热轧普通工字钢焊接连接方案.docx
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热轧普通工字钢焊接连接方案
一、概况2
二、编制依据2
三、热轧工字钢焊缝对接2
四、热轧工字钢加强钢板选取计算4
五、结果10
一、概况
日常的施工当中，根据施工需求经常会对普通热轧工字钢截断和接长，需要对常用的热轧工字钢（I18#、I20#）进行焊缝对接作业，施工中截面对接以后（焊接），需要在腹板位置焊接钢板加强，用来弥补焊接作业质量不足对截面抵抗矩的削弱。
本方案以I18#工字钢为例，通过计算选取两侧合适规格的板材进行焊接加强。
二、编制依据
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001；
《钢结构设计规范》GB50017-2003；
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002；
三、热轧工字钢焊缝对接
3.1焊接方法
施工当中最为常见的焊接方法是手工电弧焊，通电后,在焊条与焊件间产生电弧，电弧的高温（可达到3000°C）将电弧周围的金属变成液态，形成熔池，同时高温也是焊条金属融化，滴落至熔池中，与焊件的熔融金属结合。
冷却后即形成焊缝。
焊条外包的药皮则在焊接过程中产生气体，保护电弧和容化金属，形成熔渣覆盖焊缝，防止空气中的有害气体与熔化金属接触，改善的焊缝的力学性能。
手工电弧焊优点是操作简便、焊接方便，但是焊缝带的质量有一定的缺陷，在焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区刚才表而或者内部的缺陷。
常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、电弧坑、气孔、夹渣、咬边、为熔合等。
焊缝缺陷的存在势必削弱焊缝的受力而积，在缺陷处引起应力集中，故对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。
3.2焊缝等级确定
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001规定，焊缝质量等级分为一级、二级和三级；二级焊缝需要做超声波探伤检测，三级焊缝只要求对全部焊缝做外观检查。
《钢结构设计规范》GB50017-2003规定，①作用力垂直于焊缝长度方向的横向对接焊缝或T型对接与角接组合焊缝，受拉时为一级，受压时应为二级；②作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。
考虑到现场悬挑架局部使用焊接工字钢承受悬挑力，故将其定义为二级焊缝；对于卸料平台后尾部工字钢焊接加长部位仅起到稳固作用（钢丝绳承受卸料平台主荷载），故而将其定义为三级焊缝。
表5.2.4L、二级焊缝质量等级及缺陷分级
焊缝级
一圾
一级
内部缺陷超声波探伤
评定笹圾
n
n
检鲨等圾
B圾
B级
探伤比例
100%
20%
内部缺陷射线探伤
讦定等圾
11
III
检验等圾
AB级
AB级
探伤比例
100%
20%
注：
探伤比例的计数方法应按以下鋭则暁定：
（1）对工厂制作焊缝，应按毎条悍缝计算百分比，且探伤长度应不小于200mm,当炖縫长度不足200mm时，应对整条焊縫进行换伤；
（2）对现场安装焊縫，应按同一类型.同一施焊条件的焊缝条数计算百分比，探伤长度应不小于200mm,并应不少于1条焊缝.
3.3焊缝要求：
焊缝表而不得有裂纹、焊瘤等缺陷。
二级焊缝不得有表而气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷。
检查数量：
每批同类构件抽查10%,且不应少于3件；被抽查构件中，每一类型焊缝按条数抽查5%,且不应少于1条；每条检查1处，总抽查数不应少于10处。
检验方法：
观察检查或使用放大镜、焊缝量规和钢尺检查，当存在疑义时，采用渗透或磁粉探伤检查。
aa.o.1二级、三级焊线外观质屋标准（min）
X5H
允许偏斧
跋陷类型
一级
来焊涡（指不足设计耍宋）
<02+0.02/・且<1.0
<0.2+0.04/.且<2.0
毎100.0W缝内鮫陷总氏W25.O
根帑收縮
W02+0.02f・且W1.0
W02+0.04人1LW2.0
长度不限
咬边
C0.05t,且wo,连续长度冬
100.0・且焊缝两测段边总长W
10%婷•給全长：
WO.lr且W1.0.长度不限
瓠坑袈纹
—
允许疗龙个别长度<5.0的弧坑裂纹
电弧擦伤
—
允许存在个别电弧擦伤
接头不口
缺口裸度0・05f,且W0.5
«□深度0M且W1.0
每1000.0焊缝不用超过1处
农面夹渣
—
葆W0.M长W05,且W20.0
耒向r孔
—
毎500炸塔长度内允许白©M03・0的F孔2个.孔弟A6倍孔空
注：
衣内r为连按处较薄的板庁.
