1、第三章第三章 鋼結構的連接鋼結構的連接(1-18 2hrs)3.1 鋼結構的連接方法鋼結構的連接方法3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式3.3 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 3.4 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算3.5 焊接應力和焊接變形焊接應力和焊接變形3.6 螺栓連接的構造螺栓連接的構造3.8 高強度螺栓連接的工作性能和計算高強度螺栓連接的工作性能和計算 3.9 混合連接混合連接(自學）自學）31 鋼結構的連接方法鋼結構的連接方法鋼結構是由若干構件組合而成的。連接的作用就是通連接的作用就是通過一定的手段將板材或型鋼組合成構件，或將若干構件組合成整體結過一定

2、的手段將板材或型鋼組合成構件，或將若干構件組合成整體結構，以保證其共同工作構，以保證其共同工作。因此，連接方式及其質量優劣直接影響鋼結構的工作性能。：鋼結構的連接必須符合的原則。連接接頭應有。：鋼結構的連接方法可分為3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結構常用焊接方法鋼結構常用焊接方法鋼結構中通常采用鋼結構中通常采用：電弧焊：電弧焊有手工電弧焊、埋弧焊電弧焊：電弧焊有手工電弧焊、埋弧焊(埋弧自動或半自動焊埋弧自動或半自動焊)以及氣體保護焊等以及氣體保護焊等。電渣焊：熔嘴電渣焊電渣焊：熔嘴電渣焊電阻焊電阻焊3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結

3、構常用焊接方法鋼結構常用焊接方法 3211 手工電弧焊手工電弧焊 工藝流程：工藝流程：(圖圖3.2)，通電后，通電后，在在涂有藥皮的焊條與焊件之間產生涂有藥皮的焊條與焊件之間產生電弧。電弧的溫度或高達電弧。電弧的溫度或高達30003000。在高溫作用下，電弧周圍的金屬在高溫作用下，電弧周圍的金屬變成液態，形成熔池。同時，焊變成液態，形成熔池。同時，焊條中的焊絲很快熔化，滴落入熔條中的焊絲很快熔化，滴落入熔池中，與焊件的熔融金屬相互結池中，與焊件的熔融金屬相互結合，冷卻后即形成焊縫。焊條藥合，冷卻后即形成焊縫。焊條藥皮則在焊接過程中產生氣體，保皮則在焊接過程中產生氣體，保護電弧熔化金屬，并形成熔

4、渣覆護電弧熔化金屬，并形成熔渣覆蓋著焊縫，防止空氣中的氧、氮蓋著焊縫，防止空氣中的氧、氮等有害氣體與熔化金屬接觸而形等有害氣體與熔化金屬接觸而形成易脆的化合物。成易脆的化合物。o 3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結構常用焊接方法鋼結構常用焊接方法3211 手工電弧焊手工電弧焊：手工電弧焊的設備簡單，操作靈活方便，適于：手工電弧焊的設備簡單，操作靈活方便，適于任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。但生產任意空間位置的焊接，特別適于焊接短焊縫。但生產效率低，勞動強度大，焊接質量取決于焊工的精神狀效率低，勞動強度大，焊接質量取決于焊工的精神狀態與技術水平。態與技術水平

5、。：手工電弧焊所用焊條應與焊件鋼材（或稱主體：手工電弧焊所用焊條應與焊件鋼材（或稱主體金屬）相適應，一般為：金屬）相適應，一般為：對對Q235鋼采用鋼采用E43型焊條型焊條(E4300E4328)；對對Q345鋼采用鋼采用E50型焊條型焊條(E5000E5048)；對對Q390鋼和鋼和Q420鋼采用鋼采用E55型焊條型焊條(E5500E5518)。不同鋼種的鋼材相不同鋼種的鋼材相焊接時，例如焊接時，例如Q235鋼與鋼與Q345鋼相焊接，宜采用低鋼相焊接，宜采用低組配方案，組配方案，即宜采用與即宜采用與低強度低強度鋼材相適應的焊條。鋼材相適應的焊條。3.2 焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結構常

6、用焊接方法鋼結構常用焊接方法3212 埋弧焊(自動或半自動)：電弧在焊劑層下：電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。燃燒的一種電弧焊方法。：焊絲：焊絲送進和電弧按焊接方向的送進和電弧按焊接方向的移動有專門機構控制完成移動有專門機構控制完成 (圖圖3.3)；：焊：焊絲送進有專門機構，而電絲送進有專門機構，而電弧按焊接方向的移動靠人弧按焊接方向的移動靠人手工操作完成。手工操作完成。3.2 焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結構常用焊接方法鋼結構常用焊接方法3212 埋弧焊(自動或半自動)1）焊縫金屬為焊劑所焊縫金屬為焊劑所覆蓋，能對較細的焊絲采用大覆蓋，能對較細的焊絲采用大電流。電弧熱量集中，熔深大，

