3.6对接焊缝的构造与计算

对接焊缝是在焊件的坡口面间或一焊件的坡口面与另一焊件的端（表）面间焊接的焊缝，主要用于厚度相同或相近的两个构件间的连接。

 

一、对接焊缝的特点

1）构造简单，传力直接、受力明确，基本不产生应力集中，焊缝受力性能良好；

2）对焊接板材断料长度的精度（即施焊间隙）要求严格，对厚板需要进行边缘坡口加工，因而一般多用于工厂制造连接。

 

二、对接焊缝的坡口形式

指对接焊件边缘的加工形式，包含形状和尺寸两方面的内容，目的是为了保证施焊时既能保证焊透又要避免焊液烧漏。

对接焊缝的边缘因需要进行坡口加工，故这种焊缝又名坡口焊缝。

 

一般情况下，常见的坡口形式及应用条件如图所示。

具体应用情况与焊接方法有关，见《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002），如手工焊t<6mm可不做坡口，采用直边缝。

三、对接焊缝的构造处理

1）在焊缝的起灭弧处，常会出现弧坑等缺陷，易产生应力集中和裂纹，故焊接时可设置引弧板和引出板，焊后将它们割除。对承受静力荷载时，允许不设置引弧板。

  

2）当板件厚度或宽度在一侧相差大于4mm时，应做坡度不大于1：2.5的斜角，以平缓过度，减小应力集中。对于直接受动力荷载且需要进行疲劳计算的结构，斜角坡度应不大于1:4。

   

3）为保证焊透，在一侧施焊完毕后，需翻过来在反面清除根部后进行一次补焊（称为封底焊），若无条件进行封底焊，则应在正面施焊时在焊缝的根部加设临时垫板。见下图4.10。

V形焊缝坡口的各部分尺寸如图。

四、对接焊缝的计算截面

对接焊缝分为焊透和部分焊透两种，后面不做特殊说明，均指焊透的对接焊缝。

对接焊缝可视作焊件的一部分，故其焊缝截面与焊接板件的尺寸相同。

焊缝截面厚度t－－焊缝所连接板件的较薄厚度；

焊缝截面计算长度lw－－采用引弧板时，焊缝全长有效；未采用引弧板时，计算焊缝长度=焊缝长度减去2t，t为较薄焊件的厚度。

W——表示焊缝，英文weld

 

五、对接焊缝的计算

对接焊缝可视作焊件的一部分，故其计算方法与构件强度计算相同。

相当于把对接焊缝认为是构件的一个截面来计算。

1.轴心受力的对接焊缝：

（1）基本公式

l_w——焊缝计算长度，无引弧板和引出板时，焊缝计算长度取实际长度b减去2t；有引弧板时，取实际长度b；

t——连接件的较小厚度，对T形接头为腹板的厚度；

f_t^w、f_c^w——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。

 

（2）当不满足上式时，可采用斜对接焊缝连接

 l_w^’——斜焊缝计算长度。设引弧板时，l_w^’＝b/sinθ；不设引弧板时，l_w^’＝b/sinθ－2t。

 f_v^w——对接焊缝抗剪设计强度

经计算，规范规定：当tgθ≤1.5时，即θ≤56.3︒，对接斜焊缝强度不低于母材，可不用验算。

——说明：焊缝的强度与钢材强度的比较（请注意以下两个表格及两个小注）

焊缝强度符号有上角标w（表示焊缝weld）；

钢材强度符号无上角标；

下角标t、c、v分别表示抗拉、抗压和抗剪，与建筑结构相同。

1）在一般加引弧板施焊的情况下，所有受压、受剪的对接焊缝以及受拉的一、二级焊缝，均与母材等强，不用计算。

从上面表中可以看出：

焊缝抗压=母材抗压，f_c^w=f；

焊缝抗剪=母材抗剪，f_v^w=fv；

一二级焊缝抗拉<母材抗拉，f_t^w约=0.85f

2）对接焊缝需要计算焊缝强度的只有两种情况：

     ①没有引弧板时需要计算

   ——焊缝截面长度小于母材截面宽度

     ②受拉情况下的三级焊缝

   ——焊缝截面抗拉强度小于母材抗拉强度

——对接焊缝应用小结：

焊缝截面数量远小于母材截面，当焊缝承载力低于母材时，钢材的强度就不能得到充分利用。

为使钢结构的材料强度得到充分发挥，通常做法如下：

1）对一二级焊缝，焊接时加设引弧板，则焊缝截面尺寸及强度均与母材相同，整个长度上钢板为等强；

2）对三级焊缝，因焊缝强度小于母材，此时，加大焊缝截面尺寸，即采用斜缝的处理方式，使焊缝截面承载力与母材相同。考虑施工方便，通常采用45︒斜缝处理。

2.弯矩M和剪力V共同作用下的焊缝——梁中的焊缝截面

梁的形式有以下2种，平板梁和工字形梁，平板梁即矩形截面梁。

（a）平板梁及截面应力分布 

（b）工字形梁及截面应力分布

对接焊缝相当于梁的一部分，焊缝截面的强度验算相当于验算梁的某个截面强度，计算方法及公式与建筑力学中梁的强度验算相同。

式中：

M、V——焊缝截面所受的弯矩和剪力；

W_x、I_W、S_w——焊缝截面的截面模量、惯性矩和面积矩；

s₁、t₁、s_zs——焊缝截面工字形腹板根部处的正应力、剪应力和折算应力；

f_t^w、f_c^w、f_v^w——对接焊缝的抗拉、抗压、抗剪强度设计值；

1.1——局部应力强度增大系数。

 

——柱牛腿处，承受竖向力F作用，柱为工字形，牛腿为T形；牛腿与柱为对接焊缝连接，焊接截面为T形，焊缝承受弯矩M=Fe和剪力V=F的共同作用；焊缝截面的M由整个T形截面承担，而T形截面翼缘承担剪力很小，计算时考虑牛腿腹板承受所有剪力，这点与一般梁的计算不同。

          

六、工字梁焊缝截面强度验算示例

七、对接焊缝的计算步骤

1.确定计算截面上的内力（荷载效应）

——截面法

－－注意点：防止内力漏项

2. 确定焊缝质量检验等级

－－根据结构重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等

－－对接焊缝一般均有全熔透要求，等级为二级或一级

3. 确定焊缝强度设计值（查GB50017，表4.4.5）

——抗拉强度f_t^w

——抗压强度f_c^w

——抗剪强度f_v^w

4. 计算焊缝截面特性

——截面面积A、惯性矩I、截面模量W、面积矩S等

5. 应力计算（最大应力及折算应力）

6. 强度校核

八、本节视频链接——约37分钟

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