ch7

缺点
• 材质劣化
• 残余应力、残余变形
• 一裂即坏、低温冷脆
7.2.3 焊缝缺陷 焊缝缺陷
裂纹、气孔、烧穿、夹渣、未焊透、咬边、 焊瘤等
(a) 热裂纹；(b) 冷裂纹；(c) 气孔；(d) 烧穿；(e) 夹渣
(f) 根部未焊透；(g) 边缘未熔合；(h) 层间未熔合； (i) 咬边；(j) 焊瘤
焊缝等级：《钢结构工程施工质量验收规范》 （GB50205）三级
•
• •
三级焊缝：外观检查
二级焊缝：在外观检查的基础上再做无损检验，用超声波检 验每条焊缝的20％长度，且不小于200mm 一级焊缝：在外观检查的基础上用超声波检验每条焊缝全部 长度，以便揭示焊缝内部缺陷
强度折减：
高空安装焊缝，强度设计值乘以0.9
缝、带钝边单边V形缝和Y形缝
7.3.2 对接焊缝的计算 计算原则
对接焊缝的应力分布情况基本上与焊件相同。可用计 算焊件的方法计算对接焊缝。对于重要的构件，按一、二 级标准检验焊缝质量，焊缝和构件等强，不必另行计算， 只有对三级焊缝，才需要计算。 （1）轴心受力的对接焊缝
＝N／（lwt）≤fwt或fwc
6、扭矩、剪力和轴心力共同作用
T rx ; ; ; he lw he lw J J
V A
V
N A
N
T A
T ry
T A
T V A A T T 2 ( ) 2 ( A A ) ffw f
7、塞焊计算
7.5 焊接残余应力和残余变形
7.5.1 焊接残余应力的分类和产生的原因
IX 1 10.6 19.0 3 19.0 1 4.05 2 1.2 3 10.6 1.2 6.05 2 1350 .33cm 4 12 12
• •
V力在焊缝形心处产生剪力V=150kN和弯矩M=V e=100×0.15=15kN· m，验算翼缘上边缘处焊缝拉应 力
f
仅有垂直于焊缝长度方向的轴心力时
f N /(he lw ) f ff w
仅有平行于焊缝长度方向的轴心力时
f N /(he lw ) ffw
同时有平行和垂直于焊缝长度方向的轴心力时
f / f f2 ffw
2
式中 lw为连接一侧所有焊缝的计算长度之和，每条焊缝按实 际长度减去2hf。
7.4.3 常用连接方式的角焊缝计算
1、受轴心力作用的拼接板连接
仅侧面角焊缝（图a）
N f ffw he lw
仅正面角焊缝（图b）
N f f f f w he lw
三面围焊时（图c） 先计算计算正面角焊缝受力N1，剩
余的N－ N1由侧面角焊缝承担。 菱形拼接板（图d） 简化计算不计正面及斜焊缝的f：
1— 焊 丝 转 盘 ； 2— 转 动 焊 丝 的 电 动 机 ； 3— 焊 剂 漏 斗 ； 4— 电 源 ； 5—熔 化 的 焊 剂 ； 6— 焊 缝 金 属 ； 7— 焊 件 ； 8— 移 动 方 向
7.2.2 焊接连接的优缺点 优点
• 省工省材
• 任何形状的构件均可直接连接 • 密封性好，刚度大
N ffw he lw
2、受轴心力作用的角钢连接
当用侧面角焊缝连接时（图a） 肢背 N1=e2 N /（e1+e2）=K1 N
肢尖 N2=e1 N /（e1+e2）=K2 N
三面围焊时（图b）
正面角焊缝承担的力为 N3 =0.7hf∑lw3βf ffw 侧面角焊缝承担的力为 肢背 N1 =e2 N /（e1+e2）－N3 /2=K1 N－N3 /2 肢尖 N2 =e1 N /（e1+e2）－N3 /2=K2N－N3 /2
fx / 2 fy / 2
fy / 2 fx / 2, // fz
则有

