钢结构角焊缝强度计算与匹配分析

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1、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。关键词:角焊缝　强度设计　匹配STRENGTHCALCULATIONANDMATCHINGANALYSESOFFILLETWELDINSTEELSTRUCTUREWangQingZhangYanhua(SchoolofMec

2、hanicalEngineering,BeijingUniversityofAerospaceandAstronauticsBeijing100083)Abstract:Thestrengthoffilletweldingjointisrelatednotonlytothefilletweldsize,butalsodependsonthebasemetalstrengthmatching1Theinfluencesofstrengthmatchingonfilletweldwereanalyzed1Therelationshipsamong

3、filletweldsize,thicknessofbasemetalandmatchingcoefficientofstrengthwereestablished1Theresultsmaybeareferencesfordesignstrengthandcalculationofsteelstructures1Keywords:filletweldstrengthdesignmatching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[1]角焊缝强度设计是钢节点设计的重要内容。截面。

4、图1为直角角焊缝的截面。直角边边长hf角焊缝的应力分布非常复杂,尤其是在丁字接头和称为角焊缝的焊脚尺寸。三角形中的垂直高度he为搭接接头等接头形式中,角焊缝截面中的各面均存计算高度。等腰直角三角形焊缝的计算高度:he=在正应力和剪应力,焊根处存在着严重的应力集中。hf=017hf。精确计算其强度比较困难,常用的计算方法都是在2一些假设的前提下进行的。[2]《钢结构设计规范》(GB50017-2003)在总结了原GBJ17-88规范存在的问题与不足的基础上,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

5、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图1　角焊缝计算厚度的定义料强度有关,也与焊缝金属与母材强度匹配有关。　　作用于焊缝的有效截面上的应力如图2所示,本文重点研究了焊缝金属与母材强度匹配系数对钢这些应力包括:垂直于焊缝有效截面的正应力σ⊥,结构角焊缝强度设计的影响,建立了角焊缝焊脚尺垂直于焊缝长度方向的剪应力τ⊥,平行于焊缝方向寸与板厚,强度匹配系数之间的关系,讨论了强度匹的剪应力τ∥以及平行于焊缝的正应力σ∥。在正拉配选择的依据。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

6、折算公式为:1　角焊缝静强度计算方法静载荷条件下,角焊缝一般是在切应力作用下第一作者:王　庆　女　1981年1月出生　硕士研究生[3,4]收稿日期:2004-12-10破坏的,因此按切应力计算其强度。直角角焊732IndustrialConstructionVol.35,Supplement,2005　　　　　　　　　　　　　　工业建筑　2005年第35卷增刊BfulBthe=wβffflww由于采用两条焊缝,lw=2lB。将he=017hf、fu=w3ff及lw=2lB带入上式中,得:thf=βwBfu/fu2　　其中β=βf。3wB令fu

7、/fu=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thf=β(3)M对于正面角焊缝β=110。图2　角焊缝受力分析由式3可知等强度设计条件下,若焊件厚度给222wσ⊥+3(τ⊥+τ∥)≤3ff(1)定,hf与M成反比例关系,随着M值的减小,hf增w式中,ff为规范规定角焊缝的强度设计值,是根据大。图4为不同板厚情况下hf与M的函数关系。w抗剪条件确定的,而3ff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wσN≤βfff(2)N式中,σN=;βf为正面角

8、焊缝的强度增大系数,helw3βf==1122。这里σN为σ⊥与τ⊥的合力。对2于两侧对称角焊缝lw=2l。式(2)即为正面角焊缝[3,4]强度计算的基本计算公式。