对接焊缝、角焊缝的构造和计算

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角焊缝及其计算

角焊缝及其计算型式及分类截面形式:普通型（等边凸形）、平坦型（不等边凹形）、凹面形两焊脚边夹角：直角角焊缝、斜角角焊缝、焊缝长度与作用方向 1.侧面角焊缝（侧缝）侧缝主要承受剪力，应力状态叫单纯，在弹性阶段，剪应力沿焊缝长度方向分布不均匀，两端大中间小，且焊缝越长越不均匀，但侧缝塑性好。

2．正面角焊缝（端缝）端缝连接中传力线有较大的弯折，应力状态较复杂，正面角焊缝沿焊缝长度方向分布比较均匀，但焊脚及有效厚度面上存在严重的应力集中现象，所以其破坏属于正应力和剪应力的综合破坏，但正面角焊缝的刚度较大，变形较小，塑性较差，性质较脆。

3．斜向角焊缝斜向角焊缝受力情况较复杂，其性能介于侧缝和端缝之间，常用于杆件倾斜相支的情况，也用在板件较宽，内力较大连接中。

4．周围角焊缝主要为了增加焊缝的长度和使焊缝遍及板件全宽，而把板件交搭处的所有交搭线尽可能多的加以焊接，成为开口或封闭的周围角焊缝。

构造及要求。

4.1.最小焊脚尺寸4.2.最大焊脚尺寸贴边处满足4.3.角焊缝最小长度4.4.侧面角焊缝最大计算长度4.5.板件端部仅有两条角焊缝时每条侧面角焊缝的计算长度4.6.搭接连接中搭接长度应满足而且不宜采用一条正面角焊缝来传力。

4.7.在次要构件和焊缝连接中，允许采用断续角焊缝，各段间距满足以保证整体受力。

角焊缝连接计算基本计算公式轴心作用下的角焊缝计算轴心作用下角钢的角焊缝计算弯矩，剪力和轴心力共同作用下角焊缝计算（T形接头）弯矩，剪力和轴心力共同作用下角焊缝计算（搭接形接头）1. 端缝、侧缝在轴向力作用下的计算：（1）端缝——垂直于焊缝长度方向的应力；he ——角焊缝有效厚度；lw ——角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm（每端减5mm）；ffw ——角焊缝强度设计值；bf ——系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，bf =1.22，直接承受动力荷载bf =1.0。

（2）侧缝tf ——沿焊缝长度方向的剪应力。

对接焊缝

对接焊缝的计算例题6 例题6 【解】1.焊缝面积模量计算截面面积:
AW = 2 ×12 ×100 + 200 × 8 = 4000mm2
1 I W = (100 × 224 3 − 92 × 200 3 ) = 3233 × 10 4 mm 4 截面惯性距： 12 截面抵抗矩： WW = I W / 112 = 288661mm 3
对接焊缝的计算例题6 例题6 计算工字梁截面的对接焊缝已知条件如下：
max
max
已知：翼缘板宽100mm，厚度12mm；腹板高度200mm，厚度8mm 材料：钢材为Q345 手工焊，焊缝质量2级，焊条E50，施焊时采用引弧板；荷载：轴向拉力=200kN，弯矩40kN·m，剪力240kN；
式中：式中： lw——焊缝计算长度，焊缝计算长度，焊缝计算长度钢板宽度b，未采用引弧板施焊时取(b –2t) mm；钢板宽度，未采用引弧板施焊时取； t ——在对接接头中为被连接两钢板的较小厚度在对接接头中为被连接两钢板的较小厚度在T形或角接接头中为对接焊缝所在面钢板的厚度形或角接接头中为对接焊缝所在面钢板的厚度 ftw 、fcw——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉、对接焊缝的抗拉抗压强度设计值。
§3-2 对接焊缝的构造和计算
施焊时均应加引弧板，避免焊缝两端起落弧缺陷，施焊时均应加引弧板，避免焊缝两端起落弧缺陷，无引弧板焊缝计算长度应取为实际长度，无引弧板焊缝计算长度应取为实际长度，计算每条焊缝长度应减去2t。长度应减去。加引弧板施焊情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及加引弧板施焊情况下，所有受压、受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算受拉的三级焊缝需要计算一、二级对接焊缝和没有拉应力构件中的三级对接焊缝都与主体钢材等强度，都与主体钢材等强度，即只要钢材强度已经计算能满足设计要则焊缝强度同样也能满足。求，则焊缝强度同样也能满足。

角焊缝的构造和计算

3.3 角焊缝的构造和计算3.3.1 角焊缝的形式和强度角焊缝按其与作用力的关系可分为：正面角焊缝、侧面角焊缝、斜焊缝；正面角焊缝：焊缝长度方向与作用力垂直；侧面角焊缝：焊缝长度方向与作用力平行。

