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钢结构角焊缝

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钢结构角焊缝
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(4)角焊缝截面型式 按两焊脚边的夹角分 角焊缝 直角焊缝(图3-8a、b、c ) 斜角焊缝(图3-8d、e、f、g ) { 图3-8 角焊缝的型式 d) e)f)g) a) c) b) 角焊缝 ① 直角焊缝:=900 又分:普通焊缝(a图)、平焊缝(b图)、 凹焊缝(c图)。 45° B A C E D hf hf he 图3-8a a) c) b) 图中, hf—焊脚尺寸, he—焊缝有效厚度。 并有, he =0.7hf, he—总是450斜面上的最小高度 。 普通焊缝:两焊脚尺寸都等于hf ,常用。但应 力集中较严重(a、b处材料突变严重)。 a) 普通焊缝 平焊缝:是在一侧焊脚处将焊缝宽度加宽至 1.5hf而成。易焊,应力集中介于普通焊缝与凹焊缝 之间。 凹焊缝:两边的焊缝宽度被加宽成凹面,应力 集中小,用于受动荷的结构中可提高疲劳强度,但手 工焊费工。 b) 平焊缝 c) 凹焊缝a b 2、焊缝的施焊方位 平焊、立焊、横焊、仰焊。 图3-9 施焊位置 b ) c)a ) 焊条 d ) ② 斜角焊缝: 600 ≤≤ 1200 斜角焊缝除用于焊接管道外, 不作受力焊缝使用。 d) 直角焊缝最常用。 平焊—俯焊,环境轻松,施焊质量易保证。 横、立、仰焊—工地施焊难以避免,施焊环境差,质 量较难保证。仰焊最突出,应尽量避 免。 图3-9 施焊位置 a ) 焊条 平焊 d ) 仰焊 b ) 立焊 c) 立焊 3、焊接的连接型式 对接(图3-10a、b)、 搭接(图c、d)、 T型连接(图e、f)。 图3-10 焊接接头的型式 e) 双面角焊缝 a ) 力线b ) 力线 盖板 c) d ) f) K形焊缝 对接焊缝对接特 点:传力简捷、受力性 能好、静力和疲劳强度 高、省材料。工艺较复 杂、加工费时。 对接又分对接焊缝 对接(a图)和双层盖 板对接(b图)。 双层盖板对接特点:允许下料尺寸有较大偏差, 制造省工。缺点是费钢费焊条,传力经过盖板应力集 中严重,因而静力和疲劳强度较低。 c)d ) b ) 力线 盖板 搭接连接的特点和加盖板的对接连接相同。 优点:是省工省料。 缺点:是焊件截面有突变,应力集中严重、疲 劳强度低。 适合于在不直接承受动力荷载的结构中使用。 e) 双面角焊缝 f) K形焊缝 T型连接的基本形式如e图,由双面焊缝组成。 为了减轻应力集中,提高疲劳强度,改进为K型 坡口的对接焊缝(f图),从而可用于重级和特重级 工作制吊车梁上翼缘和腹板的连接。 前面讲了焊缝型式:对接焊缝、角焊缝。 连接型式:由两类焊缝(对接焊缝、角 焊缝)组成的三种连接(对接连接、搭接连接、T型 连接)。 图3-10 焊接接头的型式 e) 双面角焊缝 a ) 力线b ) 力线 盖板 c) d ) f) K形焊缝 后面,要讲焊缝 的验算。包括两个方 面: 焊缝的承载能力 (设计强度); 荷载效应(各种 荷载时焊缝有效截面 的应力及其计算)。 下面就介绍焊缝设计强度问题 。 4、焊缝的强度设计值 焊缝强度与焊接方法、焊条型号、被焊接构件钢 材的钢号、焊缝型式、焊接质量以及焊缝受力状态有 关。《规范》给出了各种情况的焊缝强度设计值,表 。 3.3 角焊缝及其连接的构造和计算 图3-11 直角角焊缝的种类 N a) N b) θ N c) 侧焊缝(a图):外力与焊缝轴线平行, 端焊缝(b图):外力与焊缝轴线垂直, 斜焊缝(c图):外力与焊缝轴线斜交。 按照作用力和焊缝关系(图3-11),直角角焊 缝分为: 焊缝是一块体,应力状态复杂,计算时把直角三 角形以外的部分去掉,按有效厚度he确定最危险截面 (顺着焊缝方向的平面),通常称为有效截面,对有 效截面进行验算。 