钢结构角焊缝强度计算与匹配分析
建筑钢结构工程技术 角焊缝设计计算公式
1 角焊缝的应力分析和破坏形式
正面角焊缝 正面角焊缝刚度
大，破坏时变形小， 强度比侧缝高，但 塑性变形能力比侧 缝差，常呈脆性破 坏。
2 角焊缝的强度和基本计算公式
由于角焊缝的应力分布复杂，且正面焊缝与侧面焊缝工作差别很大，要 精确计算很困难。实际计算采用简化的方法，假定角焊缝的破坏截面均 在最小截面，面积为角焊缝的计算厚度与焊缝计算长度的乘积，此截面 称为角焊缝的计算截面。假定截面上的应力沿焊缝计算长度均匀分布。 同时不论正面焊缝还是侧面焊缝，均按破坏时计算截面上的平均应力来 确定其强度，并采用统一的强度设计值。
2 角焊缝的强度和基本计算公式
(
f
f
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ห้องสมุดไป่ตู้
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建筑钢结构工程技术 角焊缝设 计计算公式
角焊缝
角焊缝按其长度方向和外力作用方向的关系可分为与力作用方 向平行的侧面角焊缝，与力作用方向垂直的正面角焊缝（端焊 缝）和与力作用方向成斜角的斜向角焊缝。
01 角焊缝的应力分析和破坏形式 02 角焊缝的强度和基本计算公式
1 角焊缝的应力分析和破坏形式
侧面角焊缝 侧缝的工作主要是受剪，计算时可
钢结构角焊缝
焊缝总长：
N≤ffwhelw
角钢肢背焊缝长：
k1N≤ffwhelw1
角钢肢尖焊缝长：
k2N≤ffwhelw2
(a) ×k1
k1N≤ffwhek1lw
(b)(a) ×k2
k2N≤ffwhe k2 lw
比较式(b)和(a)，得
（a） （b） （c） （a）
(a)
lw1 =k1lw 比较式(c)和(a)，得
焊缝强度验算公式。外力不一定是带斜角旳N，能 够是弯矩、剪力、轴力共同作用。
其中∥、 旳意义为：
（4）角焊缝受弯矩、剪力、轴心力共同作用 角焊缝受M、V、N共同作用（图3－16）。
a)
1
V
形心 o M N
b)
N f
M f
1
f ll
有效截面
f
N f
M f
图3－16 焊缝受M、V、N作用
剪力V与焊缝轴线平行，构成侧焊缝受轴力作用旳
能好、静力和疲劳强度 高、省材料。工艺较复
图3－10
杂、加工费时。
b)
盖板
力线
d)
f) K形焊缝
焊接接头旳型式
双层盖板对接特点：允许下料尺寸有较大偏差， 制造省工。缺陷是费钢费焊条，传力经过盖板应力集 中严重，因而静力和疲劳强度较低。
b)
盖板
力线
搭接连接旳特点和加盖板旳对接连接相同。
c)
d)
T型连接旳基本形式如e图，由双面焊缝构成。
（4）角焊缝截面型式
按两焊脚边旳夹角分
角焊缝
｛直角焊缝（图3－8a、b、c）
角焊缝 斜角焊缝（图3－8d、e、f、g）
a)
b)
c)
d)
角焊缝强度设计值
角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值是指在一定条件下，角焊缝所能承受的最大应力值。
在工程设计中，为了保证结构的安全性和可靠性，需要对角焊缝强度进行设计计算。
一、角焊缝的基本概念角焊缝是指两个钢材或钢板通过相互交错、垂直或倾斜连接而形成的焊缝。
它是钢结构中常用的连接方式之一，广泛应用于桥梁、厂房、塔架等工程领域。
二、角焊缝强度设计值的计算方法1. 强度计算公式根据国家标准《钢结构设计规范》(GB 50017-2017)，角焊缝强度设计值可按以下公式计算：$$ \frac{F}{\gamma_w} = \frac{0.7\times f_{ex}}{\sqrt{3}}\timesA_w $$其中，$F$为角焊缝承载力；$\gamma_w$为安全系数；$f_{ex}$为外拉抗力；$A_w$为有效截面积。
2. 计算步骤（1）确定截面类型和尺寸：根据实际情况确定截面类型和尺寸，并计算出有效截面积。
（2）计算外拉抗力：根据角焊缝所受载荷，结合截面类型和尺寸，计算出角焊缝的外拉抗力。
（3）计算强度设计值：根据公式，将外拉抗力代入公式中，计算出角焊缝的强度设计值。