7、電流。電弧熱量集中，熔深大，適于厚板的焊接，具有高的生適于厚板的焊接，具有高的生產率。產率。2）由于采用了自動控或）由于采用了自動控或半自動控制化操作，焊接時的半自動控制化操作，焊接時的工藝條件穩定，焊縫的化學成工藝條件穩定，焊縫的化學成分均勻，故形成的焊縫質量好，分均勻，故形成的焊縫質量好，焊件變形小。焊件變形小。3）高焊速也減小）高焊速也減小了熱影響區的范圍。了熱影響區的范圍。4）但埋弧）但埋弧焊對焊件邊緣的裝配精度焊對焊件邊緣的裝配精度(如間如間隙隙)要求比手工焊高要求比手工焊高。：埋弧焊所用焊絲和埋弧焊所用焊絲和焊劑應與主體金屬強度相適應，焊劑應與主體金屬強度相適應，即要求焊縫與主體金

8、屬等強度即要求焊縫與主體金屬等強度。3.2 焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結構常用焊接方法鋼結構常用焊接方法3213 氣體保護焊利用二氧化碳氣體或其他惰性氣體利用二氧化碳氣體或其他惰性氣體作為保護介質的一種電弧熔焊方法。它直接依靠保護作為保護介質的一種電弧熔焊方法。它直接依靠保護氣體在電弧周圍造成局部的保護區，以防止有害氣體氣體在電弧周圍造成局部的保護區，以防止有害氣體的侵入并保證了焊接過程中的穩定性。的侵入并保證了焊接過程中的穩定性。氣體保護焊的焊縫熔化區沒有熔渣，焊工能氣體保護焊的焊縫熔化區沒有熔渣，焊工能夠清楚地看到焊縫成型的過程；由于保護氣體是噴射夠清楚地看到焊縫成型的過程；由于保護

9、氣體是噴射的，有助于熔滴的過渡；又由于熱量集中，焊接速度的，有助于熔滴的過渡；又由于熱量集中，焊接速度快，焊件熔深大，故所形成的焊縫強度比手工電弧焊快，焊件熔深大，故所形成的焊縫強度比手工電弧焊高塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接高塑性和抗腐蝕性好，適用于全位置的焊接。但不適但不適用于野外或有風的地方施焊。用于野外或有風的地方施焊。3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式321 鋼結構常用焊接方法鋼結構常用焊接方法3214 電渣焊和電阻焊電渣焊和電阻焊o電渣焊和電阻焊電渣焊和電阻焊參見課本p1913.2 焊接方法和焊縫連接形式322 焊縫連接形式及焊縫形式焊縫連接形式及焊縫形式3

10、221 焊縫連接形式焊縫連接形式o按相互位置可分為：、和o四種(圖3.4)。3.2 焊接方法和焊縫連接形式322 焊縫連接形式及焊縫形式焊縫連接形式及焊縫形式3221 焊縫連接形式焊縫連接形式主要用于厚度相同或接近相同的兩構件的相互連接。圖主要用于厚度相同或接近相同的兩構件的相互連接。圖3.4(a)所示為采用對接焊縫的對接連接，由于相互連接的兩構件在所示為采用對接焊縫的對接連接，由于相互連接的兩構件在同一平面內，因而傳力均勻平緩，沒有明顯的應力集中，且用料經濟，同一平面內，因而傳力均勻平緩，沒有明顯的應力集中，且用料經濟，但是焊件邊緣需要加工，被連接兩板的間隙和坡口尺寸有嚴格的要求。但是焊件邊

11、緣需要加工，被連接兩板的間隙和坡口尺寸有嚴格的要求。3.2 焊接方法和焊縫連接形式322 焊縫連接形式及焊縫形式焊縫連接形式及焊縫形式3221 焊縫連接形式焊縫連接形式圖3.4(b)所示為用雙層蓋板和角焊縫的對接連接，這種連接傳力不均勻、費料，但施工簡便，所連接兩板的間隙大小無需嚴格控制。3.2 焊接方法和焊縫連接形式322 焊縫連接形式及焊縫形式焊縫連接形式及焊縫形式3221 焊縫連接形式焊縫連接形式圖圖3.4(c)所示為用角焊縫的所示為用角焊縫的搭接連接搭接連接，特別，特別適用于不同厚度構件的連接。傳力不均勻，材料較費，但構造簡單，適用于不同厚度構件的連接。傳力不均勻，材料較費，但構造簡單

12、，施工方便，目前還廣泛應用。施工方便，目前還廣泛應用。3.2 焊接方法和焊縫連接形式322 焊縫連接形式及焊縫形式焊縫連接形式及焊縫形式3221 焊縫連接形式焊縫連接形式省工省料，常用于制作組合截面。當采用角焊縫連接時省工省料，常用于制作組合截面。當采用角焊縫連接時圖圖3.4(d)，焊件間存在縫隙，截面突變，應力集中現象嚴重，疲焊件間存在縫隙，截面突變，應力集中現象嚴重，疲勞強度較低，可用于不直接承受動力荷載結構的連接中。對于直接承勞強度較低，可用于不直接承受動力荷載結構的連接中。對于直接承受動力荷載的結構，如重級工作制吊車梁，其上翼緣與腹板的連接，受動力荷載的結構，如重級工作制吊車梁，其上翼

