1、第三节第三节 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算 一、角焊缝的构造一、角焊缝的构造 1.1.截面形式截面形式 （1 1）直角焊缝）直角焊缝（a a）普通焊缝）普通焊缝 （b b）平坡焊缝）平坡焊缝 （c c）深熔焊缝）深熔焊缝 一般采用（一般采用（a a）。但（）。但（a a）应力集中较严重）应力集中较严重，在承受动力荷载时采用（，在承受动力荷载时采用（b b）、（）、（c c）。）。 （2 2）斜角角焊缝）斜角角焊缝（d d）斜锐角焊缝）斜锐角焊缝 图图4-9 4-9 直角焊缝直角焊缝图图4-10 4-10 斜角角焊缝斜角角焊缝（e e）斜钝角焊缝）斜钝角焊缝 （f f）斜凹面角焊缝）斜凹
2、面角焊缝 主要用于钢管连接主要用于钢管连接部位项目构 造 要 求备 注焊脚尺寸 hf 上限 对板边： t1为较薄焊件厚 下限 ；当 t2为较厚焊件厚对自动焊可减1mm；对单面T型焊应加1mm 焊缝长度 lw 上限 （受动力荷载）； （其他情况）； 内力沿侧缝全长均匀分布者不限 下限8hf或 40mm，取两者最大值 端部仅有两侧面角焊缝连接 长度 lw 距离 l0 t为较薄焊件厚 端部 转角转角处加焊一段长度 2hf（两面侧缝时）或用三面围焊 转角处焊缝须连续施焊 搭接连接 搭接最小长度5t1或 25mm，取两者最大值 t1为较薄焊件厚度 表表4-3 4-3 角焊缝的构造要求角焊缝的构造要求 其
3、它构造要求：其它构造要求： (1)(1) 承受动力荷载的结构中，垂直于受力方向的焊缝不宜采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。用不焊透的对接焊缝。 (2)(2) 在直接承受动力荷载的结构中，角焊缝表面应做成直线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：对正面角焊缝宜为形或凹形，焊脚尺寸的比例：对正面角焊缝宜为1:1.5,1:1.5,长边长边顺内力方向；对侧面角焊缝可为顺内力方向；对侧面角焊缝可为1:11:1。 (3) (3) 在次要构件或次要焊接连接中，可采用断续角焊缝。断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
4、间的净距，不应大于续角焊缝之间的净距，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为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。 3.3.端缝和侧缝端缝和侧缝 （1 1）端缝：焊缝垂直于受力方向，其特点为受力后应力状态较）端缝：焊缝垂直于受力方向，其特点为受力后应力状态较复杂，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。端复杂，应力集中严重，焊缝根部形成高峰应力，易于开裂。端缝破坏强度要高一些，但塑性差。缝破坏强度要高一些，但塑性差。 （2 2）侧缝：焊缝长度方向与受力方向平行，其特点为应力）侧缝：焊缝长度方向与受力方向平行，其特点为应力分布
5、简单些，但分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。侧分布简单些，但分布并不均匀，剪应力两端大，中间小。侧缝强度低，但塑性较好。缝强度低，但塑性较好。 图图4-11 4-11 端缝和侧缝端缝和侧缝4.4.有效厚度有效厚度 图图4-12 4-12 焊缝的有效厚度焊缝的有效厚度式中：式中： 两焊脚边的夹角，两焊脚边的夹角， 焊脚尺寸。焊脚尺寸。 二、角焊缝的计算二、角焊缝的计算 角焊缝的计算包括如下几个类型：角焊缝的计算包括如下几个类型：1.1.端缝、侧缝在轴向力作用下的计算端缝、侧缝在轴向力作用下的计算 2.2.角钢杆件与节点板连接，承受轴向力角钢杆件与节点板连接，承受轴向力N N 3.3.弯矩、剪力
6、、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝 4.4.牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算 5.5.扭矩、剪力、轴力共同作用下的搭接连接角焊缝扭矩、剪力、轴力共同作用下的搭接连接角焊缝1. 1. 端缝、侧缝在轴向力作用下的计算：端缝、侧缝在轴向力作用下的计算： （1 1）端缝）端缝 垂直于焊缝长度方向的应力；垂直于焊缝长度方向的应力； h he e 角焊缝有效厚度；角焊缝有效厚度； l lw w 角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm 10mm （每端减（每端减5mm5m
7、m）；）； f ff fw w 角焊缝强度设计值；角焊缝强度设计值； f f 系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结 构，构， f f =1.22=1.22，直接承受动力荷载，直接承受动力荷载 f f =1.0=1.0。 （2 2）侧缝）侧缝 f f 沿焊缝长度方向的剪应力。沿焊缝长度方向的剪应力。 式中：式中： 式中：式中： 2. 2. 角钢杆件与节点板焊接连接，承受轴向力角钢杆件与节点板焊接连接，承受轴向力N N： （1 1）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算）角钢用两面侧焊缝与节点板连接的焊缝计算 K K1 1、 K K2 2焊缝内力分配
