弯矩或扭矩作用下环形角焊缝的强度计算

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1、第27卷第5期西南石油学院学报Vo1．27No．52005正l0月JournalofSouthwestPetroleumInstituteOct2005文章编号：1000—2634(2005)05—0085—03弯矩或扭矩作用下环形角焊缝的强度计算董事尔，吴伟东，邓夕胜(西南石油学院建筑工程学院，四川成都610500)摘要：在钢结构的焊接连接中，有两个焊接连接的近似计算公式，一是弯矩作用下环形角焊缝强度计算，二是扭矩作用下环形角焊缝强度计算，所有文献均没有给出这两个近似公式的来历，也未给出其使用范围。用理论分析了这两个近似公式进行，对其来历进行了推导，通过精确计算

2、与近似计算的误差分析，给出了环形角焊缝在弯矩或扭矩作用下强度计算近似计算公式的适用范围与使用条件。关键词：弯矩；扭矩；环形角焊缝；强度验算；近似公式；误差分析；适用范围中图分类号：TU391文献标识码：A引言由武汉工业大学出版社出版，中国土木工程学会教育工作委员会推荐的土木工程系列教材，是1998年7月教育部颁布新的普通高等学校本科专业目录后的第一套新版、新规范教材，由魏明忠教授主编的《钢结构》是其中的一本。该教材是全国推荐的优秀教材，在该教材第38页中的例题3．5和第39页中承受扭矩的焊接联接问题中，有两个关于角焊缝的近似计算公式，由于没有给出其来历，在规范中也

3、没有这两个近似计算公式_6J，为了更好地教学，也是为了工程设计计算的需要，笔者对这两个近似计算公式进行了仔细研究，并给出了适用条件。1弯矩作用环形角焊缝的强度计算1．1问题的来源图2焊缝有效截面图在文献[1]中第38页的例题3．5中，给出了这样一个例题：试验算如图1所示钢管柱与钢底板连在焊缝的有效截回上，V和M各严生垂亘十焊接的角焊缝。图中内力均为设计值，其中，轴力N=280kN，剪力V=212kN，弯矩M=16kN·m，焊脚缝一个直角边方向的应力‘尺寸=8mm，钢材为Q235，手工焊，焊条为E43型。=N(1)M=M(2)在问题的求解前，首先绘制焊缝的有效截面图

4、，偏安全地取环形焊缝的外径为管道的外径(如图2而产生垂直于另一直角边方向的应力所示)，焊缝同时承受轴心力Ⅳ、弯矩及剪力作VV(3j)：r用，焊缝有效截面上的应力分布如图3所示，可知，B点为最危险点。其中：偏安全地取焊缝计算长度Z=百d，d为管道外·收稿日期：2004—09—21作者简介：董事尔(1963一)，男(汉族)，四川渠县人，硕士，主要从事力学与结构工程研究。86西南石油学院学报2005经径。够，因此，近似计算一定要有条件，当舍去第二项后，就得到惯性矩的近似计算公式。1．3误差分析设等=1，则d=啬(规范规定，在直角角焊缝中，h=0．7，_6)，设近似计算的

5、惯性矩用，：表示，精确计算的惯性矩用表示，则=÷()(9)Md，d：(5d．一4dh+4h：)l21=：一一一。816图3应力分布图【2()一5(。．n)+4()一4](-。)令此种受力状态较为少见，为了便于使用角焊缝Iz=2()／强度计算的基本公式√(pf)+’2’，可略偏安【2()一5()+4()一4]⋯)全地取正面角焊缝强度增大系数=1．0，而按各对于弯矩M产生的弯曲正应力，按近似公式方向应力的合应力进行计算。因此(9)计算的结果用表示，按精确公式(10)计算的++M(4)=+=+结果用表示，分别表示为V(5)，MM(12)：：=了在M的计算过程中，文献[1

6、]采用了一种简化MM(13。j)：丁：了计算公式，即近似地认为惯性矩为通常，d》，，在本例中，d／=27．4，==÷d(6)1．067，即=1．067ar，即近似计算值比精确计算小按照材料力学中有关惯性矩的计算，则应为6．7％，在计算过程中，由于已经略偏安全地取角焊缝强度增大系数=1．0(规范规定为1．22)，偏=普(1一)(7)安全地取焊缝计算长度Z=叮rd，因此，笔者认为，按近似公式(6)计算时．产牛的误差是可以接受的其中，：。那么，式(6)又是如何推导来的?式(6)与式(7)相差多少呢?在什么情况下可以用2扭矩作用环形角焊缝的强度计算(6)代替式(7)?文献

7、[1—5]中均没有来源，为了教学需要，也为了在工程中需要时提供可靠的理论依在文献[1]的第39页，对于承受扭矩作用的环据，本文对这个问题进行了仔细研究。形角焊缝连接(如图4所示)，角焊缝有效截面上，任1．2惯性矩简化公式的推导意一点的剪应力按下式计算Trs=普(1-)=6d44[1一]=T_IT(14)JP,trhd7rh~(Sd一4dh+4h)(8)式中，一焊缝有效截面的极惯性矩，对于薄壁圆环可取=2r2。但没有给出其来历，也未给出其适在式(8)的第二项中，由于5d+4h>4用条件。>4dh，因此舍去第二项后，惯性矩的值比精确计算从上面的分析可知道，可以轻易得到

8、极惯性矩值