N w
=
βf
f
w f
he
lw
。
母材可承受拉力为 :
NB
=
f
B u
lB
t
式中
f
B u
———母材屈服抗拉强度设计值 ;
t ———母材承力截面厚度较小值 ;
lB ———母材承力截面宽度 。
采用等强度设计时 ,焊缝承受载荷能力与母材
相等 N w = NB , 可得
钢结构角焊缝强度计算与匹配分析 ———王 庆 ,等
Abstract :The strengt h of fillet welding joint is related not only to t he fillet weld size ,but also depends on t he base metal strengt h matching1 The influences of strengt h matching on fillet weld were analyzed1 The relationships among fillet weld size ,t hickness of base metal and matching coefficient of strengt h were established1 The results may be a references for design strengt h and calculation of steel structures1 Keywords :fillet weld strengt h design matching
图 2 角焊缝受力分析
σ2⊥+ 3 (τ2⊥+ τ2∥)
≤
3
f
w f
(1)
式中
,
f
w f
为规范规定角焊缝的强度设计值
,是根据
抗剪条件确定的 ,而
3
f
w f
相当于角焊缝的抗拉强度
设计值 。对于图 2 所示的 角 焊 缝 受 力 情 况 ,σ⊥ =
τ⊥ = σN/ 2 , 代入式 (1) 中 ,得
(上接第 731 页) (应兼顾接点接驳需要的长度) ,初凝时在管口加水 养护 。一般来说 ,浇筑至这一高度可方便将混凝土 顶面凿毛 ,也避免太接近下次接驳柱身的焊缝 ,造成 混凝土在焊接时过热而局部强度受损 ,确保施工质 量。
参考文献 1 哈尔滨建筑工程学院 ,中国建筑科学研究院 1 钢管混凝土结构设
匹配系数不能低于 019 。 M 的最大值与较厚焊件的厚度有关 。由于等强
度设计是根据较薄焊件焊脚尺寸计算的 , 母材不等 厚时 ,焊脚最小尺寸为 115 t2 (即图中最小厚度曲 线 , t2 为较厚焊件尺寸) , 由式 (3) 知 , M 最大值为 2 t/ 3 t2 。其值确定方法如图 5 。当 t2 ≥ t1 时 ,最小 厚度曲线上 t2 所对应的 hf 值即为最小厚度 hfmin ,通 过原点及 M 0 ( t , hfmin) 点可得一条直线 , 此直线斜 率的倒数即为 M 的最大值 。对于图 2 所示丁字接 头 , t2 < t1 时 ,取 hfmin = 115 t1 。
σN
≤βf
f
w f
(2)
式中 ,σN
=
N he l
w
;βf
为正面角焊缝的强度增大系数
,
βf =
3 2
= 1122 。这里 σN 为σ⊥ 与τ⊥ 的合力 。对
于两侧对称角焊缝 lw = 2 l 。式 (2) 即为正面角焊缝
强度计算的基本计算公式[3 ,4 ] 。he=ຫໍສະໝຸດ fβfB u
f
lB
w f
l
t
w
由于采用两条焊缝 , lw = 2 lB 。将 he = 017 hf 、f wu =
计与施工规程 1 北京 :中国计划出版社 ,1992 2 钟善桐 1 钢管混凝土结构 1 哈尔滨 : 黑龙江科学技术出版社 ,
1995
734
工业建筑 2005 年第 35 卷增刊
截面 。图 1 为直角角焊缝的截面 。直角边边长 hf 称为角焊缝的焊脚尺寸 。三角形中的垂直高度 he 为 计算高度 。等腰直角三角形焊缝的计算高度 : he =
hf = 017 hf 。 2
《钢结构设计规范》( GB 50017 - 2003) [2 ] 在总
结了原 GBJ 17 - 88 规范存在的问题与不足的基础
钢结构角焊缝强度计算与匹配分析
王 庆 张彦华
(北京航空航天大学 机械工程学院 北京 100083)
摘 要 :角焊缝的强度不仅与焊脚尺寸有关 ,还取决于焊缝金属与母材强度的匹配 。分析了强度匹配对 角焊缝设计的影响 ,建立了角焊缝焊脚尺寸与板厚 ,强度匹配系数之间的关系 ,讨论了强度匹配选择的依据 。 研究结果为钢结构角焊缝强度设计提供了参考 。
图 4 焊脚尺寸与匹配系数的关系