按其截面形式分：直角角焊缝(图3.10)、斜角角焊缝(图3.11)。

直角角焊缝通常焊成表面微凸的等腰直角三角形截面[图3.10(a)]。

在直接承受动力荷载的结构中，为了减少应力集中，提高构件的抗疲劳强度，侧面角焊缝以凹形为最好。

但手工焊成凹形极为费事，因此采用手工焊时，焊缝做成直线性较为合适[图3.10(a)]。

当用自动焊时，由于电流较大，金属熔化速度快、熔深大，焊缝金属冷却后的收缩自然形成凹形表面[图3.10(c)]。

为此规定在直接承受动力荷载的结构（如吊车梁）中，侧面角焊缝做成凹形或直线形均可。

对正面角焊缝，因其刚度较大，受动力荷载时应焊成平坡式[图3.10(b)]，直角边的比例通常为1:1.5（长边顺内力方向）。

两焊脚边的夹角α>90°或α<90°的焊缝称为斜角角焊缝，斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。

对于夹角α>135°或α<60°的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。

大量试验结果表明：侧面角焊缝(图3.12)主要承受剪应力，塑性较好，弹性模量低（E=0.7×105～1×105N/mm2），强度也较低。

由于传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，因而应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大中间小的状态，焊缝越长，应力分布不均匀性越显著。

但在在接近塑性工作阶段时，产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。

即分布不均匀，且不均匀程度随的增大而增加，破坏常在两端开始，再出现裂纹后很快沿焊缝有效截面迅速断裂正面角焊缝(图3.13)受力复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力。

由于传力时力线弯折，并且焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝的尖端，故焊根处存在着很严重的应力集中。

建筑钢结构工程技术 2.3 对接焊缝的构造和计算

对接焊缝的构造和计算用对接焊缝连接的板件常需把焊接的边缘加工成各种形式的坡口，因此对接焊缝又称为坡口焊缝。

对接焊缝按是否焊透可分为焊透的和部分焊透的两种。

焊透的对接焊缝强度高，受力性能好，故一般均采用焊透的对接焊缝。

只有当板件较厚而内力较小或甚至不受力时，才可采用部分焊透的对接焊缝，以省工省料和减小焊接变形。

但由于它们未焊透，应力集中和残余应力严重，对于直接承受动力荷载的构件不宜采用。

以下仅对焊透的对接焊缝的构造和计算加以详细论述。

一、对接焊缝的构造对接焊缝坡口的形式与尺寸应根据焊件厚度和施焊条件来确定，以保证焊缝质量、便于施焊和减小焊缝截面为原则。

一般由制造厂结合工艺条件并根据国家标准来确定。

（一）对接焊缝坡口的基本形式对接焊缝的坡口形式有I形（即不开坡口或垂直坡口）、单边V形、V形、J形、U形、K形和X形等（图2-11）。

各种坡口中，沿板件厚度方向通常有高度为p间隙为b的一段不开坡口，称为钝边，焊接从钝边处（根部）开始。

当采用手工焊时，若焊件厚度很小（t≤10mm），可采用不切坡口的I形缝（图2-11a）。

对于一般厚度（t=10~20mm）的焊件，可采用有斜坡口的带钝边单边V形缝或V形缝（图2-11b、c），以便斜坡口和焊缝跟部共同形成一个焊条能够运转的施焊空间，使焊缝易于焊透。

焊件更厚（t >20mm）时，应采用带钝边U形缝或X形缝（图2-11e、g）。

其中V 形和U形坡口焊缝需正面焊好后再从背面清根补焊（封底焊缝），X形坡口焊缝需从两面施焊。

用U形或X形坡口与用V形坡口相比可减少焊缝体积。

U形坡口加工困难，X形坡口加工较简单，焊缝体积也较小，常用于有翻转条件的焊件，以便从两面施焊。

在T形或角接头中以及对接接头一边板件不便开坡口时，可采用单边V形、J形或K 形坡口（图2-11b、d、g）。

若受装配条件限制间隙过大时，仍可采用上述坡口，但在坡口下面需预设垫板，如图3-11（h）阻止熔化金属流淌和使根部焊透。

对接焊缝、角焊缝的构造和计算汇总.

