9.2 焊缝连接

9.2.1 本条规定了焊缝连接计算的一般原则。
    1 同钢结构相比，焊接铝合金结构在热影响区内材料强度的降低在设计中是不容忽视的。铝合金焊缝连接的破坏，很可能发生在热影响区。因此，在焊缝连接计算中，必须验算热影响区的强度。
    2 根据同济大学完成的铝合金对接焊缝连接的试验结果，当焊缝连接的破坏发生在热影响区处，试件破坏前有较大的变形，属于延性破坏；当焊缝连接的破坏发生在焊缝区域，试件破坏前的变形较小，属于脆性破坏。因此，铝合金构件与焊缝金属之间合理的组合宜满足焊缝的强度设计值大于铝合金构件热影响区的强度设计值。这样可明显改善焊接节点在荷载作用下的变形性能。
9.2.2 本条规定了对接焊缝的强度计算。
    1 不采用引弧板时，焊缝有效长度为焊缝全长减去2倍焊缝有效厚度，是考虑到焊缝起、落弧处的缺陷对强度的影响。
    2 折算应力强度验算公式(9.2.2-5)参考欧规和英规的相关规定。
9.2.3 本条规定了直角角焊缝的强度计算。
    1 角焊缝两焊脚边夹角为直角的称为直角角焊缝，两焊脚边夹角为锐角或钝角的称为斜角角焊缝。鉴于铝合金焊接斜角角焊缝试验数据和统计资料的缺乏，且欧规、美规中均未规定斜角角焊缝。因此，本规范也暂不列入斜角角焊缝的强度计算公式。
    2 关于直角角焊缝的计算，欧规、英规的计算公式实质上同钢规一致。以上规范均认为角焊缝的强度非常接近45°焊喉截面（焊缝有效截面）的强度，即在进行角焊缝设计时把45°焊喉截面作为设计控制截面。在大量试验的基础上，国际标准化组织推荐的角焊缝抗拉强度公式为 ，式中k_w是与金属材料有关的值，一般在1.8～3之间变化，f_w为焊缝金属的特征强度。欧规和英规均采用k_w＝3，这样略偏于安全并且可同母材金属的强度理论相一致。在引入抗力分项系数后，并注意到  ，因此可得规范式(9.2.3-1)，式中有效截面上的应力  ，如图19所示。

图19 角焊缝有效截面应力分布

    3 由式(9.2.3-1)可推导出在特定荷载作用下的角焊缝设计公式(9.2.3-2)～式(9.2.3-4)。如图19所示，令σ_f为垂直于焊缝长度方向按焊缝有效截面计算的应力： 。σ_f既不是正应力也不是剪应力，但可分解为：  。又令τ_f为沿焊缝长度方向按焊缝有效截面计算的剪应力，显然：  。将上述 代入公式(9.2.3-1)，可得： ，即公式(9.2.3-4)。式中β_f＝1.22，称为正面角焊缝强度的增大系数。
    对正面角焊缝，N_y＝0，只有垂直于焊缝长度方向的轴心力N_x作用，可得：  ，即公式(9.2.3-2)。
    对侧面角焊缝，N_x＝0，只有平行于焊缝长度方向的轴心力N_y作用，可得： ，即公式(9.2.3-3)。
    4 关于直角角焊缝的计算厚度h_e，欧规和英规中均规定若整条焊缝能保证具有统一、确定的熔深时，深熔角焊缝的计算厚度可以加上熔深。在焊接质量较高的自动焊中，熔深较大，考虑熔深将计算厚度增大，无疑会带来较大的经济效益。钢规中对直角角焊缝不考虑熔深的作用，计算偏于保守。但由于国内铝合金结构的焊接经验尚少，故本次规范制定暂不考虑熔深对焊缝计算的有利影响。
    5 钢规中允许采用部分焊透的对接焊缝和T形对接与角接组合焊缝，并按直角角焊缝的公式计算。而欧规中明确规定，铝合金受力构件的连接应采用完全焊透的对接焊缝，部分焊透的对接焊缝仅能用于次要的受力构件或非受力构件中。由于对部分焊透的对接焊缝和T形对接与角接组合焊缝在铝合金结构中尚缺乏足够的试验研究。因此，本规范暂不考虑这两类焊缝形式。
9.2.4 构件在临近焊缝的焊接热影响区发生强度弱化现象，因此需对该处的强度进行验算。计算公式参考欧规相关条款。