第一节连接方式和特点第二节对接焊缝的构造和计算第三节
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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
钢结构焊接、螺栓连接计算及实例
第一节 钢结构的连接方法钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成基本构件，如梁、柱、桁架等；再通过一定的安装连结装配成空间整体结构，如屋盖、厂房、钢闸门、钢桥等。
可见，连接的构造和计算是钢结构设计的重要组成部分。
好的连接应当符合安全可靠、节约钢材、构造简单和施工方便等原则。
钢结构的连接方法可分为焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种(详见附图十三)。
一、焊缝连接焊接是现代钢结构最主要的连接方法。
其优点是不削弱构件截面（不必钻孔），构造简单，节约钢材，加工方便，在一定条件下还可以采用自动化操作，生产效率高。
此外，焊缝连接的刚度较大密封性能好。
焊缝连接的缺点是焊缝附近钢材因焊接的高温作用而形成热影响区，热影响区由高温降到常温冷却速度快，会使钢材脆性加大，同时由于热影响区的不均匀收缩，易使焊件产生焊接残余应力及残余变形，甚至可能造成裂纹，导致脆性破坏。
焊接结构低温冷脆问题也比较突出。
二、铆钉连接铆接的优点是塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查和保证，可用于承受动载的重型结构。
但是，由于铆接工艺复杂、用钢量多，因此，费钢又费工。
现已很少采用。
三、螺栓连接螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种。
普通螺栓通常用Q235钢制成，而高强度螺栓则用高强度钢材制成并经热处理。
高强度螺栓因其连接紧密，耐疲劳，承受动载可靠，成本也不太高，目前在一些重要的永久性结构的安装连接中，已成为代替铆接的优良连接方法。
螺栓连接的优点是安装方便，特别适用于工地安装连接，也便于拆卸，适用于需要装拆结构和临时性连接。
其缺点是需要在板件上开孔和拼装时对孔，增加制造工作量；螺栓孔还使构件截面削弱，且被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角钢等连接件，因而比焊接连接多费钢材。
第二节 焊接方法、焊缝类型和质量级别一、钢结构中常用的焊接方法焊接方法很多，钢结构中主要采用电弧焊，薄钢板（mm t 3 ）的连接有时也可以采用电阻焊或气焊。
1．电弧焊电弧焊是利用焊条或焊丝与焊件间产生的电弧热，将金属加热并熔化的焊接方法。
对接焊缝的构造和计算
V=F=550KN, M=Fe=550×0.3=165KN· m 最大正应力为： h M 6 165 10 206 2 w 2 2 max 89 . 2 N/mm f 185N/mm t Iw 3.81 108 最大剪应力为：
max
VS x 550 103 1.04 106 2 w 2 125 . 1 N/mm f 125N/mm v 8 lxt 3.81 10 12
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.3 对接焊缝的构造和计算
5
二、对接焊缝的计算
1.对接焊缝受轴心力作用
N f t w或f cw l wt
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 cw 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.3 对接焊缝的构造和计算
3
在对接焊缝的拼接处，当板宽或板厚不同时，为使截面和缓过 渡以减小应力集中，应将板宽或板厚切成斜面，且坡口形式应 根据较薄焊件厚度确定。试验证明，只要斜度不大于1／4，则 其疲劳强度与等宽等厚的情况相差不大。故规范规定：当焊件 的宽度不同或厚度在一侧相差4mm以上时，应分别在宽度或厚 度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5的斜角，但对直接 承受动力荷载且需验算疲劳的结构，图中斜角坡度不应大于1： 4。
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.3 对接焊缝的构造和计算
13
上翼缘和腹板交接处“l”点的正应力：
1 max
剪应力：
max
VS x 550 103 1.04 106 2 w 2 125 . 1 N/mm f 125N/mm v 8 lxt 3.81 10 12
