为：其计算公式为：wtwwMNmaxfWMAN（3-5）wvwwmaxmaxftISV（3-6）同样对于工字形、箱形截面，还要计算腹板与翼缘交界处的折算应力，同样对于工字形、箱形截面，还要计算腹板与翼缘交界处的折算应力，其公式为其公式为 ：wt2121f1.13fMN（3-7）tIVSw11hhWM0wM1式中式中轴力、弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算轴力、弯矩和剪力作用对接焊缝的强度计算角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度 角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为角焊缝按截面形式（两焊脚边的夹角）可分为直角角焊直角

33、角焊缝缝和和斜角角焊缝斜角角焊缝。（a）（b）（c）实际焊缝截面实际焊缝截面1 1、直角角焊缝、直角角焊缝角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度角焊缝的形式和强度h hf f焊脚尺寸；焊脚尺寸；h he e有效厚度（破坏面上焊缝厚度）并有，有效厚度（破坏面上焊缝厚度）并有，h he e h hf fcoscos4545=0.7=0.7hf理论焊缝截面理论焊缝截面2 2、斜角角焊缝、斜角角焊缝两焊边的夹角两焊边的夹角a90a90或或a90a135135o o或或6012mm）或或200mm（t12mm）；）；构件端部仅有两边侧缝连接时构件端部仅有两边侧缝连接时试验结果表明，连接的

34、承载力与试验结果表明，连接的承载力与b/lw有关有关。为了避免应力传递为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力不均，每条侧缝长度的过分弯折而使构件中应力不均，每条侧缝长度b/lw 1；b为两侧缝之间的距离为两侧缝之间的距离；lw为焊缝长度；为焊缝长度；t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。减小角焊缝应力集中的措施减小角焊缝应力集中的措施减少角焊缝应力集中的措施减少角焊缝应力集中的措施3、直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线形或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：凹形，焊脚尺寸的比例：正面角焊缝正面角焊缝宜为宜为1:1.51:1.5，长边与内力，长边

35、与内力方向一致方向一致 ；侧面角焊缝侧面角焊缝可用直角焊缝为可用直角焊缝为1:1 1:1。2、仅用正面角焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件仅用正面角焊缝的搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的较小厚度的5 5倍或倍或25mm25mm。4、当焊缝端部在焊件转角当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转处时，应将焊缝延续绕过转角加焊角加焊2 2h hf f。避开起落弧发生。避开起落弧发生在转角处的应力集中。在转角处的应力集中。b)2hfa)2hf2hf绕角焊缝绕角焊缝减小角焊缝应力集中的措施减小角焊缝应力集中的措施减少角焊缝应力集中的措施减少角焊缝应力集中的措施5、在次要构件或次要焊接连

36、接中，可采用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。断续。断续角焊缝的长度不得小于角焊缝的长度不得小于1010h hf f 或或50mm50mm，断续角焊缝之间的净距，断续角焊缝之间的净距，不应大于不应大于1515t t（对受压构件）或（对受压构件）或3030t t（对受拉构件），（对受拉构件），t t为较薄为较薄焊件的厚度。以防板件局部凸曲鼓起，而对受力不利或潮气焊件的厚度。以防板件局部凸曲鼓起，而对受力不利或潮气易于侵入而引起锈蚀。易于侵入而引起锈蚀。断续角焊缝断续角焊缝减小角焊缝应力集中的措施减小角焊缝应力集中的措施直角焊缝的破坏面直角焊缝的破坏面角焊缝有效截面上的应力角

37、焊缝有效截面上的应力在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力：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）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（面内平行）剪应力，与焊缝长度方向（面内垂直）剪应力，与焊缝长度方向（面内垂直）直角焊缝有效截面上的应力状态直角焊缝有效截面上的应力状态wf2112233f（3-8）ffw角焊缝强度设计值（见角焊缝强度设计值（见P9表表1-4），把它看作是剪切强度。），把它看作是剪切强度。我国我国规范规范采用了折算应力公采用了折算应力公式，引入抗力分项系数后得角焊式，引入抗力分

