西南交通大学-钢结构-对接焊缝问题
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钢结构的连接
§3.2 对接焊缝连接设计
例3.1 试验算图3-1所示钢板的对接焊缝的强度。钢板宽度为200mm ，板厚为14mm ，轴心拉力设计值为N=490kN ，钢材为Q235 ，手工焊，焊条为E43型，焊缝质量标准为三级，施焊时不加引弧板。
（a ）正缝 （b ）斜缝
图3-1
解：焊缝计算长度 mm l w 172142200=⨯-=
焊缝正应力为
2
2
3
/185/5.20314
17210490mm N f mm
N w
t
=>=⨯⨯=
σ
不满足要求，改为斜对接焊缝。取焊缝斜度为1.5：1，相应的倾角056=θ,焊缝长度
mm l w 2.21314256
sin 2000
'
=⨯-=
此时焊缝正应力为 2
2
3'
/185/1.13614
2.21356
sin 10490sin mm N f mm
N t
l N w f w
=<=⨯⨯⨯=
=
θσ
剪应力为 2
2
3'
/125/80.9114
2.21356
cos 10490cos mm N f mm
N t
l N w v w =<=⨯⨯⨯=
=
θτ
斜焊缝满足要求。48.1560
=tg ，这也说明当5.1≤θtg 时，焊缝强度能够保证，可不必计
算。
例3.2 计算图3-2所示T 形截面牛腿与柱翼缘连接的对接焊缝。牛腿翼缘板宽130mm ，厚12mm ，腹板高200mm ，厚10mm 。牛腿承受竖向荷载设计值V=100kN ，力作用点到焊缝截面距离e=200mm 。钢材为Q345，焊条E50型，焊缝质量标准为三级，施焊时不加引弧板。
解：将力V 移到焊缝形心，可知焊缝受剪力V=100kN ，弯矩 m kN Ve M ⋅=⨯==202.0100 翼缘焊缝计算长度为
mm 106122130=⨯-
腹板焊缝计算长度为
mm 19010200=-
（a ）T 形牛腿对接焊缝连接 （b ）焊缝有效截面
图3-2
焊缝的有效截面如图3-22b 所示，焊缝有效截面形心轴x x -的位置 cm y 65.60
.1192.16.107
.100.1196.02.16.101=⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=
cm y 55.1365.62.1192=-+=
焊缝有效截面惯性矩
4
2
2
3
134905
.62.16.1005
.411919
121cm I x =⨯⨯+⨯⨯+⨯=
翼缘上边缘产生最大拉应力，其值为 2
2
4
6
1/265/59.9810
134910
65.61020mm
N f mm
N I My w
t
x
t =<=⨯⨯⨯⨯=
=
σ
腹板下边缘压应力最大，其值为 2
2
4
6
2/310/89.20010
134910
55.131020mm
N f mm
N I My w c x
a =<=⨯⨯⨯⨯=
=
σ
为简化计算，认为剪力由腹板焊缝承受，并沿焊缝均匀分布 2
2
3
/180/63.5210
19010
100mm N f mm
N A V w v w
=<=⨯⨯=
=
τ
腹板下边缘正应力和剪应力都存在，验算该点折算应力 2
2
2
222
/5.2912651.11.1/6.22063
.5239.2003mm
N f mm
N w
t
a =⨯=<=⨯+=+=
τ
σσ
焊缝强度满足要求。
例3-3 设计牛腿与钢柱间连接的对接焊缝。钢材A3F ，焊条E43型，手工焊，焊缝质量三级。验算焊缝强度。偏心力N=400kN （间接动力荷载引起），e=25cm 。
（1）计算截面几何量与外力
4
2
3
3276819202236112
1cm
I x =⨯⨯⨯+⨯⨯=
3
4.163820
32768cm W x ==
3
9229181760cm S w =⨯⨯+=
3
176019202cm
S =⨯⨯=
V=N=400kN, M=Ne =400×25=10000kN.m
(2) 强度验算
① 确定焊缝强度设计值
查《规范》，ftw =185, fvw =125 (书p.248,附表1) ② 最大应力验算
2
2
3
4max /185/6110
4.16381010000mm N f mm
N w
t
=≤=⨯⨯=
σ
2
2
4
6
max /125/11310
103276810
922400mm N f mm
N w
V
=<=⨯⨯⨯⨯=
τ
③ 折算应力验算
1点弯曲正应力和剪应力
2
1/5540
3661mm N =⨯
=σ
2
4
6
1/9310
103276810
760400mm N =⨯⨯⨯⨯=
τ
2
2
2
2
/2031851.1/17093355mm N mm
N =⨯<=⨯+=
σ
满足验算要求
σ1
τ1
1
2
2360 1
20
例3-3 图