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.3 对接焊缝的构造和计算
5
二、对接焊缝的计算
1.对接焊缝受轴心力作用
N f t w或f cw l wt
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 cw 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.3 对接焊缝的构造和计算
3
在对接焊缝的拼接处，当板宽或板厚不同时，为使截面和缓过 渡以减小应力集中，应将板宽或板厚切成斜面，且坡口形式应 根据较薄焊件厚度确定。试验证明，只要斜度不大于1／4，则 其疲劳强度与等宽等厚的情况相差不大。故规范规定：当焊件 的宽度不同或厚度在一侧相差4mm以上时，应分别在宽度或厚 度方向从一侧或两侧做成坡度不大于1：2.5的斜角，但对直接 承受动力荷载且需验算疲劳的结构，图中斜角坡度不应大于1： 4。
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.3 对接焊缝的构造和计算
13
上翼缘和腹板交接处“l”点的正应力：
1 max
剪应力：
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
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
钢结构的焊接PPT课件
优点 气体保护焊的焊缝熔化区没有熔渣，焊工能够清楚 地看到焊缝成型的过程；由于保护气体是喷射的，有助 于熔滴的过渡；又由于热量集中，焊接速度快，焊件熔 深大，故所形成的焊缝强度比手工电弧焊高，塑性和抗 腐蚀性好，适用于全位置的焊接。
缺点 不适用于在风较大的地方施焊。
铆钉连接：通过铆钉穿过需连接件而将连接件连接的办法。
第一节 钢结构的连接方法
连接的作用：将板材或型钢组合成构件，再将构件组合 成整体结构，以保证其共同工作。 连接的影响：方式、质量直接影响钢结构的工作性能。 连接的要求：必须安全可靠、传力明确、构造简单、制 造方便和节约钢材。 连接方法：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。
焊接连接:在被连接金属件之间的缝隙区域，通过高温使 被连接金属与填充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接 的工艺过程称为焊接连接,填充金属带称为焊缝。
缺点：传力线通过时产生弯折， 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，应力分布不均 匀性越显著。
角焊缝的构造要求
最大焊脚尺寸hf 避免焊区过热、焊缝收缩时产生较大的残余应力和残余
变形，热影响区扩大，产生热脆，较薄焊件烧穿，除钢
管结构外 ，焊脚尺寸hf应该满足：
h f 1.2t1
焊缝形 1式、按焊缝与受力方向的相对位置
正对接焊缝
斜对接焊缝
按
正对接焊缝：焊缝垂直于力线
受 对接焊缝
力
斜对接焊缝：焊缝倾斜于力线
方
向
划 分
正面角焊缝：焊缝垂直于力线
角焊缝 侧面角焊缝：焊缝平行于力线
斜角焊缝: 焊缝倾斜于力线
2、按施焊的位置 平焊、横焊、立焊及仰焊。 平焊(又称俯焊)施焊方便。 立焊和横焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。 仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽 量避免采用仰焊。
缺点 不适用于在风较大的地方施焊。
铆钉连接：通过铆钉穿过需连接件而将连接件连接的办法。
第一节 钢结构的连接方法
连接的作用：将板材或型钢组合成构件，再将构件组合 成整体结构，以保证其共同工作。 连接的影响：方式、质量直接影响钢结构的工作性能。 连接的要求：必须安全可靠、传力明确、构造简单、制 造方便和节约钢材。 连接方法：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种。
焊接连接:在被连接金属件之间的缝隙区域，通过高温使 被连接金属与填充金属熔融结合，冷却后形成牢固连接 的工艺过程称为焊接连接,填充金属带称为焊缝。
缺点：传力线通过时产生弯折， 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，应力分布不均 匀性越显著。
角焊缝的构造要求
最大焊脚尺寸hf 避免焊区过热、焊缝收缩时产生较大的残余应力和残余
变形，热影响区扩大，产生热脆，较薄焊件烧穿，除钢
管结构外 ，焊脚尺寸hf应该满足：
