第三章钢结构连接

第六节　焊接连接的构造形式和相应的计算特点

一、焊缝的构造形式：

1.采用适宜的焊脚尺寸和焊缝长度

2.焊缝不宜过分集中，以防止因焊接变形受到过大的约束而产生过大的残余应力甚至产生裂缝。(如图所示)

3.当拉力垂直于受力板面时，要考虑到板材有可能分层破坏。(如图所示)

4.要注意施焊方便，应尽量避免仰焊和立焊等等，以保证焊缝质量。(如图所示)

5.焊缝的布置应尽可能对称。(如图所示)

6.不宜采用带锐角的板料作为肋板，板料的锐角应切掉，以免焊接时锐角处板材被烧损，影响连接质量。(如图所示)

7.焊缝与其它连接(如铆钉和螺栓)刚度不同，不宜共同受力，以免导致逐个破坏，如下图，螺栓作为安装时用，全部内力由焊缝承担。(如图所示)

8.应尽量避免三向焊缝相交，因为每个方向的焊缝都存在着沿该焊缝轴线方向的焊接残余抗应力，且通常达到，在相交处形成三向同号拉力场，使材料变脆。为防止三向焊缝相交，应采用使次要焊缝中断面主要焊缝连续通过的构造(如图所示)，在梁的腹板，翼缘和加劲肋相交处，肋板应切角(如图所示)，对直接承受动力荷载的吊车梁受拉翼缘处，尚应将加劲肋切短50~100mm，以提高疲劳强度(如图所示)。

二、对连接问题的讨论(结合教材上第93页的讨论题)

题1：胶印P/79例3-9(思考3-1)

例3-9(如图所示)所示的十字形接头为例，已知，钢材，焊条型，手工焊对接焊，焊缝质量为二级。

解：通常计算焊缝时，常假定作用力由焊缝有效截面均匀承受。于是，左面一块钢板与过渡钢板的对接焊缝受力为

右面一块钢板与过渡钢板的对接焊缝的受力为

根据上列计算结果看来，整个连接应该是安全可用的。但是由于构造上存在缺点，焊缝应力分布很不均匀(如图所示)。设想过渡钢板的厚度接近于零时，左面焊缝(水平方向)与右面焊缝(竖直方向)的相交点的面积只有，此时相交点上的应力为

由于应力集中在相交点附近，该处的应力高峰远远超过焊缝强度设计值。虽然由于过渡钢板有一定的厚度，相交处焊缝承担应力的面积要大些，(如图所示)左面，右面，有时甚至还可扩散得更大些，但该处的应力高峰仍然远远超过焊缝强度设计值。如果在实际结构中出现此类连接，必须在左面或者右面用加劲肋增强(如图所示)，只要加强一面即可。一面有加劲肋加强后，即可保证另一面的焊缝均匀受力。

题2：(如图所示)所示工字形牛腿连接为例，已知(静力荷载)，钢材钢材，焊条型，手工焊焊脚尺寸，按现行钢结构设计规范验算焊缝受力是否安全？

解：根据对称工字形角焊缝截面形式，必须验算点1和点2。首先确定焊缝受力

求焊缝截面的有效抗剪面积

验算点1

验算点2

根据点1和和点2验算结果知焊缝安全可用。但是必须注意，在(如图所示)中存在着严重的构造缺点，牛腿的上下翼缘与柱相交处，柱的腹板部分没有加劲肋(参考图3-25，图3-27，图3-42)。试以牛腿上翼缘与柱相交处来分析，柱翼缘相当于(如图所示)中的过渡板，左面柱的腹板是竖直方向与(如图所示)中左面一块板相似，右面牛腿的上翼缘是水平方向与(如图所示)中右面一块板相似，该处完全与十字形焊接接头相同，所以牛腿上翼缘板或下翼缘板与柱翼缘焊接的水平焊缝既是不能承受竖向力，也不能承担弯矩引起的水平方向的拉力(或压力)。在本例的计算中，焊缝截面的惯矩中就不应该包括水平焊缝，应该改计算如下：

焊缝截面的有效惯性矩

验算点1

验算点2

由此可见，柱在牛腿处不采用加劲肋(如图所示)，这种构造上的严重缺点，将使整个焊缝的承载能力大大降低，如果在计算时又没有注意这一构造缺陷的严重性而修改计算，仍用前面的计算方法而得出安全可用的结论，必然会引起工程事故。计算必须与实际构造相适应，在学习开始时就要牢牢记住，不能等到参加工作后再重视和积累实际经验。