第四章 钢结构的连接(焊缝连接)

焊缝截面的直角边称为焊脚尺寸，用hf表示
二、角焊缝的尺寸要求 （1）最小焊脚尺寸： t1为较厚焊件厚度
h f ,min 1.5 t1 (4.5)
原因：保证焊缝最小承载能力，并避免焊缝 因冷却过快而产生裂纹
计算值的调整： 自动焊按上式减小1mm； T形连接单面焊按上式增加1mm； 焊件厚度≦4mm时，hf，min应与焊件厚度相同
3、焊缝质量等级的确定 规范规定，焊缝应根据结构的重要性、荷载 特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情 况，按下述原则分别选用不同的质量等级： （1）在需要进行疲劳计算的构件中，凡对 接焊缝均应焊透，其质量等级为： ①作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊 缝或T型对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级， 受压时应为二级； ②作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊 缝应为二级。
q=150KN/m（包括自重）
-250x16 -1000x10 2.4m 8m
解：1、强度取值 钢材Q235，E43手工焊，三级质量标准， ftw=185N/mm2,fvw=125N/mm2 2、拼接处内力计算 M=150X2.4X（8-2.4）/2=1008KN.m V=150x（8/2-2.4）=240KN
钢板拼接
（a）改变宽度 （b）改变厚度
3、引弧板 在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷， 这些缺陷对承载力影响极大，故焊接时一般 应设置引弧板和引出板，焊后将它割除。对 受静力荷载的结构设置引弧（出）板有困难 时，允许不设置引弧（出）板，此时，可令 焊缝计算长度等于实际长度减2t（此处t为较 薄焊件厚度）。
4.3.2 对接焊缝的计算
对接焊缝是焊件截面的组成部分，焊缝中 的应力分布情况基本上与焊件原来的情况相 同，故计算方法与构件的强度计算一样，即 采取材料力学的方法进行焊缝强度计算。 受压、受剪的对接焊缝与母材强度相等 ； 一、二级检验的焊缝的抗拉强度与母材强度相 等； 三级检验的焊缝抗拉强度为母材强度的85% ；
（4）不要求焊透的T形接头采用的角焊缝 或部分焊透的对接与角接组合焊缝，以及搭接 连接采用的角焊缝，其质量等级为： ①对直接承受动力荷载且需要验算疲劳的 结构和吊车起重量等于或大于50t的中级工作 制吊车梁，焊缝的外观质量标准应符合二级； ②对其他结构，焊缝的外观质量标准可为 三级。
4.3
对接焊缝构造和计算
不需进行验算的情况：
有引弧板时：一、二级受拉焊缝和所有受压、剪焊缝
当直焊缝不能满足强度要求时，可采用斜对接焊 缝，其强度计算公式为：
N sin ftw lwt N cos f vw lwt
斜焊缝倾角θ≤56.3°， 即tgθ≤1.5时，可认为 与母材等强，不用计算。
螺栓连接
螺栓连接分普通螺栓连接和高强度螺栓连接 两种。 普通螺栓分为A、B、C三级： A、B级螺栓钢材性能等级为5.6或8.8级，为 精制螺栓，尺寸准确，精度高，配Ⅰ类孔； C级螺栓钢材性能等级为4.8级，粗制螺栓， 配Ⅱ类孔。 （小数点前的数字表示抗拉强度的1/100，小 数点后的数字表示屈强比）


2、焊缝计算截面几何特征
1 IW (250 1032 3 240 1000 3 ) 2898 10 6 mm 4 12 -250x16 I w 2898 10 6 6 3 Ww 5.62 10 mm y 516 S w1 250 16 508 2.03 10 6 mm 3 500 2 S w 2.03 10 6 10 3.28 10 6 mm 3 2
如何选择焊条型号？ （1）与主体金属强度匹配确定焊条系列 对Q235钢采用E43型焊条（E4300～E4328）； 对Q345钢采用E50型焊条（E5000～E5048） 对390钢和Q420钢采用E55型焊条（E5500～E5518） 不同强度的钢材连接时，采用与低强度钢材相适应 的焊条系列 （2）结合钢材牌号、结构重要性、焊接位置等确定 焊条型号 一般对于Q235-B钢，采用E4303型； 对于Q345钢时，采用E55003型
