各種角焊縫的受力計算

1、83.21殊心力雌讎接S3.22鮒航力作用NsinJ 】(3.10)3.3.43,3.4(i)恥板艄接魏承受啊加助、壓力貓加時當(dāng)耶麴心力詛軸心力酬連後鹽中心時間認為財應(yīng) 力是購分布觥 酣21醴接申，當(dāng)只林面鮪啊，按式(38卅策當(dāng)只有正両鱒獅，按式(3,7卅簫當(dāng)采用三昭偉 3M刪戕板再械式7卅虹面解新承踰內(nèi)力N1胡仏-式申汕為齬-肛砒財計算長度的的淸由力N_Wps a9)式申力一連接-躺制面鮪針?biāo)泷宓哪_。田3所示受鼬飆力的鱷魅瓠有酹特方法。分力法和力分第為垂直于恥湘平行瑚繍分力N產(chǎn)Ns訕Ny=N炯代入式(3,6)黯鮪繃強氏破接法 砌N力分統(tǒng)(3JQ)的%和rf代人式(3,6沖福取紅122%1，5

2、馬N + cos叨= w J sir?0/3 7hMfT(3.12)由平衡條件(工M=0)可得：M =叢戸一學(xué)pN_學(xué)32 =豊一豊=5N -豊(3.14)式中NE角鋼肢背和肢尖上的側(cè)面角焊縫所分擔(dān)的軸力；e 角鋼的形心距$91角鋼肢背和肢尖悍縫的內(nèi)力分配系數(shù)設(shè)計時可近似取如=專灼=專。圖323桁架腹桿與節(jié)點板的連接對于兩面割焊圖3. 23(a),因“3=0得N】=a、N(3.15)M a$N(3. 16)求得各條焊縫所受的內(nèi)力后，按構(gòu)造要求(角焊縫的尺寸限制)假定肢背和肢尖焊魅的焊腳尺寸，即可求出 焊縫的計算長度。例如對雙角鋼裁面.2X0. 7htifT(3.17)山一 2 x 07亦式中h

3、g個角鋼肢背上的側(cè)面角燼縫的焊腳尺寸及計算長度；hlg個角鋼肢尖上的側(cè)血角焊縫的焊腳尺寸及計算長度。、考慮到毎條焊縫兩端的起滅弧缺陷實際焊縫長度為計算長度加10mm；但對于三面圍焊，由于在桿件端 部轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊，每條側(cè)面角焊縫只有一端可能起滅弧，故焊縫實際長度為計算長度加5mm；對于采用繞角焊的側(cè)面角燼縫實泳長度導(dǎo)于計算長度(繞角焊縫怏度2加不進入計算兒 當(dāng)桿件受力很小時,可采用L形圍焊圖3. 23(c)由于只有正面角焊縫和角鋼肢背上的側(cè)面角癢縫，令 式(3.14)中的Nz = 0,得N3 = 2 勺N(3.19)N = N N,(3.20)角鋼肢背上的角焊縫計算長度可按式(3.17)計

4、算，角鋼端部的正面角焊縫的長度已知，可按下式計算其焊瞬尺 寸：13 _ 2 X 0. 7 X 1/JT*式中 $/ “nbSrnm【例31】試驗算圖3. 22所示直角角焊縫的強度。已知焊縫承受的靜態(tài)斜向力N=280kN(設(shè)計值)二 60,角焊縫的焊謀尺寸Af=8mm,實際長度rw = 155mm,鋼材為Q235-B,手工焊，焊條為E43型。【解】受斜向軸心力笊角焊縫有兩種計算方法：(1) 分力法 將N力分解為垂直于悍縫和平行干焊縫的分力，即N嚴(yán) N sin(9 = N sin60e = 280 X = 242. fkNy = 140kNNy = N cos0 = N cos60 = 280 X

5、=156N/mn?=N.二242.5 X IO3 _140 X IO32 X 0. 7 X 8 X (155 16)5 一 2hX 2 X 0-7 X 8 X (155 - 16)=90N/mm2焊縫同時承受5和Tr作用,可用式(36)驗算156N/mm2160N/mm2370530(2) 直接法 也就是直接用式(3.11)進行計算。已知0=60。則斜焊縫強度增大系數(shù)弘=L15,則=155N/mm2 穴=160N/mm:= 一 _ _ 280 X 22MS = 2V0.TX 8 X (155 - 16) X 1.15顯然，用直接法計算承受軸心力的角焊縫比用分力法簡練?！纠?. 2】試設(shè)計用拼接

6、蓋板的對接連接(圖3.24)。已知鋼板寬B=270mm,序度/產(chǎn)28mm,拼接蓋板 厚度“ =該連接承受的靜態(tài)紬心力N = 1400kN(設(shè)計值)，鋼材為Q235E手工焊焊條為E43型圖324例32圖【解】設(shè)計拼接蓋板的對接連接冇兩種方法一種方法是假定焊腳尺寸求焊縫長度，再由焊縫長度踴定拼接蓋板 的尺寸；另一方法是先假定焊腳尺寸和拼接芒板的尺寸，然后驗算焊縫的承裁力6mm.rtG，則hj = / ( 2)mm = 16 (1 2) = 15 或 14mmfiT =5= 1 5 /28 = 7- 9mm取尼=10mm査附錄表12得角焊縫強度設(shè)計值/r = 160N/mn?(1) 采用兩面測焊時圖