h f 1.2t1
焊缝形 1式、按焊缝与受力方向的相对位置
正对接焊缝
斜对接焊缝
按
正对接焊缝：焊缝垂直于力线
受 对接焊缝
力
斜对接焊缝：焊缝倾斜于力线
方
向
划 分
正面角焊缝：焊缝垂直于力线
角焊缝 侧面角焊缝：焊缝平行于力线
斜角焊缝: 焊缝倾斜于力线
2、按施焊的位置 平焊、横焊、立焊及仰焊。 平焊(又称俯焊)施焊方便。 立焊和横焊要求焊工的操作水平比平焊高一些。 仰焊的操作条件最差，焊缝质量不易保证，因此应尽 量避免采用仰焊。
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
对接焊缝的构造和计算
时， 。
4
第5页/共13页
2. 对接焊缝承受弯矩和剪力的共同作用
（a）所示是对接接头受到弯矩和剪力的共同作用，由于焊缝 截面是矩形，正应力与剪应力图形分别为三角形与抛物线形， 其最大值应分别满足下列强度条件：
M Ww
f
t
w或f
w c
VS w I wt
f
w v
(b)所示是工字形截面粱的对接焊缝接头，除应分别按上式验
算最大正应力和剪应力外，对于同时受有较大正应力和较大
剪应力的腹板与翼缘交接点处，还应按下式验算折算应力：
2 1
3
2 1
1.1 ftw
5
第6页/共13页
(a)矩形截面；(b)工字形截面 3.承受轴心力、弯矩和剪力共同作用的对接焊缝
当轴心力ห้องสมุดไป่ตู้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，剪应力、折算应力仍按上式验算
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 tθa=n56°。1.5 斜缝计算长度lw＝500/sin-2×12=579mm。故此时焊缝正应 力为：
7
第8页/共13页
8
N sin
lwt
1100103 sin 56 57912
131.3N/mm2
9
第10页/共13页
Ix
1 12
260 (380
2 16)3
1 12
(260
12) 380 3
3.81108 mm 4
Sx 2601619819012190/2 1.04106 mm3
Sx1 26016198 8.24105 mm3
钢结构设计原理电子教案
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第三章钢结构的连接第一节第二节第三节第四节第五节第六节第七节第八节第九节钢结构的连接方法焊接方法和焊缝连接形式角焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算焊接应力和焊接变形螺栓连接的构造普通螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能和计算混合连接第一节钢结构的连接方法在传力过程中，连接部位应有足够的强度, 在传力过程中，连接部位应有足够的强度,被连接件间应保持正确的位置，以满足传力和使用要求。
应保持正确的位置，以满足传力和使用要求。
钢结构的连接方法：钢结构的连接方法：通常有焊缝连接铆钉连接和螺栓连接三种方式焊缝连接、三种方式。
通常有焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接三种方式。
(a)(b)(c)连接方法 (a)焊缝连接 (b) 铆钉连接(c)螺栓连接第一节钢结构的连接方法1、焊缝连接的特点优点：优点： ? 对几何形体适应性强，构造简单，连接方便，省工省时；对几何形体适应性强，构造简单，连接方便，省工省时； ? 不需打孔，用料经济，不削弱截面，省材省工；不需打孔，用料经济，不削弱截面，省材省工； ? 加工方便，可实现自动化操作，加工方便，可实现自动化操作，工效高； ? 密闭性好，结构刚度大，整体性较好。
密闭性好，结构刚度大，整体性较好。
缺点：缺点： ? 焊接附近有热影响区，材质变脆；焊接附近有热影响区，材质变脆； ? 焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，对裂纹比较敏感；焊接的残余应力使结构易发生脆性破坏，对裂纹比较敏感；残余变形使结构形状、尺寸发生变化；残余变形使结构形状、尺寸发生变化； ? 焊接裂缝一经发生，便容易扩展，低温冷脆问题突出；焊接裂缝一经发生，便容易扩展，低温冷脆问题突出；对动力荷载比较敏感。
动力荷载比较敏感。
? 对材质要求高，焊接程序严格，对材质要求高，焊接程序严格，质量检验工作量大。
3.3 对接焊缝的构造和计算