3.5.7典型节点（4）－－牛腿焊接－－弯矩、剪力、轴力作用
3 钢结构的连接设计
N My1 N My V 1 f t w ( f cw ) 2 2 , 2 ' , Aw I w Aw Aw I w N My3 V 3 , 3 ' zs 32 3 32 1.1 f t w Aw I w Aw
' Aw h0t w
zs 22 3 22 1.1 ft w
4
N My4 ft w Aw I w
——焊缝有效抗剪面积，
Aw
——整个焊缝截面的面积；
3.6 角焊缝的构造和计算 3.6.1 角焊缝的构造：角焊缝的截面
3 钢结构的连接设计
（1）按两焊角边夹角划分
f
w v
f fw
≤16
215 205 200 190 310 295 265 250 350 335 315 295 380 360 340 325
215 205 200 190 310 295 265 250 350 335 315 295 380 360 340 325
125 120 115 110 180 170 155 145 205 190 180 170 220 210 195 185 220 220 200 160
自动焊、半自动焊和 E55 型焊条的手工焊
3 钢结构的连接设计
3.5.6 计算步骤 1. 确定计算截面上的内力（荷载效应） 2. 确定焊缝质量检验等级－－根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等－－对接焊缝一般均有全熔透要求，等级为二级或一级 3. 确定焊缝强度设计值抗拉强度抗压强度抗剪强度 4. 计算焊缝截面特性截面面积A、惯性矩I、截面模量W、面积矩S等 5. 应力计算 6. 强度校核

角焊缝的构造和计算

第三章连接§3-3角焊缝的构造和计算3.3.1角焊缝的构造一、角焊缝的形式和强度角焊缝（fillet welds）是最常用的焊缝。

角焊缝按其与作用力的关系可分为：焊缝长度方向与作用力垂直的正面角焊缝；焊缝长度方向与作用力平行的侧面角焊缝以及斜焊缝。

按其截面形式可分为直角角焊缝（图3.3.1）和斜角角焊缝（图3.3.2）。

直角角焊缝通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（图3.3.1a）。

在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝的截面常采用图3.3.1（b）所示的坦式，侧面角焊缝的截面则作成凹面式（图3.3.1c）。

图中的h f为焊角尺寸。

两焊脚边的夹角α＞90°或α＜90°的焊缝称为斜角角焊缝（图3.3.2）。

斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。

对于夹角α＞135°或α＜60°的斜角角焊缝，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。

传力线通过侧面角焊缝时产生弯折，应力沿焊缝长度方向的分布不均匀，呈两端大而中间小的状态。

焊缝越长，应力分布越不均匀，但在进入塑性工作阶段时产生应力重分布，可使应力分布的不均匀现象渐趋缓和。

正面角焊缝（图3.3.3b）受力较复杂，截面的各面均存在正应力和剪应力，焊根处有很大的应力集中。

这一方面由于力线的弯折，另一方面焊根处正好是两焊件接触间隙的端部，相当于裂缝的尖端。

经试验，正面角焊缝的静力强度高于侧面角焊缝。

国内外试验结果表明，相当于Q235钢和E43型焊条焊成的正面角焊缝的平均破坏强度比侧面角焊缝要高出35%以上（图3.3.4）。

低合金钢的试验结果也有类似情况。

由图3.3.4看出，斜焊缝的受力性能和强度介于正面角焊缝和侧面角焊缝之间。

二、角焊缝的构造要求1、最大焊脚尺寸为了避免烧穿较薄的焊件，减少焊接应力和焊接变形，角焊缝的焊脚尺寸不宜太大。

规范规定：除了直接焊接钢管结构的焊脚尺寸hf不宜大于支管壁厚的2倍之外，hf不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍。

钢结构焊接和计算

中和轴的面积矩 fvw——对接焊缝的抗剪强度设计值
4.3.1.2 对接焊缝的计算
(2) 同时受弯、受剪的对接焊缝计算公式
2）工字形截面
max
M Ww
ftw
max
VSw I w t
f
w v
2 1
3 12
1.1 ftw
例1：设计500×14钢板的对接焊缝连接。钢板承受轴向拉力，其中恒荷载和活荷载标准值引起的轴心拉力值分别为700kN和400kN，相应的荷载分项系数为1.2和1.4。已知钢材为 Q235-B.F （ A3F ），采用 E43 型焊条手工电弧焊，三级质量标准，施焊时未用引弧板。
解思路：效应S < 抗力R
（即 S= N <
lwt
R ftw ）
1．焊缝承受的轴心拉力设计值为：
N 7001.2 4001.4 1400kN
2．三级对接焊缝抗拉强度设计值
ftw 185N / mm 2
3．先考虑用直焊缝验算其强度
N / lwt 1400103 /[(500 10) 14]
4.3.2 角焊缝的构造和计算
4.3.2.1、角焊缝的构造
①自动焊： hf=hfmin-1(mm)； ②T形连接的单面角焊缝：hf=hfmin+1(mm)； ③当t <4mm时，hfmin= t (mm)；
④当t ≤6mm时，hfmax ≤t (mm)；当t >6mm
时，hfmax= t-(1~2) (mm)；
( 1 )轴心受力的对接焊缝计算公式：
4.3.1.2 对接焊缝的计算
( 1 )轴心受力的对接焊缝计算公式：
N lwt
f
t

