第3章 钢结构的连接

1、设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接1.了解钢结构连接的种类了解钢结构连接的种类及特点。及特点。2.了解焊接的工作性能，了解焊接的工作性能，掌握焊接连接的构造要求掌握焊接连接的构造要求和计算方法。和计算方法。3.掌握螺栓连接的构造要掌握螺栓连接的构造要求和计算方法。求和计算方法。4.掌握焊接残余应力和残掌握焊接残余应力和残余变形产生的原因及对结余变形产生的原因及对结构工作性能的影响。构工作性能的影响。3.1 3.1 钢结构的连接方法钢结构的连接方法3.2 3.2 焊接方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝

2、连接形式3.3 3.3 角焊缝的构造与计算角焊缝的构造与计算3.4 3.4 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算3.5 3.5 焊接应力和焊接变形焊接应力和焊接变形3.6 3.6 螺栓连接的构造螺栓连接的构造3.7 3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算普通螺栓连接的工作性能和计算3.8 3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算高强度螺栓连接的工作性能和计算本章目录本章目录基本要求基本要求设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第第3.13.1节节 钢结构的连接方法钢结构的连接方法1. 1. 概述概述2. 2. 焊缝连接焊缝连接3. 3. 螺栓连接螺栓连接4. 4.

3、铆钉连接铆钉连接了解钢结构的连接方法及特点了解钢结构的连接方法及特点 本节目录本节目录基本要求基本要求设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接3.1.1 3.1.1 概述概述 连接的作用是通过一定方式将板材或型钢组合成构连接的作用是通过一定方式将板材或型钢组合成构件件, ,或将若干构件组合成整体结构或将若干构件组合成整体结构, ,以保证其共同工作。以保证其共同工作。 钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接和铆钢结构的连接方法可分为焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三种。钉连接三种。 焊接连接焊接连接 螺栓连接螺栓连接 铆钉连接铆钉连接 图图3.1.1设计原理设计原理钢结构

4、钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接3.1.2 3.1.2 焊缝连接焊缝连接对接焊缝连接对接焊缝连接角焊缝连接角焊缝连接焊缝连接焊缝连接优点：构造简单，任何形式的构件都可直接相连；优点：构造简单，任何形式的构件都可直接相连； 用料经济，不削弱截面；用料经济，不削弱截面； 制作加工方便，可实现自动化操作；制作加工方便，可实现自动化操作； 连接的密闭性好，结构刚度大。连接的密闭性好，结构刚度大。设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材局部材质变脆；缺点：在焊缝附近的热影响区内，钢材局部材质变脆； 焊接残余应力和残余变形降低受压构件

5、承载力；焊接残余应力和残余变形降低受压构件承载力； 对裂纹敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到对裂纹敏感，局部裂纹一旦发生，就容易扩展到 整体，低温冷脆问题较为突出。整体，低温冷脆问题较为突出。3.1.3 3.1.3 螺栓连接螺栓连接普通螺栓连接普通螺栓连接高强度螺栓连接高强度螺栓连接螺栓连接螺栓连接粗制螺栓粗制螺栓 C级级精制螺栓精制螺栓 A、B级级摩擦型高强度螺栓摩擦型高强度螺栓承压型高强度螺栓承压型高强度螺栓设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 铆钉连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合铆钉连接是将铆钉插入铆孔后施压使铆钉端部铆合, ,常用加热铆合，也可在

6、常温下铆合。常用加热铆合，也可在常温下铆合。 铆钉连接的塑性、韧性较好，连接变形小，承受动铆钉连接的塑性、韧性较好，连接变形小，承受动力荷载时抗疲劳性能好，适合于重型和直接承受动力荷力荷载时抗疲劳性能好，适合于重型和直接承受动力荷载的结构。载的结构。 但由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很但由于铆钉连接费材费工，噪音大，一般情况下很少采用。少采用。3.1.4 3.1.4 铆钉连接铆钉连接图图3.1.2设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接图图3.1.3 铆钉连接铆钉连接设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第第3.23.2节节 焊接

7、方法和焊缝连接形式焊接方法和焊缝连接形式1. 1. 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法2. 2. 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式3. 3. 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验了解焊缝连接类型、焊接方法及质量要求等了解焊缝连接类型、焊接方法及质量要求等 本节目录本节目录基本要求基本要求设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接1 1、手工电弧焊、手工电弧焊3.2.1 3.2.1 钢结构常用焊接方法钢结构常用焊接方法（1 1）原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。）原理：利用电弧产生热量熔化焊条和母材形成焊缝。 焊机焊机导线导线熔池熔池焊条