13、緣與腹板的連接，應采用如圖應采用如圖3.4(e)所示的所示的K形坡口焊縫進行連接。形坡口焊縫進行連接。圖圖3.4(f)、(g)主要用于制作箱形截面主要用于制作箱形截面3.2 焊接方法和焊縫連接形式322 焊縫連接形式及焊縫形式焊縫連接形式及焊縫形式3222 焊縫形式o焊縫形式：主要有和和間。o對接焊縫：分為圖3.5(a)和圖3.5(b)。o角焊縫：可分為、和圖3.5(c) 。3.2 焊接方法和焊縫連接形式322 焊縫連接形式及焊縫形式焊縫連接形式及焊縫形式3222 焊縫形式和間o焊縫沿長度方向的布置分為連續角焊縫和間斷角焊縫二種(圖3.6)。連續角焊縫的受力性能較好，為主要的角焊縫形式。間斷角

14、焊縫的起、滅弧處容易引起應力集中，重要結構應避免采用，只能用于一些次要構件的連接或受力很小的連接中。間斷角焊縫的間斷距離l不宜過長，以免連接不緊密，潮氣侵入引起構件銹蝕。一般在受壓構件中應滿足l15t；在受拉構件中l30t，t為較薄焊件的厚度。3.2 焊接方法和焊縫連接形式323 焊縫缺陷及焊縫質量檢驗焊縫缺陷及焊縫質量檢驗3231 焊縫缺陷：指焊接過程中產生于焊縫金屬或附近熱影響區鋼材表面或內部的缺陷。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合、未焊透合、未焊透(圖3.8)等；以及焊縫尺寸不符合要求、焊縫成形不良等。裂紋是焊縫連

15、接中最危險的缺陷。產生裂紋的原因很多，如鋼材的化學成分不當；焊接工藝條件(如電流、電壓、焊速、施焊次序等)選擇不合適；焊件表面油污未清除干凈等。3.2 焊接方法和焊縫連接形式323 焊縫缺陷及焊縫質量檢驗焊縫缺陷及焊縫質量檢驗3232 焊縫質量檢驗o焊縫缺陷的存在將削弱焊縫的受力面積，在缺陷處引起應力集中，故對連接的強度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。因此，焊縫質量檢驗極為重要。：一般可用一般可用外觀檢查外觀檢查及無損檢查，前者檢及無損檢查，前者檢查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢驗內部缺陷。無損查外觀缺陷和幾何尺寸，后者檢驗內部缺陷。無損檢驗目前廣泛采用檢驗目前廣泛采用超聲波檢驗超聲波檢驗，使

16、用靈活、經濟，使用靈活、經濟，對內部缺陷反應靈敏，但不易識別缺陷性質；有時對內部缺陷反應靈敏，但不易識別缺陷性質；有時還用還用磁粉檢驗磁粉檢驗、熒光屏熒光屏等較簡單的方法作為輔助；等較簡單的方法作為輔助；當前最明確可靠的方法是當前最明確可靠的方法是X X射線射線或或射線透照射線透照或或拍片拍片，X X射線應用較廣。射線應用較廣。3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式323 焊縫缺陷及焊縫質量檢驗焊縫缺陷及焊縫質量檢驗3232 焊縫質量檢驗焊縫質量檢驗：鋼結構工程施工及驗收規范規定焊縫按其檢驗方法和質量要求分為一級、二級和三級一級、二級和三級。三級焊縫只要求對全部焊縫作外觀檢查且符

17、合三級質量標準；一級、二級焊縫則除外觀檢查外，還要求對每條焊縫全部或20%長度進行超聲波或射線探傷檢驗并符合相應級別的質量標準。，可滿足通常的強度要可滿足通常的強度要求；但其求；但其對接焊縫的抗拉強度有較大的變異性對接焊縫的抗拉強度有較大的變異性，鋼結構設計規范規定其設計值只為主體鋼材的鋼結構設計規范規定其設計值只為主體鋼材的85%左右左右。因而對有較大拉應力的對接焊縫以及。因而對有較大拉應力的對接焊縫以及直接承受動力荷載構件的較重要的對接焊縫，宜采直接承受動力荷載構件的較重要的對接焊縫，宜采用二級焊縫；對疲勞性能有較高要求處可采用一級用二級焊縫；對疲勞性能有較高要求處可采用一級焊縫。焊縫。3

18、.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式3.2.4 焊縫代號（參考焊縫代號（參考p195197焊縫符號表示方法焊縫符號表示方法GB324-88)：焊：焊縫代號由縫代號由三部分組成。三部分組成。引出線由橫引出線由橫線和帶箭頭的斜線組成。箭頭指線和帶箭頭的斜線組成。箭頭指到圖形上的相應焊縫處，橫線的到圖形上的相應焊縫處，橫線的上面和下面用來標注圖形符號和上面和下面用來標注圖形符號和焊縫尺寸焊縫尺寸。3.2 焊接方法和焊縫連接形式焊接方法和焊縫連接形式324 焊縫代號焊縫代號3.2 焊接方法和焊縫連接形式324 焊縫代號焊縫代號o當引出線的箭頭指向焊縫所在的一面時，應將圖形符當引出線的箭頭