掌握角焊缝的计算方法

（8）当角焊缝的端部在构件转角处作长度为 2hf的绕角焊时，转角处须连续施焊，以避免在应力
（9）在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，并不得小于25mm
图2.13 侧面、正面与斜向角焊缝
图2.14 直角角焊缝截面形式
(a) 普通型；(b) 平坡式；(c) 凹式
图2.15 斜角角焊缝截面
N1+N2=N N1e1=N2e2
解之可得
N1
e2 e1 e2
N
K1N
N2
e1 e1 e2
N
K2N
求得N1和N2后，设出合理的肢背、肢尖的焊脚尺寸hf1和hf2，即可计算出肢背、肢尖所需的焊缝长度lw1 和lw2。
（2）图2.18(b)为三面围焊，要点也是使焊缝的形心位
于角钢截面的轴线上。先设出端缝的焊脚尺寸hf3，则端缝承担的力N3
焊透而存在缺陷。所以一面焊完后，应反过来清渣
（4）不同厚度与宽度钢板的连接在钢板拼接处，当焊件宽度不同或厚度在一侧
相差超过4mm时，应分别在宽度或厚度方向从一侧或双侧做成坡度不大于1∶2.5的斜角（如图2.9）所示，形成平缓过渡，减少应力集中。
（5）应在设计图中注明坡口的形式与尺寸，其有效
图2.16 轴力N作用下的角焊缝
2.4.2.2 角焊缝在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下的强度计算
(1) 正面角焊缝或作用力垂直于焊缝长度方向时
i
N helw
f
ftw
(2) 侧面角焊缝或作用力平行于焊缝长度方向时
i
N helw
ft w
(3) 当作用力与焊缝长度方向斜交时，应分别计算焊
缝在两个方向的σf和τf，然后按下式计算：

2015年一级注册建筑师建筑结构辅导：对接焊缝的计算和构造

对接焊缝的计算和构造（1 ）对接焊缝的计算1 ）对接焊缝的有效截面施焊对接焊缝时应在焊缝的两端设置引弧板和引出板（以后一律简称引弧板），如图6 －13 所示，其材质和坡口形式应与焊件相同。

焊接完毕，用气割将引弧板切除，并将焊件边缘修磨平整，严禁用锤将其击落。

此时对接焊缝的有效长度l w 当与焊件的宽度b 相同。

当焊缝为焊透时，焊缝的有效厚度也与焊件厚度相同（焊缝表面的余高即凸起部分，常略去不计）。

因此，对接焊缝的有效截面等于焊件的截面。

当无法使用引弧板施焊时设计规范中规定：每条焊缝的有效长度l w在计算时应减去2t （t 为焊件厚度），以考虑焊缝两端在起弧和熄弧时的影响，此时两者的截面就略有差异。

2 ）对接焊缝的强度设计值规范对对接焊缝的各种强度设计值作了如下规定；对接焊缝的抗压强度设计值介、抗剪强度设计值介和焊缝质量为一、二级时的抗拉和抗弯强度设计值介均取与焊件钢材相同的相应强度设计值，而对焊缝质量为三级的厂则取相应焊件钢材强度设计值了的0 . 85 倍，并取以5N / rnm2为倍数的整数。

关于焊缝质量等级的标准在《钢结构工程施工质量验收规范》中有明确规定，详见该规范。

例如除对设计要求全焊透的焊缝应作外观缺陷检查外，一级焊缝要求对每条焊缝长度的100%进行超声波探伤；二级焊缝则要求对每条焊缝长度的20%且不小于200mm 进行超声波探伤。

对三级焊缝则要求仅作外观检查，不进行超声波检查。

又如外观检查时，对一级、二级焊缝不允许存在如表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等各种缺陷，一级焊缝还不应有咬边，未焊满和根部收缩等缺陷。

而对二级和三级焊缝除裂纹及焊瘤一律不允许存在，其余的缺陷如咬边和未焊透等则规定了其存在的不同程度。

因此设计规范中认为符合一、二级质量等级的焊缝，其缺陷或是不存在或是不严重，因而其f t w可与焊件母材的f 相同；而三级质量等级的焊缝，其f t w应较母材的为低，取f t w= 0.85f。