三、影响角焊缝强度设计值的因素1. 材料强度：钢材或钢板的强度是影响角焊缝强度设计值的重要因素之一。
一般来说，材料强度越高，角焊缝的承载能力也越大。
2. 焊接工艺：不同的焊接工艺会对角焊缝产生不同程度的影响。
优良的焊接工艺可以提高角焊缝的质量和承载能力。
3. 角度大小：角度大小是指两个钢材或钢板交错连接时形成的夹角大小。
夹角越大，角焊缝承载能力越大。
4. 焊接长度：一般来说，相同尺寸下，较长的角焊缝比较短的有更高的承载能力。
5. 截面类型和尺寸：截面类型和尺寸对角焊缝的强度设计值也有一定的影响。
不同截面类型和尺寸下，角焊缝的承载能力也不同。
四、常见问题及解决方法1. 角焊缝强度设计值不足怎么办？若角焊缝强度设计值不足，则需要采取以下措施：（1）增加角焊缝的长度和宽度；（2）改变截面类型和尺寸；（3）增加材料强度；（4）优化焊接工艺，提高角焊缝质量。
角焊缝强度设计值
角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值是指在工程施工中，对角焊缝的强度进行设计和计算的数值。
角焊缝是指两块金属板或构件在一定角度下进行焊接所形成的焊缝。
角焊缝的强度设计值的确定对于工程的安全性和稳定性至关重要。
本文将从角焊缝的强度设计原理、计算方法以及相关因素等方面进行阐述。
角焊缝强度设计值的计算是基于焊缝的几何形状和材料特性进行的。
首先，需要确定焊缝的有效截面面积，即焊缝的有效宽度和厚度。
然后，根据焊缝所处的应力状态，选择相应的强度设计公式进行计算。
最后，根据焊缝所处的工作环境和工况，考虑相关因素对强度设计值进行修正。
角焊缝的几何形状是影响强度设计值的主要因素之一。
一般情况下，焊缝的有效宽度越大，强度设计值越高。
然而，焊缝的宽度过大也会增加焊接过程中的热应力和变形，降低焊缝的强度。
因此，在设计中需要合理确定焊缝的宽度。
焊缝的有效厚度也会影响强度设计值。
一般来说，焊缝的厚度越大，强度设计值越高。
但是，过大的焊缝厚度会导致焊接过程中的热应力集中，容易引起裂纹和变形，降低焊缝的强度。
因此，在设计中需要合理确定焊缝的厚度。
除了几何形状，焊缝的材料特性也是影响强度设计值的重要因素。
焊缝的材料特性包括焊材的强度、韧性、硬度等。
焊材的强度越高，焊缝的强度设计值越高；焊材的韧性越好，焊缝的抗裂纹能力越强。
此外，焊缝的材料特性还与焊接工艺和焊接条件等因素有关。
在角焊缝的强度设计中，还需要考虑相关因素对强度设计值的修正。
这些因素包括焊接过程中的应力集中、焊接接头的几何形状、焊接接头的质量等。
这些因素会影响焊缝的强度和疲劳寿命，需要在设计中进行合理的修正。
角焊缝强度设计值的确定是一个复杂的工程问题，需要考虑多个因素的综合影响。
准确的角焊缝强度设计值可以确保工程施工的安全性和稳定性。
因此，在设计中需要充分考虑焊缝的几何形状、材料特性以及相关因素，并根据实际情况进行合理的计算和修正。
只有这样，才能保证角焊缝的强度设计值达到预期要求，确保工程的质量和安全。
钢结构 角焊缝
2）剩余的N-N1由侧面角焊缝 承担：
N N1 f ffw he lw2
N N1 f f w he lw2
3.受轴心力作用的角钢连接 （1）、当用侧面角焊缝连接时:两面侧焊 肢背 N1=e2 N /（e1+e2）=K1 N 肢尖 N2=e1 N /（e1+e2）=K2 N
1.角焊缝构造要求
1、焊脚尺寸hf
最小焊脚尺寸：对手工焊， hf 应不小于 1.5 tmax ， tmax为较厚焊件的厚度；对自动焊，可减小1mm； 最大焊脚尺寸：不大于较薄焊件厚度的1.2倍。
板件边缘的焊缝，当 t ≤6mm 时， hf ≤t ；当 t>6mm时， hf ＝ t －(1～2)mm。
2、焊缝长度
lw
太短：使焊缝起弧点和落弧点太近，
焊缝端部易坍塌； 不宜小于8hf或40 mm 太长：侧面角焊缝沿长度方向应力分布不均，两端大中 间小，过长则可能使两端先破坏；
不宜大于60hf
3、其他构造要求：P42-43
2. 角焊缝计算的基本公式为
2 2 2 2 ( fx fy fx fy ) fz ff w 3
仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时
f N /(he lw ) ffw
仅有一垂直于焊缝长度方向的轴心力时
f N /(he lw ) f ff w
同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力时
f / f f2 ffw
2
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 /(he lw ) f ff w 3、 强度设计增大系数：
角焊缝抗剪强度设计值
角焊缝抗剪强度设计值角焊缝抗剪强度是钢结构中常见的一种受力状态。
在设计和施工过程中，为了确保角焊缝的质量和承载能力，需要进行抗剪强度的设计。
下面，我们将围绕“角焊缝抗剪强度设计值”，分步骤阐述相关内容。
第一步：了解角焊缝抗剪强度的概念角焊缝抗剪强度是指角焊缝在受垂直于其平面方向的剪力作用下所能承受的最大荷载。
设计角焊缝抗剪强度时需要考虑焊缝的尺寸、金属材料的强度以及焊接质量等多个因素。
第二步：计算角焊缝抗剪强度计算角焊缝抗剪强度需要按照规范的公式和方法进行，一般可以分为以下几个步骤：1.确定角焊缝的尺寸和位置，计算其横截面积和周长；2.确定焊接用材料的强度、焊接质量等参数；3.按规范的公式计算角焊缝的抗剪强度；4.根据实际要求选取合适的安全系数，得出角焊缝抗剪强度设计值。
需要注意的是，在计算过程中还需考虑其他因素的影响，如角焊缝局部不平直、过度热影响区等。
因此，需要严格按照规范的计算方法进行，以确保安全、可靠的设计结果。
第三步：确定角焊缝的材料和规格在设计过程中，选择角焊缝的材料和规格也是非常重要的一步。
一般情况下，考虑到焊缝的强度和持久性能，不同材质的焊接件之间不应混用。
同时，还需根据实际情况选取合适的焊接材料规格，以确保焊缝的质量。
第四步：考虑焊接工艺和质量控制设计角焊缝抗剪强度时，还需要考虑到焊接工艺和质量控制。
焊接工艺应符合规范要求，焊接过程中需控制好焊接温度和速度，以确保焊缝质量。
同时，还需要进行有效的质量控制措施，确保角焊缝各项技术指标符合规范要求。
综上所述，角焊缝抗剪强度设计值的计算和确定需要考虑到多方面因素。
在设计过程中，需要按照规范的方法和要求进行，确保设计结果的安全、可靠。
同时，在实际施工中还需严格控制焊接工艺和质量，以确保角焊缝质量和承载能力的可靠性。
起重机钢结构角焊缝的强度计算
76 建设机械技术与管理 2021.06 1 引 言焊接是起重机钢结构中常用的连接方式，焊缝一般分为对接焊缝和角焊缝，根据外力方向的不同，角焊缝分为正面焊缝、侧面焊缝和斜焊缝等，角焊缝的应力状态极为复杂，其强度和外力的方向有着直接关系。
起重机钢结构相关规范和建筑钢结构相关规范对角焊缝的强度验算也有着不同的规定和要求。
2 起重机相关标准对角焊缝的规定2.1 《起重机设计规范》对焊缝的规定焊缝计算采用许用应力法，焊缝承受纵向拉升、压缩时，许用应力不应超过焊缝纵向拉、压许用应力[σh ]，承受剪切时不应超过焊缝的剪切许用应力[τh ]，如表1所示。
角焊缝应计算其抗剪强度，当角焊缝受复合内力（轴力、剪力、弯矩、扭矩）作用时，应先分别求出各力单独作用下的应力，再用求矢量和的方法进行组合，算出合应力后再与角焊缝的剪切许用应力[τh ]相比较。
2.2 《塔式起重机设计规范》对焊缝的规定焊缝计算采用极限状态法，对接焊缝受拉（压）和剪切共同作用时的强度验算：σlim w式中：σ—焊缝的拉（压）应力；τ—焊缝的剪应力。
角焊缝按照剪切强度验算，当角焊缝受不同方向力作用时，应先求得作用在焊缝上的轴力、剪力、弯矩和扭矩，分别计算各自产生的剪应力按方向叠加，最后验算合成剪应力：τ1lim w =τ 式中：τx 、τy 2.3 《起重机金属结构能力验证》对焊缝的规定GB/T 30024-2020《起重机金属结构能力验证》关于焊缝的计算部分参考了ISO 20332:2016和EN 13001-3-1:2012《起重机通用设计第3-1部分：钢结构的极限状态和能力验证》等标准，相关要求为，对于焊缝设计，应按下式进行验证：σw ≤lim σw 和τw ≤lim τw式中：σw 、τw —设计焊缝应力。