S x = 260 × 16 × 198 + 190 × 12 × 190/2 = 1.04 × 10 6 mm 3 S x1 = 260 × 16 × 198 = 8.24 × 10 5 mm 3 V=F=550KN, M=Fe=550×0.3=165KN·m M=Fe=550× 最大正应力为： h M 165 × 10 6 × 206 σ max = 2 = = 89.2 N/mm 2 < f t w = 185N/mm 2 Iw 3.81 × 10 8 最大剪应力为：
σ 1 = σ max •
剪应力：
190 = 82.3 N / mm 2 206
VS x1 550 × 10 3 × 8.24 × 10 5 τ1 = = = 99.1N/mm 2 < f vw = 125N/mm 2 lxt 3.81 × 10 8 × 12 由于“1”点同时受有较大的正应力和剪应力，故应验算 由于“1”点同时受有较大的正应力和剪应力，故应验算 折算应力：
钢结构/ 钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.3 对接焊缝的构造和计算
1
3.3 对接焊接的构造和计算 一、对接焊缝的构造要求
对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 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，如下图所示， 、全V形、双V (X形 形、K 其中图(a)、(b)、(c)、(e)均可考虑在下面加垫板(g)。坡口形 其中图(a)、(b)、(c)、(e)均可考虑在下面加垫板(g)。坡口形 式和尺寸(间隙b、钝边p和坡口角α 式和尺寸(间隙b、钝边p和坡口角α等)的选择没有一成不变的 模式，应根据板厚、施工条件( 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) 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。
焊缝的结构与计算
6
（4）当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时， 应做坡度不大于1:2.5(静载)或1:4(动载)的斜 角，以平缓过度，减小应力集中。
7
二.对接焊缝的计算
A.动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受
力方向的连接焊缝；
N
N
t
B.对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视 为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；
σ
2
┻
3(τ
2
┻
τ∥2
)
f
w u
(3 1)
σ┻
式中：fuw--焊缝金属的抗拉强度 τ∥
τ┻
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：
σ┻2 3(τ┻2
τ∥2 )
f
w u
3
f
w f
(3 2)
28
4.直角角焊缝的强度计算公式：
f
Ny he l w
26
五.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45o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∥
τ┻
d
hf
e
h---焊缝厚度、h1—熔深 h2—凸度、d—焊趾、e—焊根
27
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， 且破坏时各应力分量满足以下折算应力公式:
e
θ N
Nx
lw 2
lw
M
2
A
Ny
het he
σNx σM τNy
f ,A
N x 6M
l w he
（4）当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时， 应做坡度不大于1:2.5(静载)或1:4(动载)的斜 角，以平缓过度，减小应力集中。
7
二.对接焊缝的计算
A.动荷载作用下部分焊透的对接焊缝不宜用做垂直受
力方向的连接焊缝；
N
N
t
B.对于静载作用下的一级和二级对接焊缝其强度可视 为与母材相同，不与计算。三级焊缝需进行计算；
σ
2
┻
3(τ
2
┻
τ∥2
)
f
w u
(3 1)
σ┻
式中：fuw--焊缝金属的抗拉强度 τ∥
τ┻
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：
σ┻2 3(τ┻2
τ∥2 )
f
w u
3
f
w f
(3 2)
28
4.直角角焊缝的强度计算公式：
f
Ny he l w
26