19、指向焊縫所在的一面時，應將圖形符號和焊縫尺寸等標注在水平橫線的上面；號和焊縫尺寸等標注在水平橫線的上面；o當箭頭指向對應焊縫所在的另一面時，則應將圖形符當箭頭指向對應焊縫所在的另一面時，則應將圖形符號和焊縫尺寸標注在水平橫線的下面。必要時，可在號和焊縫尺寸標注在水平橫線的下面。必要時，可在水平橫線的末端加一尾部作為其他說明之用。水平橫線的末端加一尾部作為其他說明之用。o圖形符號表示焊縫的基本型式，如用圖形符號表示焊縫的基本型式，如用 表示角焊縫，表示角焊縫，用用V表示表示V型坡口的對接焊縫。輔助符號表示焊縫的型坡口的對接焊縫。輔助符號表示焊縫的輔助要求，如用輔助要求，如用 表示現場安裝焊縫等。

20、表表示現場安裝焊縫等。表3.2列出列出了一些常用焊縫代號，可供設計時參考。了一些常用焊縫代號，可供設計時參考。3.2 焊接方法和焊縫連接形式324 焊縫代號焊縫代號o當焊縫分布比較復雜或用上述標注方法不能當焊縫分布比較復雜或用上述標注方法不能表達清楚時，在標注焊縫代號的同時，可在表達清楚時，在標注焊縫代號的同時，可在圖形上加柵線表示圖形上加柵線表示(圖圖3.9)。33 角焊縫的構造與計算（角焊縫的構造與計算（#）331 角焊縫的形式和受力狀態角焊縫的形式和受力狀態 o角焊縫按其與作用力的關系可分為角焊縫按其與作用力的關系可分為：焊縫長度：焊縫長度方向與作用力垂直的方向與作用力垂直的；焊縫長度方

21、；焊縫長度方向與作用力平行的向與作用力平行的以及以及。33 角焊縫的構造與計算（#）331 角焊縫的形式和受力狀態角焊縫的形式和受力狀態 o按其截面形式可分為按其截面形式可分為：(圖圖3.10)和和(圖圖3.11)。o直角角焊縫通常做成表面直角角焊縫通常做成表面微凸微凸的等腰直角三的等腰直角三角形截面角形截面 圖圖3.10(3.10(a)a)。o在直接承受動力荷載的結構中，正面角焊縫在直接承受動力荷載的結構中，正面角焊縫的截面常采用圖的截面常采用圖3.10(3.10(b)b)所示的所示的坦式坦式，側面角，側面角焊縫的截面則作成焊縫的截面則作成凹面凹面式式 圖圖3.10(3.10(c)c)。33

22、 角焊縫的構造與計算（#）331 角焊縫的形式和受力狀態角焊縫的形式和受力狀態 33 角焊縫的構造與計算331 角焊縫的形式和受力狀態角焊縫的形式和受力狀態：兩焊腳邊的夾角兩焊腳邊的夾角90或或90的焊縫的焊縫稱為斜角角焊縫。斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結稱為斜角角焊縫。斜角角焊縫常用于鋼漏斗和鋼管結構中構中。對于夾角對于夾角135或或60的斜角角焊縫，除的斜角角焊縫，除鋼管結構外，不宜用作受力焊縫鋼管結構外，不宜用作受力焊縫。33 角焊縫的構造與計算331 角焊縫的形式和受力狀態角焊縫的形式和受力狀態：大量大量試驗結果表明，側面角焊縫試驗結果表明，側面角焊縫(圖圖3.12)主要承受剪應力。主

23、要承受剪應力。塑 性 較 好 ， 彈 性 模 量 低塑 性 較 好 ， 彈 性 模 量 低(E=7104N/mm2)，強度也較低。傳力線通過側強度也較低。傳力線通過側面角焊縫時產生彎折，因而面角焊縫時產生彎折，因而應力沿焊縫長度方向的分布應力沿焊縫長度方向的分布不均勻，呈兩端大而中間小不均勻，呈兩端大而中間小的狀態的狀態。焊縫越長，應力分。焊縫越長，應力分布不均勻性越顯著，但在塑布不均勻性越顯著，但在塑性工作階段時，產生應力重性工作階段時，產生應力重分布，可使應力分布的不均分布，可使應力分布的不均勻現象漸趨緩和勻現象漸趨緩和。：正面角焊縫正面角焊縫(圖圖3.13)受受力復雜，截面中的力復雜，截

24、面中的各面均存在正應力和剪應力各面均存在正應力和剪應力，焊根焊根處存在著很嚴重的應力集中處存在著很嚴重的應力集中。一方面由于力線彎折，一方面由于力線彎折，另一方面由于在焊根處正好是兩焊件接觸面的端部，另一方面由于在焊根處正好是兩焊件接觸面的端部，相當于裂縫的尖端相當于裂縫的尖端。正面角焊縫的破壞強度高于側面。正面角焊縫的破壞強度高于側面角焊縫，但塑性變形要差些角焊縫，但塑性變形要差些。33 角焊縫的構造與計算331 角焊縫的形式和受力狀態角焊縫的形式和受力狀態33 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求 1 o根據角焊縫的工藝和根據角焊縫的工藝和力學性能

25、，為了避免力學性能，為了避免焊 縫 區 的 基 本 金 屬焊 縫 區 的 基 本 金 屬“過燒過燒”，減小焊件，減小焊件的焊接殘余應力和殘的焊接殘余應力和殘余變形，余變形，33 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求1 o對板件邊緣的角焊縫：對板件邊緣的角焊縫：。 33 角焊縫的構造與計算 332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求o 角焊縫的焊腳尺寸也不能過小，否則焊縫因輸入角焊縫的焊腳尺寸也不能過小，否則焊縫因輸入量過小，而焊件厚度較大，以致施焊時冷卻速度過快，量過小，而焊件厚度較大，以致施焊時冷卻速度過快，產生淬硬組織，導致母材開裂。產生淬硬組織，導

