工字钢焊接强度验算(精编文档).doc

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工字钢对接工艺强度验算书

焊缝质量等级应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的规定，规范将对接焊缝质量分为一级、二级和三级，考虑到实际施工中对接焊缝很难达到一级、二级的质量要求，因此，本次验算是针对焊缝质量等级为三级来进行强度验算。

对于采用自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊，构件钢材为Q235钢的对接焊缝，其焊缝的抗压强度设计值

2/215mm N f w c =和抗剪强度设计值2/125mm N f w v =均与母材的强度设计值相同，而三级的抗拉对接焊缝强

度设计值为2/185mm N f w t =，Q235钢的抗拉强度设计值为2/215mm N f =，

因此，需验算工字钢在采用对接焊缝以及周边焊共同作用时，焊缝的抗拉强度能否达到母材的抗拉强度设计值即可。

一、I22b 工字钢加强钢板选取计算

1、I22b 工字钢截面达到设计强度的弯矩计算

I x =3570cm 4 W x =325cm 3 I x / S x =18.7cm

t w =12.3mm d=9.5mm

设计强度）(/2151032523max mm N M W M x =⨯=

M max =215N/mm 2×325×103mm 3=69.875KN.m

I x ——x 轴的截面惯性矩

W x ——x 轴的截面模量

t w ——工字钢翼缘板厚度

d ——工字钢腹板厚度

M max ——使截面达到材料设计强度的计算截面弯矩

2、三级焊缝达到设计强度的弯矩计算

三级的抗拉对接焊缝强度设计值为

2/185mm N f w t =

2

/185mm N W M ==σ M=185N/mm 2×325×103mm 3=60.125KN.m

3、加强钢板截面尺寸计算

焊缝对截面抵抗的削弱在腹板处和翼缘板处，由于施工中对翼缘板处平整的要求，一般不在翼缘板处加强，因此在腹板两边添加加强钢板来弥补焊缝对截面的削弱。

由于截面的弯矩抵抗力主要是由截面尺寸来提供，所以计算选取在

腹板处焊接两片170mm 高，8mm 厚的钢板来加强。

截面几何性质计算：

43

1.4225212

178.03570cm I x =⨯⨯+= 3max 1.384111.4225cm y I W x x === 2

/185mm N W M ==σ

当焊接加强钢板后抵抗弯矩：

M=185N/mm 2×384.1×103mm 3=71.058KN.m

对接焊缝使母材抵抗弯矩减小值：

69.875KN.m －60.125KN.m=9.75 KN.m

加强钢板焊接后抵抗弯矩增加值：

71.058KN.m －60.125KN.m=10.93 KN.m

所以当腹板增加加强钢板后，截面的抵抗弯矩增大了10.93KN.m ，大于由对接焊缝引起的母材抵抗弯矩减小值9.75 KN.m ，满足截面最大应力的要求并与母材截面强度相同。

4、焊缝强度计算

工字钢对接处在弯矩和剪力的组合作用下，使得各处应力值小于焊缝强度设计值来保证焊缝的长度满足要求，当临近焊缝处母材应力达到设计强度时焊缝刚好破坏的临界状态，以确定焊缝最小长度和最小的有效截面面积。拟采用两块高170mm×长100mm×厚8mm 的Q235钢对I22b 的工字钢进行周边焊，验算焊缝的抗拉强度能否达到抗拉强度设计要求。

正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）

2

/3.624)52170(57.08.4652)185215(mm N l h N w e f =⨯⨯-⨯⨯⨯-==σ

侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）

2

/8.1104)52100(57.08.4652)185215(mm N l h N w e f =⨯⨯-⨯⨯⨯-==τ 在各种力综合作用下，需满足

22f f f τβσ+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛w f f ≤ 222222/160/1228.11022.13.62mm N mm N f f f ≤=+⎪⎭⎫ ⎝⎛=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛τβσ

计算结果满足要求。

f σ-按焊缝有效截面（w e l h ）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；

f

τ-按焊缝有效截面（w e l h ）计算，沿焊缝长度方向的剪应力；

e h -角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝等于0.7

f h ，f h 为焊角尺寸； w l -角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2f h ；

w f f -角焊缝的设计强度；

f

β -正面角焊缝的强度设计值增大系数：对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，f β=1.22。

二、I20b 工字钢加强钢板选取计算

1、I20b 工字钢截面达到设计强度的弯矩计算

I x =2500cm 4 W x =250cm 3 I x / S x =16.9cm

t w =11.4mm d=9.0mm

设计强度）(/2151025023max mm N M W M x =⨯=

M max =215N/mm 2×250×103mm 3=53.750KN.m

I x ——x 轴的截面惯性矩

W x ——x 轴的截面模量

t w ——工字钢翼缘板厚度

d ——工字钢腹板厚度

M max ——使截面达到材料设计强度的计算截面弯矩

2、三级焊缝达到设计强度的弯矩计算

三级的抗拉对接焊缝强度设计值为

2/185mm N f w t =

2

/185mm N W M ==σ M=185N/mm 2×250×103mm 3=46.250KN.m

3、加强钢板截面尺寸计算

焊缝对截面抵抗的削弱在腹板处和翼缘板处，由于施工中对翼缘板处平整的要求，一般不在翼缘板处加强，因此在腹板两边添加加强钢板来弥补焊缝对截面的削弱。

由于截面的弯矩抵抗力主要是由截面尺寸来提供，所以计算选取在腹板处焊接两片150mm 高，8mm 厚的钢板来加强。

截面几何性质计算：

43

2950212

158.02500cm I x =⨯⨯+= 3max 295102950cm y I W x x === 2

/185mm N W M ==σ