钢结构基础3.4角焊缝的设计

什么是钢结构工程焊缝质量等级及其设计原则1．焊缝质量等级的两重含义从焊缝本身来说，决定焊缝质量的因素主要有三方面，分别是焊缝内部缺陷、焊缝外观表面缺陷以及焊缝尺寸。

因此，焊缝质量等级就存在着两重含义，其一是针对焊缝内部缺陷检验，其二是针对焊缝外观表面缺陷检验。

对于设计者来说，正确的图纸标注应该是将两重含义分别说明。

但目前绝大部分情况是设计者只进行笼统的规定，如“该焊缝质量等级为二级”，此时正确的理解是“焊缝内部缺陷按二级检验，外观缺陷也按二级检验”。

对于需要进行疲劳验算的构件如吊车梁，其中某些部位的角焊缝，虽然不进行内部缺陷的超声波探伤（三级焊缝），但其外观表面质量等级应为二级，所以笼统地说“角焊缝都是三级焊缝”就有失全面。

2．焊缝质量等级确定原则（1）焊缝质量等级主要与其受力情况有关，受拉焊缝的质量等级要求高于受压或受剪的焊缝；受动力荷载的焊缝质量等级要高于受静力荷载的焊缝。

（2）凡对接焊缝，除非作为角焊缝考虑部分熔透的焊缝外，一般都要求熔透并与母材等强，故需要进行无损探伤。

因此，对接焊缝的质量等级不宜低于二级。

（3）在建筑钢结构中，角焊缝一般不进行无损探伤检验，但对外观缺陷的等级（见现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205）可按实际需要选用二级或三级。

3．焊缝质量等级设计原则焊缝质量等级应根据钢结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况，按下列原则选用：（1）在承受动荷载且需要进行疲劳验算的构件中，凡要求与母材等强连接的焊缝应焊透，其质量等级应符合下列规定：1）作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T形对接与角接组合焊缝，受拉时应为一级，受压时不应低于二级；2）作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝不应低于二级；3）铁路、公路桥的横梁接头板与弦杆角焊缝应为一级，桥面板与弦杆角焊缝、桥面板与U形肋角焊缝（桥面板侧）不应低于二级；4）重级工作制（A6～A8）和起重量Q≥50t的中级工作制（A4、A5）吊车梁的腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头焊缝应焊透，焊缝形式宜为对接与角接的组合焊缝，其质量等级不应低于二级。

计算时假定有效截面上应力均匀
分布。
直角角焊缝截面
2）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：
—正应力，与焊缝长度方向（面外垂直） ∥—剪应力，与焊缝长度方向（面内平行） —剪应力，与焊缝长度方向（面内垂直）
国际标准化组织（ISO）推荐 下式确定角焊缝的极限强度
d ∥
第三章 钢结构的连接
Connections
连接的类型 Connection types
钢结构是由各种构件连接而成。 常用的连接方法：
Welded Connections 焊接连接—对接焊缝、角焊缝 Bolted Connections 螺栓连接—普通螺栓、高强螺栓 Rivets 铆钉连接 Fasteners 紧固件连接
工省料，经济； 2 焊接结构密封性好，刚度大和整体性好； 3 可用于钢管间的Y形和T形复杂连接。
缺陷：在附近的主体金属中形成“热影响区”（大致5~6mm)，易导致材 质变脆；
焊缝易存在各种缺陷：
焊接残余应力、
焊接残余应变、 局部裂纹、
裂纹
焊瘤
烧穿 弧坑 气孔
咬边、气孔、夹渣、
母材被烧穿等。
夹渣
咬边
未熔合
施工要求：
《钢结构工程施工及验收规范》规定对焊缝施焊时，应在焊 缝的两端设置引弧板，引弧板将焊缝引出的长度：埋弧焊大于 50mm，手工电弧焊和气体保护焊大于20mm。
当设置引弧板有困难时，可不设引弧板，但焊缝长度等于实 际长度减去2t (t为焊件的较小厚度）。
焊接完毕，用气割将引弧板切除，并将焊件边缘修磨平整， 严禁用锤敲掉引弧板。
一般情况下，按一、二级焊缝质量要求时，且有引弧板，对接 焊缝的强度没有必要验算。

（4）角焊缝截面型式 按两焊脚边的夹角分 角焊缝
a)
角焊缝
｛斜角焊缝（图3－8d、e、f、g）
b) c)
直角焊缝（图3－8a、b、c）
d)
e)
f)
g)
图3-8
角焊缝的型式
① 直角焊缝：=900 又分：普通焊缝（a图）、平焊缝（b图）、 凹焊缝（c图）。
a) b) c)
B
图中， hf—焊脚尺寸， he—焊缝有效厚度。 并有， A he =0.7hf， he—总是450斜面上的最小高度。
w N≤ff ∑helw
(3－3b)
④ 基本公式的应用 实际应用基本公式（3－2）～（3－5）时，还需 解决焊缝长度lw和作用在焊缝上的力素N的计算问题。 下面将对此作些说明。 a) 对称侧焊缝
N
a
d b c f e
N
图3－ N 14e
N
公式（3－2a)可写成：
w
其中，∑lw= 2(ab+de-10mm) N≤ff he∑lw （3－6） 或 2(bc+ef-10mm)
力线 后面，要讲焊缝 c) d) 的验算。包括两个方 面： e) f) 焊缝的承载能力 （设计强度）； 双面角焊缝 K形焊缝 荷载效应（各种 图3－10 焊接接头的型式 荷载时焊缝有效截面 的应力及其计算）。下面就介绍焊缝设计强度问题。
4、焊缝的强度设计值 焊缝强度与焊接方法、焊条型号、被焊接构件钢 材的钢号、焊缝型式、焊接质量以及焊缝受力状态有 关。《规范》给出了各种情况的焊缝强度设计值，表。
N
N1
N2
b
e1 e2
N
N1、N2与总轴力N之间关系
图3－ 14h
N分配至N1、N2 e1 e2 N 2 N k2 N N1 N k1 N b b k1—角钢肢背焊缝轴力分配系数 k2—角钢肢尖焊缝轴力分配系数 k1、k2的取值见书p.239表3－1。

第三章 钢结构的连接3。

1 试设计双角钢与节点板的角焊缝连接（图3。

80)。

钢材为Q235B,焊条为E43型，手工焊,轴心力N=1000KN （设计值）,分别采用三面围焊和两面侧焊进行设计。

解：（1）三面围焊 2160/w f f N mm = 123α=213α= 确定焊脚尺寸:,max min 1.2 1.21012f h t mm ≤=⨯=， ,min min 1.5 1.512 5.2f h t mm ≥==， 8f h mm =内力分配:30.7 1.2220.78125160273280273.28w f f f N h b f N KN β=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯==∑ 3221273.281000196.69232N N N KN α=-=⨯-= 3112273.281000530.03232N N N KN α=-=⨯-=焊缝长度计算：11530.032960.720.78160w wf fN l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑, 则实际焊缝长度为 1296830460608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=，取310mm 。

22196.691100.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑, 则实际焊缝长度为 2110811860608480wf l mm h mm '=+=≤=⨯=,取120mm 。

（2)两面侧焊确定焊脚尺寸:同上，取18f h mm =， 26f h mm = 内力分配:22110003333N N KN α==⨯=， 11210006673N N KN α==⨯= 焊缝长度计算：116673720.720.78160w wf f N l mm h f ≥==⋅⨯⨯⨯∑,则实际焊缝长度为：mm h mm l f w48086060388283721=⨯=<=⨯+=',取390mm 。