钢构焊缝计算(受力)..doc

钢结构的焊接连接
钢结构的连接方法可分为焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接三种。焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法。它的优点是:(1)焊件间可直接相连,构造简单,制作加工方便;(2)不削弱截面,用料经济;(3)连接的密闭性好,结构刚度大;(4)可实现自动化操作,提高焊接结构的质量。缺点是:(1)在焊缝附近的热影响区内,钢材的材质变脆;(2)焊接残余应力和变形使受压构件承载力降低;(3)焊接结构对裂纹很敏感,低温时冷脆的问题较为突出。
一、焊缝的形式

图 1 直角角焊缝截面
图 2 斜角角焊缝截面
角焊缝按其截面形式可分为直角角焊缝和斜角角焊缝。两焊脚边的夹角为90°的焊缝称为直角角焊缝,直角边边长hf称为角焊缝的焊脚尺寸,he=。斜角角焊缝常用于钢漏斗和钢管结构中。对于夹角大于135°或小于60°的斜角角焊缝,不宜用作受力焊缝(钢管结构除外)。

对接焊缝的焊件常需加工成坡口,故又叫坡口焊缝。焊缝金属填充在坡口内,所以对接焊缝是被连接件的组成部分。
坡口形式与焊件厚度有关。当焊件厚度很小(手工焊6mm,埋弧焊10mm)时,可用直边缝。对于一般厚度(t=10~20mm)的焊件可采用具有斜坡口的单边V形或V形焊缝。斜坡口和离缝c共同组成一个焊条能够运转的施焊空间,使焊缝易于焊透;钝边p有托住熔化金属的作用。对于较厚的焊件
(t>20mm),则采用U形、K形和X形坡口。对于V形缝和U形缝需对焊缝根部进行补焊。对接焊缝坡口形式的选用,应根据板厚和施工条件按现行标准《建筑结构焊接规程》的要求进行。
凡T形,十字形或角接接头的对接焊缝称之为对接与角接组合焊缝。
图3 对接焊缝的坡口形式

《钢结构工程施工质量验收规范》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且符合三级质量标准;一级、二级焊缝则除外观检查外,还要求一定数量的超声波检验并符合相应级别的质量标准。焊缝质量的外观检验检查外观缺陷和几何尺寸,内部无损检验检查内部缺陷。
二、直角角焊缝的构造与计算
角焊缝按其与作用力的关系可分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝。正面角焊缝的焊缝长度方向与作用力垂直,侧面角焊缝的焊缝长度方向与作用力平行,斜焊缝的焊缝长度方向与作用力倾斜,由正面角焊缝、侧面角焊缝和斜焊缝组成的混合,通常称作围焊缝。
侧面角焊缝主要承受剪力,塑性较好,强度较低。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。
正面角焊缝受力复杂,其破坏强度高于侧面角焊缝,但塑性变形能力差。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。

(1) 最小焊脚尺寸
hf≥ (1)
式中 t2—较厚焊件厚度,单位为mm。
计算时,焊脚尺寸取整数。
自动焊熔深较大,可减小1mm;T形连接的单面角焊缝,应增加1mm;当焊件厚度小于或等于4mm时,则取与焊件厚度相同。
(2)最大焊脚尺寸
(2)
式中 t1—较薄焊件的厚度,单位为mm。
对板件边缘的角焊缝,当板件厚度t>6mm时,取hf≤t-(1~2)mm;当t≤6mm时,取hf≤t。
图4 最大焊角尺寸
(3)角焊缝的最小计算长度
侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8hf和40mm。
(4) 侧面角焊缝的最大计算长度
侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀,两端大而中间小,可能首先在焊缝的两端破坏,故规定侧面角焊缝的计算长度lw≤60hf。若内力沿侧面角焊缝全长分布,可不受上述限制。
(5)搭接连接的构造要求
当板件端部仅有两条侧面角焊缝连接时,应使每条侧焊缝的长度不宜小于两侧焊缝之间的距离。两侧面角焊缝之间的距离也不宜大于16t(t>12mm)或190mm(t≤12mm),t为较薄焊件的厚度。
搭接连接中,当仅采用正面角焊缝时,其搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍,也不得小于25mm。
图5 焊缝长度及两侧焊缝间距图6 搭接连接
(6) 间断角焊缝的构造要求
间断角焊缝只能用于一些次要构件的连接或受力很小的连接中。间断角焊缝的间断距离l不宜过长,以免连接不紧密。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。
图7 连续角焊缝和间断角焊缝
(7) 减小角焊缝应力集中的措施
杆件端部搭接采用三面围焊时,所有围焊的转角处必须连续施焊。对于非围焊情况,当角焊缝的端部在构件转角处时,可连续地作长度为2hf的绕角焊。
2. 直角角焊缝强度计算的基本公式
(3)
式中—垂直于焊缝长度方向的应力;
—平行于焊缝长度方向的应力;
—正面