重要声明
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结合对中美钢结构设计标准GB 50017及AISC 360的理解和应用,对两标准中涉及焊接连接的相关内容进行分析比较,有助于从业人员准确掌握和理解两标准的技术要求,合理运用设计标准条文指导钢结构工程设计。
焊接连接是建筑钢结构的主要连接形式，GB 50017和AISC 360对焊接连接的焊缝形式、焊接材料、承载力计算方法、连接施工要求等均有详细的规定，本文对相关技术内容及要求进行探讨和比较。
研究内容
研究内容
1 焊缝连接基本计算方法
GB 50017采用基于概率理论的极限状态设计方法，通过分项系数表达式计算承载能力状态和正常使用极限状态。评价焊缝连接安全性的一般表达式为：
采用AISC 360计算建筑钢结构焊接连接的关键步骤是确定构件或连接的公称承载力Rnw，并根据构件或连接的不同应力状态和失效模式指定相应的φ或Ω值。
美国AISC 360同时采用国际公制和美国英制单位制，基本长度单位为in或mm（1in≈25.4mm）；应力和强度单位为ksi或MPa（1ksi≈6.895MPa）。结构钢、螺栓、螺柱、铆钉的材料性能要求须符合美国材料与试验协会相应的技术标准。焊接材料的性能要求须符合美国焊接协会相应的技术标准。
技术标准。
2 焊缝连接形式
GB 50017和AISC 360推荐的主要焊缝形式是对接焊缝和角焊缝，以及槽焊缝和塞焊缝。对接焊缝可以是全熔透焊缝或部分熔透焊缝，角焊缝可以是连续焊缝或间断焊缝，槽焊缝和塞焊缝只能用于搭接连接，以承受剪切力或防止叠层板屈曲或分离。
美国AWS D1.1/D1.1M《钢结构焊接规范》和我国GB 50661-2011《钢结构焊接规范》对焊缝的焊接材料、坡口形式、构造要求、焊接工艺、焊接质量检验方法等均有详细的规定。
3 对接焊缝连接设计
3.1 对接焊缝连接结构要求
对接焊缝的承载能力主要与坡口形式、计算焊缝长度lw、焊缝厚度he等参数有关。AISC 360和GB 50017规定，全熔透对接焊缝的有效焊缝厚度为两连接板中较薄板的厚度t1。部分熔透对接焊缝的有效焊缝厚度he与焊缝坡口形式有关，GB50017规定he一般取坡口深度s，对于角度在45°左右的V型坡口，取he=s-3mm。AISC 360还要求限制部分熔透对接焊缝的最小有效焊缝厚度（表1）。
4 角焊缝连接设计
4.1 角焊缝连接的结构要求
角焊缝的构造要求是实现焊缝可靠传力、保证焊缝计算承载力与实际应力状态一致的必要条件。角焊缝的主要参数是焊脚尺寸hf(AISC 360中用w表示)和焊缝计算长度lw(AISC 360中用l表示)。GB 50017与AISC 360提出了相同的最小焊脚尺寸hf,min(wmin)的限制要求(表4)。沿母材边缘的搭接焊缝的最大焊脚尺寸hf,max(wmax)也做出了相同的限制规定:当板厚不大于6mm(1/4in)时，应为母材厚度;当板厚大于6mm(1/4in)时，应为母材厚度减2mm(1/16in)。
4.2 角焊缝连接承载力计算
在计算角焊缝承载力时，AISC 360要求分别计算焊缝处母材承载力φRnBM或RnBM/Ω和焊接材料承载力φRnw或Rnw/Ω。角焊缝承载力应取二者中较小值，即φRn=min(φRnBM,φRnw)或Rn/Ω=min(RnBM/Ω,Rnw/Ω)。但对不同应力状态下的角焊缝规定了相应的φ和Ω值，以及母材公称承载力RnBM和焊接材料公称承载力Rnw的计算方法。
当力N平行于焊缝时，称为正角焊缝，其强度按公式（20）计算：
式中：βf为正面角焊缝强度设计值的增大系数，静力分析时取βf=1.22。
4.3 塞焊和槽焊连接计算
GB 50017与AISC 360均采用角焊缝的剪切强度指标来计算圆塞焊缝、槽塞焊缝以及圆孔或槽孔内的角焊缝。AISC 360按公式（16）计算圆塞焊缝和槽塞焊缝的公称承载力Rnw，圆塞焊缝和槽塞焊缝的有效面积Awe为塞焊孔的横截面积或槽焊孔的面积。GB 50017按公式（21）计算圆塞焊缝和槽塞焊缝的强度。
式中：Aw为塞焊圆孔或槽孔面积，mm^2。
4.4 角焊缝连接示例及讨论
结合图4所示的三面角焊缝盖板拼接节点，采用GB 50017和AISC 360计算焊缝的承载力。钢材为Q345，采用E50焊条进行强匹配。拼接钢板宽度B=400mm，厚度t=20mm，盖板长度2l=600mm钢结构焊接工艺要求，宽度b=360mm，厚度t1=12mm，焊缝角度尺寸hf=10mm。
图4 角焊缝接头
综上所述
结论
本文对我国GB 50017-2017《钢结构设计标准》和美国AISC 360-16《建筑钢结构标准》中关于钢结构焊接连接的基本规定和设计方法进行了阐述和总结，并对GB 50017和AISC 360中规定的焊缝形式、施工要求、计算方法等进行了分析比较，主要结论如下：
1）GB 50017与AISC 360推荐的钢结构焊缝连接施工形式完全一致，即全熔透对接焊缝、部分熔透对接焊缝、角焊缝、塞焊和槽焊缝。GB50017与AISC 360对各种焊缝连接形式的施工要求也基本相同。
2）GB 50017对渗透对接焊缝提出了一级、二级、三级质量检验要求，并采用了不同的焊缝设计强度指标。AISC 360对渗透对接焊缝没有规定质量等级区别，但需根据结构重要性进行焊接质量无损检测（NDT）。
3）AISC 360规定，若采用匹配的焊接材料和焊接工艺，全熔透对接焊缝可达到与母材同等强度。GB 50017规定，第一级、第二级全熔透对接焊缝可达到与母材同等强度。
4）AISC 360与GB 50017规定的角焊缝、塞焊缝和槽焊缝的计算方法基本相同钢结构焊接工艺要求，AISC 360计算的角焊缝承载力略高。两标准均对剪切作用下的长焊缝承载力进行了减小计算。GB 50017规定边焊缝计算长度超过焊脚尺寸的60倍时应减小计算长度，而AISC 360建议当焊缝计算长度超过焊脚尺寸的100倍时应减小计算长度。对于长焊缝的剪切承载力计算，GB 50017减小的量比AISC 360多，不宜计算均匀剪切作用下的长边角焊缝。也就是说，GB 50017给出的减小长边焊缝承载力的计算公式的一致性是有偏差的，需要进一步完善和调整。
全文中英文
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作者简介：石永久，清华大学/教授/博士生导师，长期从事钢结构工程科学研究与工程应用工作，致力于高性能钢结构基本理论与设计方法、建筑钢结构抗震性能研究与应用。发表学术论文200余篇，主编、参编国家、行业、地方标准19项，获国家及省部级科技进步奖、工程设计奖20余项。现任中国钢结构协会常务理事、中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会理事长、中国工程建设标准化协会钢结构专业委员会副主任、英国结构工程师学会院士。
