角焊缝的构造与计算

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：
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。
焊根
直角焊缝
斜角焊缝
【注意】除钢管结构外, 对于α>135o或α<60o斜角角缝， 不宜用作受力焊缝。
2、按焊缝截面形式划分
施焊方便，最常用
第三章 钢结构的连接
适宜动力荷载，但施焊不便
普通型
平坦型
凹面型
在直接承受动力荷载的结构中，正面角焊缝宜采用 平坦型，且长边（1.5hf）沿内力方向，侧面脚焊缝宜采 用凹面型。
N3 2
1N
N3 2
N 2b
Ne1
N
3
b 2
N2
Ne1 b
N3 2
2N
N3 2
1 2 —— 肢背、肢尖内力分配系数。
角钢类型 等肢角钢
第三章 钢结构的连接
肢背、肢尖内力分配系数
连接形式
内力分配系数
肢背α1
肢尖α2
0.70
0.30
不等肢角钢 短肢连接
不等肢角钢 长肢连接
0.75
0.25
0.65
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
1、拼接板连接 （轴力N）—— 三面围焊
三面围焊
验算
lw2 N2
N
lw1 N1
N
由端焊缝：
he
N1 lw1
f
f
w f
N1 再验算侧焊缝：
N2 N N1
f
he
N2 lw2
f
w f
当焊缝受直接动力荷载时：
N he lw
f
w f
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。
f 1.00 1.02 1.04 1.08 1.12 1.14 1.20 1.22
第三章 钢结构的连接
3、角钢与拼接板连接 （轴力N） 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊， 或三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊（如图所示）。 腹杆受轴心力作用，为了避免焊缝偏心受力，焊缝所传递 的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。
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
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
第三章 钢结构的连接 角焊缝的计算长度 lw 和实际长度 l 的关系：
① 三面围焊：侧面角焊缝 lw l hf 正面角焊缝 lw l
② 两面侧焊：侧面角焊缝 lw l 2hf
N
N
l
l
N
l
N
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 角焊缝的计算长度 lw 和实际长度 l 的关系：
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。
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
— 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
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
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
为什么要限制？ 焊脚尺寸太小，不能焊透，导致实际承载力不足；焊接热 量小，冷却过快，焊件越厚，冷却越快，导致焊缝变脆， 容易产生裂纹。为防止此状况发生，焊脚尺寸不应过小。
如何限制？ 也与板厚联系起来。《规范》规定：
第三章 钢结构的连接
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ② 最小焊脚尺寸hf,min
hf ,min 1.5 t2
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
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
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
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
计算数值只进不舍
式中: t2 —— 较厚焊件厚度。
当t2≤4mm时, hf,min = t2
注：对于自动埋弧焊hf,min可减去1mm（温度高而均匀）； 对于T型连接单面角焊缝hf,min应加上1mm（冷却快）。
焊脚尺寸hf ?
第三章 钢结构的连接
h f ,min h f h f ,max
hf ,min 1.5 10 4.7mm
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 6wk.baidu.comh f
② 角焊缝的最小计算长度
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°
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
d
端焊缝
侧焊缝
e
h —焊缝厚度、h1 —熔深
h2 —凸度、d —焊趾、e —焊根
hf
计算截面: 均取焊缝 45°喉部为有效截面 h f 有效焊缝高度: h e＝ 0.7 h f （焊缝高度）
有效截面
计算焊缝长度:
lw＝
每条连续焊缝的长度－2h
f（每端扣hh
e f
）
有效截面：he×lw
第三章 钢结构的连接
2、节点板与柱连接（T形接头）——承受斜向 N 的角焊缝
第三章 钢结构的连接
2、节点板与柱连接（T形接头）——承受斜向 N 的角焊缝
Nx=N·sinθ
Ny=N·cosθ
f
N
sin
he l w
f
N cos
he l w
θ Nx
Ny N
( f f
)2
2 f
ffw
第三章 钢结构的连接
N sin f helw
式中: t1 —— 较薄焊件厚度。
对于板件边缘的角焊缝尚需满足：
t2
t1
hf
当 t≤6mm时，hf,max≤t ；
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。
hf
t1
第三章 钢结构的连接
1、角焊缝焊脚尺寸 hf ② 最小焊脚尺寸hf,min
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：
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
第三章 钢结构的连接
3、角钢与拼接板连接 （轴力N）
两面侧焊
lw 1
N1
e1
肢背焊缝
N2 lw 2
e2
N
肢尖焊缝
b
N3 0
N1 1N N2 2N
lw1
N1 2 0.7hf
f
w f
lw2
N2 2 0.7hf
f
w f
l1 lw1 2hf l2 lw2 2hf
第三章 钢结构的连接
【例2】设计如图所示双面不等边角钢和节点板间的连接角焊 缝。受动力荷载N=575kN。钢材Q235，手工焊，焊条E43型。