直角角焊缝强度计算基本公式的应用

图3.17所示为等边直角角焊缝的截面。直角边的边长hf称为角焊缝的焊脚尺寸，he为直角角焊缝的有效厚度（he＝0.7hf），45°方向的最小截面称为有效截面（即角焊缝的有效厚度与焊缝的计算长度的乘积）。试验表明，直角角焊缝的破坏常发生在有效截面处。作用在焊缝有效截面上的应力有垂直于有效截面的正应力σ⊥、垂直于焊缝长度方向的剪应力τ⊥和平行于焊缝长度方向的剪应力τ∥见图3.18。

图3.17　角焊缝的截面

hf—焊脚尺寸；h—焊缝厚度；he—焊缝有效厚度；h1—熔深；h2—凸度

图3.18　角焊缝有效截面上的应力

角焊缝的受力状态复杂，精确计算比较困难。目前主要以试验为基础，经偏安全地修正后，角焊缝有效截面上的三个相互垂直的应力分量应满足折算应力公式

式中　——焊缝金属的抗拉强度。

《规范》规定角焊缝的强度设计值fwf由抗剪条件确定，，则式（3.1）改为

当角焊缝上只承受平行于焊缝长度方向的分力Nz时见图3.19（a），在焊缝有效截面上引起的平行于焊缝长度方向的剪应力τf为

式中　Nz——平行于焊缝长度方向的分力；

he——角焊缝的有效厚度，对于直角角焊缝he＝0.7hf，hf为焊脚尺寸；

lw——焊缝的计算长度，考虑起灭弧缺陷，按每条焊缝的实际长度每端减去hf计算。

图3.19　角焊缝有效截面上的应力计算

当角焊缝上只承受垂直于焊缝长度方向的分力Nx时见图3.19（b），在焊缝有效截面上引起的垂直于焊缝长度方向的应力σf为

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式中　σf——角焊缝有效截面上正应力σ⊥和剪应力τ⊥的合应力。

当角焊缝上只承受垂直于焊缝长度方向的分力Ny时，图3.19（c），在焊缝有效截面上引起的垂直于焊缝长度方向的应力σf为

当角焊缝同时承受Nz、Nx、Ny时，有效截面上的应力按式（3.3）～式（3.5）叠加。

多数情况下，垂直于焊缝长度方向的分力只有一个，即:Ny≠0或Nx≠0，则由式（3.2）得直角角焊缝在各种应力综合作用下的计算公式为

或

式中　σf——按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力；

τf——按焊缝有效截面计算，平行于焊缝长度方向的应力；

βf——正面角焊缝的强度设计值增大系数，对于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构，βf＝1.22；当直接承受动力荷载时，取βf＝1.0；

——角焊缝的抗拉、抗剪和抗压强度设计值（见附表1.2）。

从式（3.7）可知，正面角焊缝的承载力是侧面角焊缝的1.22倍，但考虑到正面角焊缝的刚度大，韧性和塑性较差，故对于直接承受动力荷载结构中的角焊缝，应将其强度降低使用，取βf＝1。

由式（3.7）可看出，只要将焊缝应力分解成垂直于焊缝长度方向的应力σf和平行于焊缝长度方向的应力τf，该公式适用于各种受力状态。

对于正面角焊缝（τf＝0）

对于侧面角焊缝（σf＝0）

式（3.7）～式（3.9）即为角焊缝的基本计算公式。