对于平面状态应力的焊缝连接，应按下式进行附加验证：起重机钢结构角焊缝的强度计算Strength Calculation of Fillet Weld for Steel Structure of Crane摘 要：通过介绍起重机设计相关规范中关于角焊缝的强度验算方法。
角焊缝的强度计算
角焊缝的强度计算
1．在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下： 正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向） w
e f l h N =σ≤w f f f β侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向） w e f l h N =
τ≤w f f 2．在其它力或各种力综合作用下，f σ和f τ共同作用处：
22
f
ßf f τσ+ ≤w f f 其中： f σ——按焊缝有效截面（w e l h ）计算，垂直于焊缝长度方向的应力； f τ——按焊缝有效截面（w e l h ）计算，沿焊缝长度方向的剪应力； e h ——角焊缝的计算厚度，直角（或锐角）角焊缝等于f h 7.0，钝角 角焊缝等于2
cos αf h ，f h 为焊脚尺寸； w l ——角焊缝的计算长度对每条焊缝取其实际长度减f h 2； w f f ——角焊缝的强度设计值；
f β——正面角焊缝的强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接
承受动力荷载的结构，22.1=f β；对直接承受动力荷载的结 构，0.1=f β。
钢结构角焊缝强度计算与匹配分析
σN
≤βf
f
w f
(2)
式中 ,σN
=
N he l
w
;βf
为正面角焊缝的强度增大系数
,
βf =
3 2
= 1122 。这里 σN 为σ⊥ 与τ⊥ 的合力 。对
于两侧对称角焊缝 lw = 2 l 。式 (2) 即为正面角焊缝
强度计算的基本计算公式[3 ,4 ] 。
he
=
f
βf
B u
f
lB
w f
l
t
w
由于采用两条焊缝 , lw = 2 lB 。将 he = 017 hf 、f wu =
3
f
w f
及
lw
=
2 lB 带入上式中 ,
f
B u
其中 β =
2 3
βf
。
令
f
w u
/
f
B u
=
M , M 即为焊缝金属屈服强度与母
材屈服强度比 ,即焊缝金属与母材强度匹配系数 。
则
hf
=
β
t M
(3)
对于正面角焊缝β = 110 。
由式 3 可知等强度设计条件下 ,若焊件厚度给
图 4 焊脚尺寸与匹配系数的关系
当 M 为定值时 , t - hf 为直线关系 ,1/ M 为直 线斜率 (图 5) 。由图中可以看出 ,对于同一 t 值 ,随着 M 取值的减小 , hf 增大 ;随着 t 值的增大 ,不同 M 对 应的 hf 差值也将增大 。由焊缝的截面形状可知 ,角 焊缝截面面积与 hf2 成正比 。因此当选择较小 M 值 时 ,焊缝的截面积将成几何级数增大 。焊材的使用 量 、焊接工时 、能源消耗及焊接应力和焊接变形都将 相应增大 。对于一般中低强度钢的焊接用高匹配时 焊缝断裂韧性也比较好 。而对于高强钢 ,由于其低应 力脆断的特性 ,应考虑综合反映强度塑性的韧性匹 配 。由于角焊缝工艺的要求 , 其尺寸不能过大或过 小 ,因此 M 也存在合理取值范围 。
角焊缝强度设计值
角焊缝强度设计值引言角焊缝是构建工程中常见的连接方式之一。
为了确保角焊缝的强度，设计师需要根据相关标准和要求计算得到合适的强度设计值。
本文将介绍角焊缝强度设计值的计算方法、相关标准，并探讨一些影响角焊缝强度设计值的因素。
角焊缝的分类角焊缝根据其形状和构造可以分为直角焊缝和斜焊缝。
直角焊缝是指两个构件以直角相交，并在相交处进行焊接。
斜焊缝则是指两个构件以斜角相交，并在相交处进行焊接。
根据角焊缝的应用位置，可以将其分为外角焊缝和内角焊缝。
外角焊缝位于构件外侧，内角焊缝位于构件内侧。
在设计中，需要根据具体情况选择适合的角焊缝形式。