五.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45o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∥
τ┻
d
hf
e
h---焊缝厚度、h1—熔深 h2—凸度、d—焊趾、e—焊根
27
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， 且破坏时各应力分量满足以下折算应力公式:
e
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Nx
lw 2
lw
M
2
A
Ny
het he
σNx σM τNy
f ,A
N x 6M
l w he
钢结构设计手册
第一节 钢结构的连接方法
• 螺孔：A、B级需要钻模钻成（Ⅰ类孔），孔径比螺杆大 0.3mm左右；C级为一次冲成或不用钻模钻成（Ⅱ类孔） 孔径比螺杆大1.5～3.0mm。 • 受力：A、B级受力性能好，连接变形小，可以既受拉又 受剪，用于重要的连接；C级螺栓连接性能不如A、B级 好，主要受拉，用于承受静力荷载或间接承受动力荷载 的次要连接。 • 费用： A、B级成本昂贵，C级螺栓价格便宜，能用C级 螺栓的地方不用A、B级螺栓。 （2）高强螺栓连接 • 高强螺栓用高强度钢材制成，对结构削弱少，可拆换， 摩擦面处理，安装工艺略为复杂，造价略高 。分为摩擦 型高强螺栓和承压型高强螺栓。 • 摩擦型高强螺栓：只依靠构件接触面之间的摩擦力来传 递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。
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
•对接焊缝按受力与焊缝方向分： a）对接正焊缝：作用力方向与焊缝方向正交 b）对接斜焊缝：作用力方向与焊缝方向斜交 •角焊缝按受力与焊缝方向分： a）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 b）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行 c)斜角焊缝（斜缝）
第一节 钢结构的连接方法
2、铆钉连接的特点 • 塑性和韧性较好； • 连接紧密，传力可靠，质量易于检查； • 用于直接承受动力荷载和跨度较大的结构中（如桥梁） • 缺点：构造复杂，费工费料。很少使用。 3、螺栓连接的特点 分普通螺栓连接和高强螺栓连接 （1）普通螺栓连接 • A、B、C三级：A和B为精制螺栓，C级为粗制螺栓； • 材料等级： A和B为8.8级，C级为4.6级或4.8； 等级表示：如4.6级指螺栓成品的最低抗拉强度为400 N/mm2,屈强比为0.6的螺栓。 • 加工：A、B级由毛坯在车床上精确加工而成——精制； C级为由未经加工的圆钢压制而成——粗制；
ch3 钢结构的连接
轻型钢结构（冷弯 薄壁钢结构）
2
第一节 钢结构的连接方法和特点
焊接
3
4
第一节 钢结构的连接方法和特点
• 铆钉连接
• 螺栓连接
– 普通螺栓连接
– 精制（A、B级） – 粗制（C级）
N
– 高强螺栓连接
• 摩擦型
• 承压型
5
6
7
第一节 钢结构的连接方法和特点
连接方法
优点
缺点
焊接
对几何形体适应性强，构造简单，对材质要求高，焊接程序 省材省工，易于自动化，工效高 严格，质量检验工作量大
lw 60hf
45
三、角焊缝的计算
直角角焊缝
A e lw h e, h e2/2 h f 0 .7 h f
hf hf
hf
hf 普通式
1.5hf 平坡式
直角角焊缝的截面
hf 凹面式
46
三、角焊缝的计算
斜角角焊缝
当600 1350时,
he hf cos 2
47
35
例3.1 轴心受拉钢板的对接焊缝连接 条件：图示钢板L=500mm,t=12mm,轴心
力设计值N=1100kN,钢材Q235-B,手工 焊，焊条E43型，三级焊缝，分别验算焊缝 强度。（1）施工采用引弧板；（2）施工 不采用引弧板；（3）无垫板的单面施焊、 施工采用引弧板。
36
例3.2（P44 例3.1）图示牛腿与钢柱的对接 焊缝连接F=500kN,t=12mm,偏心距 e=300mm,钢材Q235-B,手工焊，焊条 E43型，三级焊缝，施工采用引弧板,验算 焊缝强度。
一钢结构常用焊接方法
电弧焊、气体保护焊、电阻焊、电渣焊
2
第一节 钢结构的连接方法和特点
焊接
3
4
第一节 钢结构的连接方法和特点
• 铆钉连接
• 螺栓连接
– 普通螺栓连接
– 精制（A、B级） – 粗制（C级）
N
– 高强螺栓连接
• 摩擦型
• 承压型
5
6
7
第一节 钢结构的连接方法和特点
连接方法
优点
缺点
