中美钢结构焊缝连接设计差异比较分析

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1、中美钢结构焊缝连接设计差异比较分析摘要本文对中国GB50017-2003《钢结构设计规范》及美国钢结构设计规范“SpecificationforStructureSteelBuilding-AllowableStressDesignandPlasticDesign-1989”中关于焊缝连接节点设计的构造要求及计算方法进行对比分析，得出中美钢结构设计规范关于焊缝连接节点设计安全度差异水平的定性数据，为相关专业设计人员提供参考。关键词：钢结构规范节点焊缝1、概述随着建筑工艺的不断革新和建筑理念的日益转变，钢结构在建筑领域中占有越来越重要的地位，而钢结构连接节点设计是钢

2、结构设计中的十分重要环节。近年来，我国与世界上其他国家合作的工程建设项目的不断增加，工程设计人员有越来越多的机会接触到国外的设计规范。在中国工程领域中，很多项目原设计按美国规范设计，而因建造在中国，所有的钢结构设计都必须同时满足中国规范和美国规范，这就迫切需要我国工程设计人员学习和运用中国和美国钢结构设计规范。本文对中国钢结构规范GB50017-2003《钢结构设计规范》及美国的钢结构设计规范“SpecificationforStructureSteelBuilding-AllowableStressDesignandPlasticDesign-1989”（简称A

3、SD89）节点设计中的角焊缝构造要求及承载力进行了对比，找出两国规范之间的共同之处及差异，得出包络的设计方法，为工程设计人员提供参考。2、中美钢结构设计规范概述钢结构根据设计理念的不同，共存在两种设计方法，一种是容许应力法（ASD法），另一种是基于概率和可靠度的极限状态设计，也称为荷载分项系数法。美国的ASD89采用的是容许应力法，而中国的GB50017-2003采用的是荷载分项系数法。容许应力法要求结构在荷载作用下，其构件和节点应力不超过规范规定的容许应力，容许应力是指材料强度除以安全系数，弯剪扭受力状态下安全系数各不相同。荷载分项系数法是在设计过程中，设置反映

4、各荷载的不确定性并与结构可靠度概念相关联的一个数值，称为组合系数，对荷载工况进行组合，荷载组合下结构的应力不大于材料的名义抗力。3、构造角焊缝设计中的构造措施主要包括焊缝最小焊脚高度，最大焊脚高度，最小长度和断续焊缝的长度四个方面：3.1、角焊缝高度最小限值如果板件厚度较大而焊缝焊脚尺寸过小，施焊时焊缝冷却速度过快，可能产生淬硬组织，易使焊缝附近主体金属产生裂纹。因此，应对角焊缝的焊脚的尺寸需规定其最小限值。中国规范规定：，当时，取；对埋弧自动焊可减少1mm;T形连接的单面角焊缝可增加1mm（为较厚焊件厚度）。美国规范ASD89根据较厚钢板的厚度分段规定焊缝最小尺

5、寸限值，见表1。表1同时列出相应厚度范围内根据中国规范计算出的最小焊脚高度做对比。表1美国规范角焊缝最小限值连接较厚部件的材料厚度ASD89角焊缝最小尺寸中国规范相应计算值<4mm3mm1〜4mm4〜6mm3mm3〜3.7mm6〜13mm5mm3.7〜5.4mm13〜19mm6mm5.4〜6.5mm^19mm8mm>6.5mm中国规范是按照不同焊件的厚度计算取值，美国规范是按照不同板厚的区间分段取值。在较薄板件之间相连接时，最小焊脚高度限值差不多，而厚板相连时，中国规范最小焊脚高度限制要严格很多。3.2、角焊缝高度最大限值角焊缝的焊脚尺寸过大，易使焊件产生烧伤、烧

6、穿的现象，且使焊件产生较大的残余应力和较大的焊接变形，所以，对角焊缝还应规定其最大焊脚尺寸。中国规范规定：不宜小于（钢管结构除外），为较薄焊件厚度。对于板件端部的角焊缝，当板厚时，当板厚时，时，ASD89中规定：当焊件板厚时，当焊件板厚从角焊缝最大焊脚尺寸的限值来看，中国规范的限值与美国规范基本一致。3.3、角焊缝最小长度焊缝焊脚尺寸大而长度较小时，焊件局部加热严重，焊缝起灭弧所引起的缺陷相距太近，以及焊缝上可能产生的其他缺陷（气孔、非金属夹渣等），也使焊缝不够可靠。对搭接连接的侧面角焊缝而言，如果焊缝长度过小，由于力线弯折大，也会造成严重的应力集中.因此，为了使

7、焊缝能够具有一定的承载能力，根据经验，最小焊缝计算长度的限值为：中国规范规定：侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度，且＞40mm。美国规范规定：，，且大于等于两侧焊缝之间的间距。若焊缝长度不满足此要求，按实际焊缝长度的1/4计算焊缝承载力。中国规范在焊缝最小长度方面比美国规范严格很多，但美国规范对于不满足最小长度的焊缝计算规定更为详细。3.4、断续焊缝在次要焊缝连接或次要构件中，可采用断续焊缝。但断续焊缝容易引起应力集中，且断续角焊缝的距离过大会使构件连接不够紧密，焊件容易受潮并且锈蚀，因此对于断续角焊缝中美规范提出如下要求：中国规范规定：断续焊缝的长度，且＞50mm

8、。其净距不