强度设计值的计算方法角焊缝的强度设计值计算涉及到许多因素，包括焊缝尺寸、材料强度、焊接方法等。
下面将介绍两种常用的计算方法。
简化计算方法简化计算方法适用于一些对焊缝强度要求不高或具有较低施工条件的情况。
根据相关标准，简化计算方法的计算公式如下：强度设计值（简化计算方法） = 设计强度系数× 抗拉强度其中，设计强度系数是根据焊缝和焊接材料的类型选择的系数，抗拉强度是焊接材料的抗拉强度。
综合计算方法综合计算方法是一种较为准确的计算方法，可以根据具体情况综合考虑角焊缝的尺寸、材料、应力等因素。
综合计算方法的计算过程如下：1.计算焊缝的有效截面面积。
由于焊缝的尺寸可能不均匀，需要根据实际情况计算出其有效截面面积。
2.根据焊接材料的抗拉强度和焊缝的有效截面面积计算焊缝的抗拉承载力。
3.根据焊缝的应力计算其应力集中系数。
4.根据焊缝的应力集中系数和抗拉承载力计算强度设计值。
相关标准角焊缝的设计要求需要遵循相关的标准和规范。
以下是一些国内外常用的标准：1.GB 50017-2017《钢结构设计规范》2.AISI S100-07/12 《冷弯薄壁钢构件设计规范》3.AWS D1.1/D1.1M-2015《结构钢焊接规范》这些标准提供了关于角焊缝设计的详细要求和计算方法，设计师应该根据具体情况选择适用的标准，并遵循其中的规定进行设计。
钢构焊缝计算(受力)
钢结构的焊接连接钢结构的连接方法可分为焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。
焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。
它的优点是：〔1〕焊件间可直接相连，构造简单，制作加工方便；〔2〕不削弱截面，用料经济；〔3〕连接的密闭性好，结构刚度大；〔4〕可实现自动化操作，提高焊接结构的质量。
缺点是：〔1〕在焊缝附近的热影响区内，钢材的材质变脆；〔2〕焊接残余应力和变形使受压构件承载力降低；〔3〕焊接结构对裂纹很敏感，低温时冷脆的问题较为突出。
一、焊缝的形式1．角焊缝图 1 直角角焊缝截面图 2 斜角角焊缝截面角焊缝按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。
两焊脚边的夹角为90°的焊缝称为直角角焊缝，直角边边长h f 称为角焊缝的焊脚尺寸，h e h f 为直角角焊缝的计算厚度。
斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。
对于夹角大于135°或小于60°的斜角角焊缝，不宜用作受力焊缝〔钢管结构除外〕。
2．对接焊缝对接焊缝的焊件常需加工成坡口，故又叫坡口焊缝。
焊缝金属填充在坡口内，所以对接焊缝是被连接件的组成部分。
坡口形式与焊件厚度有关。
当焊件厚度很小〔手工焊≤t 6mm ，埋弧焊≤t 10mm 〕时，可用直边缝。
对于一般厚度〔t=10～20mm 〕的焊件可采用具有斜坡口的单边V 形或V 形焊缝。
斜坡口和离缝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。
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《建筑结构焊接规程》的要求进行。
凡T形，十字形或角接接头的对接焊缝称之为对接与角接组合焊缝。
图3 对接焊缝的坡口形式3．焊缝质量检验《钢结构工程施工质量验收标准》规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。
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；一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。
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。
建筑钢结构工程技术 2.4 角焊缝的构造和计算