8、系数；焊缝内力分配系数；N N1 1 、N N2 2 分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。分别为角钢肢背和肢尖传递的内力。 图图4-13 4-13 两面侧焊缝两面侧焊缝 表表4-4 4-4 角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数 角钢类型角钢类型分配系数分配系数角钢肢背角钢肢背 K K1 1角钢肢尖角钢肢尖 K K2 2等边角钢等边角钢0.700.700.300.30不等边角钢（短边相连）不等边角钢（短边相连）0.750.750.250.25不等边角钢（长边相连）不等边角钢（长边相连）0.650.650.350.35（2 2）角钢用三面围焊与节点板连接的焊缝计算）角钢
9、用三面围焊与节点板连接的焊缝计算 图图4-14 4-14 三面围焊三面围焊端部正面角焊缝能传递的内力为：端部正面角焊缝能传递的内力为： （3 3）角钢用）角钢用“L L”型焊缝型焊缝与节点板连接的焊缝计算与节点板连接的焊缝计算 图图4-15 4-15 “L L”型焊缝型焊缝 由由 N N2 2 = = 0 0得：得： 例例4 42 2 某衍架的腹杆、截面为某衍架的腹杆、截面为2L402L40l0l0，Q235-BFQ235-BF钢，手工钢，手工焊，焊，E43E43型焊条。构件承受静力荷载，由恒载标准值产生的型焊条。构件承受静力荷载，由恒载标准值产生的N NGKGK300kN300kN，由活载标
10、准值产生的，由活载标准值产生的N NQKQK580 kN580 kN。构件与。构件与16mm16mm厚的节点厚的节点板相连接，如图所示。试分别设计下列情况时此节点的连接：板相连接，如图所示。试分别设计下列情况时此节点的连接：1)1)当采用三面围焊时；当采用三面围焊时；2)2)只采用侧面角焊缝时只采用侧面角焊缝时3)3)采用采用L L形围焊时。形围焊时。 解解 记角钢背部为记角钢背部为1 1，角钢趾部为，角钢趾部为2 2，角钢端部为，角钢端部为3 3(1)(1)当采用三面围焊时当采用三面围焊时角焊缝的焊脚尺寸角焊缝的焊脚尺寸h hf f最大最大最小最小采用采用h hf f 8mm8mm，满足上述
11、要求。，满足上述要求。轴力轴力N N的设计值的设计值构件截面上的应力构件截面上的应力 设计三面围焊时，实质上是把荷载设计三面围焊时，实质上是把荷载N N分解成各段焊缝的受力分解成各段焊缝的受力N1N1、N2N2和和N3N3，使它们的合力与，使它们的合力与N N相平衡。相平衡。平面平行力系只有两个静力平衡条件。因此，必须先确定平面平行力系只有两个静力平衡条件。因此，必须先确定N3 ，然后方能求得然后方能求得N1，N2。 Q235 Q235钢、钢、E43E43型焊条：型焊条： f ft tw w160 N160 Nmmmm2 2。N3与焊经长度与焊经长度lw3lw3相垂直，故相垂直，故注：注：2l
12、w32lw3为双角钢肢宽，即为双角钢肢宽，即2 2lw32 2140 mm140 mm，不存在起灭弧问题。，不存在起灭弧问题。对角钢背取力矩建立平衡方程，得对角钢背取力矩建立平衡方程，得 注：注： N21、N2N2通常可按角钢背面与趾部侧面焊缝的内力分配系数通常可按角钢背面与趾部侧面焊缝的内力分配系数确定。对本题等边角钢连接：确定。对本题等边角钢连接：每段焊缝长度每段焊缝长度角钢背角钢背lw1lw13. 3. 弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝: : 图图4-16 M4-16 M、V V、N N共同作用下的连接角焊缝的计算共同作用下的连接角焊缝
13、的计算弯矩弯矩M M作用下，作用下，x x方向应力方向应力 剪力作用下，剪力作用下，y y方向应力方向应力 轴力轴力N N作用下作用下x x方向应力方向应力 M M、V V和和N N共同作用下，焊缝上或下端点最危险处应满足：共同作用下，焊缝上或下端点最危险处应满足： 式中：式中： 如果只承受上述如果只承受上述M M、N N、V V的某一、两种荷载时，只取其相应的的某一、两种荷载时，只取其相应的应力进行验算。应力进行验算。 4. 4. 牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算: : M MVe Ve 图图4-17 M4-17 M、V V共同作用下角焊缝
14、计算共同作用下角焊缝计算翼缘竖向刚度较差，不能承受剪力，所以全部剪力均由竖向焊翼缘竖向刚度较差，不能承受剪力，所以全部剪力均由竖向焊缝承受，弯矩由翼缘与腹板角焊缝共同承受。缝承受，弯矩由翼缘与腹板角焊缝共同承受。 点点1 1： 点点3 3： 点点2 2： 5. 5. 扭矩、剪力、轴力共同作用下搭接连接角焊缝扭矩、剪力、轴力共同作用下搭接连接角焊缝: : 图图4-18 T4-18 T、V V、N N共同作用下搭接连接角焊缝共同作用下搭接连接角焊缝计算采用下列假定：计算采用下列假定： 被连接件是绝对刚性的，而角焊缝是弹性的；被连接件是绝对刚性的，而角焊缝是弹性的； 被连接件绕形心被连接件绕形心O
15、O旋转，角焊缝群上任意一点处的应力方向旋转，角焊缝群上任意一点处的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力的大小与连线距离垂直于该点与形心的连线，且应力的大小与连线距离r r成正比。成正比。 扭矩扭矩T T作用下各点应力计算（以作用下各点应力计算（以A A点为例）：点为例）： I Ix x+I+Iy y为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，r rx x、r ry y为焊缝角点到焊为焊缝角点到焊缝形心的坐标距离。缝形心的坐标距离。 V V作用下作用下A A点点 N N作用下作用下A A点点 A A点合应力：点合应力： ， 要求：要求： 注意计算时需判断应力最大点！注意计算时需判断应力最大点！