7、324(a)連接一側(cè)所需焊縫的總長度，可按式(3. 8)計算得e N 1400 X 10$ “皿=礫=0.7 X 10 X 160 = 1250mm此對接連接采用了上下兩塊拼接蓋板，共有4條側(cè)焊縫，一條側(cè)焊縫的實際長度為I. =+ 20 =+ 20 = 333mm A = 270 X 28 = 7560mm2滿足強度要求。.根據(jù)構(gòu)造耍求，應(yīng)滿足：b = 240mm Zw 325mm且 N = 1400kN,滿足要求。圖3. 25例33圖【例33】 試確定圖3.25所示承受靜態(tài)軸心力的三 面圍焊連接的承戟力及肢尖焊縫的長度.已知角鋼為2L 125X10,與厚度為8n)m的節(jié)點板連接，其搭接長度為

8、 300mm焊腳尺寸Af = 8mm,鋼材為Q235-B,手工焊焊條 為 E43 8L【解】角燼縫強度設(shè)計t/r = 160N/mm焊縫內(nèi)力分配系 數(shù)為如=067山2 = 033。正面角焊縫的長度等于相連角鋼肢的寬度，即Zw3=6 = 125mm. W正面角焊縫所能承受的內(nèi)M2 X 0. 7 X 8 X 125 X 1. 22 X 160 = 273 3kN肢背角焊縫所能承受的內(nèi)力N為：M = 2九5 = 2X07X8X (300 - 8) X 160 = 523 3kN由式(313)知N、=JN - 豊=0. 67N -空尹=528. 6kNN =倔譏；36 = 985RN由式(3.14)計

9、算肢尖岸縫承受的內(nèi)力Nt為：Nz = sN 才=0. 33 X 985 一 136 6 = 188kN由此町笄出肢尖焊縫的長度為：,2、188 X 10瓦7? + 8 = 2X0.7X8X160 + 8 = 113mm3- 3-4.2承受于矩、軸心力或剪力聯(lián)合作用的角坪縫連接計算圖3. 26所示的雙面角焊縫連接承受偏心斜拉力N作用計算時，可將作用力N分解為和N,兩個分 力。角焊縫同時承受軸心力N、剪力Ny和彎矩Af=N.e的共同作用。焊縫卄真截面上的應(yīng)力分布如圖3. 26 Q)所示圖中A點應(yīng)力最大為控制設(shè)計點.此處垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力由兩部分組成，即由軸心拉力 產(chǎn)生的應(yīng)力_N* _ N*葉

10、=瓦=麗；由彎矩M產(chǎn)生的應(yīng)力M6M.% 5 =砥心.22)這兩部分應(yīng)力由于在？!點處的方向相同，可貢接疊加故S點垂宣于焊紳長度方向的應(yīng)力為N、丄 6M圖3. 26承受偏心斜披力的角焊縫剪力Ny在/!點處產(chǎn)生平行于捽縫長度方向的應(yīng)力r =M =旦742札人式中Zw焊縫的計算長度，為實際長度減2九。則焊縫的強度計算式為如+X穴當(dāng)連接直接承受動力荷載作用時，取向=1.0。對于工字梁(或牛腿與鋼柱翼緣的角焊縫連接(圖3. 27).通常承受彎矩M和剪力卩的聯(lián)合作用。由于翼 緣的豎向剛度較差，在剪力作用下，如果沒有股板焊縫存在，翼緣將發(fā)生明顯撓曲這就說明，翼緣板的抗剪能 力極差。因此，計算時通常假設(shè)腹板焊

11、縫承受全部剪力而彎矩則由全部焊縫承受。圖3.27工字形梁(或牛腮的角焊縫邊接為了悍縫分布較合理，宜在每個冀緣的上下兩側(cè)均勻布置角焊縫，由于其緣焊縫只承受垂直于焊縫長度方 向的彎曲應(yīng)力，此彎曲應(yīng)力沿梁高度呈三角形分布圖3. 27(c),最大應(yīng)力發(fā)生在翼緣焊縫的最外纖維處，為了 保證此焊縫的正常工作，應(yīng)使興緣焊縫最外纖維處的應(yīng)力濟足角焊縫的強度條舛，即% = 辛 W Ptft(3. 23)式中 M全部焊縫所承受的彎矩；J全部焊建有效截面對中和軸的慣性矩；h上下翼緣焊縫有效截而最外纖維之間的距離。腹板焊縫承受兩種應(yīng)力的聯(lián)合作用，即垂克于焊縫長度方向、且沿梁高度呈三角形分布的彎曲應(yīng)力和平行 于焊縫長度

