角焊缝的构造与计算
角焊缝的构造和计算
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.4 角焊缝的构造和计算
14
搭接连接的弯曲变形
侧面角焊缝的应力分布
搭接长度：采用正面角焊缝的搭接连接，受力时会产生附 加弯矩(图3.4.10)，搭接长度愈小．附加弯矩影响愈大；另外 焊缝距离愈近，收缩应力也愈大。因此规定搭接长度不得小 于5tmin(tmin为焊件的较小厚度)，并不得小于25mm。
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.4 角焊缝的构造和计算
7
正面角焊缝受力更复杂，截面中的各面均存在正应力和剪应力， 焊根处存在着很严重的应力集中。这一方面由于力线弯折，另 一方面由于在焊根处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝 的尖端。正面角焊缝的静力破坏强度高于侧面角焊缝，但塑性 变形要差些。而斜焊缝的受力性能和强度值介于正面角焊缝和 侧面角焊缝之间，即塑性比正面角焊缝好、强度比侧面角焊缝 高。 构件端部与节点板的连接焊缝可用两面侧焊和三面围焊，围焊 中有正面角焊缝和侧面角焊缝，正面角焊缝的静力强度较高、 刚度较大，而侧面角焊缝的静力强度较低但塑性较好。所以三 面围焊与两面侧焊相比，破坏时较为突然，且塑性变形较小。 但是对构件来说，三面围焊使构件截面中的应力较为均匀，与 两面侧焊相比，焊缝附近的构件主体金属疲劳强度较高。
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.4 角焊缝的构造和计算
17
二、直角角焊缝强度计算的基本公式
如前所述，角焊缝的受力状态是很复杂的。图3-4-13所示为 直角角焊缝的截面， 0.7hf为直角角焊缝的有效厚度he（喉部 尺寸）。试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在喉部及其附 近，通常认为直角角焊缝是以45方向的最小截面(即有效厚
钢结构/ 第3章 钢结构的连接 /$3.4 角焊缝的构造和计算
直角角焊缝的计算和构造
直角角焊缝的计算和构造4 ．直角角焊缝的计算和构造（l ）基本概念1 ）直角角焊缝的截面形状：如图 6 -18 所示，因工程应用中多数属此，故常简称角焊缝。
绝大多数角焊缝的两焊脚尺寸相等均为h f，焊缝表面略凸如图 6 -18 （ a ）所示，少数因需要而采用不等焊脚尺寸或为凹面如图 6 -18 （ b ）和图 6 -18 （c）所示。
2 ）角焊缝的有效截面A e：计算时不计及余高和熔深，假定焊缝截面为一等边直角三角形如图 6 -18 所示（图中未示出熔深），取每条角焊缝的有效截面为A e=h e l w=0.7h f l w。
这里，h f 为焊脚尺寸（图 6 一18 ) , 0 . 7h f 为焊缝的计算厚度（或称有效厚度）记作h e; l w 是焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度l 减去2h f，即取l w =l 一2h f ，以考虑焊接时起弧和熄弧处焊缝有缺陷的不利影响。
3 ）侧面角焊缝：焊缝长度（轴线）与外力作用方向一致（平行）的焊缝称为侧面角焊缝，如图 6 -19 所示。
试验研究表明：侧面截面角焊缝主要受剪，强度较低，破坏通常发生在沿45°方向的有效截面，因此强度较低，但塑性性能好；沿焊缝长度在有效截面上的剪应力分布不均匀，两端大，中间较小，焊缝愈长，不均匀分布的程度愈大，但由于塑性变形，在破坏前分布可逐渐趋向均匀。
4 ）正面角焊缝：焊缝长度与外受力作用方向相垂直的焊缝称为正面角焊缝，如图 6 -19 所示。
试验研究表明：正面角焊缝多轴受力（复杂应力状态），破坏通常不发生在45°方向的有效截面，因此强度较侧面角焊缝为高，一般可高 1 / 3 左右，且刚度较大；沿焊缝长度在有效截面上的应力分布较均匀。
（ 2 ）基本假定角焊缝中的应力分布较复杂，侧面角焊缝和正面角焊缝的受力性能不同，很难精确计算。
因此，目前我国和国际上许多国家（地区）对角焊缝采用简化计算法，即计算时采用以下简化假定：1 ）每条角焊缝计算时的破坏截面为沿45 °方向的有效截面，即为h e l w=0 . 7h f l w。
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。
角焊缝的构造和计算
3.3 角焊缝的构造和计算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：×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。
