第20-1-2章 对接焊缝连接构造与计算
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对接焊缝的构造与计算
1.1 ftw
应力分布
第三章 钢结构的连接
3、牛腿焊接 弯矩M和剪力V共同作用的对接焊缝
焊缝截面
a
应力分布
c
tw
简化计算：梁柱连接处(牛腿处)剪力
V
Aw
对接焊缝的计算除考虑焊缝长度是否减少，焊缝强度要否
折减外，对接焊缝的计算方法与母材的强度计算完全相同。
第三章 钢结构的连接
【例1】牛腿与柱采用对接焊缝（质量等级三级）， 钢材Q235B，焊条为E43型。其它数值如图，采用 引弧板焊接，验算该节点的强度。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
钢结构课程组
钢结构
第三章 钢结构的连接
土木工程学院钢结构课程组
3.4 对接焊缝的构造与计算 3.4.1 坡口形式
第三章 钢结构的连接
直边缝 板厚手工焊t < 6 mm
埋弧焊 t ≤10mm
单边V形缝
双边V形缝
板厚 t = 10 ~ 20 mm
验算截面
max
M Wx
1
M
Ww
h0 h
ftw
1
VS1 I wt
max
VSw Iwtw
f
w v
zs
2 1
3
2 1
1.1 ftw
第三章 钢结构的连接
2、梁的拼接（3） 弯矩M剪力V轴力N共同作用的对接焊缝
max
VSw Iwtw
f
w v
M σmax Wx
N A
ftw
zs
2 1
3
2 1
第三章 钢结构的连接
3.4.5 对接焊缝计算步骤
第二讲对接焊缝的构造与计算
第3章钢结构的连接
3.3对接焊缝的构造要求和计算
3.3.1对接焊缝的构造要求
坡口形式：I形缝、V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形缝和 双Y形缝等
直边缝（t≤10mm) 单边V形和V形缝 （t=10 ~ 20mm) U形缝，K形缝 ，X 形缝等（t≥20mm)
（2）弯矩和剪力共同作用的对接焊缝
V
V
w
M W w ft
VS w I wt fv
w
注意各参数取值 S w ——焊缝截面在计算剪应力处以上 (或下)部分对中和轴的面积矩。
第3章钢结构的连接
3.3对接焊缝的构造要求和计算
3.3.2焊透的对接焊缝的计算
（2）弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 焊缝截面为工形
w1
M Iw
h0 2
或 1 max
h1 h
ho——腹板高度； Sw1——受拉翼缘对中和轴 的面积距。
I wt
第3章钢结构的连接
3.3对接焊缝的构造要求和计算
3.3.2焊透的对接焊缝的计算
（3）轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝
A
B C
max N
l w t M W w f t I w t
f
Nx
N
N sin
lw 2 lw
Nx
he l w
y e w
he l w
2
N
y
f
hl
N cos
N
hl
e w
代入式
3.3对接焊缝的构造要求和计算
3.3.1对接焊缝的构造要求
坡口形式：I形缝、V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形缝和 双Y形缝等
直边缝（t≤10mm) 单边V形和V形缝 （t=10 ~ 20mm) U形缝，K形缝 ，X 形缝等（t≥20mm)
（2）弯矩和剪力共同作用的对接焊缝
V
V
w
M W w ft
VS w I wt fv
w
注意各参数取值 S w ——焊缝截面在计算剪应力处以上 (或下)部分对中和轴的面积矩。
第3章钢结构的连接
3.3对接焊缝的构造要求和计算
3.3.2焊透的对接焊缝的计算
（2）弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 焊缝截面为工形
w1
M Iw
h0 2
或 1 max
h1 h
ho——腹板高度； Sw1——受拉翼缘对中和轴 的面积距。
I wt
第3章钢结构的连接
3.3对接焊缝的构造要求和计算
3.3.2焊透的对接焊缝的计算
（3）轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝
A
B C
max N
l w t M W w f t I w t
f
Nx
N
N sin
lw 2 lw
Nx
he l w
y e w
he l w
2
N
y
f
hl
N cos
N
hl
e w
代入式
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。
钢结构对接焊缝的构造与计算
西南科技大学网络教育课程
注意： 焊缝与作用力间的夹角θ满足tanθ≤1.5时，斜焊缝的强度不低于 母材强度，可不再进行验算。
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例 试验算图3.36所示钢板的对接焊缝的强度。图中a=540mm， t=22mm，轴心力的设计值为N=2150kN。钢材为Q235-B，手工焊，焊条为
2、不同厚度,不同宽度拼接
3、引弧板 －起弧、落弧易引起弧坑、未 熔透等缺陷。焊接时常将焊缝 两端施焊至引弧板，然后再将 多余的部分割除。不采用引弧 板时，焊缝计算长度等于实际 长度减 去2t（t为较薄焊件厚度）。