38、项系数后得角焊缝计算公式为：缝计算公式为：直角焊缝强度的实用计算公式直角焊缝强度的实用计算公式 如图所示承受互相垂直的如图所示承受互相垂直的Nx、Ny、Nz轴心力作用的直角角焊缝，轴心力作用的直角角焊缝，Nx产生垂直于焊缝长度方向平均应力产生垂直于焊缝长度方向平均应力 fx，Ny产生产生垂直于焊缝长度方向平均垂直于焊缝长度方向平均应力应力 fy，Nz平行于焊缝长度方向产生平均应力平行于焊缝长度方向产生平均应力 fz，直角焊缝强度实用计算公式直角焊缝强度实用计算公式NxNx作用下应力作用下应力D 如图所示承受互相垂直的如图所示承受互相垂直的Nx、Ny、Nz轴心力作用的直角角焊缝，轴心力作用的直角

39、角焊缝，Nx产生垂直于焊缝长度方向平均应力产生垂直于焊缝长度方向平均应力 fx，Ny产生产生垂直于焊缝长度方向平均垂直于焊缝长度方向平均应力应力 fy，Nz平行于焊缝长度方向产生平均应力平行于焊缝长度方向产生平均应力 fz，直角焊缝强度实用计算公式直角焊缝强度实用计算公式NxNx作用下应力作用下应力 NyDNxNx产生垂直于焊缝长度方向产生平均应产生垂直于焊缝长度方向产生平均应力力 fx，其在有效截面上引起的应力值为：其在有效截面上引起的应力值为：wexfxlhN fx对于有效截面既不是对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，正应力也不是剪应力，但可分解为但可分解为 和和 。2fx直角焊缝强度实

40、用计算公式直角焊缝强度实用计算公式NyNy作用下应力作用下应力 NyNxNy产生垂直于焊缝长度方向产生平均应力产生垂直于焊缝长度方向产生平均应力 fy，其在有效截面上引起的应力值为：其在有效截面上引起的应力值为：weyfylhN fy对于有效截面既不对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，是正应力也不是剪应力，但可分解为但可分解为 和和 。2fy直角焊缝强度实用计算公式直角焊缝强度实用计算公式NzNz作用下应力作用下应力 NyNx沿焊缝长度方向的力沿焊缝长度方向的力Nz，在有效截面上引在有效截面上引起平行于焊缝长度方向的剪应力起平行于焊缝长度方向的剪应力 fz。zfze wNhl直角焊缝强度实用

41、计算公式直角焊缝强度实用计算公式破坏面上应力叠加破坏面上应力叠加Dwff33222（3-8）直角焊缝强度实用计算公式直角焊缝强度实用计算公式直角焊缝强度的实用计算公式直角焊缝强度的实用计算公式22fyfx22fyfxfz NyNx则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：则直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为：wff33222（3-8）wf2f22232ffyfxfyfx（3-9）wff3223222f2fyfx2fyfx直角焊缝强度实用计算公式直角焊缝强度实用计算公式特殊情况下直角焊缝强度的实用计算公式特殊情况下直角焊缝强度的实用计算公式正面角焊缝正面角焊缝 f0，力力N与焊缝长度

42、方向垂直。与焊缝长度方向垂直。侧面角焊缝侧面角焊缝 f0，力力N与焊缝长度方向平行。与焊缝长度方向平行。wffwfwef5.1fflhN（3-11）wfwefflhN（3-10）直角焊缝强度实用计算公式直角焊缝强度实用计算公式斜向角焊缝的强度计算斜向角焊缝的强度计算22.123f f 正面角焊缝的强度设计值增大正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载时系数。静载时 f 1.22，对直接承受对直接承受动力荷载的结构，动力荷载的结构，f 1.0。垂直于焊缝长度方向的分力垂直于焊缝长度方向的分力Nsin 平行于焊缝长度方向的分力平行于焊缝长度方向的分力Ncos wefxsinlhNwelhNcosfz外

43、力外力N和焊缝长度方向斜交和焊缝长度方向斜交代入（代入（3-93-9），得焊缝计算公式：），得焊缝计算公式：斜向角焊缝斜向角焊缝wf2f2fff（3-13）轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算直角焊缝强度实用计算公式直角焊缝强度实用计算公式轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。焊缝的应力可认为是均匀分布的。用盖板的对接连接用盖板的对接连接仅采用侧面角焊缝连接仅采用侧面角焊缝连接NNl lw wS Slw连接一侧的侧面角