焊接
对几何形体适应性强，构造简单，对材质要求高，焊接程序 省材省工，易于自动化，工效高 严格，质量检验工作量大
lw 60hf
45
三、角焊缝的计算
直角角焊缝
A e lw h e, h e2/2 h f 0 .7 h f
hf hf
hf
hf 普通式
1.5hf 平坡式
直角角焊缝的截面
hf 凹面式
46
三、角焊缝的计算
斜角角焊缝
当600 1350时,
he hf cos 2
47
35
例3.1 轴心受拉钢板的对接焊缝连接 条件：图示钢板L=500mm,t=12mm,轴心
力设计值N=1100kN,钢材Q235-B,手工 焊，焊条E43型，三级焊缝，分别验算焊缝 强度。（1）施工采用引弧板；（2）施工 不采用引弧板；（3）无垫板的单面施焊、 施工采用引弧板。
36
例3.2（P44 例3.1）图示牛腿与钢柱的对接 焊缝连接F=500kN,t=12mm,偏心距 e=300mm,钢材Q235-B,手工焊，焊条 E43型，三级焊缝，施工采用引弧板,验算 焊缝强度。
一钢结构常用焊接方法
电弧焊、气体保护焊、电阻焊、电渣焊
焊缝的结构与计算PPT课件
lw 60h f
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。
22
第22页/共48页
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：
lw2
由力及力矩平衡得:
N1
k1 N
N3 2
N2
k2 N
N3 2
(3 20x) (3 21)
余下的问题同情况‘A’:
第37页/共48页
e1
N
e2 b
x
37
对于校核问题:
f
N1 l w1he1
f
w f
f
N2 l w2 he2
f
w f
lw1
(3 14)N1
N3
(3 15N) 2 lw2
lw 8hf 且不得小于40mm
23
第23页/共48页
5. 搭接连接的构造要求
当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：
A.为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力
不均，规范规定：
lw
lw b
b
B.为了避免焊缝横向收缩时
引起板件的供曲太大，规范
规定：
b 16t（1 t1 12mm）
t1
t2
或190mm（t1 12mm） 24 第24页/共48页
f
w f
h f 3
f
N3
f
w f
lw3
(3 24)
第39页/共48页
e1
N
e2 b
x
39
2.N、M、V共同作用下 （1）偏心轴力作用下角焊缝强度计算：
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。
22
第22页/共48页
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：
lw2
由力及力矩平衡得:
N1
k1 N
N3 2
N2
k2 N
N3 2
(3 20x) (3 21)
余下的问题同情况‘A’:
第37页/共48页
e1
N
e2 b
x
37
对于校核问题:
f
N1 l w1he1
f
w f
f
N2 l w2 he2
f
w f
lw1
(3 14)N1
N3
(3 15N) 2 lw2
lw 8hf 且不得小于40mm
23
第23页/共48页
5. 搭接连接的构造要求
当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：
A.为了避免应力传递的过分弯折而使构件中应力
不均，规范规定：
lw
lw b
b
B.为了避免焊缝横向收缩时
引起板件的供曲太大，规范
规定：
b 16t（1 t1 12mm）
t1
t2
或190mm（t1 12mm） 24 第24页/共48页
f
w f
h f 3
f
N3
f
w f
lw3
(3 24)
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e1
N
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x
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2.N、M、V共同作用下 （1）偏心轴力作用下角焊缝强度计算：
焊缝螺栓连接计算ppt课件
构造简单，省材省工；（3）易于 残余应力和残余变形；（3）缺
自动化，工效高；（4）密封性好， 陷、裂纹，易产生应力集中；
刚度和整体性好
铆接
传力可靠，韧性和塑性好，质量 构造复杂、费钢费工
易于检查，抗动力荷载好
普通螺栓 装卸便利，设备简单
连接