与侧面角焊缝相比，正面角焊缝的刚度较大（弹性模量E≈×105 N/mm2），强度较高，但塑性变形要差些。
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
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
角焊缝的构造与计算
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max
为什么要限制？ 焊脚尺寸太大，焊接变形大，易脆裂，残余应力大， 对于较薄的焊件容易焊穿。
如何限制？ 与板厚联系起来。《规范》规定：
第三章 钢结构的连接
3.5.3 角焊缝构造要求
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max 钢管构件除外： hf,max≤1.2t1
受力复杂，截面中各面均存在正应力和剪应力。
正面角焊缝应力状态
3、端缝与侧缝的比较
θ＝0°正面 θ＝45°斜角
θ＝90°侧面
荷载－变形曲线
第三章 钢结构的连接
① 侧面角焊缝 强度低、塑性好、刚度小
② 正面角焊缝 强度高，塑性差、刚度大
③ 斜角角焊缝 间于以上两者之间
4、角焊缝的计算截面
hf
第三章 钢结构的连接
2 160×100×10
N=575 kN
第三章 钢结构的连接
4、节点板与柱连接（T形接头） ——受弯矩M 、剪力V 、轴力N联合作用时角焊缝的计算
2
N cos
helw
2
ff w
取
2 f
1.222
1.5
得：
N
sin2 cos2
helw 1.5
N helw
sin2
1 3
ff w
令： fθ
1
1 sin2
3
则斜焊缝的计算公式为： f
fθ
N he l w
f
w f
将 f（斜焊缝强度增大系数）作成表格
0° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80～90°
计算数值只进不舍
角焊缝的构造与计算
④ 绕角焊：侧面角焊缝 lw l
N
l
N
N
2hf
N
l
l
l
焊缝实际长度 l 取为5mm的倍数，如192mm取为195mm， 196mm取为200mm。
第三章 钢结构的连接 3.5.4 直角角焊缝强度计算的基本公式
目前各国设计规范都采用如下简化假设：
第三章 钢结构的连接
3、按其长度方向与受力方向之间的关系分
侧焊缝
端焊缝
第三章 钢结构的连接
斜焊缝
第三章 钢结构的连接 3.5.2 角焊缝的强度
1、侧面角焊缝 —— 平行于力的作用方向
弹性阶段应力沿长度方向分布不均匀，呈两端大而中间小 的状态。
第三章 钢结构的连接
2、正面角焊缝 —— 垂直于力的作用方向
lww11
e2 e1 b
N1N 1 N3N 2 N2N 3
b
NN
llww22
三面围焊
由
N3 helw
f
f
w f
得端焊缝承担的力 N3
N 32 0.7hf 3b f
f
w f
lww11
N1N 1
N3N 2
b
N2N 3
llww22
e2 e1 b
第三章 钢结构的连接
NN
由
N1b
Ne2
N
3
b 2
N1
Ne2 b
lw 8h f 且不得小于40mm
当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的 要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！
lwmin≤lw ≤ lwmax
第三章 钢结构的连接
角焊缝的构造和计算
1 角焊缝的构造和强度 • 截面形状
图1 角焊缝截面图
1 角焊缝的构造和强度 • 应力分布
图2 侧面角焊缝应力分布
图3 角焊缝应力-位移曲线
1 角焊缝的构造和强度 • 应力分布
图4 正面角焊缝应力分布
1 角焊缝的构造和强度 • 焊脚尺寸应与焊件的厚度相适应。对手工焊，hf 1.5 t 应不小于 ，t为较厚焊件的厚度（mm）， 对自动焊，可减小1mm；hf应不大于较薄焊件厚 度的1.2倍。
N2 e1 N e1 e2 K2 N 肢尖：
图9角钢角焊缝上受力分配—— 两面侧焊
3 常用连接方式的角焊缝计算
2. 受轴心力角钢的连接 • 当采用三面围焊连接时 正面角焊缝承担的力： 侧面角焊缝承担的力：
N3 0.7h f lw3 f f fw
肢背
肢尖
N1 K1 N N3 2
图10角钢角焊缝上受力分配— —三面围焊
N 2 K 2 N N3 2
3 常用连接方式的角焊缝计算 2. 受轴心力角钢的连接 • 当采用L形焊连接时
正面角焊缝承担的力：
N3 0.7h f lw3 f f fw
侧面角焊缝承担的力：
N1 N N 3
图11角钢角焊缝上受力分配— —L形焊
he lw
V
N A
he lw
N A
N
f
M A
V 2 A f fw
2