8、焊条焊钳焊钳保护气体保护气体焊件焊件电弧电弧图图3.2.1 手工电弧焊手工电弧焊设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接（4 4）焊条的表示方法：）焊条的表示方法：E后面加后面加4个数字个数字E表示焊条表示焊条(Electrode)前两位前两位数字为熔融金属的最小抗拉强度数字为熔融金属的最小抗拉强度（N/mm2)后两位后两位数字数字表示适用焊接位置、电流种类及药皮类型等。表示适用焊接位置、电流种类及药皮类型等。（2 2）优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位）优点：设备简单，操作灵活方便，适于任意空间位置的焊接，持别适于焊接短焊缝。置的焊接，持别适于焊接短焊缝。

9、（3 3）缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量取决于）缺点：生产效率低，劳动强度大，焊接质量取决于焊工的精神状态与技术水平，质量波动大。焊工的精神状态与技术水平，质量波动大。 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接（5 5）焊条的选择）焊条的选择 焊条应与焊件钢材相适应；不同钢种的钢材焊接，焊条应与焊件钢材相适应；不同钢种的钢材焊接，宜采用与低强度钢材相适应的焊条。如：宜采用与低强度钢材相适应的焊条。如：Q390、Q420钢钢E55型焊条型焊条(E5500-5518)Q345钢钢E50型焊条型焊条(E5000-5048)Q235钢钢E43型焊条型焊条（E4300-

10、E4328)2 2、埋弧焊（自动或半自动）、埋弧焊（自动或半自动）（1 1）原理：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊）原理：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。方法。设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接图图3.2.2 埋弧自动电弧焊埋弧自动电弧焊焊丝焊丝转盘转盘送丝器送丝器悍剂漏斗悍剂漏斗悍剂悍剂悍件悍件熔渣熔渣悍缝金属悍缝金属 （2 2）优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度）优点：自动化程度高，焊接速度快，劳动强度低；电弧热量集中，熔深大，热影响区小；工艺条件稳低；电弧热量集中，熔深大，热影响区小；工艺条件稳定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好，焊

11、件变形小。定，焊缝的化学成分均匀，焊缝质量好，焊件变形小。设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 （3 3）缺点：装配精度要求高，设备投资大，施工位置）缺点：装配精度要求高，设备投资大，施工位置受限等。受限等。 （4 4）焊丝的选择：埋弧焊的焊条应与焊件钢材相匹配，）焊丝的选择：埋弧焊的焊条应与焊件钢材相匹配，如：如：Q235-H08、H08A、H08MnA; Q345、Q390-H08A、H08E、H08Mn等。等。3 3、气体保护焊、气体保护焊 气体保护焊是利用惰性气体或二氧化碳气体作为保护气体保护焊是利用惰性气体或二氧化碳气体作为保护介质，在电弧周围造成局部的

12、保护层，使被熔化的钢材介质，在电弧周围造成局部的保护层，使被熔化的钢材不与空气接触。其优点：电弧加热集中，焊接速度快，不与空气接触。其优点：电弧加热集中，焊接速度快，熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。熔化深度大，焊缝强度高，塑性好。 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接1 1、焊缝连接形式、焊缝连接形式3.2.2 3.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式焊缝连接形式及焊缝形式按被连接钢材的相互位置，可分为：按被连接钢材的相互位置，可分为：（1 1）对接连接）对接连接有拼接盖板的对接连接有拼接盖板的对接连接设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接（

13、2 2）搭接连接）搭接连接（3 3）T T形连接形连接（4 4）角部连接角部连接设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接（5 5）焊钉连接）焊钉连接N（6 6）槽焊连接槽焊连接N设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接2 2、焊缝形式、焊缝形式（1 1）正交正交平行平行斜交斜交对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝正对接焊缝正对接焊缝斜对接焊缝斜对接焊缝按按受受力力方方向向正面角焊缝正面角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝斜焊缝斜焊缝正交正交斜交斜交设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接（2 2）角焊缝沿长度方向的布置分为：）角焊缝沿

14、长度方向的布置分为： 连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式连续角焊缝：受力性能较好，为主要的角焊缝形式。 断续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，用断续角焊缝：在起、灭弧处容易引起应力集中，用于次要构件或受力小的连接。于次要构件或受力小的连接。 长度长度b10hf或或50mm 受压时间断距离受压时间断距离l15t; ;受拉时受拉时l30t，其中其中t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。b bl l间隔角焊缝间隔角焊缝连续角焊缝连续角焊缝设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接（3 3）角焊缝按施）角焊缝按施焊焊位置分为：位置分为：船形位置焊船形位置焊（平焊）

15、（平焊）立立焊焊立立焊焊仰焊仰焊仰焊仰焊仰焊仰焊横焊横焊横焊横焊横焊横焊平焊平焊图图3.2.3设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接1 1、焊缝缺陷、焊缝缺陷3.2.3 3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验焊缝缺陷及焊缝质量检验 焊缝缺陷是指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热焊缝缺陷是指焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部的缺陷。影响区钢材表面或内部的缺陷。 常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要渣、咬边、未熔合、未焊透等；以及焊缝尺寸不符合要求、焊缝成形不

