角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算

1、第三章 連接§3-3角焊縫的構(gòu)造和計(jì)算角焊縫的構(gòu)造一、角焊縫的形式和強(qiáng)度直角角焊縫通常做成表面微凸的等腰直角三角形截面（圖3.3.1a3.1c傳力線通過側(cè)面角焊縫時(shí)產(chǎn)生彎折，應(yīng)力沿焊縫長(zhǎng)度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小的狀態(tài)。焊縫越長(zhǎng)，應(yīng)力分布越不均勻，但在進(jìn)入塑性工作階段時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力重分布，可使應(yīng)力分布的不均勻現(xiàn)象漸趨緩和。二、角焊縫的構(gòu)造要求1、最大焊腳尺寸為了避免燒穿較薄的焊件，減少焊接應(yīng)力和焊接變形，角焊縫的焊腳尺寸不宜太大。規(guī)范規(guī)定：除了直接焊接鋼管結(jié)構(gòu)的焊腳尺寸hf不宜大于支管壁厚的2倍之外，hf不宜大于較薄焊件厚度的1.2倍。在板件邊緣的角焊縫，當(dāng)板件厚度t

2、6mm時(shí)，hft；當(dāng)t6mm時(shí)，hft-（1-2）mm；。圓孔或槽孔內(nèi)的角焊縫尺寸尚不宜大于圓孔直徑或槽孔短徑的1/3。2、最小焊腳尺寸3、側(cè)面角焊縫的最大計(jì)算長(zhǎng)度側(cè)面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度不宜大于60hf，當(dāng)大于上述數(shù)值時(shí)，其超過部分在計(jì)算中不予考慮。這是因?yàn)閭?cè)焊縫應(yīng)力沿長(zhǎng)度分布不均勻，兩端較中間大，且焊縫越長(zhǎng)差別越大。當(dāng)焊縫太長(zhǎng)時(shí)，雖然仍有因塑性變形產(chǎn)生的內(nèi)力重分布，但兩端應(yīng)力可首先達(dá)到強(qiáng)度極限而破壞。若內(nèi)力沿測(cè)面角焊縫全長(zhǎng)分布時(shí)，比如焊接梁翼緣板與腹板的連接焊縫，計(jì)算長(zhǎng)度可不受上述限制。4、角焊縫的最小計(jì)算長(zhǎng)度角焊縫的焊腳尺寸大而長(zhǎng)度較小時(shí)，焊件的局部加熱嚴(yán)重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，

3、以及焊縫中可能產(chǎn)生的其他缺陷，使焊縫不夠可靠。對(duì)搭接連接的側(cè)面角焊縫而言，如果焊縫長(zhǎng)度過小，由于力線彎折大，也會(huì)造成嚴(yán)重應(yīng)力集中。因此，為了使焊縫能夠有一定的承載能力，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，側(cè)面角焊縫或正面角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度均不得小于8hf和40mm，也就是說，其實(shí)際焊接長(zhǎng)度應(yīng)較前述數(shù)值還要大2hf（單位：mm）。5、搭接連接的構(gòu)造要求當(dāng)板件端部?jī)H有兩條側(cè)面角焊縫連接時(shí)（圖），試驗(yàn)結(jié)果表明，連接的承載力與b/lw有關(guān)。b為兩側(cè)焊縫的距離，lw為側(cè)焊縫長(zhǎng)度。當(dāng)b/lw1時(shí)，連接的承載力隨著b/lw比值的增大而明顯下降。這主要是因應(yīng)力傳遞的過分彎折使構(gòu)件中應(yīng)力分布不均勻造成的。為使連接強(qiáng)度不致過分降低，應(yīng)使

4、每條側(cè)焊縫的長(zhǎng)度不宜小于兩側(cè)面角焊縫之間的距離，即b/lw1。兩側(cè)面角焊縫之間的距離b也不宜大于16t(t12mm)或200mm（t12mm25mm，以免焊縫受偏心彎矩影響太大而破壞。直角角焊縫的基本計(jì)算公式當(dāng)角焊縫的兩焊腳邊夾角為90°時(shí)，稱為直角角焊縫，即一般所指的角焊縫。角焊縫的有效截面為焊縫有效厚度（喉部尺寸）與計(jì)算長(zhǎng)度的乘積，而有效厚度he=0.7hf為焊縫橫截面的內(nèi)接等腰三角形的最短距離，即不考慮熔深和凸度（圖）。試驗(yàn)表明，直角角焊縫的破壞常發(fā)生在喉部，故長(zhǎng)期以來對(duì)角焊縫的研究均著重于這一部位。通常認(rèn)為直角角焊縫是以45°方向的最小截面（即有效厚度也稱計(jì)算厚度與