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二、对接焊缝的计算
1、焊透的对接焊缝的计算 注意：
对接焊缝一般只在焊缝质量等级为三级且受拉力作用时，才须 进行抗拉强度计算。 对焊缝质量等级为一、二级的对接焊缝，其强度设计值虽与母 材相等，但当焊缝在无引弧板情况下施焊时，由于两端起、落弧 的弧坑缺陷，《规范》规定每条焊缝的计算长度比实际长度减去 2t ,因此焊缝强度会略低于母材。这种情况也需进行强度计算。
1.1－考虑到最大折算应力只在局部出现，而将强度设计值适当
提高的系数。
（3）、承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 当轴心力与弯矩、剪力共同作用时，焊缝的最大正应力应为轴 心力和弯矩引起的应力之和。
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焊接连接的计算步骤总结：
1、画出焊缝计算截面 2、计算焊缝或焊缝群的形心 3、将焊缝所受外力等效简化到形心处,求得作用在焊缝截面形心处
（1）轴心受力的对接焊缝 轴心力－外力通过焊缝或焊缝群的形心。
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N lw t
ftw or
f
w c
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
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。
对接焊缝角焊缝的构造和计算
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
角焊缝构造尺寸要求
部位 项目
构造要求
备注
上限
焊脚尺寸 hf
下限
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
和槽孔短径的 1/3
hf 1.5 t2 ；当 t2 4 时， h f t
3.5.7 典型节点（2）－－梁的拼接－－弯矩、剪力、轴力作用
弯矩 M
平板梁
工字形梁
剪力 V
3 钢结构的连接设计
弯矩 M 剪力 V 轴力 N
应力分布
应力分布
max
M
Wx
ftw ( fcw )
max
VSw I wtw
f
w v
zs
应力分 布
2 1
3
2 1
1.1 ftw
典型节点（3）－－牛腿焊接－－弯矩、剪力作用 弯矩 M 剪力 V
破坏模式
3 钢结构的连接设计
3.7.3 端缝与侧缝的比较
对接焊缝的构造和计算
3 对接焊缝的构造和计算
3 部分焊透的对接焊缝 • 计算原则：按角焊缝进行计算
图22 部分焊透的对接焊缝
1 对接焊缝的构造要求 • 其他构造要求
图16 引弧板
图17 焊透的T 形连接焊缝
图18 钢板拼接焊 缝示意
3 对接焊缝的构造和计算
2 对接焊缝的计算 • 计算原则：I、II级等强不计算，仅计算III级焊缝 （1）轴心受力的对接焊缝
N lwt ft w fcw
图19 轴心力作用下对接焊缝连接
对接焊缝的构造和计算
1 对接焊缝的构造要求 • 坡口形式：I形缝、V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形缝和双Y形缝等
图14 对接焊缝坡口形式
3 对接焊缝的构造和计算
1 对接焊缝的构造要求 • 不同宽度或厚度的钢板拼接
图15 不同宽度或厚度的钢板拼接
3 对接焊缝的构接焊缝的计算 （2）受弯受剪的对接焊缝
M Ww ft w VSw I wt f vw
图20 受弯受剪的对接连接
3 对接焊缝的构造和计算
2 对接焊缝的计算 （2）受弯受剪的对接焊缝
12 312 1.1 ft w
图21 受弯、剪的工形截面对接焊缝
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；
焊缝的结构与计算知识讲解
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：
τmax
ττ1
A.对于焊缝的σmax和τmax应满足式3-2和3-3要求；
2 1
3
2 1
1.1 ftw
(3 31)
B.对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应 力尚应满足下式要求：
考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。
11
三.角焊缝的构造与计算
1.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
焊缝的构造与计算
焊接培训教材
张明录
目录
一 对接焊缝的构造与计算 二 角焊缝的构造与计算 三 直角角焊缝连接计算 四 直角角焊缝的强度计算
一.对接焊缝的构造与计算
1.对接焊缝的构造 （1）对接焊缝的坡口形式: 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和 施工条件有关。 1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做坡 口,采用直边缝; 2)t=7~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口; 3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。 t--焊件厚度