角焊缝的构造和计算一、角焊缝的构造（一）角焊缝的形式角焊缝按其长度方向和外力作用方向的关系可分为与力作用方向平行的侧面角焊缝，与力作用方向垂直的正面角焊缝（端焊缝）和与力作用方向成斜角的斜向角焊缝（图2-6）。
角焊缝按两焊脚边的夹角可分为直角角焊缝（图2-19a、b、c、d）和斜角角焊缝（图2-19e、f、g）两种。
直焊缝的受力性能较好，应用广泛；斜角角焊缝当两焊脚边夹角α大于135°或小于60°时，除钢管结构外，不宜用作受力焊缝。
图中h f称为角焊缝的焊脚尺寸。
各种角焊缝的焊脚尺寸h f均示于图2-19。
图2-19（b）的不等边角焊缝以较小焊脚尺寸为h f。
本节主要介绍直角角焊缝的构造、工作性能和计算方法。
图2-19 角焊缝的截面形式角焊缝按其截面形式可分为普通型（图2-19a）、平坦型（图2-19b）和凹面型（图2-19c）三种。
钢结构一般采用普通型截面，其两焊脚尺寸比例为1：1，近似于等腰直角三角形，但其力线弯折，应力集中严重，在焊缝根部形成高峰应力，使焊缝容易开裂。
因此对直接承受动力荷载的结构，为使传力平缓，正面角焊缝可改用两焊脚尺寸比例为1：的平坦型（长边顺内力方向），侧面角焊缝则宜采用比例为1：1的凹面型。
普通型角焊缝计算承载力时，按最小截面即α/2角处截面（直角角焊缝在45°角处截面）计算，该截面称为有效截面或计算截面。
其截面厚度称为计算厚度h e（图2-19a）。
直角角焊缝的计算厚度h e= h f，不计凸出部分的余高。
凹面型焊缝和平坦型焊缝的h f和h e，按图2-19（b）和图2-19（c）采用。
（二）角焊缝的构造要求1. 最小焊脚尺寸角焊缝的焊脚尺寸与焊件的厚度有关，当焊件较厚而焊脚又过小时，焊缝内部将因冷却过快而产生淬硬组织，容易使焊缝附近主体金属产生裂纹。
因此，角焊缝的最小焊脚尺寸h fmin （mm ）应符合下式要求（图2-20a ）：（2-12） 此处t max 为较厚焊件的厚度（mm ）。
钢结构--角焊缝的构造与计算
一、角焊缝的形式和强度
➢ 按截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝 直角角焊缝
斜角角焊缝
➢ 侧面角焊缝：焊缝长度方
向与受力方向平行，主要承 受剪应力，其特点为应力分 布简单些，但分布并不均匀， 剪应力两端大，中间小。弹 模低强度低，但塑性较好
➢ 正面角焊缝：焊缝垂直于
受力方向，其特点为受力后 应力状态较复杂，应力集中 严重，焊缝根部形成高峰应 力，易于开裂。破坏强度要 高一些，但塑性差
➢斜焊缝：受力性能和强度介于两者之间
Байду номын сангаас
二、角焊缝的构造要求
三、直角角焊缝强度计算的基本公式
当角焊缝的两焊脚边夹角为90°时，称 为直角角焊缝，即一般所指的角焊缝
有效厚度he=0.7hf为焊 缝横截面的内接等腰三 角形的最短距离，即不 考虑熔深和凸度
角焊缝截面
直角角焊缝的破坏常发生 在喉部
角焊缝的有效截面为焊缝 有效厚度（喉部尺寸）与 计算长度的乘积也即以 45°方向的最小截面
角焊缝有效截面上的应力
合应力σf：
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N w
=
βf
f
w f
he
lw
。
母材可承受拉力为 :
NB
=
f
B u
lB
t
式中
f
B u
———母材屈服抗拉强度设计值 ;
t ———母材承力截面厚度较小值 ;
lB ———母材承力截面宽度 。
采用等强度设计时 ,焊缝承受载荷能力与母材
相等 N w = NB , 可得
钢结构角焊缝强度计算与匹配分析 ———王 庆 ,等
Abstract :The strengt h of fillet welding joint is related not only to t he fillet weld size ,but also depends on t he base metal strengt h matching1 The influences of strengt h matching on fillet weld were analyzed1 The relationships among fillet weld size ,t hickness of base metal and matching coefficient of strengt h were established1 The results may be a references for design strengt h and calculation of steel structures1 Keywords :fillet weld strengt h design matching