有效截面——焊缝两焊脚面交线(aa)与有效 厚度he组成的截面(图3-13中adda)。 hf d c b a d c b a he hf hf hf he 1、应力分析 (1)侧焊缝 有效截面上只有 与焊缝长度方向平行 的剪应力 。 图3- 12 这些剪应力实际 分布不均。试验表明 两头大中间小。考虑 到出现塑性后应力重 分布,规范规定在焊 缝长度范围内按均匀 分布计算。 N N N  N  (2)端(正面)焊缝 N/2 B2 N A B1 N/2 a b c N/2 B2 N A N/2 N/2  ⊥ ⊥ 有效截面上 与焊缝长度方向 垂直的正应力⊥ 和剪应力⊥ 。  (3)一般受力的焊缝  F  N V 作用在T字型焊缝上 的一般方向的力N,分解 为平行于焊缝方向的力V 和垂直于的焊缝方向力F 。 分解为: ⊥和⊥。  ⊥ ⊥ V产生 ; F产生, 有效截面上有: ⊥ 、 ⊥ 、  。  (4)各种受力情况下焊缝有效截面应力归纳 N  一般受力焊缝 ⊥ ⊥  N  侧焊缝 N ⊥ ⊥ 端焊缝 有效 截面 应力  ⊥、 ⊥ 、⊥、 ⊥ 2、强度验算公式 角焊缝强度验算,针对有效截面cddc进行。 因为: 理论上,过cc线的所有平面中这块面积最小; 试验表明,角焊缝破坏发生在有效截面(cddc) 面上。 图3-13 d d´ he b c´ b´ lw c a a´ hf b lw c´ b´ c a hf hf (1)有效截面上的应力状态 前面已经说明:最一般情况(同时有端焊缝,侧 焊缝性质的一般受力焊缝),有效截面上有三个应力 、∥ 、 。  —正应力,与焊缝长度方向(x)面外垂直 ∥—剪应应,与焊缝长度方向(x)面内平行  —剪应力,与焊缝长度方向(x)面内垂直 图3-14 x y z d c d ca a he ∥    承受的轴向力N与 焊缝长度方向平行。 焊缝有效截面上 =0 ,   =0 (a) 只有平行与力N的剪应力∥(图3-14a), 为两焊件间角 焊缝有效面积之和, 每条焊缝计算长度lw取实际长度减10mm。 (3)受轴心力作用的角焊缝设计验算基本公式 ① 侧焊缝 d N a d c ca x lw he ∥ 图3- 14a ∥ = ( b) N N y z a d c d ca he ② 端焊缝 承受的轴向力 N与焊缝长度方向 垂直。在焊缝有效截面上, ∥ =0 (a) 只有和  , 将(a)、(b)代入(3-1),得 图3- 14b    N  (b) ∥ = (3- 2) 或 N≤ff w∑h elw (3-2a) ∥ =0 (a) (b)  = =sin45°=,(c) 将(a)、(b)、(c)代入(3-1), 得 (3- 3) 或 N≤1.22ff w∑h elw (3-3a) (3-1) 端焊缝承载能力高于侧焊缝。 因为,应力状态不同。 《规范》规定:受静荷载与间接动荷载作用时 ,用式(3-3)或(3-3a)计算,受直接动荷载作 用时,考虑到端焊缝塑性性能不好,将系数1.22去 掉,用式(3-3b)计算。 N≤ff w∑h elw (3-3b) (3- 3) 或 N≤1.22ff w∑h elw (3-3a) N≤ff w∑h elw (3-2a) ④ 基本公式的应用 实际应用基本公式(3-2)~(3-5)时,还需 解决焊缝长度lw和作用在焊缝上的力素N的计算问题。 下面将对此作些说明。 a) 对称侧焊缝 公式(3-2a)可写成: N≤ff wh e∑lw (3-6) N N a b c e d f N N 其中,∑lw= 2(ab+de-10mm) 或 2(bc+ef- 10mm) 图3- 14e b) 对称端焊缝 公式(3-3a)或(3-3b)可写成 N≤1.22ff wh e∑lw (3-7) 或 N≤ff wh e∑lw (3-7a) 式中 ∑lw=2(ab-10mm)或2(cd-10mm)。 