Lecture Notes #8Welded Connections

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Professor Guowei MaOffice: 160

Tel: 61-8-6488-3102Email: ma@civil.uwa.edu.au

Weld Design Standards

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• AS/NZS 1554.1: Structural steel welding ‐Welding of steel structures 

• AS 1554.2: Structural steel welding ‐ Stud welding (steel studs to steel) 

• AS/NZS 1554.5: Structural steel welding ‐Welding of steel structures subject to high levels of fatigue loading 

Welded Connections• Fabrication

• Field work

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Compounding of sections

Welded Connections

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Intermediate web stiffeners

Weld Symbols

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Failure Modes of Welded Joints

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• Ductile fracture at a nominal stress in the vicinity of the 

ultimate strength of the weld metal or the parent metal, 

whichever is the lower 

• Brittle fracture at a nominal stress lower than ultimate 

strength and sometimes lower than the working stress 

• Progressive fracturing by fatigue after a certain number of 

stress cycles  

• Other causes such as corrosion, corrosion fatigue, stress 

corrosion and creep, but these are relatively rare in steel 

structures

Design Requirement

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(a)  The parent material must be ductile, or notch‐tough, at the 

service temperature intended and for the thickness required

(b)  The details of joints must be such that stress concentrations 

are minimized

(c)  Reduction of ductility by triaxial stressing should be avoided 

at critical joints

(d)  Weld defects should be below the specified maximum size

(e)  Welded fabrication should not substantially alter material 

properties.

Selection of Weld Type

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• Butt splices, lap splices, T‐joints, cruciform and corner joints 

• Butt, fillet or compound

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Lamellar Tearing 

Butt Welds

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Weld defects in butt weld

Butt Welds

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Plate edge preparation for butt weld

Fillet Welds

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Longitudinal  fillet weld

Transverse fillet weld

Intermittent fillet weld

Plug and slot weld

Fillet Welds

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Typical weld defect in fillet weld

Compound Welds

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Hybrid of a fillet and butt weld:former weld type is superimposed onto the latter

Design throat thickness (DTT)The design throat thickness (tt) of a weld is the minimum distance from the root of a weld to its face, less any reinforcement

Design of Butt Welds

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Complete penetration butt weld—a butt weld in which 

fusion exists between the weld and parent metal 

throughout the complete depth of the joint.

Incomplete penetration butt weld—a butt weld in which 

fusion exists over less than the complete depth of the 

joint.

CPBW

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Clause 9.7.2.7(a) of AS 4100 notes that the design capacity of a

CPBW is equal to the nominal capacity of the weakest part being 

joined multiplied by a capacity reduction factor, φ, which is 

commensurate with the weld quality. From Table 3.4 of AS 4100  

φ = 0.9 for CPBW with SP quality and φ = 0.6 for CPBW with GP 

quality. This applies to CBPW subject to transverse and shear 

loads.

Based on the above, for two similar plates joined by a CPBW 

with SP quality (φ=0.9) welded to AS/NZS 1554.1 or AS/NZS 

1554.5, the AS 4100 definition notes that the weld is as strong 

as the joined plate elements and no further calculation is 

required (if the plates have been already sized for the design 

loads). If the lower quality GP category is used instead of the SP 

category for this connection type (i.e. with φ = 0.6), the CPBW 

will have a lower design capacity than each of the two similar 

connected plates by a factor of (0.6/0.9=) 0.667.

CPBW

IPBW

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As the weld fusion in a IPBW does not cover the full depth of 

the joint, Clause 9.7.2.7(b) of AS 4100 states that IPBW are to 

be designed as fillet welds (see Section 8.7.2). The capacity 

reduction factor, φ, for IPBW is the same as that for fillet 

welds.

Design of Fillet Joint

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Design of Fillet Joint

Capacity of a fillet weld

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Φ:  0.8 (for SP quality welds);  0.6 (for GP quality welds)0.7 (for SP category longitudinal welds to RHS with t  3mm)

Minimum Size of a Fillet Weld

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Design capacities of equal‐leg fillet welds (in kN per 1 mm weld length)

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Along an Edge

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Analysis of weld groups

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(a)  The welds are regarded as homogeneous, isotropic and 

elastic elements.

(b) The parts connected by welding are assumed to be rigid, but 

this assumption should not be made if there is doubt about 

the rigidity of adjoining plates.

(c)  The effects of residual stresses, stress concentration and 

triaxial stress conditions are neglected on the assumption 

that the ultimate strength of weld groups is not significantly 

affected by these parameters.

Capacity reduction factors, φ, for welds

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In‐Plane Load

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Out‐of‐Plane Load

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Out‐of‐Plane Load

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Alternative procedure

Out‐of‐Plane Load

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Alternative procedure

Design Connections as Whole

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Design Connections as Whole

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• Beam flange weld capacity

• Beam web weld capacity

• Column web capacity in bearing (crushing)

• Column flange capacity at beam tension flange region

• Column web capacity in shear yielding and shear buckling

• Column web capacity in compressive buckling

• Other checks

Design Connections as Whole

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