44、焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算wfwefflhN（3-10）轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，焊当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。缝的应力可认为是均匀分布的。用盖板的对接连接用盖板的对接连接仅采用正面角焊缝连接仅采用正面角焊缝连接S Slw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和wffwefflhN（3-11）NNl lw w轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的

45、角焊缝计算采用三面围焊菱形拼接板连接采用三面围焊菱形拼接板连接为了使传力线平缓过渡，减小为了使传力线平缓过渡，减小矩形拼接板转角处的应力集中，矩形拼接板转角处的应力集中，可改为菱形拼接板，菱形拼接可改为菱形拼接板，菱形拼接板的正面角焊缝的长度较小，板的正面角焊缝的长度较小，为为简化计算，可不考虑应力方简化计算，可不考虑应力方向向，按下式计算：，按下式计算：S Slw角焊缝计算长度的总和角焊缝计算长度的总和NNwffe wNfh l轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算wffweNfl h采用三面围焊矩形拼

46、接板连接采用三面围焊矩形拼接板连接wffweNNfl hNNl lw wl lw w先计算正面角焊缝承担的内力先计算正面角焊缝承担的内力S Slw连接一侧的正面角焊缝连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和再计算侧面角焊缝的强度再计算侧面角焊缝的强度S Slw连接一侧的侧面角焊缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和计算长度的总和轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算承受轴心力的角钢端部连接承受轴心力的角钢端部连接 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，或三面围焊，特殊情况也允许采用焊，

47、或三面围焊，特殊情况也允许采用L L形围焊（如图所形围焊（如图所示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，示）。腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。桁架腹杆节点板的连接桁架腹杆节点板的连接轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算NN1N2eb角钢的侧缝连接角钢的侧缝连接用侧面焊缝连接用侧面焊缝连接NNN2112-N eNb e解上式得肢背和肢尖的受力为：解上式得肢背和肢尖的受力为：（3-16a）11b e

48、NNK Nb22eNNK Nb（3-16b）在在N1、N2作用下，侧缝的作用下，侧缝的计算长度为：计算长度为：1w1wf1f20.7Nlhf2w 2wf 2f20.7Nlhf肢背肢背肢尖肢尖K1角钢肢背焊缝的内力分配系数角钢肢背焊缝的内力分配系数K2角钢肢尖焊缝的内力分配系数角钢肢尖焊缝的内力分配系数轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算角钢角焊缝内力分配系数角钢角焊缝内力分配系数K（和图和图3-22一致一致）轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算轴心力（

49、拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算角钢用三面围焊时角钢用三面围焊时，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角，可减小角钢的搭接长度。可先假定正面角焊缝的焊脚尺寸焊缝的焊脚尺寸hf3，并算出它所能承受的内力并算出它所能承受的内力N3：wfff337.02fbhN11312NK NN（3-17a）通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为通过平衡关系得肢背和肢尖侧焊缝受力为:22312NK NN（3-17b）角钢角焊缝围焊的计算角钢角焊缝围焊的计算NN1N2ebN3lw2lw1在在N1、N2作用下，侧焊缝的作用下，侧焊缝的长度用公式长度用公式同前面。同前面。轴心力作用时的角焊缝计算轴心力作用时的角焊缝计算轴心

50、力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算当采用当采用L L形围焊时形围焊时，令，令N20，得：得：L L形围焊角焊缝计算公式为：形围焊角焊缝计算公式为：322NK N13NNN若求出得若求出得hf3大于大于hfmax,则不能采用则不能采用L L形围焊。形围焊。1w1wf1f3f3wffw32 0.72 0.7Nlh fNhf l复杂受力时的角焊缝计算复杂受力时的角焊缝计算 角钢角焊缝角钢角焊缝L围焊的计算围焊的计算NN1N2ebN3lw1轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算轴心力（拉、压和剪力）作用时的角焊缝计算受弯矩受弯矩M M 、剪力、剪力V V 、