螺栓精度低时不宜受剪；螺栓精 度高时加工和安装难度较大
高 强 度 螺 能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、 摩擦面处理，安装工艺略为复
➢仅有一垂直于焊缝长度方向的轴心力时
fN /(h e lw )fffw
➢同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力时
/ f 2 2
w
ff
精f品课件 f
28
注意环节：
1、计算长度：考虑起弧和落弧由实际长度减去2hf； 2、一般只考虑一个垂直于焊缝长度方向的力；
N /(h e lw 3)、ff强fw 度设计增大系数：
g）加垫板的I形缝 h）加垫板的带钝边单边V形缝 i）加垫板的V形缝
精品课件
17
2）引弧板的设置： 消除焊口引起的应力集中现象； 3）厚度或者宽度不同时：一定坡度使截面平缓过渡；
精品课件
18
二、角焊缝
（一） 特点：无需坡口，构造较对接焊缝简单 （二）按受力与焊缝方向分：
1）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 2）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行
平接（对接）
搭接
T形连接 角部连接
精品课件
9
三、焊接位置
根据所持焊条与焊缝的相对位置： a）俯焊（平焊）、b)立焊、c)横焊、d）仰焊；
其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好； 仰焊最难操作、质量不易保证；
精品课件
10
自动化，工效高；（4）密封性好， 陷、裂纹，易产生应力集中；
刚度和整体性好
铆接
传力可靠，韧性和塑性好，质量 构造复杂、费钢费工
易于检查，抗动力荷载好
普通螺栓 装卸便利，设备简单
连接
螺栓精度低时不宜受剪；螺栓精 度高时加工和安装难度较大
高 强 度 螺 能承受动力荷载，耐疲劳，塑性、 摩擦面处理，安装工艺略为复
➢仅有一垂直于焊缝长度方向的轴心力时
fN /(h e lw )fffw
➢同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力时
/ f 2 2
w
ff
精f品课件 f
28
注意环节：
1、计算长度：考虑起弧和落弧由实际长度减去2hf； 2、一般只考虑一个垂直于焊缝长度方向的力；
N /(h e lw 3)、ff强fw 度设计增大系数：
g）加垫板的I形缝 h）加垫板的带钝边单边V形缝 i）加垫板的V形缝
精品课件
17
2）引弧板的设置： 消除焊口引起的应力集中现象； 3）厚度或者宽度不同时：一定坡度使截面平缓过渡；
精品课件
18
二、角焊缝
（一） 特点：无需坡口，构造较对接焊缝简单 （二）按受力与焊缝方向分：
1）端缝：作用力方向与焊缝长度方向垂直 2）侧缝：作用力方向与焊缝长度方向平行
平接（对接）
搭接
T形连接 角部连接
精品课件
9
三、焊接位置
根据所持焊条与焊缝的相对位置： a）俯焊（平焊）、b)立焊、c)横焊、d）仰焊；
其中以俯焊施工位置最好，所以焊缝质量也最好； 仰焊最难操作、质量不易保证；
精品课件
10
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//
3 f w 1.22 f w
3
2 //
3 2
3fw fw
//
第3节 角焊缝的构造和计算 参阅§8.4.2, P198-199
三、单个角焊缝强度的实用公式
焊缝破坏面上的计算应力
铆钉 定位、制孔：冲孔、钻孔
紧固件安装
特点
工地连接方便（设备和熟练工依赖性小） 连接接头抗疲劳性能好 较易阻断裂纹扩展 便于结构重复使用（拆、移） 工序多、耗材高 加工制作精度依赖性强 对母材截面造成缺损
第1节 连接方式和特点 参阅§8.1, P184-185
六、紧固件连接的工艺和特点（3）
自攻螺钉 射钉 新型铆钉
钢结构连接
Connection
第一节 连接方式和特点 第二节 对接焊缝的构造和计算 第三节 角焊缝的构造和计算 第四节 普通螺栓的构造和计算 第五节 高强度螺栓的构造和计算
第1节 连接方式和特点 参阅§8.1, P184-185
一、连接基本方式
1.焊接连接 使金属高温融化后形成整体 （冶金式） 采用焊接材料：电焊接、气焊、电渣焊
1:2.5
1:2.5
第2节 对接焊缝的构造和计算 参阅§8.3.3, P190-192
二、计算方法
焊缝截面 ：板厚焊缝计算长度
1 采用引弧板时，采用实际焊缝长度 2 未采用引弧板时，计算焊缝长度=焊缝长度—2t
焊缝强度设计值 (根据设计规范确定)
焊缝质量等级为一、二级：按母材强度设计值确定(等强) 焊缝质量等级为三级：适当降低焊缝强度设计值 焊缝质量等级与检查方法有关
