直角角焊缝的计算和构造

直角角焊缝的计算和构造

4 ．直角角焊缝的计算和构造

（ l ）基本概念

1 ）直角角焊缝的截面形状：如图 6 -18 所示，因工程应用中多数属此，故常简称角焊缝。绝大多数角焊缝的两焊脚尺寸相等均为 hf ，焊缝表面略凸如图 6 -18 （ a ）所示，少数因需要而采用不等焊脚尺寸或为凹面如图 6 -18 （ b ）和图 6 -18 （c）所示。

2 ）角焊缝的有效截面 Ae：计算时不计及余高和熔深，假定焊缝截面为一等边直角三角形如图 6 -18 所示（图中未示出熔深），取每条角焊缝的有效截面为 Ae=helw=0.7hflw。这里， hf 为焊脚尺寸（图 6 一 18 ) , 0 . 7hf 为焊缝的计算厚度（或称有效厚度）记作 he ; lw 是焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度 l 减去 2hf ，即取 lw =l 一 2hf ，以考虑焊接时起弧和熄弧处焊缝有缺陷的不利影响。

3 ）侧面角焊缝：焊缝长度（轴线）与外力作用方向一致（平行）的焊缝称为侧面角焊缝，如图 6 -19 所示。试验研究表明：侧面截面角焊缝主要受剪，强度较低，破坏通常发生在沿 45°方向的有效截面，因此强度较低，但塑性性能好；沿焊缝长度在有效截面上的剪应力分布不均匀，两端大，中间较小，焊缝愈长，不均匀分布的程度愈大，但由于塑性变形，在破坏前分布可逐渐趋向均匀。

4 ）正面角焊缝：焊缝长度与外受力作用方向相垂直的焊缝称为正面角焊缝，如图 6 -19 所示。试验研究表明：正面角焊缝多轴受力（复杂应力状态），破坏通常不发生在 45°方向的有效截面，因此强度较侧面角焊缝为高，一般可高 1 / 3 左右，且刚度较大；沿焊缝长度在有效截面上的应力分布较均匀。

（ 2 ）基本假定

角焊缝中的应力分布较复杂，侧面角焊缝和正面角焊缝的受力性能不同，很难精确计算。因此，目前我国和国际上许多国家（地区）对角焊缝采用简化计算法，即计算时采用以下简化假定：

1 ）每条角焊缝计算时的破坏截面为沿 45 °方向的有效截面，即为 he lw =0 . 7hflw。

2 ）角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值取相同数值，规范中记作ff。

3 ）在轴心力（通过焊缝形心的拉力、压力或剪力）作用下，沿焊缝长度有效截面上的应力均匀分布；弹性分析时，力矩（弯矩或扭矩）作用下焊缝有效截面上的应力按材料力学公式计算。

大量试验和工程实践证明，上述三个基本假定是安全可靠的。

（ 3 ）基本计算公式

l ）在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下：

正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）

: w

式中σf― 按焊缝有效截面（ h elw ）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；

τf― 按焊缝有效截面（ helw ）计算，沿焊缝长度方向的剪应力；

βf― 正面角焊缝的强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构βf =1 . 22 ；对直接承受动力荷载的结构，βf =1.0。

其他符号意义同前。

（ 4 ）角焊缝的尺寸限制和构造要求

角焊缝的尺寸包括焊脚尺寸和焊缝计算长度等。在设计角焊缝连接时，除满足强度要求外，还必须符合对其尺寸的限制和构造上的要求，见规范8.2.7-8.2.13.

例：

1．钢材的对接焊缝能承受的内力，下列哪一种说法是准确的?

(A)能承受拉力和剪力；

(B)能承受拉力，不能承受剪力

(C)能承受拉力、剪力和弯矩；

(D)只能承受拉力

【答案】C

【说明】钢材的对接焊缝能承受拉力、剪力和弯矩和扭矩等各种内力作用。

2．钢结构手工焊接连接。下列哪种钢材与E43型焊条相适应?

(A)Q235钢；

(B)Q345钢；

(C)Q390钢；

(D)Q420钢

【答案】A

【说明】参见《钢结构设计规范》(GB50017～2003)3．4．1条，表3．4．1—3。

3．关于Q 235钢，钢结构连接采用对接焊缝和角焊缝的抗剪强度设计值，下列哪一种说法是正确的?

(A)两种焊缝的强度相同

(B)对接焊缝比角焊缝强度高

(C)对接焊缝比角焊缝强度低

(D)两种焊缝形式不同，不可比较

【答案】C

【说明】参见《钢结构设计规范》(GB50017--2003)3．4．1条，表3．4．1-3，对接焊缝的抗剪强度设计值小于角焊缝的抗剪强度设计值。

4.．钢结构焊件的角焊缝在弯矩、剪力及轴力共同作用下，其强度计算方法应对（）。

A ．各内力应分别进行验算

B ．剪力和轴力应叠加后进行验算；

C ．弯矩和剪力应叠加后进行验算

D ．三种内力产生的应力应全部叠加后进行计算

提示：角焊缝在复杂应力状态下的强度计算，应将各种应力叠加后计算。

答案： D .