角焊缝连接.

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（3）、按截面形式:


普通焊缝 平坡焊缝 熔深焊缝（凹焊缝）
2、侧面角焊缝主要承受剪应力。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， 呈两端大而中间小的状态。焊缝越长， 应力分布不均匀性越显著，但在届临 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。
M
M 6M 2 We 2helw
③ 剪力V产生的平行于焊缝长度方向的应力
f
Ny Ae

Ny 2helw
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④ 焊缝的强度计算式：
f f
f 2 f fw
2
当连接直接承受动力荷载作用时，取
f 1.0
对于工字梁（或牛腿）与钢柱翼缘的角焊缝连接，计算时通常假 定腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩则由全部焊缝承受。
2、焊缝计算长度 lw （1）、焊缝计算长度
lw l 2 h f mm(无引弧板）
（2）、最小焊缝计算长度
（3）、最大焊缝计算长度
lw 8h f , lw 40mm
lw 60hf
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3、搭接连接的构造要求 （1）、搭接宽度 b / l
w
1
b 16t (t 12mm)或190mm(t 12mm)
2.分类

焊接应力有沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方 向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。


（1）纵向焊接应力： 纵向焊接残余应力的分布规律是焊缝及其附近区域在高温时发生 塑性压缩变形，因而冷却后产生残余拉应力；离焊缝较远区域中 则出现与之相平衡的残余压应力。

（2）横向焊接应力：
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五、斜角角焊缝的计算
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4.7 焊接残余应力和焊接残余变形 1.原因 焊接应力（热应力）----钢材焊接时在焊件上产生局部高 温的不均匀温度场，高温部分钢材要求较大的膨胀伸长但 受到邻近钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力 ，并在焊接过程中随时间和温度而不断变化。 焊接残余应力----焊接应力较高的部位将达到钢材屈服强 度而发生塑性变形，钢材冷却后残存于焊件内的应力。 焊接变形（热变形）----在焊接和冷却过程中由于焊件受 热和冷却都不均匀，除产生内应力外，还会产生变形， 焊接和冷却过程中焊件产生的变形即焊接变形。 焊接残余变形-----冷却后残存于焊件的变形。
β
f
－ 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，β f=1.22； 对直接承受动力荷 载的结构，β f=1.0
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（2）承受斜向轴心力的角焊缝连接计算 Nx N sin fx 0 .7 h f l w 0.7 h f l w
（2）、搭接长度
l 5tmin和25mm
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三、直角角焊缝强度计算的基本公式
1、角焊缝计算截面的选取 实践证明：直角角焊缝常在45° 左右方向截面破坏，所以以45° 方向的最小焊缝截面作为危险 截面，即焊缝计算截面或有效 截面。 计算截面为
he lw
he 0.7h f
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四、各种受力状态下直角角焊缝连接的计算
1、承受轴心力作用时角焊缝连接的计算
轴心力－合力通过焊缝或焊缝群的形心。
（1）用盖板的对接连接承受轴心力（拉力、压力或剪力）时
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A、侧焊缝受轴心力作用
焊缝验算
f
0.7 h f lw
N
f fw
焊缝设计
f
N h f lw 0.7 f w f
－沿焊缝长度方向的剪应力
f fw －角焊缝的强度设计值
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B、端焊缝（正面角焊缝）受轴心力作用 焊缝验算

N w f f f 0.7 f h f lw
焊缝设计
h
f
lw
N 0.7 f f fw
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2、角焊缝有效截面上的应力 3、直角角焊缝的计算
f f
w 2 f f f
2
f
Fra Baidu bibliotek
3 2
1.22 －正面角焊缝的强度增大系数。
（1）、正面角焊缝
f
N f f fw helw
（2）、侧面角焊缝
f
N w ff helw
θ －作用力与焊缝长 度方向的夹角；
f
1 1
sin 2
3
斜焊缝的强度增大系数，介于1.0～1.22之间，对直接承受动力荷 载结构中的焊缝，取β fθ =1.0。
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总结
通式：

f

N 0.7 f
h
f
lw
f
w f
1、当θ =0°时，只有NY，侧焊缝，β fθ =1 2、当θ =90°时，只有NX，端焊缝，β fθ = β f=1.22 3、当θ =0°～90°时，同时有NX和NY ，斜焊缝，
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2、承受弯矩、轴心力或剪力联合作用的角焊缝连接计算 ① 轴力Nx产生的垂直 于焊缝长度方向的应力
Nx Nx N Ae 2helw
② 弯矩M产生的垂直于 焊缝长度方向的应力
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N1 , N 2 －角钢肢背和肢尖上的侧面角焊缝所分担的轴力；
e
－角钢的形心距， －角钢肢背和肢尖焊缝的内力分配系数，设计时可 近似取
1 , 2
2 1 1 , 2 3 3
B、两面侧焊缝（a）， N 3
0
N1 1 N
N2 2 N
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h f min 1.5 tmax
① 自动焊的角焊缝
h f min 1.5 tmax 1 h f min 1.5 tmax 1
② T形连接的单面角焊缝
③ 当焊件厚度 4 mm 时，hfmin 与焊件同厚。
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（2）、最大焊脚尺寸 hfmax －避免烧穿较薄的焊件。
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3、正面角焊缝受力复杂，正面角焊缝的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。
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二、角焊缝及连接的构造要求
1、焊脚尺寸hf （1）、最小焊脚尺寸 hfmin－保证焊缝的最小承载能力，并防止焊 缝因冷却过快而产生裂缝。

fy

0 .7 h f l w
Ny

2
N co s 0.7 h f l w
fx w 2 代入公式 f fy f f N f f fw 0 .7 f h f l w
N X N sin N Y N cos
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3、承受剪力与扭矩联合作用的角焊缝连接计算 假定： （1）、被连接构件是 绝对刚性的，角焊缝 是弹性的； （2）、被连接构件绕 角焊缝有效截面形心0 旋转，角焊缝任意一 点的应力方向垂直该 点与形心的连线，且 应力的大小与其距离 的大小成正比，方向 朝向扭矩方向。