当不满足上式时，可采用斜对
接焊缝连接如图 B。
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：
τmax
ττ1
A.对于焊缝的σmax和τmax应满足式3-2和3-3要求；
2 1
3
2 1
1.1 ftw
(3 31)
B.对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应 力尚应满足下式要求：
考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。
11
三.角焊缝的构造与计算
1.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
焊缝的构造与计算
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目录
一 对接焊缝的构造与计算 二 角焊缝的构造与计算 三 直角角焊缝连接计算 四 直角角焊缝的强度计算
一.对接焊缝的构造与计算
1.对接焊缝的构造 （1）对接焊缝的坡口形式: 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和 施工条件有关。 1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做坡 口,采用直边缝; 2)t=7~20mm时，宜采用单边V形和双边V形坡口; 3)t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。 t--焊件厚度
当不满足上式时，可采用斜对
接焊缝连接如图 B。
对接焊缝、角焊缝的构造和计算讲诉共64页
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
对接焊缝、角焊缝的构造和计算讲诉
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
对接焊缝、角焊缝的构造和计算讲诉
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
3.2对接焊缝教程
（1）板件间对接连接 因焊缝截面为矩形，M、 V共同作用下应力图为： 故其强度计算公式为：
maxM WwFra bibliotek6Ml
2 w
t
f
w t
max
VSw Iwt
3 V 2 lwt
fVw
lw
V M
t A
(3 29)
(3 30)
στ
式中：Ww—焊缝截面模量； Sw--焊缝截面面积矩； Iw--焊缝截面惯性矩。
➢ 对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构 件强度计算相同。
1、轴心力作用下的对接焊缝计算 N
N
lw
N lwt
f
w t
或f
w c
(3 28)
t
当不满足上式时，可采用斜对
A
接焊缝连接如图B。
N sin
lwt
f
t
w
或f
w c
N cos
lwt
f
w v
另:当tanθ≤1.5时,不用验算!
N
Nsinθ
第 三 章
§3.3 对接焊缝的构造与计算
一、对接焊缝的构造 1、对接焊缝的坡口形式: 对接焊缝的焊件常做坡口，坡口形式与板厚和施 工条件有关。 (1)当:t<6mm(手工焊),t<10mm(埋弧焊)时可不做 坡 (2口)t=,采7用~2直0m边m缝时; ，宜采用单边V形和双边V形坡 (口3); t>20mm时，宜采用U形、K形、X形坡口。 t--焊件厚度
2622202m622m06m20mmm
故剪此应故剪时力 此应焊为N故剪时力lsW缝：int此应焊为N的l时力sW缝：i2nt正3焊为0N的0l应sW缝：6i2nt2正1300力0的30应262为2s正213i000n力03：5应662为212s00i力n3：15236为2s9in.7：59163N9./71m939Nm.7/92mN<m/mf2tWm<2=f<t1W7ft5=WN1=7/1m57Nm5/Nm2 /mm2m2
3.2对接焊缝构造与计算
M 6M σ max = = 2 ≤ ft w Ww lw t 2. 工字形截面
验算最大正应力和剪应力
τ max
VS w 3 V = = ≤ fv w I w t 2 lw t
验算较大正应力和较大剪应力，验算折算应力： 验算较大正应力和较大剪应力，验算折算应力：
M w σ= ≤ft W w
Vw S τ = ≤f w V Iw t
对接焊缝的计算 例题6 例题6 【解】3.强度检算 正应力：
σ = σ N + σ M = 50 + 138.6 = 188.6MPa < f t W = 315MPa
剪应力：
最下缘
τ max = 155.2MPa < f VW = 315MPa
折算应力：
中性轴处
(50 + 124) 2 + 3 × 118.12 = 268.5MPa ≤ 1.1 f VW = 346.5MPa
计算要点： 正确分析受力、判断最危险点” 计算要点： “正确分析受力、判断最危险点”
应分别检算最大正应力和最大剪应力： 最大正应力 最大剪应力