16、良等。求、焊缝成形不良等。 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接图图3.2.4 焊缝缺陷焊缝缺陷裂纹裂纹焊瘤焊瘤烧穿烧穿弧坑弧坑气孔气孔夹渣夹渣咬边咬边未熔合未熔合未焊透未焊透设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接2 2、焊缝质量检验、焊缝质量检验 外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸；外观检查：检查外观缺陷和几何尺寸； 内部无损检验：检验内部缺陷。（超声波检验、内部无损检验：检验内部缺陷。（超声波检验、X射射线或线或射线透照或拍片）射线透照或拍片）3 3、焊缝质量等级及选用、焊缝质量等级及选用 钢结构工程施工质量验收规范钢结构工程施工质量

17、验收规范GB50205-2001规定规定焊缝按其检验方法和质量要求分为一级、二级和三级。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；质量标准； （1 1）焊缝质量等级）焊缝质量等级设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的一级、二级焊缝则除外观检查外，还要求一定数量的超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应超声波探伤检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤检验，并应符合国家相应质量标准的要求。采用射

18、线探伤检验，并应符合国家相应质量标准的要求。 钢结构设计规范钢结构设计规范(GB500172003)中，对焊缝质中，对焊缝质量等级的选用有如下规定：量等级的选用有如下规定： 需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的需要进行疲劳计算的构件中，垂直于作用力方向的横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。平行于横向对接焊缝受拉时应为一级，受压时应为二级。平行于作用力方向的纵向对接焊缝应为二级作用力方向的纵向对接焊缝应为二级。 （2 2）焊缝等级选用）焊缝等级选用设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材在不需要进行疲劳计算的构

19、件中，凡要求与母材等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。等强的受拉对接焊缝应不低于二级；受压时宜为二级。 重级工作制和起重量重级工作制和起重量500kN的中级工作制吊的中级工作制吊车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点车梁的腹板与上翼缘板之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，质量不板之间的形接头焊透的对接与角接组合焊缝，质量不应低于二级。应低于二级。 角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载角焊缝质量等级一般为三级，直接承受动力荷载且需要验算疲劳和起重量且需要验算疲劳和起重量500kN的中级工作制吊车的中级工作制吊车梁的角焊缝的外观质量应符合

20、二级。梁的角焊缝的外观质量应符合二级。设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 （3 3）焊缝焊缝符号符号标标注注方方法法相同焊缝相同焊缝安装焊缝安装焊缝双面焊缝双面焊缝单面焊缝单面焊缝三角围焊三角围焊塞焊缝塞焊缝对接焊缝对接焊缝角焊缝角焊缝形形式式hfO Ohfhfacv90或或135或或6mm时时，hf,maxt-(12)mm当当 t6mm时时，hf,maxt h hf ft tt t1 1t1tt tt t1 1h hf f贴边焊缝贴边焊缝设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接（2 2）最小焊脚尺寸）最小焊脚尺寸 为了避免在焊缝金属中

21、由于冷却速度快而产生淬硬为了避免在焊缝金属中由于冷却速度快而产生淬硬组织，导致母材开裂，组织，导致母材开裂， hf,min 还还应满足以下要求应满足以下要求: : ,min1.5fht式中式中: : t较厚焊件厚度较厚焊件厚度另外：对埋弧自动焊另外：对埋弧自动焊hf,min可减小可减小1mm; ; 对对T形连接单面角焊缝形连接单面角焊缝h hf,minf,min应增加应增加1mm; ; 当当t4mm时时, , hf,min=t 取整取整mmmm数，小数点以后只进不舍。数，小数点以后只进不舍。h hf ft tt t1 1t t1 1t t设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢

22、结构的连接 （3 3）设计焊角尺寸）设计焊角尺寸hf 应满足应满足 （1 1）侧面角焊缝的最大计算长度）侧面角焊缝的最大计算长度,min,maxfffhhh2 2、焊缝计算长度的构造要求、焊缝计算长度的构造要求 侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越显著。如果两端大而中间小。焊缝越长，应力集中越显著。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一限加载，应力会渐趋均匀；但是当焊缝长度超过某一限值后，可能首先在焊缝两端发生

23、破坏而逐渐向中间发值后，可能首先在焊缝两端发生破坏而逐渐向中间发展，最终导致焊缝破坏。展，最终导致焊缝破坏。设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 当实际长度大于以上限值时，计算时超出部分不予当实际长度大于以上限值时，计算时超出部分不予考虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，考虑；但当内力沿侧焊缝全长分布时，lw不受此限制不受此限制. .fwhl60 故侧面焊缝计算长度：故侧面焊缝计算长度： （2 2）侧面角焊缝的最小计算长度）侧面角焊缝的最小计算长度 对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起灭弧坑相距太近，使焊缝不可

