直角角焊 |
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| 普通焊缝： |
| 平坡焊缝： |
| 深熔焊缝： |
| 受力时力线弯折，应力集中现象较严重，在焊缝根角上形成应力高峰，易开裂 |
第三章钢结构连接
第四节角焊缝的构造及尺寸要求
1.角焊缝的构造及尺寸要求
a)按角度分：
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深熔焊缝：相对于普通焊缝而言，受力平顺，对承受动荷载较有利。
斜角角焊缝：连接件之间的角度不小于
b)按焊缝与受力之间的位置分：
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2.角焊缝的破坏形式
a)端缝的破坏形式：P/56(如图所示)
b)侧缝的破坏形式：P/57(如图所示)
3.角焊缝的特点(相对于对接焊缝而言)
不需校正缝距，焊件无须预先加工，故目前应用最广泛，但工作性能较差，应力集中现象较严重，材料较贵。
4.角焊缝的构造要求：
a)直角角焊缝的焊角尺寸
不宜太小，目的：保证焊缝的最小承载力，并防止焊缝因冷却过快而产生裂缝。
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b)直角角焊缝尺寸
不宜太大，目的：避免焊穿较薄焊件
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c)角焊缝的计算长度不宜太小，目的：长度过小会使杆件局部加热严重，且起弧，落弧相距太近，加上一些可能产生的缺陷，使焊缝不够可靠。
规定：不小于
和
(应同时满足)
d)角焊缝的计算长度不宜太大，
目的：因为侧缝应力沿长度分布不均匀，两端大，中间小，焊缝越长，其相差越大，焊缝过长时，两端应力达到极限而破坏时，中间部分尚未发挥其承载力，且这种应力分布不均匀，对动荷载构件更不利，故受动荷载作用的侧缝长度的限制更严格。
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e)当构件用两边侧缝连接时，每条侧缝长度不宜小于两侧缝之间的距离，同时，两侧缝之间的距离不宜大于
(当
)或
(
)，
为较薄焊件的厚度。(如图所示)
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f)在搭接连接中，搭接长度不得小于
(
为较小焊件厚度)或
目的：避免焊缝收缩使残余应力过大
g)受动力荷载的结构中，端缝最好采用坡度为1：1.5的平坡焊缝(如图所示)侧缝可用坡度为1：1的普通焊缝(如图所示)，深熔焊缝(如图所示)的动力性能最好。
h)当侧缝的端部在构件的转角处时，宜连续绕转角加焊一定长度，此长度为
，(如图所示)，杆件与节点板的连接焊缝一般采用两而侧缝，但也可用三面围焊(如图所示)，所有围焊的连角必须连续施工焊(如图所示)
在次要构件或次要连接中，允许采用断续角焊缝，断续角焊缝之间的净距，在受压构件中不应大于
，在受拉构件中不应大于
，(
为较薄焊件的厚度)。
二、角焊缝的计算
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2.具体计算公式：
a)在轴心力(抗、压力或剪力)作用下，当力垂直于焊缝长度方向时(即端缝)
b)在轴心力(拉、压力或剪力)作用下，当力平行于焊缝长度方向时(即侧缝)
c)在其它力共同作用下，即
共同作用处
*特例及注意点：i)：受动力荷载时：
ii)：斜角角焊缝：
斜角角焊缝的有效厚度为：
时，
时，
型钢角钢
i)：角型侧缝连接时：(如图所示)
为肢尖，肢背力的分配系数(见表)
ii)：角钢三面围焊时(如图所示)
端缝
侧缝
iii)：角钢
型围焊时(如图所示)
由
则
在弯矩，轴力，剪力共同作用下：(如图所示)
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f)在扭矩，剪力，剪力共同作用下：(如图所示)
应力分析(如图所示)
把
分解成
，
上两个分量
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例3-4计算盖板连接，