26、致母材開裂。o 規范規定：規范規定：(單位為單位為mm)。o 計算時，焊腳尺寸取計算時，焊腳尺寸取mm的整數，小數點以后的整數，小數點以后都進為都進為1。自動焊熔深較大，故所取最小焊腳尺寸可。自動焊熔深較大，故所取最小焊腳尺寸可減小減小1mm；對對T形連接的單面角焊縫，應增加形連接的單面角焊縫，應增加1mm；當焊件厚度小于或等于當焊件厚度小于或等于4mm時，則取與焊時，則取與焊件厚度相同。件厚度相同。t33 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求o前已述及，前已述及，側面角焊縫在彈性側面角焊縫在彈性階段沿長度方向受力兩端大中階段沿長度方向受力兩端大中間小

27、。焊縫越長，應力集中系間小。焊縫越長，應力集中系數越大。如果焊縫長度不過大，數越大。如果焊縫長度不過大，當焊縫兩端點處的應力達到屈當焊縫兩端點處的應力達到屈服強度后，繼續加載，應力會服強度后，繼續加載，應力會漸趨均勻。但是，如果焊縫長漸趨均勻。但是，如果焊縫長度超過某一限值時，有可能首度超過某一限值時，有可能首先在焊縫的兩端破壞，故一般先在焊縫的兩端破壞，故一般規定規定側面角焊縫的計算長度側面角焊縫的計算長度l lww6060h hf f。33 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算 332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求o l lww6060h hf fo 當實際長度大于上述限值時，其超過部

28、分在計算當實際長度大于上述限值時，其超過部分在計算中不予考慮。中不予考慮。若內力沿側面角焊縫全長分布，比如焊若內力沿側面角焊縫全長分布，比如焊接梁翼緣板與腹板的連接焊縫，屋架中弦桿與節點板接梁翼緣板與腹板的連接焊縫，屋架中弦桿與節點板的連接焊縫，以及梁的支承加勁肋與腹板連接焊縫等，的連接焊縫，以及梁的支承加勁肋與腹板連接焊縫等，計算長度可不受上述限制計算長度可不受上述限制。33 角焊縫的構造與計算 332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求o角焊縫的焊腳尺寸大而長度較小時，焊件的局部加熱角焊縫的焊腳尺寸大而長度較小時，焊件的局部加熱嚴重，焊縫起滅弧所引起的缺陷相距太近，以及焊縫嚴重，焊縫起滅弧所

29、引起的缺陷相距太近，以及焊縫中可能產生的其他缺陷中可能產生的其他缺陷( (氣孔、非金屬夾雜等氣孔、非金屬夾雜等) )，使焊，使焊縫不夠可靠縫不夠可靠。對搭接連接的側面角焊縫而言，如果焊縫長度過小，由于力線彎折大，也會造成嚴重應力集中。因此，o試驗結果表明，圖中33 角焊縫的構造與計算332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求o為此規定：為此規定：應使每條側焊縫的長度不小于兩側應使每條側焊縫的長度不小于兩側焊縫之間的距離，即焊縫之間的距離，即b/lw1。o兩側面角焊縫之間距離兩側面角焊縫之間距離b也不宜大于也不宜大于16t(t12mm)或或200mm(t12mm)，t為較薄焊為較薄焊件的厚度，以免

30、因焊縫橫向收縮，引起板件向件的厚度，以免因焊縫橫向收縮，引起板件向外發生較大拱曲外發生較大拱曲。33 角焊縫的構造與計算332 角焊縫的構造要求角焊縫的構造要求o在搭接連接中，當僅采用正面角焊縫時在搭接連接中，當僅采用正面角焊縫時( 圖圖3.16)，其搭接長度不得小于焊件較小厚度的其搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，也不得小倍，也不得小于于25mm。o 桿件端部搭接采用三面圍焊時，在轉角處截面桿件端部搭接采用三面圍焊時，在轉角處截面突變，會產生應力集中，如在此處起滅弧，可能出現突變，會產生應力集中，如在此處起滅弧，可能出現弧坑或咬肉等缺陷，從而加大應力集中的影響弧坑或咬肉等缺陷，從而加大應力

31、集中的影響。故所故所有圍焊的轉角處必須連續施焊。有圍焊的轉角處必須連續施焊。o 對于非圍焊情況，當角焊縫的端部在構件轉角對于非圍焊情況，當角焊縫的端部在構件轉角處時，可連續地作長度為處時，可連續地作長度為2 hf的繞角焊。的繞角焊。33 角焊縫的構造與計算角焊縫的構造與計算333 直角角焊縫強度計算的基本公式直角角焊縫強度計算的基本公式（key point)試驗表明，直試驗表明，直角角焊縫隙的破壞常發生角角焊縫隙的破壞常發生在喉部，常假定：在喉部，常假定：直角角直角角焊縫是以焊縫是以45方向的最小方向的最小截面截面(即有效厚度與焊縫計即有效厚度與焊縫計算長度的乘積算長度的乘積)破壞破壞，該截，