24、靠。焊缝越短应力重且起灭弧坑相距太近，使焊缝不可靠。焊缝越短应力集中也越严重，故根据经验，规定：集中也越严重，故根据经验，规定：840wflhmm且此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。此规定适合正面角焊缝和侧面角焊缝。 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接（3 3）侧面角焊缝的计算长度）侧面角焊缝的计算长度当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：当板件端部仅采用两条侧面角焊缝连接时：max,wwmin,wlll3 3、搭接连接的构造要求、搭接连接的构造要求N NN Nl lw w2h2hf f2h2hf fN NN Nl l2 2l l1 1b b钢板拱曲钢板拱曲图图

25、3.3.6 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 试验结果表明，连接的承载力与试验结果表明，连接的承载力与b / lw有关。当有关。当b / lw1 1时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于时，连接承载力随比值增大明显下降，这是由于应力应力传递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止连接强传递的过分弯折而使构件中应力不均所致，为防止连接强度过分降低，规范规定：度过分降低，规范规定： b / lw 1 1 为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求：为避免因焊缝横向收缩引起板件的拱曲太大，要求： b16t（t 12mm）或或190mm（t12mm） 式中：式中

26、：b为两侧焊缝的距离；为两侧焊缝的距离； lw为侧焊缝计算长度；为侧焊缝计算长度； t为较薄焊件的厚度。为较薄焊件的厚度。设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍，且不得小于倍，且不得小于25mm。 当焊缝端部在焊件转角处时，应当焊缝端部在焊件转角处时，应将焊缝延续绕过转角加焊将焊缝延续绕过转角加焊2hf。避开。避开起落弧发生在转角处的应力集中。起落弧发生在转角处的应力集中。1525mmt且t t1 1t t2 2 （t t1 1t t2 2）图图3.3.7 2hf2h2hf

27、 f2h2hf f焊缝绕角焊缝绕角2hf图图3.3.8设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接3.3.3 3.3.3 直角角焊缝强度计算的基本公式直角角焊缝强度计算的基本公式 分析计算直角角焊缝时，作如下假定和简化处理分析计算直角角焊缝时，作如下假定和简化处理: : 假定角焊缝破坏面与直角边的夹角为假定角焊缝破坏面与直角边的夹角为45； 不计焊缝熔入焊不计焊缝熔入焊件的深度和焊缝表面的件的深度和焊缝表面的弧线高度，偏安全地取弧线高度，偏安全地取破坏面上等腰三角形的破坏面上等腰三角形的高为直角角焊缝的有效高为直角角焊缝的有效厚度厚度he，he0.7hf。 1 1、基本假

28、定、基本假定h hc c焊脚尺寸焊脚尺寸焊根焊根熔深熔深焊缝厚度焊缝厚度有效厚度有效厚度凸度凸度焊趾焊趾图图3.3.9 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 有效厚度有效厚度he与焊缝计算长度与焊缝计算长度lw的乘积称为破坏面的的乘积称为破坏面的有效截面面积。计算时假定有效截面上应力均匀分布。有效截面面积。计算时假定有效截面上应力均匀分布。 2 2、有效截面上的应力状态、有效截面上的应力状态在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力：在外力作用下，直角角焊缝有效截面上有三个应力： 正应力正应力 垂直于焊缝有效截面（面外垂直）垂直于焊缝有效截面（面外垂直） 剪应力

29、剪应力平行于焊缝长度方向（面内平行）平行于焊缝长度方向（面内平行） 剪应力剪应力垂直于焊缝长度方向（面内垂直）垂直于焊缝长度方向（面内垂直） 图图3.3.10 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 3 3、破坏时的极限条件、破坏时的极限条件 国际标准化组织国际标准化组织(ISO)推荐用式推荐用式(3-1)确定角焊缝的极确定角焊缝的极限强度限强度: :222wu1.8()(3 1)f式中：式中： fuw -焊缝金属的抗拉强度焊缝金属的抗拉强度222wu3()(32)f 出于偏于安全考虑出于偏于安全考虑, ,且与母材的能量强度理论的折算且与母材的能量强度理论的折算应力

30、公式一致，欧洲钢结构协会应力公式一致，欧洲钢结构协会(ECCS)，将将(3-1)的的1.8改改为为3即：即：设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接222w11f333 3f（） 我国我国规范规范采用了以上折算应力公式，但由于我国采用了以上折算应力公式，但由于我国规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的，规范给定的角焊缝强度设计值，是根据抗剪条件确定的，故引入抗力分项系数后上式又可表达为故引入抗力分项系数后上式又可表达为 以下图为例，推导直角角焊缝强度计算的实用公式。以下图为例，推导直角角焊缝强度计算的实用公式。 4 4、直角角焊缝的强度计算公式、直角角焊缝的