p.190 式（8-2，8-3）
承受弯矩和剪力的“牛腿”的对接焊缝 p.191图8-18
注意：复杂应力→折算应力
承受弯矩、剪力和轴力的对接拼缝
p.190式（8-8~8.10）
第3节 角焊缝的构造和计算 参阅§8.4.1, P195-196
ห้องสมุดไป่ตู้一、构造与焊缝表示
直角焊缝 普通直角焊缝
平坡焊缝 深熔焊缝
hf
hf
hf
焊脚尺寸 hf
hf
斜角焊缝
单边坡口不焊透焊缝
hf
端缝 焊缝长度垂直力线 侧缝 焊缝长度平行力线
绕焊
断续焊
hf hf
第3节 角焊缝的构造和计算 参阅§8.4.1, P195-196
一、构造与焊缝表示（续）
焊脚尺寸 hf 与焊缝长度 L (p.195)
8-120
最小焊脚尺寸：防止收缩开裂
最大焊脚尺寸：防止薄板烧穿
有效截面=角焊缝破坏面（最小截面） 有效截面高度：普通直角焊缝 he=0.7hf
破坏面应力分析和强度试验公式
he
hf
2
3(
2
2 //
)
3f w
端缝强度大、刚性高，破坏时变形小；
2 3 2 0.5 2 1.5 2 2
侧缝应力沿长度分布不均匀，变形能力大 破坏时平均计算应力约为端缝的0.8倍，
不采用焊接材料：电阻焊
2.紧固件连接 螺栓：普通螺栓
（机械式）
高强度螺栓
铆钉
3.其他
胶水？
（化学式）
二、焊接工艺
第1节 连接方式和特点 参阅§8.2.1, P185-186
电弧焊接
利用通电后焊接材料（焊条或焊丝）和焊件 之间产生电弧，熔化焊接材料形成焊缝
手工电弧焊 自动（半自动）埋弧焊 二氧化碳气体保护焊
第1节 连接方式和特点 参阅§8.2.2, P186-188
四、焊缝连接形式
焊件相对位置 平接
搭接
顶接
基本焊缝形式 对接焊缝
角焊缝 组合形式
施焊位置
俯焊
横焊 立焊 仰焊
第1节 连接方式和特点 参阅§8.5.2, P210-214
五、焊接连接的特点
工厂焊接时工作效率高，节省材料
例：工字形截面铆钉连接（螺栓）连接
用于薄壁构件（压型钢板屋面板、墙板与梁、柱）的连接 可采用射枪、铆枪等专用工具安装
射 钉 枪
第2节 对接焊缝的构造和计算 参阅§8.3.1, P188-189
一、构造与焊缝表示
垫板、清根与补焊
(与母材等强)
坡口及标注
(p.189图8-12)
引弧板与引出板 （本版教材统称引弧板）
变厚度、变宽度的过渡
一般计算步骤
1 确定计算截面上的内力（荷载效应） 注意点：防止内力漏项
2 计算焊缝截面特性 A, W, S, I等 3 应力计算 4 强度校核
第2节 对接焊缝的构造和计算 参阅§8.3.3, P190-192
三、典型问题
承受轴心受力的钢板的对接焊缝 p.190式（8-1）
承受轴心受力的钢板的斜向对接焊缝
最小长度： 防止缺陷集中
8
最大长度： 防止应力不均匀
两条侧缝最大间距规定：传力均匀性
8
角焊缝标注
8
单面焊接与双面焊接：焊脚与长度
围焊（L，三边，四边等）
工地焊接
8
第3节 角焊缝的构造和计算 参阅§8.4.2, P197-198
二、角焊缝受力特点（1）
端焊缝应力分布
端焊缝应力状态远比对接焊缝复杂 正、剪应力都有，且分布很不均匀 根部应力集中程度最高 焊缝破坏强度高，但塑性差
电渣焊 气焊 电阻焊
利用电流通过熔渣所产生的电阻热熔化填充 金属和母材，凝固后形成连接
利用乙炔在氧气中燃烧形成的火焰融化焊条 形成焊缝
利用电流通过待连接焊件的表面产生的热量 融化金属、通过压力使之熔合
第1节 连接方式和特点 参阅§8.2.1, P186
三、焊接材料与母材的配合
焊材与母材（焊件）等强或与低强度母材（焊件）等强
设计灵活 例：杆件任意方向的连接 密闭性好，整体性强，刚度大 有焊接变形 ，避免与校正 有焊接残余应力，影响刚度、稳定和疲劳强度 焊缝缺陷 焊接热影响区材料变脆 整体性使得裂纹易于在相连材料间扩展 对焊工技能水平依赖程度大
第1节 连接方式和特点 参阅§8.1, P184-185
六、紧固件连接的工艺和特点（1）
螺栓 特点
定位、制孔：冲孔、钻孔 （摩擦面处理） 紧固件安装
工地连接方便（设备和熟练工依赖性小） 连接接头抗疲劳性能好 较易阻断裂纹扩展 便于结构重复使用（拆、移） 工序多、耗材高 加工制作精度依赖性强 对母材截面造成缺损
第1节 连接方式和特点 参阅§8.1, P184-185
六、紧固件连接的工艺和特点（2）
第3节 角焊缝的构造和计算 参阅§8.4.2, P197-198
二、角焊缝受力特点（2）
侧缝应力分布
主要受剪应力 分布不均，两头大中间小 剪断面常发生在45°斜平面上 强度较低，塑性较好
第3节 角焊缝的构造和计算 参阅§8.4.2, P198-199
二、角焊缝受力特点 (3)
破坏面假定和应力分布假定