当 M 为定值时 , t - hf 为直线关系 ,1/ M 为直 线斜率 (图 5) 。由图中可以看出 ,对于同一 t 值 ,随着 M 取值的减小 , hf 增大 ;随着 t 值的增大 ,不同 M 对 应的 hf 差值也将增大 。由焊缝的截面形状可知 ,角 焊缝截面面积与 hf2 成正比 。因此当选择较小 M 值 时 ,焊缝的截面积将成几何级数增大 。焊材的使用 量 、焊接工时 、能源消耗及焊接应力和焊接变形都将 相应增大 。对于一般中低强度钢的焊接用高匹配时 焊缝断裂韧性也比较好 。而对于高强钢 ,由于其低应 力脆断的特性 ,应考虑综合反映强度塑性的韧性匹 配 。由于角焊缝工艺的要求 , 其尺寸不能过大或过 小 ,因此 M 也存在合理取值范围 。
关键词 :角焊缝 强度设计 匹配
STRENGTH CALCULATION AND MATCHING ANALYSES OF FILL ET WELD IN STEEL STRUCTURE
Wang Qing Zhang Yanhua (School of Mechanical Engineering ,Beijing University of Aerospace and Astronautics Beijing 100083)
缝的破坏常发生在喉部 ,通常是以 45°方向的最小
0 前 言
截面 ,即计算高度与焊缝计算长度的乘积作为有效
角焊缝强度设计是钢节点设计的重要内容[1 ] 。 角焊缝的应力分布非常复杂 ,尤其是在丁字接头和 搭接接头等接头形式中 ,角焊缝截面中的各面均存 在正应力和剪应力 ,焊根处存在着严重的应力集中 。 精确计算其强度比较困难 ,常用的计算方法都是在 一些假设的前提下进行的 。
3
f
w f
及
lw
=
2 lB 带入上式中 ,得 :
hf
=
β
f
t wu /
f
B u
其中 β =
2 3
βf
。
令
f
w u
/
f
B u
=
M , M 即为焊缝金属屈服强度与母
材屈服强度比 ,即焊缝金属与母材强度匹配系数 。
则
hf
=
β
t M
(3)
对于正面角焊缝β = 110 。
由式 3 可知等强度设计条件下 ,若焊件厚度给
静载荷条件下 ,角焊缝一般是在切应力作用下 破坏的[3 ,4 ] ,因此按切应力计算其强度 。直角角焊
第一作者 :王 庆 女 1981 年 1 月出生 硕士研究生 收稿日期 :2004 - 12 - 10
732 Industrial Construction Vol. 35 , Supplement ,2005 工业建筑 2005 年第 35 卷增刊
定 , hf 与 M 成反比例关系 ,随着 M 值的减小 , hf 增
大 。图 4 为不同板厚情况下 hf 与 M 的函数关系 。
2 焊缝强度匹配分析 211 角焊缝等强度设计
这里以图 3 所示搭接接头受垂直于焊缝的正拉 力为例分析角焊缝强度匹配 。根据公式 (2) 角焊缝 可承受的拉力为 :
图 3 搭接接头
由图 5 可以看出 ,焊脚尺寸最小与最大值要求 在 t = 1156mm 处发生交叉 ,考虑强度匹配系数的 焊脚尺寸曲线也与焊脚最小尺寸曲线具有交叉 。由 此可见 ,当 t < 1156mm 时 ,焊脚尺寸的最小与最大 值要求无意义 。t > 1156mm 条件下 , hf 在 h0 与 h1 之间变化 ,对应直线取不同斜率 , 即取得不同的 M 值 。对于不满足焊脚最小尺寸要求的情况 ,应考虑 降低匹配系数 ,增大焊脚尺寸 。
1 角焊缝静强度计算方法
图 1 角焊缝计算厚度的定义
作用于焊缝的有效截面上的应力如图 2 所示 , 这些应力包括 :垂直于焊缝有效截面的正应力 σ⊥, 垂直于焊缝长度方向的剪应力 τ⊥ , 平行于焊缝方向 的剪应力 τ∥ 以及平行于焊缝的正应力 σ∥。在正拉 力 N 的作用下τ∥、σ∥ 为 0 。我国钢结构设计规范 采用的角焊缝应力折算公式为 :
上 ,吸收了国内外最新研究成果 ,进行了全面修订 。
新的规范中对钢结构角焊缝的连接计算和构造要求
做了详细规定 。根据规范进行角焊缝强度设计时 ,
应当注意 ,角焊缝的强度不仅与焊脚尺寸和焊接材 料强度有关 ,也与焊缝金属与母材强度匹配有关 。 本文重点研究了焊缝金属与母材强度匹配系数对钢 结构角焊缝强度设计的影响 ,建立了角焊缝焊脚尺 寸与板厚 ,强度匹配系数之间的关系 ,讨论了强度匹 配选择的依据 。
2) 根据角焊缝设计中最大和最小焊脚尺寸的要 求 ,焊缝金属与母材的强度匹配系数的确定 ,需要根 据角焊缝接头型式及受力条件进行分析 。
参考文献 1 崔 佳 ,等 1 钢结构设计规范理解与应用 1 北京 :中国建筑工业