31、强度计算公式ffw角焊缝强度设计值角焊缝强度设计值设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 f f 对于有效截对于有效截面既不是正应力也面既不是正应力也不是剪应力，但可不是剪应力，但可分解为分解为 和和 。N Nf f+ + V V V VN N 破坏截面破坏截面图图3.3.11 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 在在V作用下，在有效截面内产生与焊缝长度方向平行作用下，在有效截面内产生与焊缝长度方向平行的剪应力为：的剪应力为：（3-4）fe wVh l 在在N作用下作用下,产生与有效截面成产生与有效截面成45交角的平均应力为交角的平均

32、应力为fe wNh l（3-5） 可将可将 f 分解为分解为 和和 ，如下，如下2f（3-6）设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 将式将式（3-4）和式和式（3-6）代入式代入式（3-3），），得得wfffff3232222 ：得 1.22整理上式，并令 23f 22(37 )fwffff上式即为规范给定的直角角焊缝强度计算通用公式。上式即为规范给定的直角角焊缝强度计算通用公式。 f 正面角焊缝的强度设计值增大系数。正面角焊缝的强度设计值增大系数。静载时静载时 f 1.22，对直接承受动载的结构，对直接承受动载的结构， f 1.0 。 设计原理设计原理钢结构钢结

33、构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接对正面角焊缝，对正面角焊缝， f0，力力N与焊缝长度方向垂直，则与焊缝长度方向垂直，则对侧面角焊缝对侧面角焊缝 ， f0，力力V与焊缝长度方向平行，则与焊缝长度方向平行，则 wfffe wNfh l（3-83-8）wffe wVfh l（3-93-9）式中：式中：he=0.7=0.7hf； lw角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条角焊缝计算长度，考虑起灭弧缺陷时，每条焊缝取其实际长度减去焊缝取其实际长度减去2hf。设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接3.3.4 3.3.4 直角角焊缝连接的计算直角角焊缝连接的计算 1 1、

34、轴心力作用时角焊缝的计算、轴心力作用时角焊缝的计算 （1）承受斜向轴心力的）承受斜向轴心力的T形角焊缝连接形角焊缝连接 方法一：分力法求解方法一：分力法求解 将力将力N分解为垂直于焊缝分解为垂直于焊缝和平行于焊缝的分力：和平行于焊缝的分力：Nx=Nsin ，Ny=Ncos 计算应力：计算应力：sin(310)fweNl hN Nx xN Ny yN N2wl2wl f fN图图3.3.12 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接cos(311)fweNl h代入式代入式3-7验算焊缝强度，即验算焊缝强度，即: :22(3 12)fwffff方法二：直接法求解方法二：

35、直接法求解将式将式3-10和式和式3-11代入式代入式3-12，可得，可得: :22wffe we wsincosNNfhlhl设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接22wfe wfsincosNfh l32f将将 代入上式，得代入上式，得222wfe we w2sinsincos133NNfh lh l（3-133-13）wffe wNfh l则受斜向轴心力角焊缝的计算公式为：则受斜向轴心力角焊缝的计算公式为：令：令：3sin112f为斜焊缝强度增大系数。为斜焊缝强度增大系数。设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接

36、41.121.081.041.021.00 f 907060504030200 查查 f 表表 当焊件受轴心力，且轴心力通过连接焊缝群的中当焊件受轴心力，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。心，焊缝的应力可认为是均匀分布的。 盖板对接连接盖板对接连接可采用两侧侧面角焊缝连接，正面可采用两侧侧面角焊缝连接，正面角焊缝连接和三面围焊连接。角焊缝连接和三面围焊连接。 （2 2）轴心力作用下的盖板对接连接）轴心力作用下的盖板对接连接设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接仅采用侧面角焊缝连接仅采用侧面角焊缝连接wfwefflhN lw连接一侧的侧面角焊

37、缝连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和。计算长度的总和。4wffe wNfh l图中图中N NN Nl lw w图图3.3.13 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接采用三面围焊连接（矩形盖板）采用三面围焊连接（矩形盖板）wffweNfl hwffweNNfl h先计算正面角焊缝承担的内力先计算正面角焊缝承担的内力lw连接一侧的正面角焊连接一侧的正面角焊缝计算长度的总和。缝计算长度的总和。再计算侧面角焊缝的强度再计算侧面角焊缝的强度 lw连接一侧的侧面角焊连接一侧的侧面角焊缝计算长度的总和缝计算长度的总和N NN Nlwlw图图3.3.14 设计原理设计原理钢结构钢