32、該截面稱為面稱為有效截面或計算截有效截面或計算截面。面。因此焊縫的計算在計因此焊縫的計算在計算截面上進行。算截面上進行。：作用于焊作用于焊縫有效截面上的應力如縫有效截面上的應力如圖所示，這些應力包括：圖所示，這些應力包括：垂直于焊縫有效截面的垂直于焊縫有效截面的正應力正應力，垂直于焊縫垂直于焊縫長度方向的長度方向的垂直剪應力垂直剪應力，以及沿焊縫長度方以及沿焊縫長度方向的向的平行剪應力平行剪應力 ：根據能量強度理論，焊縫中任根據能量強度理論，焊縫中任意節點的折算應力公式為：意節點的折算應力公式為： o由于規范規定的角焊縫強度設計值由于規范規定的角焊縫強度設計值 是根據是根據抗剪條件確定的，而抗

33、剪條件確定的，而 相當于角焊縫的相當于角焊縫的抗拉強度設計值抗拉強度設計值 。o應用上式進行設計時，需要計算有效截面上的應力應用上式進行設計時，需要計算有效截面上的應力分量，較為繁難。為此對驗算公式進行分量，較為繁難。為此對驗算公式進行簡化簡化wff3)(32/22wuf)(32/22wff3wufwffo1o1o1o133 角焊縫的構造與計算333 直角角焊縫強度計算的基本公式直角角焊縫強度計算的基本公式o1334 各種受力狀態下直角角焊縫連接的計算各種受力狀態下直角角焊縫連接的計算o1o1o應該指出的是上述計算方法中，假定軸心力產生的應應該指出的是上述計算方法中，假定軸心力產生的應力為平均

34、分布。實際上，在圖力為平均分布。實際上，在圖3.313.31所示軸心力作用下，所示軸心力作用下，水平焊縫為正面焊縫，而豎直焊縫為側面焊縫，兩者水平焊縫為正面焊縫，而豎直焊縫為側面焊縫，兩者單位長度分擔的應力是不同的，前者較大后者較小。單位長度分擔的應力是不同的，前者較大后者較小。顯然，軸心力產生的應力假設為平均分布，與前面基顯然，軸心力產生的應力假設為平均分布，與前面基本公式推導中，考慮焊縫方向的思路不符。同樣，在本公式推導中，考慮焊縫方向的思路不符。同樣，在確定形心位置以及計算扭矩下所產生的應力時，也沒確定形心位置以及計算扭矩下所產生的應力時，也沒有考慮焊縫方向，而只在最后驗算式中引起了系數

35、，有考慮焊縫方向，而只在最后驗算式中引起了系數，上面計算方法有一定的近似性。上面計算方法有一定的近似性。335 斜角角焊縫的計算斜角角焊縫的計算。 但考慮到以前對斜角角焊縫很少研究；而且我國采用的計但考慮到以前對斜角角焊縫很少研究；而且我國采用的計算公式也是根據直角角焊縫簡化得出的。因此對斜角角焊算公式也是根據直角角焊縫簡化得出的。因此對斜角角焊縫不論其有效截面上的應力情況如何，都按承受剪應力考縫不論其有效截面上的應力情況如何，都按承受剪應力考慮，即不考慮焊縫的方向，一律即慮，即不考慮焊縫的方向，一律即 (或或 )=1.0。ff335 斜角角焊縫的計算斜角角焊縫的計算o在確定焊縫有效厚度時在確

36、定焊縫有效厚度時(圖圖3.32)，假定焊縫在其所成，假定焊縫在其所成夾角的最小斜面上發生破壞。因此，鋼結構設計規范規夾角的最小斜面上發生破壞。因此，鋼結構設計規范規定：當兩焊腳邊夾角定：當兩焊腳邊夾角60 90或或 o90 135，且根部間隙不大于，且根部間隙不大于1.5mm時，時，o焊縫有效厚度為：焊縫有效厚度為：2cosahhfeaa335 斜角角焊縫的計算斜角角焊縫的計算o當根部間隙大于當根部間隙大于1.5mm時，則焊縫有效厚度取為時，則焊縫有效厚度取為：2cos)sin(aahhfe根部間隙34 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造對接焊縫的構造：對接焊縫的焊件常需做

37、成坡口，故又叫坡口焊縫。坡口對接焊縫的焊件常需做成坡口，故又叫坡口焊縫。坡口形式與焊件厚度有關。形式與焊件厚度有關。當焊件厚度很小當焊件厚度很小(t10mm時，時，可用直邊縫。對于一般厚度可用直邊縫。對于一般厚度(t=1020mm)的焊件可的焊件可采用具有斜坡口的采用具有斜坡口的焊縫焊縫。斜坡口和。斜坡口和共同組成一個焊條能夠運轉的施焊空間，使焊縫易于焊共同組成一個焊條能夠運轉的施焊空間，使焊縫易于焊透；透；有托住熔化金屬的作用。有托住熔化金屬的作用。34 對接焊縫的構造與計算：對于較厚的焊件對于較厚的焊件(t20mm)，則則(圖圖3.33)。對于。對于V形縫和形縫和U形縫需對焊縫根部進行補焊