角焊缝的计算规则

《结构设计原理》师资培训（2）（二）焊缝的类型目前钢结构中主要采用对接焊缝和角焊缝。

1、对接焊缝：焊缝金属填充在板件接缝中的焊缝（图2）。

图2 对接焊缝坡口形式（a）I形缝；（b）带钝边单边V形缝；（c）Y形缝；（d）带钝边U形缝；（e）带钝边K形缝；（f）X形缝；（g）、（h）、（i）加垫板的I形、带钝边单边V形和V形缝。

2、角焊缝：⑴定义：焊缝金属填充在被连板件形成的直（斜）角区域内的焊缝（图3）。

（a）不开坡口（b）K形坡口（c）U形坡口图3 T形连接角焊缝的坡口形式⑵角焊缝的形式：角焊缝按其截面形状可分为凸形的和凹形的、等边和不等边、直角角焊缝（夹角）和斜角角焊缝（夹角）等（图4）。

一般钢结构中所采用的绝大多数是直角角焊缝。

夹角或的斜角焊缝不宜用作受力焊缝。

图4 角焊缝的截面形式图5 直角角焊缝的种类角焊缝按其与外力的关系分三种（图5）：侧焊缝：焊缝轴线平行于外力；端焊缝：焊缝轴线垂直于外力；斜焊缝：焊缝轴线倾斜于外力。

说明：围焊缝——侧焊缝、斜焊缝和端焊缝组成的混合焊缝。

⑶角焊缝的构造要求角焊缝的主要尺寸是焊脚尺寸和焊缝计算长度。

①《公路钢规》对焊脚尺寸的规定：为保证焊接质量，应采用适当的焊脚尺寸。

若设计焊脚尺寸太小，焊接时焊缝冷却过快，容易产生收缩裂纹，焊件越厚，焊缝冷却速度就越快，焊缝处越易产生裂纹。

若设计的焊脚尺寸过大，施焊时热量输入过大，焊缝收缩时容易产生较大的焊接残余变形和焊接残余应力，且使热影响区扩大，容易产生脆性断裂，较薄的焊件易被烧伤穿透。

当贴着板边施焊时还可能烧伤板件，产生咬过现象。

a）最小焊脚尺寸:，其中为较厚焊件厚度。

b）最大焊脚尺寸：，其中为较薄焊件厚度。

当采用贴边焊时，当焊件边缘厚度时，；当焊件边缘厚度时，。

要求选出的焊脚尺寸满足②《公路钢规》对焊缝长度的规定：焊缝的长短也会影响焊缝质量。

焊缝若过短，则焊缝缺陷对其承载力的影响相对过大，而太长的侧焊缝沿长度方向的应力分布严重不均匀，可能导致焊缝端部提前破坏，所以也要加以限制。

对接焊缝、角焊缝的构造和计算

自动焊、半自动焊和 E55 型焊条的手工焊
Q390 钢 Q420 钢
≤16 >16～40 >40～60 >60～100
≤16 >16～35 >35～50 >50～100
≤16 >16～35 >35～50 >50～100
≤16 >16～35
>35～50
>50～100
抗压
f
w c
215 205 200 190 310 295 265 250 350 335 315 295 380 360
钢结
剪力 V
构
的
连
接
设
计弯矩 M
应力分布
应力分布
剪力 V
轴力 N
max
M Wx
f
t
w
(
f
w c
)
max
VS w I wtw
f vw
zs
应力分布
12 312 1.1 ftw
3.5.7典型节点（3）－－牛腿焊接－－弯矩、剪力作用弯矩 M 剪力 V
焊缝截面a
应力分布
3
钢
结
构
tw
的
连
3
钢转角处必须连续施焊。
结
构
的连接
t1
t2
设
计
2hf
b
5t1,25
D、在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于25mm。
3.6.2 角焊缝截面尺寸（6）构造要求汇总
角焊缝构造尺寸要求
部位项目
构造要求
备注
上限
3
焊脚尺寸
钢结

焊缝的结构与计算

应力和残余变形，hf,max应满足以下要求: hf,max≤1.2t1（钢管结构除外）
式中: t1---较薄焊件厚度。对于板件边缘的角焊缝,尚应满足以下要求：
当 t≤6mm时，hf,max≤t；当 t>6mm时，hf,max≤t-(1~2)mm；
t hf t1
t
hf
t1
21
2.最小焊脚尺寸hf,min 为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬
13
2.直角角焊缝的受力分析（1）侧面角焊缝（侧焊缝）
14
A. 应力分析
剪应力τf
N
N
lw
试验表明侧面角焊缝主要承受剪力，强度相对较低，塑性性能较好。因外力通过焊缝时发生弯折，故剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两端大中间小，lw/hf 越大剪应力分布越不均匀。
15
B.侧面角焊缝（侧焊缝）破坏形式
3
C=0.5~2mm
（a）
α
p
C=2~3mm
（C）
p
C=3~4mm
（e）
α
C=2~3mm
（b）
p
C=3~4mm
（d）
p
C=3~4mm
（f）
4
（2）V形、U形坡口焊缝单面施焊，但背面需进行清根，再封底焊。
5
（3）对接焊缝的起、灭弧点已出现缺陷，一般用引弧板引出，焊完后将其切去；不能用引弧板时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t1。 t1—较薄焊件厚度：
当不满足上式时，可采用斜对
接焊缝连接如图 B。
N
Nsinθ