fz / 2 fy / 2

2
3 fy / 2 fz / 2


2
w 2 3 f fz f
可得角焊缝计算的基本公式为
• 图4-2- 22（a）T形牛腿对接焊缝连接；(b)焊缝有效截面
• 焊缝有效截面形心轴计算 10.6 1.2 0.6 19.0 1.0 10.7 • y 6.65cm
1
10.6 1.2 19.0 1.0
y2 19.0 1.2 6.65 13.55cm • • 焊缝有效截面惯性矩
采取合理的施焊次序
施焊前加相反的预变形（图a、b） 焊前预热，焊后回火（图c）
7.5.5 合理的焊缝设计
焊接位置要合理，布置应尽量对称于截面重心 焊缝尺寸要适当，采用较小的焊脚尺寸 焊缝不宜过分集中（图a） 应尽量避免三向焊缝交叉（图b） 考虑钢板分层问题（图c） 焊条易达到（图d） 避免仰焊
7.6 普通螺栓的构造和计算
7.6.1 螺栓连接的排列和构造要求
排列方式：并列或错列 排列时应考虑下列要求: 1．受力要求： 2．构造要求：
3．施工要求：
排列要求
• 受力要求：
钢板端部剪断，端距不应小于2d0; 受拉时，栓距和线距不应过小；
受压时，沿作用力方向的栓距不宜过大
• 构造要求
栓距和线距不宜过大
• 施工要求
有一定的施工空间
钢板上螺栓和铆钉的容许间距 名称 位置和方向 外排(垂直内力或顺内力方向) 垂直内力方向 中心间距 中间排 顺内力方向 沿对角线方向 顺内力方向 中心至构件边缘距离 剪切或手工气割边 垂直内力方向 轧制边、自动气割或锯割边 高强度螺栓 其它螺栓 4 d 0 或8 t 构件受压力 构件受拉力 最大容许距离 （取两者的较小值） 8d0 或12 t 16d0 或24 t 12d0 或18 t 16d0 或24 t —— 2d0 1.5d0 1.5d0 1.2d0 3d0 最小容许距离
7.3 对接焊缝的构造和计算
7.3.1 构造要求 坡口形式
分为 I 形缝、 V 形缝、带钝边单边 V 形缝、带钝边 V 形缝 （也叫Y形缝）、带钝边U形缝、带钝边双单边 V形缝和 双Y形缝等
ห้องสมุดไป่ตู้
（a）I形缝；（b）带钝边单边V形缝；（c）Y形缝
（d）带钝边U形缝；（e）带钝边双单边V形缝； （f）双Y形缝；（g）、（h）、（i）加垫板的I形
M y1 15 66.5 106 2 2 t 73 . 87 N / mm 200 N / mm t IX 1350 .33 104
• 验算腹板下端焊缝压应力
• • 为简化计算，可认为剪力由腹板焊缝单独承 担，剪应力按均匀分布考虑 V 100 10 52,6N／mm •
7.2.4 焊缝连接型式及焊缝型式 连接型式
平接、搭接、T形连接和角接
连接型式
对接焊缝和角焊缝
正面角焊缝 侧面角焊缝
连续角焊缝
断续角焊缝
施焊位置
俯焊（平焊）、立焊、横焊和仰焊
7.2.5 焊缝代号 作用
表明焊缝型式、尺寸和辅助要求
表示方法
由图形符号、辅助符号和引出线等部分组成
应力分布
侧面角焊缝的应力分布
正面角焊缝的应力分布
角焊缝的应力—位移曲线
焊脚尺寸
hf 应与焊件的厚度相适应。 对手工焊，hf应不小于 1 ， mm）， .5t为较厚焊件的厚度（ t 对自动焊，可减小1mm； hf应不大于较薄焊件厚度的1.2倍。
对于板件边缘的焊缝，当t ≤6mm时， hf ≤t ；当t >6mm时， hf ＝t －(1~2)mm。
A
T rA ; J Ix Iy J