38、。對接形縫需對焊縫根部進行補焊。對接焊縫坡口形式的選用，應根據板厚和施工條件按現行標準手焊縫坡口形式的選用，應根據板厚和施工條件按現行標準手工電弧焊焊接頭的基本型式與尺寸和埋弧焊焊接接頭的基工電弧焊焊接頭的基本型式與尺寸和埋弧焊焊接接頭的基本型式與尺寸的要求進行。本型式與尺寸的要求進行。34 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算在對接焊縫的拼接處，當焊件的寬度不同或厚在對接焊縫的拼接處，當焊件的寬度不同或厚度相差度相差4 4mmmm以上時，應分別在寬度方向或厚度方向以上時，應分別在寬度方向或厚度方向從一側或兩側做成坡度不大于從一側或兩側做成坡度不大于1 1：2.52.5的的 斜角斜角( (

39、圖圖3.34)3.34)，以使截面過渡和緩，減小應力集中。，以使截面過渡和緩，減小應力集中。34 對接焊縫的構造與計算對接焊縫的構造與計算o 在焊縫的起滅弧處，常會出現弧坑等缺陷，這些在焊縫的起滅弧處，常會出現弧坑等缺陷，這些缺陷對承載力影響極大，故焊缺陷對承載力影響極大，故焊 接一般應設置引弧板接一般應設置引弧板( (圖圖3.35)3.35)，焊后將割除。對受靜力荷載的結構設置引，焊后將割除。對受靜力荷載的結構設置引弧板有困難時，允許不設置引弧板，此時，可令焊縫弧板有困難時，允許不設置引弧板，此時，可令焊縫計算長度等于實際長度減計算長度等于實際長度減2 2t t ( (此處此處t t為較薄焊

40、件厚度為較薄焊件厚度) )。對接焊縫的計算對接焊縫的計算 對接焊縫的強度與所用鋼材的牌號、焊條型號及焊縫對接焊縫的強度與所用鋼材的牌號、焊條型號及焊縫質量的檢驗標準等因素有關。因此：質量的檢驗標準等因素有關。因此：。 （如果焊縫中不存在任何缺陷，焊縫金屬的強度是高于如果焊縫中不存在任何缺陷，焊縫金屬的強度是高于母材的。但由于焊接技術問題，焊縫中可能有氣孔、夾渣、母材的。但由于焊接技術問題，焊縫中可能有氣孔、夾渣、咬邊、未焊透等缺陷。實驗證明，焊接缺陷對受壓、受剪咬邊、未焊透等缺陷。實驗證明，焊接缺陷對受壓、受剪的對接焊縫影響不大，故可認為受壓、受剪的對接焊縫與的對接焊縫影響不大，故可認為受壓、

41、受剪的對接焊縫與母材強度相等，母材強度相等，但受拉的對接焊縫對缺陷甚為敏感。當缺但受拉的對接焊縫對缺陷甚為敏感。當缺陷面積與焊件截面積之比超過陷面積與焊件截面積之比超過5%5%時，對接焊縫的抗拉強度時，對接焊縫的抗拉強度將明顯下降將明顯下降。）。）軸心受力的軸心受力的三級質量檢驗的對接焊縫，按下式計算：對接焊縫，按下式計算：342 對接焊縫的計算對接焊縫的計算： 如果用直縫不能滿足強度要求時，可采用如圖3.36(b)所示的斜對接焊縫。計算證明，焊縫與作用力間的夾角滿足 tg1.5時，斜焊縫的強度不低于母材強度，可不再進行驗算。(2)承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫承受彎矩和剪力共同作用的對接焊

42、縫(2)承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫2 部分焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫 ：當受力很小，焊縫主要起聯系作用；或焊縫受力雖然較大，但采用焊透的對接焊縫將使強度不能充分發揮時，可采用不焊透的對接焊縫。比如用四塊較厚的板焊成箱形截面的軸心受壓構件，顯然用圖3.39(a)所示的焊透對接焊縫是不必要的；如采用角焊縫圖3.39(b)，形又不平整；采用不焊透的對接焊縫圖3.39(c)，可以省工省料，較為美觀大方。：部分焊透的對接焊縫必須在設計圖上注明坡口的：部分焊透的對接焊縫必須在設計圖上注明坡口的形式和尺寸。形式和尺寸。 坡口形式分坡口形式分V形、單邊形、單邊V形和

43、形和U形，由下圖可見，形，由下圖可見，不焊透不焊透的對接焊縫可視為在坡口內焊接的角焊縫的對接焊縫可視為在坡口內焊接的角焊縫，故其強度計算方，故其強度計算方法與前述直角角焊縫相同，但偏安全地取法與前述直角角焊縫相同，但偏安全地取 =1.0。其焊縫有。其焊縫有效高度和效高度和焊縫根部至焊縫表面焊縫根部至焊縫表面( (不考慮余高不考慮余高) )的最短距離的最短距離S S相關相關 f2 部分焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫 對對U形和坡口角度形和坡口角度 60的的V形坡口，焊縫有效厚度形坡口，焊縫有效厚度he = S；但對于但對于 60的的V形坡口焊縫，考慮到焊縫根部處不形坡口焊縫，考慮到焊縫根部處不