a b c d N N N N 图3-14f c) 对称三围焊缝 N N a b e f 设 N=N+N N——端焊缝(ab或cd)承担的轴力 N——侧焊缝(ae、bf或ec、fd)承担的轴力 图3- 14g N N N N a b c d e f 对端焊缝,有公式(3-3a)或(3-3b), 则 N= f1 ffwhe∑lw1 受静荷载与间接动荷载作用时,f1=1.22;受直接动荷载作用 时,f1 = 1.0。 ∑lw1——上下两面ab(或cd)的计算长度之和。 另一方面,有 N = N  + N  所以 N = ffwhe( f1 ∑lw1 + f2 ∑lw2 ) (3-8) 对侧焊缝,把公式(3-2a)写成: N= f2 ffwhe∑lw2 ∑lw2——上下两面ae、bf或ec、fd 的计算长度之和, f2 取1.0 。 d) 不对称侧焊缝 N N e2 e1 N1 N2 b 图3- 14h N1、N2与总轴力N之间关系 N分配至N1、N2 k1—角钢肢背焊缝轴力分配系数 k2—角钢肢尖焊缝轴力分配系数 k1、k2的取值见书p.239表3-1。 (3-9 ) 可再用公式(3-2)检算N1、N2 。 ∥ =(3- 2) 角钢肢背、肢尖焊缝长度(lw1、lw2)计算 焊缝总长: N≤ff wh elw (a) 角钢肢背焊缝长: k1N≤ff wh elw1 (b) 角钢肢尖焊缝长: k2N≤ff wh elw2 (c) (a)×k1 k1N≤ff wh ek1lw (a) (a) ×k2 k2N≤ff wh e k2 lw (a) 比较式(b)和(a),得 lw1 =k1lw (3-9a) 比较式(c)和(a),得 lw2 =k2lw (3-9b) 用式(a)计算焊缝总长度lw;用式(3-9)计算肢背、 肢 尖长度lw1和lw2 。 e) 不对称三围焊缝 N N1 N2 b N3 N e2 e1 b/2 b/2 图3-14i N1、N2、N3与总轴力N之间关系 先确定端焊缝焊脚尺寸hf,用式(3-3)算出所 能承受的内力N3。 (3-10 ) 角钢肢背、肢尖焊缝长度(lw1、lw2)计算 端焊缝长: N3≤f ff wh e b (a) 角钢肢背焊缝长: N1≤ff wh elw1 (b) 角钢肢尖焊缝长: N2≤ff wh elw2 (c) 因 N=N1+N2+N3 有 N ≤ff wh e(lw1 + lw2+ f b ) 由此,单面焊缝总长: ∑lw= lw1 + lw2+ f b (d) 从式(3-10a) N1=k1N-N3/2 ff wh elw1 = k1ff wh e (lw1 + lw2+ f b )- f ff wh e b/2 = ff wh e[k1(lw1 + lw2+ f b )- f b/2 ] lw1 = k1 ∑lw - f b/2 (3-10c) 同理, lw2 =k2 ∑lw - f b/2 (3-10d) 代入式(3-1),得 《规范》规定:受静荷载与间接动荷载作用时 ,用式(3-5)计算,受直接动荷载作用时,考虑 到端焊缝塑性性能不好,将系数1.22去掉,用式(3 -5a)计算。 式(3-5)和(3-5a)是受和∥共同作用时的角 焊缝强度验算公式。外力不一定是带斜角的N,可 以是弯矩、剪力、轴力共同作用。 (∥)2(3-5 ) (∥)2 (3-5a ) 上一讲讲到公式(3-5)、(3-5a)如下 :  其中∥、 的意义为:  F  N V ∥与焊缝长度方向平行 ,在有效截面内。  与焊缝长度方向垂直 ,与有效截面斜交。  ⊥ ⊥ 可分解为: ⊥和⊥。 V产生 ; F产生,  (4)角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用 角焊缝受M、V、N共同作用(图3-16)。 b) 1 图3-16 焊缝受M、V、N作用 a) 形心 M N V o 1 有效截面 A A B B  剪力V与焊缝轴线平行,构成侧焊缝受轴力作用的 状态,在有效截面上产生均匀分布剪应力。 