T Ax

T rAy J
T Ay
T rAx J
环焊缝受扭
5、弯矩、剪力和轴心力共同作用
M A
M V N V N ; A ; A Ww he lw he lw
M N A A V 2 ( ) 2 ( A ) ffw f
L形焊缝（图c）
正面角焊缝承担的力为 N3 =0.7hf∑lw3βf ffw 侧面角焊缝承担的力为 N1 = N －N3
3、弯矩作用下的焊缝
f
M f f f w Ww
4、扭矩作用下的焊缝 焊缝群受扭：
假定 ① 被连接构件是绝对 刚性的，而螺栓则是弹性的； ② 被连接板件绕角焊缝有效 截面形心o旋转，角焊缝上任 一点的应力方向垂直于该点与 形心o的连线，应力的大小与 其距离r的大小成正比。
式中 N ——轴心拉力或压力的设计值； lw ——焊缝计算长度，当采用引弧板施焊时， 取焊缝实际长度；当无法采用引弧板时，每条 焊缝取实际长度减去2t； t ——在对接接头中为连接件的较小厚度， 不考虑焊缝的余高；在T形接头中为腹板厚度; ftw ， fcw—— 对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。 抗压焊缝和质量等级为一、二级的抗拉焊缝与 母材等强，三级抗拉焊缝强度为母材的85% 。
纵向残余应力
横向残余应力
厚度方向的残余应力
约束状态下的焊接应力
7.5.2 焊接残余应力的影响
对结构静力强度的影响
对结构刚度的影响
对压杆稳定的影响
对低温冷脆的影响
对疲劳强度的影响
7.5.3 焊接残余变形
残余变形形式
残余变形形式
7.5.4 减小焊接残余应力和焊接残余变形的方法
• 焊缝强度满足要求。
7.4 角焊缝的构造和计算
7.4.1 构造和强度
• 截面形状
• 直角角焊缝:角焊缝两边夹角一般为90 • 斜角交焊缝:夹角大于135或小于60的，除钢管结构外， 不宜用作受力焊缝。 • 角焊缝的有效截面:为平分角焊缝夹角的截面，破坏 往往从这个截面发生。 • 有效截面的高度称为角焊缝的有效厚度he ，当 ≤90时， he ＝0.7 hf ；当 >90 时， he ＝ hf cos( /2)。
（2）受弯、受剪的对接焊缝计算
＝M／Ww ≤ fwt
＝VS／（Iwt ）≤ fwV
2 2 zs B 3 B 1.1 f t w
7.3.3 部分焊透的对接焊缝 计算原则：按角焊缝计算
• [例题4-2-1]计算图所示对接焊缝，已知牛腿翼缘宽度为 116mm，厚度为12mm，腹板高200mm，厚10mm。牛腿承受 竖向力设计值v =100kN，e=150ram，钢材为Q345，焊条E50 型，施焊时无引弧板，焊缝质量标准为三级。 • [解] 因施焊时无引孤板，翼缘焊缝的计算长度为106mm，腹 板焊缝的计算长度为190mm。 • 焊缝的有效截面如图4-2- 22 (b)所示。
焊缝长度 lw也不应太长或太短，其计算长度不宜小于 8hf或40mm ，且不宜大于60hf
7.4.2 角焊缝计算的基本公式
2 2 2 3( // ) 3 f fw
Nfx fx Ae , Vfy fy Ae , Vfz fz Ae
Ae Nfx / 2+Nfy / 2 fx Ae / 2 fy Ae / 2
7 钢结构的连接和节点构造
7.1 钢结构对连接的要求及连接方法
连接要求
足够的强度、刚度和延性
连接方法
焊接、铆接和螺栓连接
（a）焊接连接；（b）铆钉连接；（c）螺栓连接
7.2 焊接连接的特性
7.2.1 焊接方法 电弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等
图 7-2
手工电弧焊
图 7-3
自动埋弧焊
1— 电 源 ； 2— 导 线 ； 3— 夹 具 ； 4— 焊 条 ； 5— 药 皮 ； 6— 焊 件
2 2 2 2 ( fx fy fx fy ) fz ffw 3
3 2 1.22 式中 f ——正面角焊缝的强度设计值增大系数， ；但对直接承受动 力荷载结构中的角焊缝，由于正面角焊缝的刚度大，韧性差，应取f ＝1.0； x 、y ——按角焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的正应力； z ——按角焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力。
3
M y 2 15 135.5 106 2 2 c 150 . 52 N / mm 300 N / mm c IX 1350 .33 104
AW
190 10
• 腹板下端点正应力、剪应力均较大，故需验 算腹板下端点的折算应力
2 3 2 150 .52 2 3 52.6 2 175 .94 N / mm 2 1.1 t 1.1 200 220 N / mm 2