图 2 角焊缝受力分析
σ2⊥+ 3 (τ2⊥+ τ2∥)
≤
3
f
w f
(1)
式中
,
f
w f
为规范规定角焊缝的强度设计值
,是根据
抗剪条件确定的 ,而
3
f
w f
相当于角焊缝的抗拉强度
设计值 。对于图 2 所示的 角 焊 缝 受 力 情 况 ,σ⊥ =
τ⊥ = σN/ 2 , 代入式 (1) 中 ,得
(上接第 731 页) (应兼顾接点接驳需要的长度) ,初凝时在管口加水 养护 。一般来说 ,浇筑至这一高度可方便将混凝土 顶面凿毛 ,也避免太接近下次接驳柱身的焊缝 ,造成 混凝土在焊接时过热而局部强度受损 ,确保施工质 量。
参考文献 1 哈尔滨建筑工程学院 ,中国建筑科学研究院 1 钢管混凝土结构设
匹配系数不能低于 019 。 M 的最大值与较厚焊件的厚度有关 。由于等强
度设计是根据较薄焊件焊脚尺寸计算的 , 母材不等 厚时 ,焊脚最小尺寸为 115 t2 (即图中最小厚度曲 线 , t2 为较厚焊件尺寸) , 由式 (3) 知 , M 最大值为 2 t/ 3 t2 。其值确定方法如图 5 。当 t2 ≥ t1 时 ,最小 厚度曲线上 t2 所对应的 hf 值即为最小厚度 hfmin ,通 过原点及 M 0 ( t , hfmin) 点可得一条直线 , 此直线斜 率的倒数即为 M 的最大值 。对于图 2 所示丁字接 头 , t2 < t1 时 ,取 hfmin = 115 t1 。
σN
≤βf
f
w f
(2)
式中 ,σN
=
N he l
w
;βf
为正面角焊缝的强度增大系数
,
βf =
3 2
= 1122 。这里 σN 为σ⊥ 与τ⊥ 的合力 。对
于两侧对称角焊缝 lw = 2 l 。式 (2) 即为正面角焊缝
强度计算的基本计算公式[3 ,4 ] 。he=ຫໍສະໝຸດ fβfB u
f
lB
w f
l
t
w
由于采用两条焊缝 , lw = 2 lB 。将 he = 017 hf 、f wu =
计与施工规程 1 北京 :中国计划出版社 ,1992 2 钟善桐 1 钢管混凝土结构 1 哈尔滨 : 黑龙江科学技术出版社 ,
1995
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工业建筑 2005 年第 35 卷增刊
截面 。图 1 为直角角焊缝的截面 。直角边边长 hf 称为角焊缝的焊脚尺寸 。三角形中的垂直高度 he 为 计算高度 。等腰直角三角形焊缝的计算高度 : he =
hf = 017 hf 。 2
《钢结构设计规范》( GB 50017 - 2003) [2 ] 在总
结了原 GBJ 17 - 88 规范存在的问题与不足的基础
钢结构角焊缝强度计算与匹配分析
王 庆 张彦华
(北京航空航天大学 机械工程学院 北京 100083)
摘 要 :角焊缝的强度不仅与焊脚尺寸有关 ,还取决于焊缝金属与母材强度的匹配 。分析了强度匹配对 角焊缝设计的影响 ,建立了角焊缝焊脚尺寸与板厚 ,强度匹配系数之间的关系 ,讨论了强度匹配选择的依据 。 研究结果为钢结构角焊缝强度设计提供了参考 。
图 4 焊脚尺寸与匹配系数的关系
当 M 为定值时 , t - hf 为直线关系 ,1/ M 为直 线斜率 (图 5) 。由图中可以看出 ,对于同一 t 值 ,随着 M 取值的减小 , hf 增大 ;随着 t 值的增大 ,不同 M 对 应的 hf 差值也将增大 。由焊缝的截面形状可知 ,角 焊缝截面面积与 hf2 成正比 。因此当选择较小 M 值 时 ,焊缝的截面积将成几何级数增大 。焊材的使用 量 、焊接工时 、能源消耗及焊接应力和焊接变形都将 相应增大 。对于一般中低强度钢的焊接用高匹配时 焊缝断裂韧性也比较好 。而对于高强钢 ,由于其低应 力脆断的特性 ,应考虑综合反映强度塑性的韧性匹 配 。由于角焊缝工艺的要求 , 其尺寸不能过大或过 小 ,因此 M 也存在合理取值范围 。