σ max = σ N + σ M
VS W τ= ≤ f VW I Wt
N M = + ≤ f tW AW WW
按材料力学理论，对接焊缝某一点同时受到较大 折算应力 剪应力和正应力作用时，应检算该点的折算应力 折算应力 。 σ 1、τ 1 验算点的正应力和剪应力 2 2 W 局部应力提高系数 工字形截面对接焊缝，需验算腹板与翼缘板相交处的折算应力 1.1
§3-2 对接焊缝的构造和计算
一. 轴心受力的对接焊缝
1. 计算
在对接接头和T形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力 在对接接头和 形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力N 形接头中 的对接焊缝，其强度应按下式计算： 的对接焊缝，其强度应按下式计算：
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
焊缝的结构与计算
14
2.直角角焊缝的受力分析 （1）侧面角焊缝（侧焊缝）
15
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。
16
B.侧面角焊缝（侧焊缝）破坏形式
4
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）pC=3~4m（f）5（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。
6
（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：
σmax
τmax
τ τ1
A.对于焊缝的σmax和τmax应满足式3-2和3-3要求；
2 1
3
2 1
1.1 ftw
(3 31)
B.对于翼缘与腹板交接点焊缝（1点），其折算应 力尚应满足下式要求：
考虑最大折算应力只在局部出现的强度增大系数。
12
三.角焊缝的构造与计算
1.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
lw
2hf
t1
t2
b
5t1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。
17
（2）正面角焊缝
18
A. 应力分析
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
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
钢结构的连接—对接焊缝的构造和计算
对接焊缝的计算示例
当焊件厚度很小(手工焊6mm，埋弧焊l0mm)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b共同组成一个焊条能够运转 的施焊空闻，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。对于V形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊。
直【缝解连】接其计算长度lw＝500-2×12=476mm。焊缝正应力为：
N lwt
1100103
47612
192.6N/mm2
ftw
185N/mm2
不满足要求，改用斜对接焊缝，取截割斜度为1.5:l，即 tan 1.5
θ=56°。斜缝计算长度lw＝500/sin-2×12=579mm。故此时
1.对接焊缝受轴心力作用
N lwt
f
t
w或f
w c
式中 N轴心拉力或压力；
lw 焊缝的计算长度。施焊时，焊缝两端设置引 弧板和引出板时，等于焊缝的实际长度；无引弧板和引出板
时，每条焊缝的计算长度等于实际长度减去2t；
t在对接接头中连接件的较小厚度；在T形接头中 为腹板厚度；
f
t
w、f
w c
对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值
对接焊缝的计算示例
对接焊缝的计算示例
接焊缝的焊件为了保证焊透常需做成坡口，故又叫坡口焊 缝。对接焊缝的坡口形式有直线形(不切坡口)、半V形(单边 V形)、全V形、双V形(X形)、U形、K形等等，
坡口形式和尺寸(间隙b、钝边p和坡口角等)的选择没 有一成不变的模式，应根据板厚、施工条件(设备条件、采 用手工焊或自动焊、焊件是否能翻身、选用的焊接参数等) 具体情况而定，主要目的是为了既要保证焊透，又要尽量减 少焊缝金属和使施工方便。
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青海大学 结构设计原理
20.1.5 对接焊缝的构造和计算
要点
与构件母材强度计算方法相同，采用材料力学的计 算公式 一、二级对接焊缝不需验算。 三级焊缝质量不易保证，需进行相关验算。
青海大学 结构设计原理
1. 轴心受力的对接焊缝
N [ t ] lw t
N——轴心拉力或压力设计值；
≤1:4（计算疲劳） ≤1:4（计算疲劳）
≤4mm
≤1:4（计算疲劳）
≤1:4（计算疲劳
≤1:4（计算疲劳）
≤1:4（计算疲劳） ≤1:2.5（静力荷载） ≤4mm ≤1:2.5 （静力荷载） （c）厚差小于 4mm 时，由焊缝找坡，
计算时，焊缝厚度取较薄板厚度。 ≤1:4（计算疲劳） ≤1:4（计算疲劳）