（2）不需要计算疲劳的构件中，凡要求与母 材等强的对接焊缝应予焊透，其质量等级 当受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。 （3）重级工作制和起重量Q≥50t的中级工作 制吊车梁的腹板与上翼缘之间以及吊车桁 架上弦杆与节点板之间的T形接头焊缝均要 求焊透。焊缝形式一般为对接与角接的组 合焊缝，其质量等级不应低于二级。
2 f vw 125 N / mm（满足要求）
ห้องสมุดไป่ตู้1”点处折算应力验算
1 max
h0 1000 2 179 .5 173 .9 N / mm h 1032
V S w1 240 10 3 2.032 10 6 2 1 16.8 N / mm 6 I w tw 1898 10 10
（2）最大焊脚尺寸 原因：为了避免烧穿较薄的焊件，减少焊 接应力和焊接变形
4.3.1 对接焊缝构造 1、对接焊缝的焊件常需做成坡口，故又 叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。
（a）直边缝 （b）单边v形 （c）v形 （d）u形 （e）k形 （f）x形
2、在对接焊缝的拼接处，当焊件的宽度不同或厚 度相差4mm以上时，应分别在宽度方向或厚度方向从 一侧或两侧做成坡度不大于1:2.5的斜角，以使截面 过渡和缓，减小应力集中。
-1000x10
-250x16
3、焊缝强度计算
M 1008 10 6 Ww 5.62 10 6
2 w
1
-1000x10
max
1
max
179 .5 N / mm f t 185 N / mm 满足要求
2
max
max
V S w 240 10 3 3.28 10 6 2 27.2 N / mm 6 I w tw 2898 10 10


2、焊缝计算 N=1.2x700+1.4x400=1400KN 因未采用引弧板， 故焊缝计算长度lw=l-2t=500-2x14=472mm
N 1400 10 3 211 .9 N / mm 2 f t w 185 N / mm 2 lw t 472 14 不满足要求
N cos 1400 10 3 0.555 ' 2 w 2 ' 98.2 N / mm f v 180 N / mm 472 lw t 14 0.832 满足要求
二、承受弯矩和剪力联合作用的对接焊缝
（1）矩形截面
t lw
分别验算最大 弯曲正应力和最 大剪应力：
例：设计-500x14钢板的对接焊缝拼接 钢板承受轴心拉力，恒载和活载标准值引起的轴心拉 力值分别为700KN和400KN，荷载分项系数分别取为 1.2和1.4。 已知钢材Q235，E43手工焊，三级质量标准，未采用 引弧板。
解：1、强度取值 钢材Q235，E43手工焊，三级质量标准， t=14mm<16mm，因此，ftw=185N/mm2
4、施焊位置 焊缝按施焊位置分为平焊、横焊、立焊及仰焊。
（a）平焊
（b）横焊
（c）立焊
（d）仰焊
4.2.3 焊缝符号和表示方法
《焊缝符号表示法》规定：焊缝符号由图形 符号、辅助符号和引出线等部分组成。 图形符号：表示焊缝基本形式（外观） 辅助符号：表示焊缝的辅助要求，绘在引出 线转折处； 引出线：由横线、斜线及箭头组成
将直焊缝改为斜焊缝，tgθ=1.5
N sin 1400 10 3 sin 56 0 ' ' 472 lw t 14 0 sin 56 1400 10 3 0.832 2 145 .6 N / mm 2 f t w 185 N / mm 2 472 14
高强度螺栓分大六角头型和扭剪型两种。 分为摩擦型高强螺栓连接和承压型高强螺栓 连接两种。
4.2
焊接方法、焊缝形式和质量等级
4.2.1 焊接方法 1、手工电弧焊
