任务三　对接焊缝连接

一、构造规定

对接焊缝主要用于板件、型钢的拼接或构件的连接。对接焊缝按焊缝是否被焊透，分为焊透的对接焊缝和未焊透的对接焊缝两种。一般采用焊透的对接焊缝。

（1）为了保证对接焊缝内部有足够的熔透深度，焊件之间必须保持正确的等宽间隙（0.5～2mm），并根据板厚及焊接方法不同，板边常需加工成不同的坡口形式（图2－7），分为不开坡口的I形，开坡口的V形、X形、U形和K形等。

采用手工焊时，当板厚t≤10mm，可采用不切坡口的I形，t≤5mm时可单面焊；当板厚t＝10～20mm时，采用V形或半V形坡口；当板厚t≥20mm时，采用X形、U形和K形等，对于V形和U形缝的根部需要清除焊根，并进行补焊。

（2）当两钢板宽度不同时，应将宽板两侧以不大于1∶2.5的坡度缩减到窄板宽度［图2－8（a）］。

（3）当两钢板厚度相差超过4mm时，需将较厚板的边缘刨成1∶2.5的坡度，使其逐渐减到与较薄板等厚，以减缓突变处应力集中的影响［图2－8（b）］。

（4）在一般焊缝中，每条焊缝的起弧端和灭弧端分别存在弧坑和未熔透的缺陷，这种缺陷统称为焊口。焊口处常产生裂纹和应力集中。这对处于低温或承受动力荷载的结构不利。一般的焊缝计算长度lw应由实际长度减去2t（t为焊件的较小厚度）。为了消除焊口缺陷的影响，钢结构工程施工质量验收规范规定：对于重要结构的对接焊缝可采用临时引弧板。

（5）不需要疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝宜予焊透，其质量等级当受拉时应不低于二级，受压时宜为二级。

二、对接焊缝的强度计算

（一）对接直焊缝受轴心力的计算

当外力垂直于焊缝轴线方向［图2－9（a）］，且通过焊缝重心时，对接直焊缝受轴心力N作用时，应按式（2－1a）验算焊缝的强度：

水工钢结构按容许应力法计算时，应按式（2－16）验算：

【案例2－1】　两钢板拼接采用对接焊缝，钢板截面为500mm×12mm，承受轴心拉力标准值NGk＝300kN，NQk＝350kN，钢材采用Q235，采用手工电弧焊，焊缝质量为三级，施焊时不用引弧板，θ＝30°。试按两种方法验算焊缝的强度（图2－10）。

解：

方法一：极限状态法

焊缝计算厚度he＝t＝12mm，查附表1－2得焊缝的抗拉强度＝185N/mm2。

焊缝计算长度：lw＝l－2he＝500－2×12＝476（mm）

轴心拉力设计值：N＝1.2NGk＋1.4NQk＝1.2×300＋1.4×350＝850（kN）

焊缝应力：σ＝＝148.8（N/mm2）＜＝185（N/mm2）

满足要求。

方法二：容许应力法

焊缝计算厚度he＝12mm，查附表1－3得焊缝的抗拉容许应力＝135N/mm2，不用引弧板，焊缝计算长度：lw＝l－2he＝500－2×12＝476（mm）。

满足要求。

斜对接焊缝受轴心力作用，焊缝的计算可按下式计算：

焊缝计算厚度he＝12mm，查附表1－2得焊缝的抗拉强度＝185N/mm2，抗剪强度＝125N/mm2。

满足要求。

（二）弯矩和剪力共同作用下的计算

1.矩形截面构件的对接焊缝

对接焊缝承受弯矩M和剪力V作用时，焊缝中的应力状态和构件中的应力状态基本相同，焊缝端部的最大正应力与焊缝截面中和轴的最大剪应力，按下列公式进行验算：

对于矩形截面：

2.工字形截面构件的对接焊缝

工字形截面构件的焊缝除了验算焊缝端部的最大正应力与焊缝截面中和轴的最大剪应力外，在正应力和剪应力都较大的点，即工字梁腹板和翼缘的交接处1点［图2－9（b）］，同时受有较大的正应力σ1和较大的剪应力τ1，应按式（2－4）计算其折算应力：

式中　σ1--工字形焊缝截面翼缘腹板交界处的正应力；

τ1--工字形焊缝截面翼缘腹板交界处的剪应力；

Iw--工字形截面的惯性矩；

S1--工字形焊缝截面翼缘对中性轴的面积矩；

h0--腹板的高度；

tw--焊缝的计算厚度，即腹板厚度。【案例2－2】　验算图2－11所示热轧普通工字钢I20a对接焊缝强度。对接截面承受弯矩设计值M＝46kN·m，剪力设计值V＝90kN，钢材为Q235-B，采用手工焊，E43型焊条，焊缝质量为二级。

解：

查附表5－1得：tw＝7mm，Ix＝2369×104mm4，Wx＝236.9×103mm3，Sx＝136.1× 103mm3。又Iw＝Ix，Ww＝Wx，Sw＝Sx。

验算腹板边缘A点的折算应力：

腹板高度：h0＝h－2t＝200－2×11.4＝177.2（mm）

腹板边缘A点的折算应力：

A点以下翼缘焊缝截面对中和轴的面积矩：

满足要求。