青海大学 结构设计原理
3、对接焊缝的起弧和落弧，常因不能熔透而出现凹形的
焊口，焊口处常产生裂纹和应力集中。施焊时可采用引弧板
消除此影响；焊后将引弧板切除，并用砂轮将表面磨平。 引弧板
焊透的T形连 接焊缝
钢板拼接焊缝示意
4、在直接承受动载的结构中，为提高疲劳强度，应将对 接焊缝的表面磨平，打磨方向应与应力方向平行。
对接焊缝计算步骤
1、确定荷载； 2、进行截面应力状态分析； 3、计算截面几何特征值； 4、强度验算。不同作用情况下对接焊缝计算（矩形、I形、T形） 确定最不利位置；
习题讲解：已知钢板梁腹板厚度t=10mm，Q235钢材， 采用焊透对接焊缝（使用了引弧板）连接。钢板梁在Ⅰ-Ⅰ 截面上作用内力为弯矩M=1200kN· m，剪力V=206kN。 验算对接焊缝的强度
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。
青海大学 结构设计原理
结构设计原理
青海大学 土木工程学院 教授班级：交通2011(1、2)
青海大学 结构设计原理
20 钢结构的连接
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 2、了解对接焊缝和角焊缝的工作性能，掌握对接焊缝 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
青海大学 结构设计原理
10m
一、对接焊缝的构造要求
p
p pp pp
10mm≤t≤20mm 1、坡口形式 t≤10mm 10mm≤t ≤20mm t≤10mm 1、I形缝： 适用板厚： t≤10mm 10mm≤t≤20mm t≤10mm 10mm ≤t≤20mm b=0.5~2mm b=2~3m 2 、带钝边单边 V 形缝： t≤10mm 适用板厚： b=0.5~2mm b=2~3m b =0.5~2mm b =2~3mm b=2~3mm 10mm < t≤20mm 3、带钝边V形缝：
12 3 12 1.1[ t ]
M h0 1 Iw 2
V M
1
VS w1 I wtw
式中 ： 1、1——验算点处（腹板、翼缘交接点）的正应力和剪应力。
1.1为考虑到最大折算应力只在焊缝局部出现，而将焊缝强 度设计值适当提高的系数。
青海大学 结构设计原理
20.1.5 对接焊缝的构造和计算
p
青海大学 结构设计原理
20.1.5 对接焊缝的构造和计算
沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分p 称为钝边，钝边的作 10mm ≤t ≤20mm 10mm ≤ t 20mm 10mm ≤t≤20mm 用是防止根部烧穿。
对于没有条件清根和补焊者，要事先加垫板。 ≤10mm t≤t 10mm t≤10mm
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）
lw——焊缝计算长度，无引弧板时，焊缝计算长度取实际 长度减去2t；有引弧板时，取实际长度； t——连接件的较小厚度，对T形接头为腹板的厚度 ； [σt]——对接焊缝的抗拉容许应力
t
l
N
N
青海大学 结构设计原理
20.1.5 对接焊缝的构造和计算
当直对接焊缝不能满足承载力要求，可改用斜缝。
对接焊缝斜向受力是指作用力通过焊缝重心，并与焊缝长度方 向呈夹角，其计算公式为：
max
M [ t ] Ww
max
VS w [ ] Iwt
M——焊缝承受的弯矩； Ww—ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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：
p p
p p
p
b=0.5~2mm b=0.5~2mm b=0.5~2mm
b=2~3mm b=2~3mm b=2~3mm
b=2~3mm b=2~3mm b=2~
p p
p p
p
p
b=3~4mm
b=3~4mm b=3~4mm b=3~4mm
b=3~4mm b=3~4mm b=3
p p
p
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p
10m
p
p
p
p
p
m
b=3~4mm 6、双 Yb 形缝： =3~4mm
b=3~4mm
p
p
p
pp
p
b=2~3mm 5、带钝边双单边 b=3~4mm V形缝：
p
p
p p
m
b=0.5~2mm b=2~3mm 4、带钝边 U形缝：
p
b=2~3mm b=2~3mm b=3~4mm =2~3mm b=3~4m b bb =2~3mm b=3~4 =3~4mm 适用板厚：b =3~4mm t >20mm b=3~4mm t≥20mm b=3~4mm b=3~4mm b=3~4mm t≥20mm t≥20mm b=3~4mm
N sin [ σt ] lw t
N cos [ ] lw t
[τ]——对接焊缝抗剪容许应力，可查附表4-1。
b
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2. 受弯受剪的对接焊缝计算
焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力 图形分布分别为三角形与抛物线形，正应力和剪应力的最大值 不出现在同一位置，分别验算：