焊条型号表示方法：碳钢焊条由字母E和后面的四 位数字组成，如E4328 字母E表示焊条 头两位数字是融敷金属抗拉强度的最小值，单位为 kgf/mm2 如E43为fu≥43kgf/mm2（420N/mm2） 第三位数字表示焊条适用的焊接位置： 0和1表示全位置焊接；2表示适合平焊和水平角焊； 4表示适用于向下立焊 第四位数字和第三位数字一起表示焊接电流种类和 药皮类型
3 173 .9 3 16.8 176 .3N / mm
2 1 2 1 2 2 2
1.1 f t w 1.1185 203 N / mm 2 满足要求
4.4
直角角焊缝的构造和计算
4.4.1 角焊缝的构造 一、角焊缝的形式 按其与作用力的关系可分为：焊缝长度方向 与作用力垂直的正面角焊缝；焊缝长度方向与 作用力平行的侧面角焊缝以及斜焊缝； 按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊 缝
第四章
钢结构的连接
4.1 钢结构的连接方法及其应用
钢结构的连接一般采用焊接和紧固件（螺栓 和铆钉）连接
焊接
焊接连接是现代钢结构最主要的连接方 法。 其优点是：构造简单，任何形式的构件 都可直接相连；用料经济，不削弱截面；制 作加工方便，可实现自动化操作；连接的密 闭性好，结构刚度大。 其缺点是：在焊缝附近的热影响区内， 钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变 脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承 载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部裂 纹一旦发生，就容易扩展到整体，低温冷脆 问题较为突出。
1、轴心力作用时对接焊缝计算
对接焊缝受垂直于焊缝的轴心拉力或压力 作用时的强度计算公式：
N w w f t 或f c lwt
lw：焊缝计算长度，未采用引弧（出）板时，取实
际长度－2t；
t：对接接头中为连接板件较小厚度，T形连接中为 腹板厚度；
需要进行验算的情况：
有引弧板的三级受拉焊缝（材料承载力降低） 无引弧板时的所有焊缝（截面减小）
M max f t w (4.2) W V Sw 3 V w max f v (4.3) Iw t 2 lw t
（2）工字型截面
除了要验算最大正应力和最大 剪应力，还应在同时受较大正 应力和剪应力的梁腹板横向对 接焊缝受拉区的端部“1 ”点处 计算折算应力：
2、自动或半自动埋弧焊
4.2.2 焊接接头及焊缝形式
1、焊缝连接形式 按被连接钢材的相互位置可分为对接、搭接、T 型连接和角部连部四种

2、焊缝形式 对接焊缝按所受力的方向分为正对接 焊缝和斜对接焊缝。角焊缝可分为正面角 焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝
正对接
斜对接
角焊缝
3、焊缝沿长度方向的布置分为连续角焊缝和 间断角焊缝二种。连续角焊缝为常用形式。 间断角焊缝的间断距离l不宜过长，以免连接 不紧密，潮气侵入引起构件锈蚀。一般在受压构 件中应满足l≤15t；在受拉构件中l≤30t，t为较 薄焊件的厚度。
4.2.4 焊缝质量等级
1、焊缝缺陷 焊缝缺陷指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影 响区钢材表面或内部的缺陷。 裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。
2、焊缝质量等级 《钢结构工程施工质量验收规范》（GB502052001）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； 二级焊缝则除外观检查外，还要求用超声波探 伤对部分焊缝进行内部缺陷的抽样检验； 一级焊缝则除外观检查外，还要求对所有焊缝 用超声波探伤进行内部缺陷的检验。
1
3
2 1
2 1
1.1 f t ( 4.4)
w
对于非对称工字型截面对接焊缝则应判断哪个点的折算应力大而验 算该点折算应力；若折算应力点处在受压区，则ftw应改为fcw。
例：某8m跨简支梁，截面和荷载设计值如图，距支 座2.4m处有翼缘和腹板的拼接连接。钢材Q235， E43手工焊，三级质量标准，有引弧板。