38、结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接或直接由下式计算：或直接由下式计算：wffe wNfh l图中：图中：2wffweNflh4wffweNNfl h24wffeww eNfhll h 或或N NN Nlwlw图图3.3.14 设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接采用三面围焊连接（菱形盖板）采用三面围焊连接（菱形盖板）wffe wNfh l312244wffewwefewNfhll hhlN NN Nlw1lw3 3lw2图图3.3.15设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 在钢桁架中，角钢腹杆与节点板的连接焊缝常用两面侧焊，在

39、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或三面围焊，特殊情况也允许采用L形围焊。腹杆受轴心力作形围焊。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。角钢杆件的轴线重合。 （3 3）承受轴心力的角钢角焊缝连接）承受轴心力的角钢角焊缝连接 如左图钢桁架节点，弦如左图钢桁架节点，弦杆和腹杆采用双角钢组成的杆和腹杆采用双角钢组成的T形截面，腹杆通过节点板与形截面，腹杆通过节点板与弦杆连接。弦杆连接。6-1106-11010-15010-1506-1106-11010-

40、15010-1508 8170170190190130130120120285 25285 25图图3.3.16设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接仅用侧面焊缝连接仅用侧面焊缝连接NNN2112-N eNb e解上式，得解上式，得由力及力矩平衡得：由力及力矩平衡得：（3-143-14）11b eNNk Nb肢背焊缝肢背焊缝x xx xlw1w1lw2w2N NN N1 1N N2 2cb图图3.3.17设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接肢尖焊缝肢尖焊缝22eNNk Nb（3-153-15）k1角钢肢背焊缝的内力分配系数；角钢肢背焊缝

41、的内力分配系数；k2角钢肢尖焊缝的内力分配系数。角钢肢尖焊缝的内力分配系数。式中：式中： 在在N1、N2作用下，作用下，肢背、肢尖焊肢背、肢尖焊缝的计算长度为：缝的计算长度为：（3-163-16）1w1wf1f20.7Nlhf2w 2wf 2f20.7Nlhf（3-173-17）hf1肢背焊缝的焊角尺寸；肢背焊缝的焊角尺寸；hf2肢尖焊缝的焊角尺寸。肢尖焊缝的焊角尺寸。式中：式中：设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数角钢与节点板连接焊缝的内力分配系数 0.350.350.650.65不等边角钢不等边角钢（长边相连）（长边相连）0.

42、250.250.750.75不等边角钢不等边角钢（短边相连）（短边相连）0.7等边角钢等边角钢肢尖肢尖 k2肢背肢背 k1内力分配系数内力分配系数 截面及连接情况截面及连接情况设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接采用三面围焊采用三面围焊 设计时先假定正面角焊缝的焊脚尺寸设计时先假定正面角焊缝的焊脚尺寸hf3 ，并求出它，并求出它所分担的内力所分担的内力N3 ：wfff337 . 02fbhN（3-183-18）通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝通过平衡关系，可得肢背和肢尖焊缝分担的内力分担的内力为为: :x xx xlw1w1lw2w2N NN N

43、1 1N N2 2cbN N3 3图图3.3.18设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 利用式利用式3-16和和3-17可得可得肢背、肢尖焊肢背、肢尖焊缝的计算长度。缝的计算长度。11312Nk NN肢背焊缝肢背焊缝（3-193-19）22312Nk NN肢尖焊缝肢尖焊缝（3-203-20）采用采用L形围焊形围焊x xx xlw1w1N NN N1 1cbN N3 3图图3.3.19设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 令令N20，由式，由式3-20，得：，得：L形围焊角焊缝计算公式为：形围焊角焊缝计算公式为：（3-223-22）13

44、NNN若求出得若求出得hf3大于大于hfmax , ,则不能采用则不能采用L形围焊形围焊322Nk N（3-213-21）由水平平衡关系，得：由水平平衡关系，得：1w1wf1f3f 3wffw320.720.7NlhfNhfl（3-233-23）（3-243-24）w3f 3lbh 未采用绕角焊时未采用绕角焊时采用绕角焊时采用绕角焊时w3lb设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 2 2、受弯矩、受弯矩M 、轴力、轴力N 、剪力、剪力V联合作用的角焊缝计算联合作用的角焊缝计算 （1 1）偏心斜拉力作用）偏心斜拉力作用 在偏心斜拉力作用下，角焊缝可看作同时承受轴心在偏

45、心斜拉力作用下，角焊缝可看作同时承受轴心力力Nx、剪力、剪力Ny和弯矩和弯矩M=Nxe的共同作用。的共同作用。 有效截面有效截面he elwAM=M=N Nx xe eN Nx xA AN NN Ny ye eA由由N Nx x由由N Ny yA由由M M图图3.3.20设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接xxNee w2NNAh l由轴心拉力由轴心拉力Nx产生的应力：产生的应力：由弯矩由弯矩M产生的最大应力：产生的最大应力：M2ee w62MMWh lxfA2e we w622NMh lh l因因A点应力为最大，所以是设计控制点。对点应力为最大，所以是设计控制点