5、焊縫計(jì)算長(zhǎng)度的乘積）作為有效計(jì)算截面。作用于焊縫有效截面上的應(yīng)力角焊縫的計(jì)算一、承受軸心力作用時(shí)角焊縫連接的計(jì)算對(duì)于兩面?zhèn)群福▓D3.3.13a），因N3=0，得：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）假定肢背和肢尖焊縫的焊腳尺寸，即可求出焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度。例如對(duì)雙角鋼截面：考慮到每條焊縫兩端的起滅弧缺陷，實(shí)際焊縫長(zhǎng)度應(yīng)為計(jì)算長(zhǎng)度加2hf；對(duì)于采用繞角焊的側(cè)面角焊縫實(shí)際長(zhǎng)度等于計(jì)算長(zhǎng)度（繞角焊縫長(zhǎng)度2hf不進(jìn)入計(jì)算）。當(dāng)桿件受力很小時(shí)，可采用L形圍焊（圖3.3.13c例題3-2試設(shè)計(jì)用拼接蓋板的對(duì)接連接（圖）。已知鋼板寬B=270mm，厚度t1=28mm，拼接蓋板厚度t2=16m

6、m。該連接承受的靜態(tài)軸心力N=1400kN（設(shè)計(jì)值），鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為E43型。解設(shè)計(jì)拼接蓋板的對(duì)接連接有兩種方法。一種方法是假定焊腳尺寸求得焊縫長(zhǎng)度，再由焊縫長(zhǎng)度確定拼接蓋板的尺寸；另一方法是先假定焊腳尺寸和拼接蓋板的尺寸，然后驗(yàn)算焊縫的承載力。如果假定的焊縫尺寸不能滿足承載力要求時(shí)，則應(yīng)調(diào)整焊腳尺寸，再行驗(yàn)算，直到滿足承載力要求為止。角焊縫的焊腳尺寸hf應(yīng)根據(jù)板件厚度確定：由于此處的焊縫在板件邊緣施焊，且拼接蓋板厚度t2=16mm6mm，t2t1，則：例題3-3  試確定圖所示承受靜態(tài)軸心力的三面圍焊連接的承載力及肢尖焊縫的長(zhǎng)度。已知角鋼2125

7、15;10，與厚度為8mm的節(jié)點(diǎn)板連接，其搭接長(zhǎng)度為300mm，焊腳尺寸hf=8mm，鋼材為Q235-B，手工焊，焊條為E43型。二、復(fù)雜受力時(shí)角焊縫連接計(jì)算    當(dāng)焊縫非軸心受力時(shí)，可以將外力的作用分解為軸力、彎矩、扭矩、剪力等簡(jiǎn)單受力情況，分別求出具各自的焊縫應(yīng)力，然后利用疊加原理，找出焊縫中受力最大的幾個(gè)點(diǎn)，利用公式（這兩部分應(yīng)力由于在A點(diǎn)處的方向相同，可直接疊加，故A點(diǎn)垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的應(yīng)力為：為了焊縫分布較合理，宜在每個(gè)翼緣的上下兩側(cè)均勻布置焊縫，彎曲應(yīng)力沿梁高度呈三角形分布，最大應(yīng)力發(fā)生在翼緣焊縫的最外纖維1處，由于翼緣焊縫只承受垂直于焊

8、縫長(zhǎng)度方向的彎曲應(yīng)力，為了保證此焊縫的正常工作，應(yīng)使翼緣焊縫最外纖維處的應(yīng)力滿足角焊縫的強(qiáng)度條件，即：腹板焊縫承受兩種應(yīng)力的聯(lián)合作用，即垂直于焊縫長(zhǎng)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(zhǎng)度方向、且沿焊縫截面均勻分布的剪應(yīng)力的作用，設(shè)計(jì)控制點(diǎn)為翼緣焊縫與腹板焊縫2的交點(diǎn)處，此處的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力分別按下式計(jì)算：則腹板焊縫2的端點(diǎn)應(yīng)按下式驗(yàn)算強(qiáng)度工字梁（或牛腿）與鋼柱翼緣角焊縫的連接的另一種計(jì)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(duì)水平力H=M/h1。則翼緣焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式為：腹板焊縫的強(qiáng)度計(jì)算式為：2、三面圍

9、焊承受扭矩剪力聯(lián)合作用時(shí)角焊縫的計(jì)算圖為三面圍焊承受偏心力F。此偏心力產(chǎn)生軸心力F和扭矩T=Fe。最危險(xiǎn)點(diǎn)為A或A點(diǎn)。計(jì)算時(shí)按彈性理論假定：被連接件是絕對(duì)剛性的，它有繞焊縫形心O旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而角焊縫本身是彈性的；角焊縫群上任一點(diǎn)的應(yīng)力方向垂直于該點(diǎn)與形心的連線，且應(yīng)力大小與連線長(zhǎng)度r成正比。圖中，A點(diǎn)與A點(diǎn)距形心O點(diǎn)最遠(yuǎn)，故A點(diǎn)和A點(diǎn)由扭矩T引起的剪應(yīng)力T最大，焊縫群其他各處由扭矩T引起的剪應(yīng)力T均小于A點(diǎn)和A點(diǎn)的剪應(yīng)力，故A點(diǎn)和A點(diǎn)為設(shè)計(jì)控制點(diǎn)。  斜角角焊縫的部分焊透的對(duì)接焊縫的計(jì)算一、斜角角焊縫的計(jì)算二、部分焊透的對(duì)接焊縫的計(jì)算/B部分焊透的對(duì)接焊縫（partial penetration butt welds）常用于外部需要平整的箱形柱和T形連接，以及其他不需要焊透之處（圖3.22c、e），這樣可避免焊縫收縮的板厚度方向產(chǎn)生裂紋。部分焊透的對(duì)接焊縫，