（3）厚度方向的焊接应力： 焊接厚钢板时，焊缝与钢板接触面和与空气接触面散热较快而先 冷却结硬，中间后冷却而收缩受到阻碍，形成中间焊缝受拉，四 周受压的应力状态。 以上三种应力形成同号三向应力， 将大大降低连接的塑性。
焊接残余应力的分类 1、纵向焊接残余应力----指沿焊缝长度方向 的应力。 焊缝纵向收缩引起的纵向焊接残余应力 2、横向焊接残余应力----垂直于焊缝长度方向且 平行于构件表面的应力 3、厚度方向的焊接残余应力----垂直于焊缝长度 方向且垂直于构件表面的应力。 焊接厚钢板时，焊缝与钢板接触面和与空气接触 面散热较快而先冷却结硬，中间后冷却而收缩受 到阻碍，形成中间焊缝受拉，四周受压的应力状 态。
h f 2 , lw2 －一个角钢肢尖上的侧面角焊缝的焊脚尺寸及计算长
度。
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度；
D、L形围焊
N2 0
N 3 2 2 N N1 N N 3
角钢端部的正面角焊缝的长度已知，可计算其焊脚尺寸：
hf 3
N3 w 2 0.7lw3 f f f
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f
1 1
sin 2
3
结论：侧焊缝和端焊缝是斜焊缝的两个特例，公式可以统一。
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（3）承受轴心力的角钢角焊缝计算 A、三面围焊连接（b） 正面角焊缝分担的轴心力N3
N3 2 0.7hf3b f f
由平衡条件：
w f
b N1 b N 3 N b e 2 N3 N3 N b e N1 1 N b 2 2 b N 2 b N3 Ne 2 N3 N3 Ne N2 2N b 2 2
C、求得各条焊缝所受的内力后，按构造要求(角焊缝的尺寸限制)
假定肢背和肢尖焊缝的焊脚尺寸，即可求出焊缝的计算长度：
l w1 lw 2
N1 w 2 0.7 h f 1 f f N2 2 0.7 h f 2 f fw
h f 1 , lw1 －一个角钢肢背上的侧面角焊缝的焊脚尺寸及计算长
② 剪力V在焊缝群引起的剪应力
Vy
③ A点合应力
2
V helw
Ty Vy Tx 2 f fw f
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总结：焊接连接的计算步骤 通过前面的讲述，总结焊接连接的计算步骤如下： （1）首先画出焊缝的计算截面； （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 截面形心处的各内力分量； （4）求各内力分量在焊缝计算截面可能的危险点上引起的 应力分量，若该应力分量平行于焊缝长度方向，则为剪应 力性质；若该应力分量垂直于焊缝长度方向,则为正应力性 质。 （5）将各危险点同一方向上的各应力分量分别代数叠加后， 得到合成的应力代入公式验算其强度。

3.焊接残余变形
4.焊接残余应力和残余变形对结构性能的影响

1、对结构构件静力强度的影响。 对在常温下工作并具有一定塑性的钢材，在静力荷载作用下，焊 接残余应力不会影响结构强度。

2、对结构构件刚度的影响。 构件上存在焊接残余应力会降低结构的刚度。
3、对结构稳定的影响：降低了构件的稳定性 4、对疲劳强度的影响：加快疲劳裂纹开展的速度，降低焊缝 及附近主体金属的疲劳强度。 5、对低温冷脆的影响：在厚板或具有交叉焊缝的情况下，将 产生三向焊接拉应力，阻碍了塑性变形的发展，增加了钢材 在低温下的脆断倾向。
h f max 1.2tmin
对板件边缘（厚度为t1）的角焊缝应符合下列要求： ①
当t1 6mm 时, h f max t1 (1 ~ 2)mm
②
当t1 6mm 时, h f max t1
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（3）、焊脚尺寸的选择
h f min h f h f max
4.4
角焊缝的构造与计算
一、角焊缝的形式和强度
1、角焊缝的分类 定义：焊缝位于两个被连接板 件的边缘位置。 （1）、按焊脚间的夹角α 不同： 直角角焊缝 α =900 斜角角焊缝 α ≠900

锐角角焊缝 α <900 钝角角焊缝 α > 900
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（2）、按外力作用方向与焊缝轴线之间的夹角α 不同： 侧焊缝 N力平行于焊缝轴线 α =0° 端焊缝 (正面角焊缝) N力垂直于焊缝轴线 α =90° 斜焊缝 N力与焊缝轴线斜交α ≠90°
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① 扭矩T作用 两个分量
T r T r T Ip Ix Iy
Tx Ty
T ry T r ry T sin I p r Ix Iy T rx T r rx T cos I p r Ix Iy