轴力N与焊缝轴线垂直,形 成垂直于焊缝方向的均匀分布应 力N  = (3- 10) (3-11 ) a) 形心 M N V o 1 有效截面 c) XX lw 在M作用下,有效截面上产生垂直 于焊缝方向且按三角形分布的应力M We—角焊缝有效截面绕x轴(图3-16c)的抵抗矩 。 (3-12 ) b) 1 a) 形心 M N V o 1 有效截面 A A B B c) XX lw 有效截面 在1点处,有垂直于焊缝长度方向 的最大应力,且 由公式(3-5)或(3-5a) 受静荷载与间接动荷载作用 受直接动荷载作用 在“0”点(截面形心轴上)有最大弯曲剪应力 ,本应成为验算比较点,但一般说来,此点的换算应 力比“1”点小,所以就不计算了。 ( )2(3-13) ()2 (3-13a ) 形心 M N V o 1 3、算例 例3-1 验算图例3-1所示连接的强度。已知板 宽400mm,厚18mm ,受轴心力N=1425kN(静荷载) ,钢材A3F,手工焊,焊条E43型。取hf=8mm。 情形一 两块矩形盖板宽340mm,后12mm。 情形二 两块菱形盖板宽340mm,后12mm。 图3-19 例题3 -1 NN NN a) NN NN b) (1) 矩形盖板 分 析 取左半焊件和其上焊缝为分离体,依焊缝性质, 三条焊缝分两类:侧焊缝和端焊缝,且具有对轴力作 用线的对称性。 将轴心力N分解到焊缝各部分:N1、N2。 N1——侧焊缝上,平行于焊缝轴线的力。 N2——端焊缝上,垂直于焊缝轴线的力。 N } N 210 340 N1/2 N1/2 N2 a b c d 起弧:d,cd=210-5 落弧:a, ab=210-5 bc=340 静荷载:端焊缝有1.22 ① 查《规范》确定ff w,从表3-1中,焊条E43、 角焊缝、Q235钢,查出焊缝强度设计值, 得 ff w=160 ② 推演验算公式 侧焊缝: N1≤ffw∑helw1 (公式3-2a) 端焊缝: N2≤1.22ffw∑helw2 (公式3-3a) N1、 N2合成N, N= N1 + N2 N ≤ffwhe(∑lw1 + 1.22∑lw2 ) N ≤ffwhe(lwab + lwcd +1.22lwbc ) N ≤ffw×0.7×8×(205+205 +1.22×340)×2 验 算 ③ 数值计算 得, ④ 判断该计算值是否小于等于ffw。 结果, 154.3< ffw = 160 ⑤ 结论 满足强度要求。 (2)菱形盖板 分 析 取左半焊件和其上焊缝为分离体,因对称,轴心力 N被分解到焊缝各部分的N1、N2、N3。 N1——侧焊缝上,平行于焊缝轴线的力。 N2——斜焊缝上,与焊缝轴线夹角为的力。  = arctg(120/280)≈25 N3——端焊缝上,垂直于焊缝轴线的力。 N } N N3 N1 N1 N2 N2 55280 120 120 100 假定起落弧分 别在侧焊缝的 两部分上,焊 缝长度各为: 55-5=50mm。 验 算 ① 确定ff w 查《规范》得 ff w =160N/mm2 ② 推演验算公式 对侧焊缝: N1≤ff w∑h elw1 (公式3-2a) 对端焊缝: N2≤1.22ff w∑h elw2 (公式3-3a) 对斜焊缝: N3≤f ff w∑h elw3 (公式3-4a) N1、N2、N3合成N,有 N=N1+N2+N3 所有焊缝的有效厚度相等,he=0.7hf , N≤ ff w h e (∑l w1 + 1.22∑lw2 + f ∑lw3 ) ③ 数值计算 查表得 f =1.03 (  = 25 ) 算 ∑lw1 =4×(55-5)=4×50mm ∑lw2 =2×100mm ∑lw3 =4×305mm 代入计算 ④ 判断该计算值是否小于等于ffw。 结果, 150< ffw = 160 ⑤ 结论 满足强度要求。 例3-2 设计图3-20所示双不等边角钢和节点板间的 连 接角焊缝。受动力荷载N=575(1000)kN。钢材 Q235,手工 焊,焊条E43型。 