N sin
lwt

f
t
w
或f
w c

钢结构设计手册

不适于风大的地方施焊。
4、电阻焊等利用电流通过焊件接触点表面的电阻所产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。适用于薄壁型钢的焊接，板叠厚度不超过12mm。焊点主要承受剪力，抗拉能力较差。
2 3
6 1
4
5
电阻焊
1 电源 2 导线 3 夹头 4 焊件 5 压力 6 焊逢
第二节焊接方法和焊缝连接形式
第二节焊接方法和焊缝连接形式
五、焊缝质量检验 • 焊缝质量等级：《钢结构工程施工质量验收规范》
（GB50205）对焊缝依其质量检查标准分为一级、二级和三级。 • 焊缝质量检验方法：外观检查（外部尺寸和缺陷）内部检查（内部缺陷）：超声波探伤检验（主要) 、X射线、 γ射线等（x射线应用广）检验、磁粉（辅助）、荧光检验（辅助）。三级焊缝只要求进行外观检验并符合标准，即检查焊缝实际尺寸是否符合设计要求和有无看得见的裂纹，咬边等缺陷；
• 材料等级：采用45号钢、40B和20MnTiB钢（热处理），材料等级为 8.8级或10.9级。
• 孔径：摩擦型高强螺栓孔径比螺栓大1.5～2.0mm；承压型高强螺栓孔径比螺栓大1.0～1.5mm。
4、射钉、自攻螺栓、焊钉连接灵活，安装方便，构件无须予先处理，适用于轻钢、薄板结
构，不能受较大集中力。焊钉用于混凝土和钢板的连接。
•搭接：不同厚度的两构件，传力不均匀，费材料
•T形连接（顶接）：组合截面
•角部连接：箱形截面
盖板对接
第二节焊接方法和焊缝连接形式
三、焊缝形式按焊缝和两个被连接件间的相对位置分类。对接焊缝：焊缝和两个被连接件的平行面相连。角焊缝：焊缝和两个被连接件的相交面相连。
第二节焊接方法和焊缝连接形式

第20-1-2章对接焊缝连接构造与计算教程

max
M [ t ] Ww
max
VS w [ ] Iwt
M——焊缝承受的弯矩； Ww——焊缝截面模量。 V——焊缝承受的剪力； Iw——焊缝计算截面惯性矩； Sw——焊缝截面计算剪应力处以上部分对中和轴的面积矩。
青海大学结构设计原理
对于工字形、箱形、T形等构件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：
2、变截面钢板拼接（a）钢板宽度不同
≤1:2.5（静力荷载）
≤1:2.5（静力荷载） ≤1:2.5（静力荷
≤1:2.5（静力荷载） ≤1:4（计算疲劳） ≤1:2.5（静力荷载） ≤4m ≤1:2.5（静力荷载）（b）钢板厚度不同 ≤1:2.5（静力荷载） ≤1:2.5（静力荷载） ≤1:2.5（静力荷载） ≤1:4（计算疲劳） ≤1:4（计算疲劳）

青海大学结构设计原理
20.1.5 对接焊缝的构造和计算
一、对接焊缝的构造要求 1、坡口形式对接焊缝常做成带坡口的形式，故又称为
坡口焊缝。应根据焊件厚度按保证焊缝质量，便于施焊及
减小焊缝截面积的原则选用。常用的坡口形式有I形缝、带钝边单边V形缝、带钝边V 形缝（Y形缝）、带钝边U形缝、带钝边双单边V形缝、双Y形缝。

章节内容 1、焊缝连接 2、普通螺栓连接 3、高强螺栓连接
青海大学结构设计原理
20 钢结构的连接
章节重点 1、掌握钢结构常用的连接方法、特点及应用范围； 2、了解对接焊缝和角焊缝的工作性能，掌握对接焊缝的计算方法和各构造尺寸限制的意义； 3、了解焊接应力、焊接变形的形成原因及防治措施； 4、了解普通螺栓连接和高强螺栓的工作性能、破坏形态，掌握普通螺栓和高强螺栓连接的计算方法；