图15 受弯、受剪、受轴心力的 角焊缝应力
3 常用连接方式的角焊缝计算 6. 扭矩、剪力、轴心力共同作用下角焊缝计算
V A
he lw
V
角焊缝的构造和计算共23页
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。
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。
焊缝的结构与计算知识讲解
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。
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
3.5.1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
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 ）。
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f
Nx he l w
破坏面
// f
f
Ny he l w
hf
f
2
2
3(
2
2 //
)
f
w u
3
f
w f
第三章 钢结构的连接
整理上式，并令： f
3 2
1.22
简化公式
( f f
)2
2 f
f
w f
式中： f — 垂直焊缝长度方向的计算应力
f — 平行焊缝长度方向的计算应力
f
w f
a、沿角焊缝450方向的焊缝有效截面为计算的破坏面
b、角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值取相同的数值， 并记为ffw
c、在通过焊缝形心的拉力、压力和剪力作用下，假设沿 焊缝长度的应力是均匀分布的
第三章 钢结构的连接
3.5.4 直角角焊缝强度计算的基本公式
σf
Ny
τ∥=τf
σ┻
τ┻
45O 45O
Nx
② 角焊缝的最小计算长度 为什么要限制？ 焊缝长度过小，局部加热严重，而起弧落弧距离太小质 量不可靠。应力集中较严重。
lw 8h f 且不得小于40mm
第三章 钢结构的连接
2、角焊缝的计算长度 考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf 计算。
① 侧缝的最大计算长度
lw 60h f
② 角焊缝的最小计算长度
0.35
有时也可近似取 1 2/3，2 1/3。
肢尖、肢背所需焊缝长度 l1、l2
lww11
第三章
钢结构的连接
e2 e1 b
NN 11
NN 32
b
NN
NN 23
llww22
lw1
N1 2 0.7hf 1
f
w f
三面围焊
lw2
N2 2 0.7hf
2
f
w f
l1 lw1 hf
l2 lw2 hf
2 160×100×10
N=575 kN
第三章 钢结构的连接
4、节点板与柱连接（T形接头） ——受弯矩M 、剪力V 、轴力N联合作用时角焊缝的计算
肢背
肢尖
焊脚尺寸hf ?
第三章 钢结构的连接
8
5
6
10
t2
t1
hf
第三章 钢结构的连接
2、角焊缝的计算长度 考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf 计算。
① 侧缝的最大计算长度 为什么要限制？ 焊缝太长，剪应力分布越不均匀，焊缝两端产生严重应
力集中，导致端部过早破坏。
第三章 钢结构的连接
2、角焊缝的计算长度 考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf 计算。
① 侧缝的最大计算长度
lw 60h f
当实际长度大于以上值时， 计算时不考虑超过部分的强度； 但当内力沿侧焊缝全长分布时， 不受上式限制。
第三章 钢结构的连接
2、角焊缝的计算长度 考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf 计算。
③ L形围焊：侧面角焊缝 lw l hf 正面角焊缝 lw l hf
④ 绕角焊：侧面角焊缝 lw l
N
l
N
N
2hf
N
l
l
l
焊缝实际长度 l 取为5mm的倍数，如192mm取为195mm， 196mm取为200mm。
第三章 钢结构的连接 3.5.4 直角角焊缝强度计算的基本公式
目前各国设计规范都采用如下简化假设：
— 角焊缝强度设计值
对正面角焊缝, f 0 对侧面角焊缝， f 0
f
f
f
w f
f
f
w f
f — 端焊缝强度增大系数
＝1.22 静载、 间接动载 ＝1.0 直接动载
第三章 钢结构的连接
3.5.4 角焊缝的计算
1、拼接板连接 （轴力N）—— 两面侧焊
两面侧焊
验算
当焊件受轴心力，且轴心力
