钢结构角焊缝例题(角焊缝的构造和计算)

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第三章钢结构连接

3.4角焊缝的结构和计算

3.4.1角焊缝的形式和应力分布

(1)角焊缝的形式：直角角焊缝和斜角焊缝。

(a)直角角焊缝

(b)斜角焊缝

对于135度或

(2)直角角焊缝的应力分析

(a)侧面角焊缝(侧面焊缝)

试验表明，侧角焊缝主要承受剪力，强度较低，塑性较好。由于外力通过焊缝时发生弯曲，所以剪应力沿焊缝长度分布不均匀，两头大中间小。lw/hf越大，剪应力分布越不均匀。

(b)正面角焊缝

正面角焊缝受力复杂，应力集中严重，塑性差，但强度较高，可比侧面角焊缝高35%-55%。

正面角焊缝的失效形式有：焊缝撕裂、焊缝与主板开裂、焊缝与辅板开裂。

3.4.2角焊缝的结构

(1)最小焊脚尺寸hf，min

为了避免焊缝金属中快速冷却速率产生的硬化组织导致母材开裂，HF和min应满足以下要求：

式中：T2——较厚焊件的厚度

另外，对于埋弧焊hf，min可降低1mm;

对于T型连接的单面角焊缝的高频，min应增加1mm;

当t24mm时，HF，min=T2；

(2)最大焊脚尺寸hf，max

为避免焊缝局部过热，减少焊接残余应力和焊件变形，HF和MAX应满足以下要求：

式中：t1——较薄焊件的厚度；

板材边缘的角焊缝应符合下列要求：

当t6mm时，HF，maxt；

当t6m，HF，max t-(1 ~ 2) mm时；

(3)侧面角焊缝的最小计算长度

对于焊脚尺寸大、长度短的焊缝，焊件局部加热严重，落地坑相互靠得太近，容易产生缺陷，使焊缝不可靠。因此，为了使焊缝具有一定的承载能力，规范规定：

(4)侧面角焊缝的最大计算长度

在弹性工作阶段，角焊缝的应力沿长度方向不均匀，两端大中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不太大，焊缝两端达到屈服强度后，加载后应力会逐渐趋于均匀。当焊缝长度达到一定长度时，可能的破坏首先发生在焊缝两端，所以：

注意：

(a)当实际长度大于上述值时，在计算中不予考虑；

(b)当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上述公式的限制。

(5)搭接接头的构造要求

当板端仅通过两个侧面角焊缝连接时：

(a)为避免应力传递过度弯曲和构件受力不均，规范规定：LWB；

(b)为了避免焊缝横向收缩引起的钢板过度拱起，规范规定：

b16 t1(t112毫米)

或b190毫米(t112毫米)

(c)当角焊缝的端部位于构件的转角处时，角焊缝应进行2hf，转角处必须连续焊接。

(d)搭接连接时，搭接长度不应小于焊件较小厚度的5倍，且不应小于25毫米。

3.4.3角焊缝计算

(1)角焊缝强度计算的一般表达式

试验表明，直角角焊缝的失效往往发生在45截面，因此通常以45截面作为计算截面，作用在该截面上的应力如下图所示：

在复杂应力状态下，其强度条件应满足：

角焊缝的强度计算公式：

将3-9和3-10代入3-11得到：

f——正面角焊缝的强度增加系数；静荷载下取1.22，动荷载下取1.0。

(2)轴向力作用下盖板连接角焊缝的计算

对于正面角焊缝，f=0，由公式3-10得到：

对于侧面角焊缝，f=0，由公式3-5得到：

对于三边环焊缝

正面角焊缝的内力

侧面角焊缝的内力

其中包括：

he=0.7hfLw—角焊缝的计算长度。当考虑到灭弧缺陷时，每个焊缝的实际长度应减去2hf。

(3)轴力作用下角钢连接角焊缝的计算。

(a)只有侧面角焊缝可用于连接

(4)N、M、v共同作用下角焊缝的计算

当N、M、V共同作用时，焊缝的终点最危险，该点的焊缝应符合下列要求：

在…之中

(5)T和v共同作用下角焊缝的计算

简化F方向焊接组的质心：

V=F

T=F(e1 e2)

假设：

(a)连接件是绝对刚性的，焊缝是弹性的，即连接件在T的作用下有绕焊缝质心转动的趋势；

(b)在T的作用下，焊缝组上任意一点的应力方向垂直于该点与焊缝质心的连线，其大小与R成正比；

(c)在V的作用下，焊缝组上的应力均匀分布。

因此，这种连接的设计控制点是A点和A '点。

T作用下A点的应力：

沿着X轴和Y轴分解它：

在剪切力v的作用下，a点的应力：

将3-35、3-36和3-37代入3-13，A点应满足以下要求：

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