N=575 kN 2 160×100×10 2 125×10 图3-20 例题3-2(双角钢与节点板间的连 接) N 分 析 目标:设计焊缝(包括焊脚尺寸、焊缝长度) 操作:焊脚尺寸根据经验拟定; 焊缝总长度应满足强度要求。 特点: 角钢肢背和肢尖焊缝长度(lw1、lw2)分别为 总焊缝长度lw的k1、k2倍。 k1N k2N lw2 lw1 本问题和图3-22不对称侧焊缝情形相同 。 (1)只有侧焊 缝 ① 确定焊缝强度设计值ff w 查《规范》得 ff w =160N/mm2 ② 计算焊缝总长lw 1) 拟定焊脚尺寸hf 根据角钢板厚为10mm,考虑到受动荷作用,拟 定hf =6mm,则有he=0.7hf 。且同一节点上,所有焊 缝的有效厚度宜相同。 2) 计算焊缝总长 由式(3-2a) (注意双角钢,单面长度应除2) 计 算 ③ 设计角钢肢背和肢尖焊缝长度lw1、lw2 1)确定轴力分配系数k1、k2 本问题属于不等边角钢长边相连,查表3-2(书 p.38),得 k1=0.65 k2=0.35 2)肢背、肢尖焊缝计算长度 lw1 = 0.65×428=278mm lw2 = 0.35×428=150mm 3)肢背、肢尖焊缝设计长度 lw1 =278+10=288mm lw2 =150+10=160mm 加10mm是考虑 起落弧。 分 析 目标:设计焊缝(包括焊脚尺寸、焊缝长度) 操作:焊脚尺寸根据经验拟定; 焊缝总长度应满足强度要求。 特点: 端焊缝长度为b,角钢肢背和肢尖焊缝长度 (lw1、lw2)分别为总焊缝长度lw按式(3-10c ) 和(3-10d)计算。 本问题和图3-23不对称三面围焊情形相同 。 (2)、三面围焊 N1 N2 N lw1 lw2 N3 b ① 确定焊缝强度设计值ff w 查《规范》得 ff w =160N/mm2 ② 计算焊缝总长lw 1) 拟定焊脚尺寸hf 根据角钢板厚为10mm,考虑到受动荷作用,拟 定hf =6mm,则有he=0.7hf 。且同一节点上,所有焊 缝的有效厚度宜相同。 2) 计算焊缝总长 由式(3-2a)和(3-3b)(注意双角钢,单面长 度应除2) 计 算 ③ 设计角钢肢背和肢尖焊缝长度lw1、lw2 1)确定轴力分配系数k1、k2 已经有 k1=0.65 k2=0.35 2)肢背、肢尖焊缝计算长度(式3-10c、3-10d ) lw1 = 0.65×423-160/2=298mm lw2 = 0.35×423-160/2=70mm 3)肢背、肢尖焊缝设计长度 lw1 =298+5=203mm,取205mm。 lw2 =70+5=75mm 加5mm是考虑起弧或落弧。 例3-4 设计牛腿与钢柱间的连接角焊缝(周遍围 焊),并验算角焊缝强度。钢材A3F,手工焊,焊条 E43型。偏心力N=400kN(间接动力荷载引起),e=25cm 。 N V M a)b)c) 图3-22 例题3-4 (角焊缝受偏心剪 力) 分 析 目标:设计节点板和预埋钢板间的角焊缝(设计焊脚 尺寸、验算焊缝强度,焊缝长度已由其它构造 要求确定。) 操作:焊脚尺寸根据经验拟定; 验算焊缝强度; 是一个只有弯矩和剪力作用的问题,荷载 情况比例3-3简单。可仍用式(3-11b)计 算,其中 =M。 特点:因周边围焊,焊缝截面较复杂,计算惯 性矩时忽略绕角部分(留作起落弧用); 剪应力由两条竖向焊缝(牛腿腹板焊缝) 承受。 计 算 ① 确定焊缝强度设计值ff w 查《规范》得 ff w =160N/mm2 ② 作用在焊缝上的力素计算 V=N=400×103N M=Ne=400×25×104=10000×104 N-mm ③ 拟定焊脚尺寸hf 考虑到牛腿腹板厚为10mm,受间接动力荷载 。 设计 hf =8mm,并将所有焊脚尺寸取相同值。 ④ 计算焊缝截面抗剪面积Af惯性矩Ix Af = 0.7×8×360×2=4032mm2 Ix= 0.7×8×200(205.6-5.6/2)2×2 + 0.7×8(95-5.6)(180-5.6/2)2×4 + 0.7×8×3603×2/12 = 19897×104mm4 ⑤ 确定危险点,计算危险点应力 由应力分布图知,腹板上端焊缝和翼缘下 侧焊缝交点最危险,该点至中性轴距离为 y=180mm。 