12、方向、且沿焊縫截面均勻分布的剪應(yīng)力的作用，設(shè)計控船點為翼緣焊縫與腹板焊婕的交點處人，眈 處的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力分別按下式計算r - Ed） 式中 Y （九2仁2）腹板烽縫有效截血積之和；h2腹板牌縫的實際長度。則腹板焊罐在A點的強度驗算式為+ 4 /r工字梁或牛腿）與鋼柱翼緣角焊縫連接的另一種計算方法是使焊縫傳遞應(yīng)力與母材所承受應(yīng)力相協(xié)調(diào). 即假設(shè)腹板焊縫只承受剪力；翼緣焊縫承擔(dān)全部彎矩，并將彎矩M化為一對水平力H=M/九 則 規(guī)緣焊縫的強度計算式為 Ptfi腹板焊縫的強度計算式為式中 Z個翼纏上角焊縫的有效載面積,2九2人2兩條腹板焊縫的有效截面積.【例3. 4】 試驗算圖3. 28所示牛她與

13、鋼柱連接角焊縫的強度.鋼材為QZ35,焊條為E43型，手工焊。荷 載設(shè)計值N = 365kN,偏心距350mm焊腳尺寸仙嚴(yán)8mm人嚴(yán)6mm。圖328（6）為焊縫有效截面。圖3. 28例3. 4圖【解】N力在角悍縫形心處引起剪力V = N=365kN和彎矩M=Ne=365X0. 35 = 127. 8kNm.（1）考慮腹板焊縫參加傳遞彎矩的計算方法為了計算方便，將圖中尺寸盡可能取為整數(shù).全部焊雋有效截面對中和軸的慣性矩為仁=2 X 4； 3 + 2 X 21 X 0. 56 X 20. 288 + 4 X 9. 5 X 0. 56 X 17- 28 = 18779cm* 翼緣焊縫的最大應(yīng)力引=

14、伶=|蔦 龍X 205. 6 = 140N/mm2 0（* = L 22 X 160 195N/mml 腹板焊縫中由于彎矩M引起的最大應(yīng)力170% = 140 X= 115. 8N/mm2由于剪力V在腹板焊縫中產(chǎn)生的平均剪應(yīng)力365 X 10J127.8N/mmz石= 2X0.7X6X340則腹板焊縫的強度（A點為設(shè)計控制點）為J 罟 + 彳=務(wù)| + 127-8：=】59 2N/mm2/T = 16ON/mmz（2）按不考慮腹板焊縫傳遞彎矩的計算方法 翼緣悍繾所承受的水平力方=半=12噹世=336kN（A值近似取為翼緣中線間距離）翼緣悍緩的強度總=0.7X8 務(wù)茨95）=N/mm，話=95N

15、/mm，腹板焊聲的強度r； = i= 2 X 器 7 Ji 340 = 127-8N/mm! 160N/mmi【創(chuàng)3.5】試驗算圖329所示鋼管柱與鋼底板的連接角焊縫。圖中內(nèi)力均為設(shè)計值，其中N=280kN,M = 16kNmW = 212kN悍腳尺寸08mm,鋼材為Q235,手工悍，悍條為E43型。圖330環(huán)形角焊囊受曲M(b)3343 承受扭矩戎扭矩與剪力聯(lián)合作用的角坪縫連接計算(1)環(huán)形角焊縫承受扭矩T作用時的計算(圖3.30)由于焊縫有效厚度九比圓環(huán)宜徑Q小得多通常A0. ID故環(huán)形角焊縫承受扭矩7、作用時，可視為薄壁岡環(huán)的受扭問題。柱有效截面的任一 點上所受切線方向的剪應(yīng)力應(yīng)按下式計

16、算n = 荷戮設(shè)計慎F=2】7kN,偏心距勺= 300mm(至柱邊緣的距離)鋼材為Q235,手工焊，焊條E43型，試確定該焊縫的鷄腳尺寸并驗算該焊縫的強 度。【解】圖3. 31幾段焊縫俎成的圍焊共同旅受剪力V和扭矩T=F(el4-e2)的作用，設(shè)焊縫的焊胸尺寸均為h產(chǎn) 8mm o焊縫計算截面的童心位置為Xo - 2Z.+Z.60 + 40在計算中，由于焊瘻的實際長度稍大于人和伍故焊縫的計算長度直接采用厶和厶，不再扣除水平焊縫的 兩端缺陷。焊縫截面的極慣性矩：7X = X X 0. 7 X 0.8 X 403 + 2 X 0.7 X 0.8 X 30 X 202 = 16400cm4X 2 X 0. 7 X 0.8 X 303 + 2 X 0. 7 X 0. 8 X 30 X (15 - 9): 4- 0. 7 X 0.8 X 40 X 92=5500cm4人=人 + 兒=16400 + 5500 = 2l900cn? 由于 勺=仇一九=309 = 21cmrx = 21cm 口 = 20cm故扭矩T=F(+勺)= 217X(30+21)X107 = 110. 7kN m1107 X 200 X