第三章 钢结构的连接(焊接)01

t
hf
t1
t1
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
硬组织，导致母材开裂，hf,min应满足以下要求:
h f ,min 1.5 t2 (计算数值只进不舍！ )
式中: t2----较厚焊件厚度 另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm;
对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm;
为了避免焊缝处局部过热，减小焊件的焊接残余 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
B. 破坏形式
（2）正面角焊缝
A. 应力分析
正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差， 但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。
B. 正面角焊缝的破坏形式
（3）斜角焊缝
斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊缝之间。
二、角焊缝的构造
1、最大焊脚尺寸hf,max(leg size)
2.埋弧焊（自动或半自动）
送丝器
、、 、、 、、
焊剂漏斗
焊丝转盘
、 、 、
、
、
熔渣
、 、 、 、、 、、 、 、、 、
焊剂
焊件
埋弧自动焊
A、焊丝的选择应与焊件等强度。 B、优、缺点： 【优点】自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低，焊 接质量好。 【缺点】设备投资大，施工位臵受限等。
机 器
送 丝 器
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
（1）对接焊缝
正对接焊缝
（2）角焊缝
斜对接焊缝
T型对接焊缝
3. 焊缝位臵
三、焊缝缺陷及焊缝质量检查
1.焊缝缺陷(weld defect)
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。 常见的缺陷有裂纹(crack)、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔 (porosity)、夹渣(slag inclusion)、咬边(undercut)、未 熔合、未焊透(lack of penetration)等；以及焊缝尺寸不符 合要求、焊缝成形不良等。
2.焊缝质量检查
外观检查(visual inspection)：检查外观缺陷和几何尺寸； 内部无损检验(non-destruction test) ：检验内部缺陷。 注:内部检验主要采用超声波(ultrasonic inspection) ， 有时还用磁粉检验(magnetic particle )荧光检验等辅助
对于正面角焊缝，τf=0，由3—5式得：
f
N f f fw l w he N f fw l w he
( 3 6)
对于侧面角焊缝，σf=0，由3—5式得：
f
( 3 7)
以上各式中：
he=0.7hf；
lw—角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其 实际长度减去2hf。
45O 45O τ┻
hf
f
Ny
h l
Nx
( 3 3)
┻ ┻
f
2
e w

f

h l
( 3 4)
f
∥
e w
f 对于有效截面既不是正应力也不是剪应力，但可分解 为 和 。
将3—3、3—4式，代入3—2式得：
f 2
N 分为： 普通螺栓连接 高强度螺栓连接
§3.2 焊接方法和焊接连接形式
一、钢结构常用焊接方法
1.手工电弧焊
焊条 焊钳
焊机 保护气体
焊件
电弧
熔池 导线
原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。
A、焊条的选择： 焊条应与焊件钢材相适应。
Q235钢选择E43型焊条（E4300--E4328) Q345钢选择E50型焊条(E5000--5048)
c
c
有效截面：有效厚度×计算长度(effective length) 计算时假定有效截面上应力均匀分布。
【几个重要概念】
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） ∥—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）
hf
按he=0.7hf
α hf
α hf
hf
(a)
(b)
斜角角焊缝 a）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝
2.直角角焊缝的受力分析
（1）侧面角焊缝（侧焊缝）
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。
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Ｔ形接头焊透的对接与角接组合焊缝，
不应低于二级。
（４）角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力 荷载且需要验算疲劳和起重量Ｑ＞５０ｔ的中级工 作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合二级。
4.焊缝代号(welding symbol)
§3.3 角焊缝的构造与计算
注： 1、当实际长度大于以上值时，计算时不与考虑； 2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。
4.侧面角焊缝的最小计算长度
对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严 重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不 可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：
l w 8h f
且不得小于 mm 40
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
二、焊接连接形式和焊缝形式
1.焊接连接形式
对接
搭接 角 部 连 接
T型连接
2.焊缝形式
分为对接焊缝和角焊缝。 对接焊缝按受力与焊缝方向分： 1）正对接焊缝(a)：作用力方向与焊缝方向正交。 2）斜对接焊缝(b)：作用力方向与焊缝方向斜交。 角焊缝按受力与焊缝方向分： 1）正面角焊缝(c) ：作用力方向与焊缝长度方向垂直。 2）侧面角焊缝(c) ：作用力方向与焊缝长度方向平行。 3）斜焊缝（c）：作用力方向与焊缝方向斜交。
C. 当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕 角焊，且转角处必须连续施焊。
lw
2hf b
t1
t2
5t 1 且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。
三、直角角焊缝的强度计算公式
1、试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部，故 通常将45 截面作为计算截面，作用在该截面上的应力 如下图所示： σ┻ τ∥ d
《钢结构设计规范》（GB50017--2003）中，对焊
缝质量等级的选用有如下规定： (1) 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。
(2) 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材
等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。
（３）重级工作制和起重量 Ｑ＞５０ｔ的中级工作
N
N
B、采用三面围焊连接
先计算正面角焊缝承担的内力
【优点】不削弱截面，方便施工，连接刚度大； 【缺点】材质易脆，存在残余应力，对裂纹敏感。
对接焊缝连接 (butt welding)
角焊缝连接 (fillet welding)
二、铆钉连接 【优点】连接刚度大，传力可靠； 【缺点】对施工技术要求很高，劳 动强度大，施工条件差， 施工速 度慢。 三、螺栓连接
检验方法。还可以采用X射线(X-radiography)或γ射
线透照或拍片。
《钢结构工程施工及验收规范》规定： 焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级
和三级。
一、二级焊缝除外观检查外，尚要求一定数
量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。
三级焊缝只要求对全部焊缝作外观检查且符合 三级质量标准；
3.焊缝质量等级及选用
一、角焊缝的形式和受力分析
1、角焊缝的形式: 直角角焊缝、斜角角焊缝
（1）直角角焊缝
hf
hf
普通式
hf
1.5hf 平坡式
hf
hf
凹面式
（2）斜角角焊缝
对于α>135 或α<60 斜角角焊缝,除钢管结构外, 不宜用作受力焊缝。
按he=hf cos α 2
o
o
hf
按he=0.7hf
α hf
α
hf
hf
按he=hf cos α 2
τ∥
σ 2 3(┻2 τ 2 ) f uw 3 f fw τ ∥ ┻
(3 2)
4、直角角焊缝的强度实用计算公式： 如图所示承受互相垂直的Ny、Nx两个轴心力作用 的直角角焊缝，Ny垂直于焊缝长度方向产生平均应力 f，其在有效截面上引起的应力值为： σf σ┻ N
Nx
Ny
τ∥ = τf
2、实际上计算截面的各应力分量的计算比较繁难， 为了简化计算，规范假定：焊缝在有效截面处破坏， 且各应力分量满足以下折算应力公式:
σ 3( τ τ ) f
2 2 2
w u
(3 1)
τ┻
┻
w 式中： u - fu f
∥
┻
w
焊缝金属的抗拉强度
σ┻
3、由于我国规范给定的角焊 缝强度设计值，是根据抗剪条 件确定的故上式又可表达为：