通过连接焊缝群的中心，焊 缝的应力可认为是均匀分布的。
第三章 钢结构的连接
3、按其长度方向与受力方向之间的关系分
侧焊缝
端焊缝
第三章 钢结构的连接
斜焊缝
第三章 钢结构的连接 3.5.2 角焊缝的强度
1、侧面角焊缝 —— 平行于力的作用方向
弹性阶段应力沿长度方向分布不均匀，呈两端大而中间小 的状态。
第三章 钢结构的连接
2、正面角焊缝 —— 垂直于力的作用方向
桁架腹杆节点板的连接
第三章 钢结构的连接
3、角钢与拼接板连接 （轴力N）—— 三面围焊
三面围焊
e2 e1 b
lw1w 1 NN11 NN 32 NN 23
l wlw2 2
(a)
肢背焊缝
NN
肢尖焊缝
(b)
三面围焊
肢背、肢尖焊缝承担的力 N1、N2 端面焊缝承担的力 N3
N= N1+ N2+ N3
第三章 钢结构的连接
f
he
N
lw
f
w f
lw
f fw——角焊缝的强度设计值
N
N he——角焊缝的有效厚度
∑lw ——连接一侧角焊缝的计算 长度之和
一条单独的焊缝，每端扣除hf
第三章 钢结构的连接
1、拼接板连接 （轴力N）—— 两面端焊
两面端焊
验算
N
lw
f
he
N lw
f
f
w f
N
βf－ 端焊缝强度提高系数
第三章 钢结构的连接
a LL
N
N
B b t
N
N
两面侧焊
第三章 钢结构的连接
【例1】试设计用拼接盖板的对接连接。已知钢板B=270mm， 厚度t1=28mm，拼接盖板厚度t2=16mm。该连接承受静态轴心 力N=1400kN(设计值)，钢材为Q235B，手工焊，焊条为E43型。
a LL
N
N
B b t
N
N
三面围焊
第三章 钢结构的连接
2
N cos
helw
2
ff w
取
2 f
1.222
1.5
得：
N
sin2 cos2
helw 1.5
N helw
sin2
1 3
ff w
令： fθ
1
1 sin2
3
则斜焊缝的计算公式为： f
fθ
N he l w
f
w f
将 f（斜焊缝强度增大系数）作成表格
0° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80～90°
受力复杂，截面中各面均存在正应力和剪应力。
正面角焊缝应力状态
3、端缝与侧缝的比较
θ＝0°正面 θ＝45°斜角
θ＝90°侧面
荷载－变形曲线
第三章 钢结构的连接
① 侧面角焊缝 强度低、塑性好、刚度小
② 正面角焊缝 强度高，塑性差、刚度大
③ 斜角角焊缝 间于以上两者之间
4、角焊缝的计算截面
hf
第三章 钢结构的连接
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
第三章 钢结构的连接
3. 5 角焊缝的构造与计算 3.5.1 角焊缝形式
hf
焊脚尺寸：指角焊缝根角至焊缝截面
外边缘（焊趾）的尺寸 。
焊趾
1、按两焊角边夹角划分
lww11
e2 e1 b
N1N 1 N3N 2 N2N 3
b
NN
llww22
三面围焊
由
N3 helw
f
f
w f
得端焊缝承担的力 N3
N 32 0.7hf 3b f
f
w f
lww11
N1N 1
N3N 2
b
N2N 3
llww22
e2 e1 b
第三章 钢结构的连接
NN
由
N1b
Ne2
N
3
b 2
N1
Ne2 b
t1 12mm 时，b 16t1 t1 为薄板厚度 t1 12mm 时，b 190mm
不满足时，应加塞焊或采用三面围焊！
b
lw
b
第三章 钢结构的连接
③ 角焊缝的端部位于构件转角处做长度为2hf 的绕角焊时， 且转角处必须连续施焊。
lw
t1
t2
2hf b
5t1,25
④ 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。
3.5.3 角焊缝构造要求
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max
为什么要限制？ 焊脚尺寸太大，焊接变形大，易脆裂，残余应力大， 对于较薄的焊件容易焊穿。
如何限制？ 与板厚联系起来。《规范》规定：
第三章 钢结构的连接
3.5.3 角焊缝构造要求
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ① 最大焊脚尺寸hf,max 钢管构件除外： hf,max≤1.2t1
lw 8h f 且不得小于40mm
当焊件的焊接长度不受限制时，在满足最大焊缝长度的 要求下，小而长的焊缝比大而短的焊缝好！
lwmin≤lw ≤ lwmax
第三章 钢结构的连接
3、搭接连接的构造要求
板件与节点板的连接仅用两侧缝焊接时：
lw
① 为避免应力传递过分弯折导致应力不均匀：
lw b
② 为避免焊缝横向收缩引起的板件拱曲太大：
2、节点板与柱连接（T形接头）——承受斜向 N 的角焊缝