44、易焊滿，因而將易焊滿，因而將he降低，即降低，即he =0.75S；對單邊對單邊V形坡口焊縫則形坡口焊縫則取取he = S3mm。a2 部分焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫ao 當熔合線處當熔合線處焊縫截面邊長焊縫截面邊長等于或接近于等于或接近于最短距離最短距離S S時時 下圖下圖 ( (b)b)、(c)(c)、(d)(d)，應驗算焊縫在熔合線上的抗剪應驗算焊縫在熔合線上的抗剪強度，其強度設計值取強度，其強度設計值取0.90.9倍角焊縫的強度設計值。倍角焊縫的強度設計值。o 部分焊透對接焊縫的最小有效厚度為部分焊透對接焊縫的最小有效厚度為1.5 1.5 ，t t為為坡口所在焊件的較大厚度坡口所

45、在焊件的較大厚度( (單位取單位取mm)mm)。t2 部分焊透的對接焊縫部分焊透的對接焊縫35 焊接應力和焊接變形焊接應力和焊接變形351 焊接應力的分類和產生的原因焊接應力的分類和產生的原因 焊接連接因方便快捷，在鋼結構工程中得到了廣泛焊接連接因方便快捷，在鋼結構工程中得到了廣泛使用，但因為施焊過程中使用，但因為施焊過程中不均勻溫度場不均勻溫度場的存在，會產生的存在，會產生兩類問題：兩類問題：o焊接殘余應力焊接殘余應力：對結構和構件的力學性能及承載力：對結構和構件的力學性能及承載力產生不利影響。種類有有沿焊縫長度方向的縱向焊產生不利影響。種類有有沿焊縫長度方向的縱向焊接應力，垂直于焊縫長度方

46、向的橫向焊接應力和沿接應力，垂直于焊縫長度方向的橫向焊接應力和沿厚度方向的焊接應力。厚度方向的焊接應力。o焊接殘余變形焊接殘余變形：構件外形發生扭曲：構件外形發生扭曲 這兩類問題都直接影響到結構的安全和正常使用，這兩類問題都直接影響到結構的安全和正常使用，因此必須防止和考慮其不利影響。因此必須防止和考慮其不利影響。351 焊接應力的分類和產生的原因焊接應力的分類和產生的原因 焊接過程是一個焊接過程是一個不均勻加熱和冷卻的不均勻加熱和冷卻的過程。在施焊時，過程。在施焊時，焊件上產生焊件上產生，焊縫及，焊縫及其附近溫度最高，其附近溫度最高，可達可達1600以上，以上，而鄰近區域溫度而鄰近區域溫度則

47、急劇下降則急劇下降(圖圖3.41)。 。溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側溫度較低、膨脹量較小的鋼材所限制，產生了。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應力經常達到鋼材的屈服強度力經常達到鋼材的屈服強度。 焊接應力是一種無荷載作用下的內應力，因此會在焊接應力是一種無荷載作用下的內應力，因此會在焊件內部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠區段內產生焊件內部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠區段內產生壓應力壓應力圖圖3.41(c)。 橫向焊接應力產生的橫向焊接應力產生的原因有二：原因有二：o：由于焊縫焊完后，整由于焊縫焊完后，整體上要發生縱向收縮，使體上要發生縱向收縮，使兩塊鋼板形成反方向

48、的彎兩塊鋼板形成反方向的彎曲變形，但焊縫已將兩塊曲變形，但焊縫已將兩塊鋼板連成整體，不能分開，鋼板連成整體，不能分開，于是兩塊板之間產生橫向于是兩塊板之間產生橫向拉應力，而兩端則產生壓拉應力，而兩端則產生壓應力應力圖圖 (b)。 橫向焊接應力產生的原因有二：橫向焊接應力產生的原因有二：o：由于先焊的焊縫已經凝固，：由于先焊的焊縫已經凝固，阻止后焊的焊縫在橫向自由膨脹，阻止后焊的焊縫在橫向自由膨脹，使其發生橫向的使其發生橫向的熱塑性壓縮熱塑性壓縮。當。當焊縫冷卻時，后焊焊縫的焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受收縮受到到已凝固的焊縫已凝固的焊縫限制限制而產生橫向而產生橫向拉應力拉應力，而先焊部分則產生橫

49、向，而先焊部分則產生橫向壓應力，因應力自相平衡，更遠壓應力，因應力自相平衡，更遠處 的 焊 縫 則 受 拉 應 力處 的 焊 縫 則 受 拉 應 力 圖圖3.42(c)。 橫向焊接應力為上述兩種原橫向焊接應力為上述兩種原因產生的合應力因產生的合應力 圖圖 (d)。 在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層在厚鋼板的焊接連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向焊接應力外，還施焊。因此，除有縱向和橫向焊接應力外，還存在著沿鋼板厚度方向的焊接應力存在著沿鋼板厚度方向的焊接應力(圖圖3.43)。這三種應力形成同號三向應力，將大大降低連這三種應力形成同號三向應力，將大大降低連接的塑性。接的塑性。352 焊接應力對結構性能的影響焊接應力對結構性能的影響。 設軸心受拉構件在受荷前設軸心受拉構件在受荷前(N=0)截面上就存在縱