46、。对A点：点： A点由轴心拉力点由轴心拉力Nx和弯矩和弯矩M产生的应力方向相同，产生的应力方向相同，直接叠加得：直接叠加得：设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接A点由剪力点由剪力Ny产生的应力：产生的应力：yyfAee w2NNAh l22wfAfAfff则角焊缝强度计算公式为：则角焊缝强度计算公式为：设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 （2 2）V、M共同作用下角焊缝强度计算共同作用下角焊缝强度计算假设：腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩由全部焊缝承受假设：腹板焊缝承受全部剪力，而弯矩由全部焊缝承受对于翼缘最外纤维对于翼缘最外纤维1点处

47、：点处：w1f1ffw2hMfIf2f2f1f1M MV V1 1腹板焊缝腹板焊缝f f1 12 2翼缘焊缝翼缘焊缝x xx xh h1 1h h2 2图图3.3.21设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接式中式中: :Iw全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩；全部焊缝有效截面对中性轴的惯性矩； h1上、下翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离。上、下翼缘焊缝有效截面最外纤维间的距离。对对翼缘与腹板焊缝交点翼缘与腹板焊缝交点2处：处：2f2w2hMIf2e2 w2Vh l（）h2 腹板焊缝的实际长度；腹板焊缝的实际长度；lw2腹板焊缝的计算长度；腹板焊缝的计算长度；he2腹板

48、焊缝有效截面高度；腹板焊缝有效截面高度；式中：式中：e2 w2h l（）腹板焊缝有效截面面积之和。腹板焊缝有效截面面积之和。设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接则腹板焊缝在则腹板焊缝在2点的强度验算式为：点的强度验算式为：22wf2f2fff 工字梁与钢柱翼缘角焊缝的连接另一种计算方法是工字梁与钢柱翼缘角焊缝的连接另一种计算方法是假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，此假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承担全部弯矩，此时弯矩时弯矩M化为一对水平力化为一对水平力H=M/h。则：。则：腹板焊缝的强度计算式：腹板焊缝的强度计算式：wffe2 w22Hfh lwff

49、fe1 w1Hfh l翼缘焊缝的强度计算式：翼缘焊缝的强度计算式：设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 （3 3）承受扭矩与剪力联合作用的角焊缝计算）承受扭矩与剪力联合作用的角焊缝计算搭接搭接扭矩扭矩顶接顶接弯矩弯矩注意区分偏心受力时：注意区分偏心受力时：VyVy O Or rr rT Tx xx xTxTxTyTyAAy yy yA Ar r1 1r ry y0.7h0.7hf f0.7h0.7hf fx xx xl lt tx x0 0y yy yl l2 2e e1 1e e2 2A AV VT TAAr rr rT T图图3.3.22设计原理设计原理钢结构

50、钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接将将F向焊缝群形心简化得向焊缝群形心简化得: : 剪力：剪力：V=F 扭矩：扭矩：T=F(e1+e2)计算时按弹性理论假定计算时按弹性理论假定: : 被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心被连接件绝对刚性，它有绕焊缝形心O O旋转的趋旋转的趋势，而焊缝本身为弹性。势，而焊缝本身为弹性。 扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直扭距在角焊缝群上产生的任一点的应力方向垂直于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度于该点与形心的连线，且应力大小与连线长度r成正比。成正比。 在轴心力在轴心力V V作用下，焊缝群上的应力均匀分布。作用下，焊缝群上的应力均匀分布。经过

51、分析，可知：经过分析，可知：A点和点和A点为该连接的设计控制点点为该连接的设计控制点TPxyT rT rIIIT T作用下作用下A A点应力点应力: :设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接将其沿将其沿x轴和轴和y轴分解轴分解: :sincosyyTxTPPxxTyTPPrT rT rIrIrT rT rIrI Ip为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，为焊缝计算截面对形心的极惯性矩，Ip =Ix+Iy Ix，Iy焊缝计算截面对焊缝计算截面对x x、y y轴的惯性矩；轴的惯性矩； rx，ry为焊缝形心到焊缝验算点为焊缝形心到焊缝验算点A A的距离在的距离在x、y方向方向的

52、投影长度。的投影长度。剪力剪力V作用下，作用下，A点应力点应力: :Vye wVh l设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 A点垂直于焊缝长度方向的应力为点垂直于焊缝长度方向的应力为: f= Ty+ Vy ，平行于焊缝长度方向的应力为平行于焊缝长度方向的应力为: : f = Tx则则A点强度验算公式：点强度验算公式：wfffff 22 即：即：22TyVywTxfff设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接第第3.43.4节节 对接焊缝的构造与计算对接焊缝的构造与计算1. 1. 对接焊缝的构造对接焊缝的构造2. 2. 对接焊缝的计算对接焊