(静力荷载)，钢材为3号钢：焊条
型，采用直角角焊缝。(如图所示)
求：焊缝受力
解：盖板总截面面积应不小于被连接钢板的面积。材料相同，都是3号钢，采用正反面两块截面为
的钢板，盖板总截面面积为
焊缝焊脚尺寸采用
，与盖板厚度相同。焊缝的强度设计值按(如图所示)为
。
如果直接承受动力荷载，则按式(3-10)或式(3-11)计算，接头一侧所需焊缝总长度为
当采用在转角处连续施焊的围焊时，两端焊口共长
，则每块盖板在接头一侧的焊缝长需要
，按(如图所示)
。焊缝应力为
如果不直接承受动力荷载，则焊缝应力为
例3-5计算三面围焊的角钢连接，角钢为
，连接板厚度
，承受
。钢材为3号钢，手工电焊，焊条
。确定所需焊缝焊脚尺寸和长度。
解：最小焊脚尺寸
，最大焊脚尺寸
，采用
。
最短焊缝长度
。最大焊缝长度
。
首先按式(3-14a)计算端缝所能承受的力
一只角钢承受的力
根据公式(3-14b)、式(3-14c)和(如图所示)
根据式(3-15a)、式(3-15b)可得角钢肢背和角钢肢尖的焊缝长度：
焊缝长度采用
的整数，取
。
例3-6计算牛腿的连接。牛腿尺寸与(如图所示)相同，翼缘板宽度
，厚度
，腹板高度
，厚度
。距离焊缝
处有一竖向力
(静力荷载)，钢材为15锰钒钢，采用手工焊，焊条
，采用直角角焊缝(如图所示)
解：先用精确法计算焊缝长度和形心位置(如图所示)。取焊脚尺寸
，则焊缝有效截面的投影宽度为
。
翼缘水平角焊缝计算面积为
腹板竖向角焊缝计算面积为
焊缝总计算面积为
焊缝形心离1-1轴的距离为
焊缝惯性矩
外力
引起的剪应力为
弯矩
引起的应力
a点：
b点：
组合应力为(因焊缝受力复杂，偏安全取
)
a点：
b点：
组合应力均小于强度设计值
，故安全。
若用简化法计算焊缝长度和形心位置，则(如图所示)
得
a点：
b点：
例3-7验算支托板与柱的连接。板厚
，3号钢，与柱搭接三面围焊，端缝和侧缝各长
，在焊缝群重心上作用弯矩
，剪力
，轴向拉力
，手工电焊，焊条用
，焊脚尺寸
(如图所示)
解：首先计算焊缝形心位置，设
为形心至竖向焊缝根部的距离，由于水平焊缝和竖向焊缝为连续围焊，故仅在水平焊缝端部减去
，竖向焊缝则不减(忽略转角处焊缝)。
计算极惯性矩
验算
点应力
若采用简化法计算焊缝长度和形心位置(即假定焊缝集中在板边)，则可得
例题1
计算(如图所示)所示桁架节点的连接焊缝，已知钢材为
，焊条为
型手工焊，是否安全可用？
解：在桁架节点中一般常用侧缝而很少用三面围焊缝，(见表)
得3号钢
××型焊条直角角焊缝的强度设计值
。
(1)连接焊缝“
”
计算内力
取肢尖和肢背的焊脚尺寸均为
肢背焊缝需要长度为(见表3-3)
肢尖焊缝需要的长度为(见表3-3)
考虑焊口的影响，焊缝的实际长度应比计算长度增加
，故肢背焊缝长度为
，而肢尖的焊缝长度
。同时应满足焊缝的构造要求，焊缝的计算长度应不小于
和
，故肢尖焊缝长度还应满足
。在工程结构中，实际节点板的长度由于腹杆焊缝的要求而远大于
和
的数值，此时焊缝应在节点板与上弦杆接触处的全部长度均为焊。由于焊缝长度的增加，也可以把焊脚尺寸
减少些，但不得小于
的最小构造值(一般应不小于
)。同时在同一块节点板上的焊脚尺寸种类不宜太多(一般宜不多于两种，支座节点除外)。
(2)连接焊缝“
”
计算内力
肢尖和肢背的焊脚尺寸均为
肢背焊缝需要长度为(见表3-3)
肢尖焊缝需要长度为(见表3-3)
考虑焊口的影响和焊缝的构造要求：取
(取
的倍数)，
。
(3)连接焊缝“
”
计算内力
肢尖和肢背的焊脚尺寸均为
取肢背焊缝需要长度为
肢尖焊缝需要长度为
(4)连接焊缝“
”
计算内力
肢尖和肢背的焊脚尺寸均为
肢背焊缝需要长度为
肢尖焊缝需要长度为
(
为较厚焊件厚度)
形连接的单面角焊缝：(
焊件厚度
时，取
焊件厚度
不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍(钢管结构除外)
时，
时，
不宜大于圆孔直径或槽孔短径的
(静力荷载)
(动力荷载)
和
部分，在计算中不予考虑
不小于
不大于
()或
(
)
面(
)
产生垂直于焊缝方向的应
产生平行于焊缝方向的应力
产生垂直于焊缝方向的应力
得
得