关键词 :角焊缝 强度设计 匹配
STRENGTH CALCULATION AND MATCHING ANALYSES OF FILL ET WELD IN STEEL STRUCTURE
Wang Qing Zhang Yanhua (School of Mechanical Engineering ,Beijing University of Aerospace and Astronautics Beijing 100083)
缝的破坏常发生在喉部 ,通常是以 45°方向的最小
0 前 言
截面 ,即计算高度与焊缝计算长度的乘积作为有效
角焊缝强度设计是钢节点设计的重要内容[1 ] 。 角焊缝的应力分布非常复杂 ,尤其是在丁字接头和 搭接接头等接头形式中 ,角焊缝截面中的各面均存 在正应力和剪应力 ,焊根处存在着严重的应力集中 。 精确计算其强度比较困难 ,常用的计算方法都是在 一些假设的前提下进行的 。
3
f
w f
及
lw
=
2 lB 带入上式中 ,得 :
hf
=
β
f
t wu /
f
B u
其中 β =
2 3
βf
。
令
f
w u
/
f
B u
=
M , M 即为焊缝金属屈服强度与母
材屈服强度比 ,即焊缝金属与母材强度匹配系数 。
则
hf
=
β
t M
(3)
对于正面角焊缝β = 110 。
由式 3 可知等强度设计条件下 ,若焊件厚度给
静载荷条件下 ,角焊缝一般是在切应力作用下 破坏的[3 ,4 ] ,因此按切应力计算其强度 。直角角焊
第一作者 :王 庆 女 1981 年 1 月出生 硕士研究生 收稿日期 :2004 - 12 - 10
732 Industrial Construction Vol. 35 , Supplement ,2005 工业建筑 2005 年第 35 卷增刊
定 , hf 与 M 成反比例关系 ,随着 M 值的减小 , hf 增
大 。图 4 为不同板厚情况下 hf 与 M 的函数关系 。
2 焊缝强度匹配分析 211 角焊缝等强度设计
这里以图 3 所示搭接接头受垂直于焊缝的正拉 力为例分析角焊缝强度匹配 。根据公式 (2) 角焊缝 可承受的拉力为 :
图 3 搭接接头
由图 5 可以看出 ,焊脚尺寸最小与最大值要求 在 t = 1156mm 处发生交叉 ,考虑强度匹配系数的 焊脚尺寸曲线也与焊脚最小尺寸曲线具有交叉 。由 此可见 ,当 t < 1156mm 时 ,焊脚尺寸的最小与最大 值要求无意义 。t > 1156mm 条件下 , hf 在 h0 与 h1 之间变化 ,对应直线取不同斜率 , 即取得不同的 M 值 。对于不满足焊脚最小尺寸要求的情况 ,应考虑 降低匹配系数 ,增大焊脚尺寸 。
1 角焊缝静强度计算方法
图 1 角焊缝计算厚度的定义
作用于焊缝的有效截面上的应力如图 2 所示 , 这些应力包括 :垂直于焊缝有效截面的正应力 σ⊥, 垂直于焊缝长度方向的剪应力 τ⊥ , 平行于焊缝方向 的剪应力 τ∥ 以及平行于焊缝的正应力 σ∥。在正拉 力 N 的作用下τ∥、σ∥ 为 0 。我国钢结构设计规范 采用的角焊缝应力折算公式为 :
上 ,吸收了国内外最新研究成果 ,进行了全面修订 。
新的规范中对钢结构角焊缝的连接计算和构造要求
做了详细规定 。根据规范进行角焊缝强度设计时 ,
应当注意 ,角焊缝的强度不仅与焊脚尺寸和焊接材 料强度有关 ,也与焊缝金属与母材强度匹配有关 。 本文重点研究了焊缝金属与母材强度匹配系数对钢 结构角焊缝强度设计的影响 ,建立了角焊缝焊脚尺 寸与板厚 ,强度匹配系数之间的关系 ,讨论了强度匹 配选择的依据 。
2) 根据角焊缝设计中最大和最小焊脚尺寸的要 求 ,焊缝金属与母材的强度匹配系数的确定 ,需要根 据角焊缝接头型式及受力条件进行分析 。
参考文献 1 崔 佳 ,等 1 钢结构设计规范理解与应用 1 北京 :中国建筑工业