各项应力为: ⑥ 危险点强度验算 ∥ 满足强度要求。 4、角焊缝构造 角焊缝构造包括三个方面:焊脚尺寸限制、焊缝 长度限制和减小焊缝应力集中的措施。 (1)焊脚尺寸限制 ① 限制最小焊脚尺寸(hf min) 为什么要限制? 焊脚尺寸太小,焊接热量小,冷却过快,焊 件越厚,冷却越快,导致焊缝变脆,容易产 生裂纹。为防止此状况发生,焊脚尺寸不应 过小。 如何限制? 与焊件板厚联系起来。《规范》规定: 一般情况: t2—较厚焊件的板厚(单位:mm) 特殊情况: 自动焊(温度高而均匀): T形连接单面角焊缝(冷却快): 焊件厚度t≤4mm时: hf min= t (3-19c) 1.5√t2 -1hf min ≥ (3-19a) 1.5√t2 +1hf min ≥ (3-19b) 1.5√t2hf min ≥ (3-19) ② 限制最大焊脚尺寸(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? 也与板厚联系起来。《规范》规定: 一般情况: hf max ≤ 1.2t1 (3-20) t1—较薄焊件的板厚(单位:mm)。 特殊情况:指角焊缝位于焊件板边缘(贴边焊)时 板件(厚度t )边缘角焊缝最大焊脚尺寸应符合下列 要求: 当t≤6mm时, hf max≤t ; 当t>6mm时, hf max≤t - (1~2)mm 。 设计时,先确定hf min和hf max ,再在其间选取一合 适值。 hf min≤ hf ≤ hf max (3-21) ③ 应用 a) 查例3-3中的焊脚尺寸是否合理? 所有板件厚度均为10mm, t t hf min ≥ , 取5mm。 hf max ≤ 1.2t1=1.2×10=12mm。 本例设计hf =8mm,在5~12之间。合理。 b)查例3-2中的焊脚尺寸是否合理? 节点板厚14mm,角钢肢板厚10mm,即 t1=10mm, t2=14mm hf min ≥ ,取6mm。 hf max ≤ 1.2t1=1.2×10=12mm。 因有贴边焊,t=10mm>6mm, hf max≤t - (1~2)mm=10-2=8mm。 本利采用6mm,符合《规范》要求。 1.5√t2 =√10 =4.47 1.5√t2 =√14 =5.6 (2)角焊缝计算长度限制 ① 限制最小计算长度(lwmin) 为什么要限制? 焊缝长度过小:局部加热严重,而起弧落弧距离 太小质量不可靠。应力集中较严重。 如何限制? 规范规定: lwmin≥8hf和40mm 实际长度则应大于等于(8hf+10和40+10)mm。 侧焊缝,端焊缝均适用。 ② 限制侧焊缝最大计算长度(lwmax) 为什么限制? 焊缝太长,剪应力分布越不均匀,焊缝两端产 生严重应力集中,导致端部过早破坏,对动荷载尤 为不利。 规范规定: 动力荷载时: lwmax≤40hf 静荷载时: lwmax≤60hf 若实际长度超过以上数值,则超过部分不纳入 计算长度中。若内力沿侧焊缝全长分布时,计算长 度不受此限制。 ③ 角焊缝计算长度(lw)取值 lwmin≤lw ≤ lwmax (3-22) (3)减小角焊缝应力集中的措施 ① 直接承受动力荷载的结构中,角焊缝表面应 加工成平面或凹形。端焊缝宜采用平焊缝或凹焊缝 ,长边与内力方向一致。侧焊缝可用直角焊缝。 ② 当焊缝端部在 焊件转角处时,应将焊 缝延续绕过转角加焊2hf, 避开起落弧发生在应力 集中的转角处,不利加 不利。 b) 2hf a) 2hf2hf 图3-25 绕角焊缝 3.4 对接焊缝及其连接的计算 对接焊缝分焊透和未焊透两种情况分别计算 一、焊透的对接焊缝计算 1、轴向受力的对接焊缝 (1)正焊缝 验算截面矩形,只有正应力。 