第3章钢结构连接(第2讲角焊缝连接计算及焊接应力与变形)

Nx
f ,A
l
Ny
w
he
f ,A w 2 f f ,A f f
2
(2) V、M共同作用下焊缝强度计算 e V F
A B
σfA σfB
x
τf
h1
M M
h 1 h h2
x B’
对于A点：
fA
M h1 w f ff Iw 2
式中：Iw—全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩；
第 三 章
上节课内容回顾
1、钢结构连接的种类及特点 2、对接焊缝的构造和计算。
本次课内容
1、角焊缝的构造 2、角焊缝的计算 3、焊接残余应力和焊接变形
§3.3 角焊缝的构造与计算
一、角焊缝的形式和受力分析 1、角焊缝的形式 (1)按焊缝长度和作用力方向分为：侧面角焊缝、正 面角焊缝和斜向角焊缝。
h1—两翼缘焊缝最外侧间的距离。
对于B点： fB
V
M h2 Iw 2
fB f
A B
V he ,2 l w , 2
σf1 σf2
τf
h1
M M
h 1 h h2
x B’
x
强度验算公式：
fB f
w 2 f fB f
2
式中：h2、lw,2—腹板焊缝的计算长度；
he,2—腹板焊缝截面有效高度。
3、T、V共同作用下
x0
y
e2
A
e1
F
x
l1
x
V r
0 y l2
T
A’
将F向焊缝群形心 简化得: V=F T=F(e1+e2)
假定: A、被连接件绝对刚性，焊缝 为弹性，即：T作用下被连 接件有绕焊缝形心旋转的 趋势； B、T作用下焊缝群上任意点的 应力方向垂直于该点与焊 缝形心的连线，且大小与r 成正比； C、在V作用下，焊缝群上的应 力均匀分布。
对于正面角焊缝，τf=0，由3—6式得：
N w f f ff lwhe
(3 7)
对于侧面角焊缝，σf=0，由3—6式得：
N f f fw lwhe
以上各式中：
(3 8)
f f； he=0.7h
2
w 2 ff (3 6) f 角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其 lw — f
α1 α2 b2
α1 α2
b1 hf1 hf2
N N1 N 2 N 1 e1 N 2 e 2 ( 3 10) ( 3 11)
( 3 12)
lw1
N1 N2
e1
N
b
e2
lw2
故:
e2 N1 N k1 N e1 e 2
x
x
e1 N2 N k2 N ( 3 13) e1 e 2 e2 k1 k 1 肢背焊缝内力分配系数 e1 e 2
t1
t2
C. 当角焊缝的端部位于构件转角处时，应作2hf的绕 角焊，且转角处必须连续施焊。
lw
2hf t1 b
5t1且25
t2
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。
三、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45 截面作为计算截面，作用在该截面上的
┻ ┻
f
2
e w
Nx f helw
(3 5)
f
σ┻ τ∥ = τf
∥
σf
45O 45O τ┻
N
Nx
Ny
hf
将3—4、3—5式，代入3—3式得：
f 2

2
f 3 2
2 f
o
应力如下图所示：
σ┻ hf
τ∥
d
τ┻
e
h---焊缝厚度、h1—熔深 h2—凸度、d—焊趾、e—焊根
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， 且各应力分量满足以下折算应力公式:
2 2 2 w σ 3 ( τ τ ) f ∥ ┻ u ┻
(计算数值只进不舍！ )
另:对于埋弧自动焊hf,min可减去1mm; 对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm; 当t2≤4mm时, hf,min=t2
3.侧面角焊缝的最大计算长度 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均， 两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。 如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，
x x
余下的问题同情况‘A’，即:
对于校核问题:
f f
lw1
l w1 he1 l
N2
w 2 he 2
N1
f fw f
w f
( 3 14)
N3
N1
e1 e2 lw2 b
N
( 3 15)
N2Biblioteka 对于设计问题: N1 l w1 h f w e1 f
( 3 16) ( 3 17 )
w1
( 3 22) ( 3 23)
x x
l

N1
( 3 20) ( 3 21)
( 3 24)
2、N、M、V共同作用下
(1)偏心轴力作用下角焊缝强度计算
e
θ
N Nx
lw 2
M
A Ny
lw
2
h et h e
τNy σNx σM
f ,A
6M 2 l h h l w e ew
x
x
l
w2

N2 he 2 f
w f
C、采用L形围焊
lw1 N1 N3 e1 e2 b
N2 0
代入下式3-20，3-21得:
N
N 3 2k 2 N N1 N N 3
对于设计问题:
N w 3 h f N 1 k 1 Ne 1 f 2 N3 N3 hf 3 w N2 k 2 fN f f l w 3 2
B. 破坏形式
（2）正面角焊缝 A. 应力分析
正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性较差， 但强度较高，与侧面角焊缝相比可高出35%--55%以上。
B. 正面角焊缝的破坏形式
（3）斜焊缝 斜焊缝的受力性能介于侧面角焊缝和正侧面角焊 缝之间。
斜 向 角 焊 缝 动 态 演 示
二、角焊缝的构造 1、最大焊脚尺寸hf,max 为了避免焊缝处局部过热，减小焊件的焊接残余 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：
(2)斜向力角焊缝连接

f
N cos θ l w he
lw
( 3 8)
2
2
lw
θ Ny
Nx N

f
N sin l w he
( 3 9)
代入式3-6验算焊缝强度，即:
f f w 2 f f f
2
N
(3 6)
(3)角钢角焊缝连接 A、仅采用侧面角焊缝连接 由力及力矩平衡得:
hf
按he=0.7hf
α hf
α hf
hf
(a)
(b)
斜角角焊缝 a）锐角角焊缝；b）钝角角焊缝
2.直角角焊缝的受力分析 （1）侧面角焊缝（侧焊缝） A. 应力分析 N N
剪应力τf
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。
侧面角焊缝
正面角焊缝
(2)按两焊脚边夹角大小分为：直角角焊缝和斜角角 焊缝。
直角角焊缝
hf
hf
hf
hf 普通式
1.5hf 平坡式
hf 凹面式
（2）斜角角焊缝
按he=hf cos α 2
对于α>135 或α<60 斜
o
o
hf
按he=0.7hf
α hf
α
hf
hf
按he=hf cos α 2
角角焊缝,除 钢管结构外, 不宜用作受 力焊缝。
(3 2)
σ┻ τ∥ τ┻
式中： f
w u --焊缝金属的抗拉强度
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 3(┻ τ τ ) f 3f
2 2 2 ∥ w u
w f
(3 3)
4、直角角焊缝的强度计算公式：
f
h l
Ny
(3 4)
w 2 f f f
ry x
2
τV
y
rx
Aτ
TAx
即：
TAy VAy f
2 w TAx ff
rτ τ θ TAy TA 0 τ x
Vy
y
he
T、V联合作用下 的例题（教材例题3.5）
五、斜角角焊缝的计算 1、由于斜角角焊缝的研究不够充分，为简化计算， 规范规定：对于两焊脚边夹角60o≤α≤135o的 斜T形连接，其斜角角焊缝采用与直角角焊缝相 同的计算公式，且统一取βf=1.0。
2
3 f fw
整理上式，并令 f
2
2
3
2
1.22 得：
2 2 w w σ f 3(┻ τ τ 3ff (3 3 3) 2 ) fu w ∥ ┻ f ( 6) f f f N y f f (3 4) ┻ ┻ 2 helw 式3—6即为，规范给定的角焊缝强度计算通用公式 Nx β f— 正面角焊缝强度增大系数； f (3 5) ∥ f helw 1.22，动载时取1.0。 静载时取