角焊缝的构造与计算

4.有效厚度
图4-11 端缝和侧缝
图4-12 焊缝的有效厚度
式中： ——两焊脚边的夹角， ——焊脚尺寸。
二、角焊缝的计算角焊缝的计算包括如下几个类型： 1.端缝、侧缝在轴向力作用下的计算 2.角钢杆件与节点板连接，承受轴向力N 3.弯矩、剪力、轴力共同作用下的顶接连接角焊缝 4.牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算 5.扭矩、剪力、轴力共同作用下的搭接连接角焊缝
表4-3 角焊缝的构造要求
部位
项目
构造要求
备注
焊脚尺寸 hf
焊缝长度 lw
端部仅有两侧面角焊缝连接端部搭接连接
上限
对板边：
下限
；当
上限
（受动力荷载）；（其他情况）；
下限长度 lw
8hf或 40mm，取两者最大值
距离 l0
转角
搭接最小长度
转角处加焊一段长度 2hf（两面侧缝时）或用三面围焊 5t1或 25mm，取两者最大值
弯矩M作用下，x方向应力剪力作用下，y方向应力轴力N作用下x方向应力
M、V和N共同作用下，焊缝上或下端点最危险处应满足：
式中：
如果只承受上述M、N、V的某一、两种荷载时，只取其相应的
应力进行验算。
4. 牛腿在弯矩、剪力共同作用下的角焊缝连接计算:
M＝Ve
图4-17 M、V共同作用下角焊缝计算
[解]记角钢背部为1，角钢趾部为2，角钢端部为3 (1)当采用三面围焊时角焊缝的焊脚尺寸hf
最小最大采用hf ＝8mm，满足上述要求。轴力N的设计值
构件截面上的应力
设计三面围焊时，实质上是把荷载N分解成各段焊缝的受力N1、 N2和N3，使它们的合力与N相平衡。

对接焊缝的焊接及计算

第三章连接返回§3-2对接焊缝的构造和计算对接焊缝包括焊透的对接焊缝和T形对接与角接组合焊接（以下简称对接焊缝），以及部分焊透的对接焊缝和T形对接与角接组合焊缝。

由于部分焊透的对接焊缝的受力与角焊缝相似，将在下节中介绍。

3.2.1对接焊缝的构造对接焊缝（butt welds）的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊缝（groove welds）。

坡口形式与焊件厚度有关。

当焊件厚度很小（手工焊6mm，埋弧焊10mm）时，可用直边缝。

对于一般厚度的焊件可采用具有斜坡口的单边V形或V形焊缝。

斜坡口和根部间隙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（图 3.2.1）。

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《手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》和《埋弧焊焊接接头的基本型式与尺寸》的要求进行。

在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚度相差4mm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1:2.5的斜角（3.2.2），以使截面过渡和缓，减小应力集中。

在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，这些缺陷对承载力影响极大，故焊接时一般应设置引弧板和引出板（图3.2.3），焊后将它割除。

对受静力荷载的结构设置引弧（出）板有困难时，允许不设置引弧（出）板，此时，可令焊缝计算长度等于实际长度减2t（此处t为较薄焊件厚度）。

3.2.2对接焊缝的计算对接焊缝的强度与所用钢材的牌号、焊条型号及焊缝质量的检验标准等因素有关。

如果焊缝中不存在任何缺陷，焊缝金属的强度是高于母材的。

全由于焊接技术问题，焊缝中可能有气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷。

实验证明，焊接缺陷对受压、受剪的对接焊缝影响不大，故可认为受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等，但受拉的对接焊缝对缺陷甚为敏感。

对接焊缝、角焊缝的构造和计算

具体要求详见规范
不应太大 —— 否则焊缝冷却后产生较大变形较薄焊件容易烧穿
3.6.2 角焊缝截面尺寸（2）
（2）最大焊脚尺寸hf,max
3 钢结构的连接设计
hf,max≤1.2t1
式中: t1---较薄焊件厚度。
钢管构件除外
对于板件边缘的角焊缝：
当 t≤6mm时，hf,max≤t；当 t >6mm时， hf,max ≤ t -(1~2)mm；对圆孔或槽孔内的角焊缝，焊脚尺寸尚不宜大于圆孔直径或槽孔短径的1/3
可不设斜坡
引弧板
不同厚度
3.5.3 焊缝截面焊缝截面厚度－－焊缝所连接板件的较薄厚度；
3 钢结构的连接设计
焊缝截面计算长度－－
采用引弧板时，焊缝全长有效；未采用引弧板时，计算焊缝长度=焊缝长度减去2t。 t为对接接头中为连接件的较小厚度；在T形接头中为腹板厚度; 3.4.4 传力特性（1）焊缝传递焊件拼接处所承受的构件内力
3.5.7 典型节点（1）－－焊缝轴心受力－－直缝直缝
3 钢结构的连接设计
引弧板
直焊缝
焊缝应力验算
N — 轴心拉力或压力式中：
N f t w 或 f cw l wt w
tw — 焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚） lw — 焊缝计算长度，有引弧板lw＝L，无引弧板lw＝L－2t（较小板厚）
3.5.7典型节点（4）－－牛腿焊接－－弯矩、剪力、轴力作用
3 钢结构的连接设计
N My1 N My V 1 f t w ( f cw ) 2 2 , 2 ' , Aw I w Aw Aw I w N My3 V 3 , 3 ' zs 32 3 32 1.1 f t w Aw I w Aw