53、缝的计算掌握对接焊缝构造和计算方法掌握对接焊缝构造和计算方法本节目录本节目录基本要求基本要求设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接3.4.1 3.4.1 对接焊缝的构造对接焊缝的构造 (1) (1)对手工焊，对手工焊，焊件厚度焊件厚度t6mm；对埋弧焊；对埋弧焊t10mm时可不做坡口，采用直边缝。时可不做坡口，采用直边缝。 1 1、对接焊缝的坡口形式、对接焊缝的坡口形式 对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡对接焊缝的焊件常需做成坡口，又叫坡口焊缝。坡口形式与焊件厚度有关。口形式与焊件厚度有关。 C=0.5C=0.52mm2mm直边缝直边缝设计原理设计原理钢结

54、构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 (2) (2)当当焊件厚度焊件厚度t=720mm时，宜采用单边时，宜采用单边V V形形或双或双边边V形坡口形坡口。 (3) (3) 当当t20mm时，宜采用时，宜采用U形、形、K形、形、X形坡口。形坡口。U U形坡口形坡口C=3C=34mm4mmp pC=3C=34mm4mmp pK K形坡口形坡口C=2C=23mm3mm单边单边V V形坡口形坡口C=2C=23mm3mm双边双边V V形坡口形坡口p p设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接2 2、对接焊缝的优缺点、对接焊缝的优缺点 优点：用料经济、力线不弯折、传力均匀

55、、无明显的优点：用料经济、力线不弯折、传力均匀、无明显的 应力集中，利于承受动力荷载。应力集中，利于承受动力荷载。缺点：经常需开坡剖口，焊件下料精度要求高。缺点：经常需开坡剖口，焊件下料精度要求高。 3 3、对接焊缝的构造处理、对接焊缝的构造处理 （1 1）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。引弧板和引出板引弧板和引出板引弧板引弧板引出板引出板C=3C=34mm4mmp pX X形坡口形坡口设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 （2

56、 2）当板件厚度或宽度在一侧相差大于）当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，时，应做坡度不大于的斜角，以平缓过度，减小应力集中。应做坡度不大于的斜角，以平缓过度，减小应力集中。对于直接受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构，斜角对于直接受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构，斜角坡度应不大于坡度应不大于1:4。改变宽度改变宽度1:2.51:2.51:2.51:2.5改变厚度改变厚度1:2.51: 3.4.2 对接焊缝的计算对接焊缝的计算 对接焊缝分为：焊透和部分焊透两种，后面不做特对接焊缝分为：焊透和部分焊透两种，后面不做特殊说明，均指焊透的对接焊缝。殊说明，均指焊透的对接焊缝。设计

57、原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。件强度计算相同。1 1、轴心受力的对接焊缝、轴心受力的对接焊缝wwtcwNffl t或lw焊缝计算长度，焊缝计算长度，无引弧板和引出板时，焊缝计算无引弧板和引出板时，焊缝计算长度取实际长度减去长度取实际长度减去2t；有引弧板时，取实际长度。；有引弧板时，取实际长度。t连接件的较小厚度，对连接件的较小厚度，对T形接头为腹板的厚度形接头为腹板的厚度 。 ftw、fcw对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。t

58、 ta aN NN NN NN N图图3.4.1设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接 （2 2）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况：）直对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况： 没有引弧板时需要计算；没有引弧板时需要计算； 受拉情况下的三级焊缝。受拉情况下的三级焊缝。 其余：其余：wtffwcffwvvff （1 1）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。不用计算。 受拉三级对接焊缝受拉三级对接焊缝以以5N

59、/mm2倍数取整倍数取整0.85wtff说明：说明： （3 3）当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接，如）当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接，如下：下：设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接wcwtsinfftlNw或wvwftlNcos lw斜焊缝计算长度。设引弧板时，斜焊缝计算长度。设引弧板时，lwb/sin；不；不设引弧板时，设引弧板时，lwb/sin2t。 fvw对接焊缝抗剪设计强度。对接焊缝抗剪设计强度。 经计算，当经计算，当tg1.5时，对接斜焊缝强度不低于母材，时，对接斜焊缝强度不低于母材，可不用检算。可不用检算。t ta aN NN NN NN N

60、图图3.4.2设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢结构的连接钢结构的连接2 2、承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝、承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝 焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力焊缝内应力分布同母材。焊缝截面是矩形，正应力与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值与剪应力图形分布分别为三角形与抛物线形，其最大值应分别满足下列强度条件应分别满足下列强度条件： wVwwwmax23ftlVtIVSwmaxt2w6wMMfWl t（1 1）板件间对接连接）板件间对接连接lwt tM MV VV VM M lwt t图图3.4.3设计原理设计原理钢结构钢结构第三章第三章 钢