鋼橋的焊縫設(shè)計及焊縫尺寸.doc

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1、鋼橋的焊縫設(shè)計及焊縫尺寸史永吉、方興、王輝、史志強、曾志斌(鐵道科學(xué)研究院北京100088)內(nèi)容摘要：焊接鋼橋現(xiàn)已成為鋼橋建設(shè)的主流，正確的焊縫設(shè)計不僅涉及鋼橋的承載力和安全性，也極大的影響焊接變形，制造工期及材料消耗等經(jīng)濟性?；谀壳昂缚p設(shè)計思想的某些偏向，本文介紹了焊縫的受力類型，應(yīng)力檢驗及各類焊縫尺寸的簡便確定方法。關(guān)鍵詞：焊接鋼橋，焊縫設(shè)計，焊縫尺寸1．前言焊接鋼橋現(xiàn)已成為世界各國鋼橋的主流。焊接鋼橋是采用焊縫作為其連接的主要方式，正確的焊縫設(shè)計是確保鋼橋安全性的關(guān)鍵。通常，應(yīng)根據(jù)焊接接頭的受力狀態(tài)及焊縫抗力進行應(yīng)力檢算，來確定焊縫尺寸。然而，由于焊接接頭及板厚等種類繁多，受力

2、狀態(tài)各不相同，為了減少設(shè)計工作量。急需制定簡便的偏于安全的確定焊縫尺寸方法。而不必一一通過焊縫應(yīng)力檢驗的方式來選定焊縫尺寸。另一方面，目前存在著一種偏向，認為“焊縫尺寸寧大勿小”、“角焊縫寧可全熔透”才是安全的。固然，焊縫作為鋼結(jié)構(gòu)的連接，連接強度應(yīng)等于或大于被連接構(gòu)件的強度，否則將影響結(jié)構(gòu)的極限承載力和安全性。但是，也應(yīng)認識到，過大的焊縫尺寸非但無益，一定程度上是有害的，例如：對接焊縫的凸起高度，過去誤稱為“加強高”，現(xiàn)在則稱為“余高”，而且，需根據(jù)焊縫寬度對余高加以限制，以免產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中；過大的角焊縫將產(chǎn)生較大的焊接變形，影響結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)，同時，需增加焊道，增多焊接材料的消

3、耗，延長工期，降低了經(jīng)濟性，而且，易產(chǎn)生焊接缺陷。所以，合理的確定各種接頭的焊縫尺寸具有重要意義。本文概要介紹了焊接接頭的焊縫受力類型、焊縫有效斷面和有效長度、焊縫應(yīng)力檢算，以及設(shè)定的焊縫尺寸的經(jīng)驗方法，供廣大設(shè)計和制造工程師參考。2．焊縫的受力類型作為鋼結(jié)構(gòu)連接方式，焊縫依據(jù)接頭的受力狀態(tài)大體可分為以下三種基本類型。2.1傳力焊縫把焊接接頭一側(cè)構(gòu)件的內(nèi)力（或應(yīng)力）通過焊縫傳遞給另一側(cè)構(gòu)件，主要有以下基本形式。a)橫向?qū)雍缚pb)搭接焊縫c)受拉角焊縫d)受剪焊縫圖1：傳力焊縫的基本形式2.2受力焊縫當(dāng)焊縫平行于應(yīng)力方向時，焊縫與母材承受同樣大小的應(yīng)力，主要有以下基本形式。a)平行于受

4、力方向的縱向?qū)雍缚pb)平行于受力方向的角焊縫c)承受彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力力的受彎構(gòu)件角焊縫圖2：受力焊縫的基本形式2.3非受力焊縫垂直于受力方向的加勁肋或橫隔板角焊縫，主要基本形式如下。a)工字型板梁豎向加勁角焊縫b)箱型構(gòu)件橫隔板角焊縫圖3：非受力焊縫主要形式3．焊縫的有效厚度及有效長度焊縫的有效斷面Aw是計算焊縫應(yīng)力的參數(shù)，Aw按下式計算：Aw＝a×le（或Sa×le）（1）式中，a——焊縫的有效厚度Sa——角焊縫的有效喉高le——焊縫的有效長度a=ta)等厚板對接焊縫a=t1b)不等厚板對接焊縫a=dd--坡口深度c)隅角焊縫a—取等腰三角形的高度頂點取坡口深度d)部分熔透角焊縫a

5、=tt—板厚e)全熔透角焊縫3.1焊縫的有效厚度3.1.1坡口焊縫的有效厚度a圖4坡口焊縫有效厚度的代表例3.2角焊縫的有效喉高Sa3.2.1等肢角焊縫a)凸型角焊縫b)凹型角焊縫3.2.2不等肢角焊縫a)凸型不等肢角焊縫b)凹型不等肢角焊縫圖5角焊縫喉高舉例3.3焊縫的有效長度le3.3.1焊縫的有效長度為具有有效厚度的焊縫長度。例如，起熄弧處因焊縫斷面不完整不得記入有效長度。傳力和受力焊縫原則上必須設(shè)引弧板把起熄弧引到主構(gòu)件之外。圖6焊縫的有效長度3.3.2斜向全熔透對接焊縫的有效長度取垂直于應(yīng)力方向的投影長度。圖7斜向?qū)雍缚p的有效長度3.3.3搭接接頭角焊縫的有效長度傳力搭接接

6、頭應(yīng)設(shè)周邊角焊縫，也可僅在側(cè)邊或在端邊設(shè)角焊縫，此時，應(yīng)繞角部連續(xù)焊一段圍角焊縫，圍焊長度應(yīng)大于2倍焊腳尺寸。圖8搭接接頭角焊縫的有效長度4．焊縫的容許應(yīng)力基于焊縫金屬與母材的等強度設(shè)計原則，焊縫容許應(yīng)力按母材的容許應(yīng)力考慮。工地焊接的焊縫，需經(jīng)試驗確認，可取母材的容許應(yīng)力，否則，按0.9倍母材容許應(yīng)力考慮。表1焊縫容許應(yīng)力（Mpa）鋼材Q235Q345Q370板厚（mm）≤1617～3536～50≤1617～3536～50≤1617～3536～50容許拉壓應(yīng)力（σw）135130125200190185215205195容許剪應(yīng)力（τw）80757512011511012512011

7、55．焊縫應(yīng)力檢算5.1承受軸力或剪力焊接接頭的焊縫應(yīng)力檢驗σ＝≤[σw]（2）τ＝≤[τw]（3）式中，σ、τ——軸力或剪力引起的焊接應(yīng)力；P、Q——作用在焊接接頭上的軸力或剪力；a——坡口焊縫的有效厚度；Sa——角焊縫的有效喉高；Le——焊縫的有效長度。5.2承受彎矩焊接接頭的焊縫應(yīng)力檢驗5.2.1全熔透坡口焊縫σ＝≤[σw]（4）5.2.2角焊縫τ＝≤[τw]（5）式中，σ、τ——彎矩引起的焊縫彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力；I1——全斷面慣性矩；I2