对接焊缝、角焊缝的构造和计算

3.5 对接焊缝的构造和计算
3.5.1对接焊缝的构造：坡口形式
板厚 t < 10 mm
板厚 t = 10 ~ 20 mm
3
钢
结
构
的连
直边缝
接
设
计
单边V形缝板厚 t > 20 mm
双边V形缝
U形缝
K形缝
X形缝
3.5.2其它构造
3
不同宽度
钢结构的连接设计
不同厚度
可不设斜坡引弧板
直
结
焊
构的
缝
连
接
设
计
焊缝应力验算

N lwtw

ftw 或
f
w c
式中：N — 轴心拉力或压力
tw — 焊缝厚度（不同板连接时为较小板厚）
lw — 焊缝计算长度，有引弧板lw＝L，无引弧板lw＝L－2t（较小板厚）
ftw
或
f
w c
— 对接焊缝抗拉或抗压设计强度强度
3.5.7典型节点（1）－－焊缝轴心受力－－斜缝
3.6.2 角焊缝截面尺寸（6）构造要求汇总
角焊缝构造尺寸要求
部位项目
构造要求
备注
上限
3
焊脚尺寸
钢结
hf
构
的
连
下限
接
设
计
焊缝长度 lw
上限下限
h f 1.2t1 （钢管构件除外）；
t
对板件：

6mm时，h f
t
t 6mm时，h f t (1 ~ 2)mm
圆孔或槽孔内的角焊缝， h f 尚不宜大于圆孔直径
的

角焊缝及其计算

角焊缝及其计算型式及分类截面形式:普通型（等边凸形）、平坦型（不等边凹形）、凹面形两焊脚边夹角: 直角角焊缝、斜角角焊缝、焊缝长度与作用方向1.侧面角焊缝（侧缝）侧缝主要承受剪力, 应力状态叫单纯, 在弹性阶段, 剪应力沿焊缝长度方向分布不均匀, 两端大中间小, 且焊缝越长越不均匀, 但侧缝塑性好。

2. 正面角焊缝（端缝）端缝连接中传力线有较大的弯折, 应力状态较复杂, 正面角焊缝沿焊缝长度方向分布比较均匀, 但焊脚及有效厚度面上存在严重的应力集中现象, 所以其破坏属于正应力和剪应力的综合破坏, 但正面角焊缝的刚度较大, 变形较小, 塑性较差, 性质较脆。

3. 斜向角焊缝斜向角焊缝受力情况较复杂, 其性能介于侧缝和端缝之间, 常用于杆件倾斜相支的情况, 也用在板件较宽, 内力较大连接中。

4. 周围角焊缝主要为了增加焊缝的长度和使焊缝遍及板件全宽, 而把板件交搭处的所有交搭线尽可能多的加以焊接, 成为开口或封闭的周围角焊缝。

构造及要求。

4.1.最小焊脚尺.4.2.最大焊脚尺.贴边处满.4.3.角焊缝最小长度4.4.侧面角焊缝最大计算长度4.5.板件端部仅有两条角焊缝时每条侧面角焊缝的计算长度4.6.搭接连接中搭接长度应满.而且不宜采用一条正面角焊缝来传力。

4.7.在次要构件和焊缝连接中，允许采用断续角焊缝，各段间距满足以保证整体受力。

角焊缝连接计算基本计算公式轴心作用下的角焊缝计算轴心作用下角钢的角焊缝计算弯矩，剪力和轴心力共同作用下角焊缝计算（T形接头）弯矩，剪力和轴心力共同作用下角焊缝计算（搭接形接头）1.端缝、侧缝在轴向力作用下的计算.（1）端缝...——垂直于焊缝长度方向的应力....h.——角焊缝有效厚度....l.——角焊缝计算长度，每条角焊缝取实际长度减10mm（每端减5mm）.ff.——角焊缝强度设计值.b.——系数，对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，b.=1.22，直接承受动力荷载b.=1.0。