N—轴向拉力或压力 —焊缝计算长度(有引 弧扳时为焊件宽度b , 无引弧扳时为b- 10mm。 或 (3-23 ) 引弧板 NN NN lw t 1 1 矩形截面 b 图3- 26 t—两连接件中较小的厚度,T形连接时为腹板 厚度 ftw—对接焊缝抗拉设计强度,按不同质检级别定, 除3级质检外与钢材同。 fcw—对接焊缝抗压设计强度,与钢材同。 焊缝抗拉强度质检分级由“钢结构工程施工及验 收规范”规定,分I、II、III级。达到 I、II级质量时 (x光射线检查),焊缝抗拉设计强度和母材相同 ,III级质量(只外观检查)的抗拉设计强度约为I、 II级的0.85。 对接连接正焊缝若加引弧板施焊,且质量达到 一、二级,则无需焊缝抗拉强度验算。 只有以下两种情况,才需对正焊缝进行抗拉强 度验算: 未使用引弧板施焊; III级焊缝质量。 此时,正焊缝长度不够 (b/0.85=1.18b),需改用斜 焊缝增加焊缝长度。 图3-28 对接斜缝承受轴心 力 b ≥1.18b b≥1.18b  (2)斜焊缝 验算截面矩形,有 、 。 NN lw NN t  N Ncos Nsin  N 或 —焊缝长度方向与作用力方向间夹角。 —斜焊缝计算长度。 —对接焊缝抗剪设计强度。 “规范”规定 时,不检算焊缝强度。 b 0.67b 1.2b (3-24 ) 2、受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 (1)焊缝验算截面为矩形 有 、 。 MM V V lw t  lw t 验算截面 —焊缝截面的截面模量 —焊缝截面惯性矩 —焊缝截面对中性轴的静面矩 分别 验算 、 (3- 25) 图3- 30 (2)焊缝验算截面为工字形对接焊缝  MM V V  验算截面 .1 问题特点: 在腹板和翼缘连接处(1点), 、 均较大。除 按式(3-25)max、max进行检算外, 还要用最大 折算应力进行检算。 折算应力检算公式: 规范规定采用以下公式: (3-26 ) 1、1—受拉区1点的正应力、剪应力。 系数1.1考虑折算应力发生在焊缝局部,设计强度提 高10%。 例3-9 把例3-4中牛腿与钢柱间角焊缝改为 焊透的对接焊缝。钢材A3F,焊条E43型,手工焊, 焊缝质量三级。验算焊缝强度。 计算 (1)计算截面几何量与外力 图3-31 例3-9 1 1 .1 20 20 360 10 200 V=N=400kN, M=Ne =400×25=10000kN-cm (2) 强度验算 ① 确定焊缝强度设计值 查《规范》,ft w=185, f v w=125 (书p.303,附表1-3) ② 最大应力验算 ③ 折算应力验算 1点弯曲正应力和剪应力 1点折算应力 满足验算要求 。 二、不焊透的对接焊缝计算 1、什么情况下对接焊缝可以不焊透 (1)焊缝受力很小甚至不受力,且要求外观齐平 美观。做成图3-32a所示不焊透对接直焊缝。 (2)焊缝受力虽较大,但采用焊透对接焊缝强 度又得不到发挥;如采用角焊缝,焊脚又过大,于是 做成用坡口加强的角焊缝(图3-32b)。 图3-32 不焊透的对接焊缝 b)a) 2、不焊透对接焊缝计算 用角焊缝公式计算。 (1)不焊透对接直焊缝 受轴力作用时,用式(3-4a)计算。 V形坡口:当≥60°时, he=s 当<60°时, he=0.75s U形、J形坡口: he=s (参阅《规范》) 书公式(3-6 ) NN N≤ff w∑ f helw (3-4a) NN s 3、不焊透对接焊缝的禁用 《规范》规定: (1)在直接承受动力荷载的结构中,垂直于受力 方向的焊缝不得采用不焊透的对接焊缝; (2)对重级工作制和起重量大于或等于50吨的中 级工作制吊车梁上翼缘和腹板间的T型连接应采用焊 透的对接焊缝。 理由:不焊透的对接焊缝中,总存在着未施焊的 部分(如图3-32、33中a段)此处是缝隙,缝隙两端 有严重应力集中,可能引起脆断。
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