3.4焊条选用：
J422E4303用于焊接较重要的低碳钢结构和强度等级低的低合金钢结构，如Q235、09MnV.09Mn2等
四、热轧工字钢加强钢板选取计算
4.1I18#截面达到设计强度的弯矩计算由己知资料查出I18#工字钢截面特性：
Ix=l699cm:
Wx=185.4cm°Ix/Sx=15.95cmd=l0.7mmtw=6.5mm
Mmax-M215N/
Wx185.4X1037mm2
M…二215X185.4X10—39.86KN・m
lx对x轴的截而惯性矩
Wxx轴的截面模量
仁一一工字钢翼缘板厚度
d——工字钢腹板厚度
M…——使截面达到材料设计强度的计算截面弯矩
（荷载乘以分项系数）
4.2按照最不利三级焊缝达到设计强度的弯矩计算
对接焊缝（三级）对截面的轴向受压和受剪力削弱可以忽略不计，主要是削弱了截面弯矩的抵抗力（受拉）。
按照焊缝的最大弯曲应力计算当焊缝承受最大的弯曲应力时所受的弯矩M,由于三级焊缝的焊缝允许存在的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的85%,即通过对接焊透
焊缝作业后，焊缝截面的焊材的拉强度的85%,根据《钢结构工程施工质量验收规范》可以得出对接焊缝的抗拉、抗剪设计强度:
ftw=0.85f=182.75N/mm2抗剪ff=125N/mm2
*M/w=182.75忆皿？
M=182.75X185.4X103=33.88KN・m
f『、f,——对接焊缝的抗拉和抗压设计强度
f——Q235钢材抗拉强度设计值（215Mpa）
4.3加强钢板截面尺寸的计算
焊缝对截而抵抗矩的削弱在腹板处和翼缘处，因此在腹板两边和翼缘上下面添加加强钢板来弥补焊缝对截面的削弱。
架设焊缝长度满足要求，由于焊缝质量不足降低的强度由加强钢板增加的截而尺寸来弥补，从而初步确定加强钢板的截而而积。
以I18#工字钢截面焊接加强钢板后承受极限应力的弯矩（轴力、剪力忽略不计），由于截面的弯矩抵抗力主要是有截面的尺寸来提供，考虑加强腹板和翼缘计算，所以初步计算选取在腹板和翼缘处各焊接两片100mm宽3mm厚的钢板来加强如下图：
截而几何性质的计算:
21699cm程X0.3X2X2=1749川
I尸122.9曲+存＜0.3X2X2=172.9cm
°=%®7（194.33+36.79）X1000=】吆7八/呗2当焊接加强钢板后抵抗弯矩：
M=182.75X231.12X10’二42・24KN•m
由焊缝质量不足抵抗弯矩减小值:
39.86KN・m—33.88KN・m=5.98KN・m
加强钢板焊接后抵抗弯矩值增加值：
42.24KN・ni—33.88KN・m=8.36KN・m
所以当腹板和翼缘增加加强钢板后，截而的抵抗弯矩增大了8.36KN.m,大于由焊缝质量不足引起的抵抗弯矩减小值5.98KN.m,此次计算旨在找出临界的截面积，因此采用钢材（Q235）、焊缝强度均采用设计值，实际施工当中按照容许应立法，统一折减以保证有一定的安全储备。
由计算得出宽度为10cm厚度为3mm的钢板对于加强焊接截而的弯矩，大于所需要提空的弯矩值，这样造成当焊接截而处最危险点出的弯曲应力达到最大应力值时，其他截而（未焊接截而）早已断裂，满足要求。
4.4焊缝长度和宽度的计算
截而位于弯矩和剪力（轴力忽略不计）最不利的组合作用下，计算最危险点1、2（见下图）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，当临近未断开截面II处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。
通过试算选取3mmX100mmX200mm的加强钢板。
4.4.1截而最不利荷载组合值计算
I截而最大剪力值和弯矩值按照使截面达到设计强度的确定，最大弯矩值己计算得出
W39.86KN・m
Tmax=^=125Mpa
S=106.5cm3
Ix=1699cm1
t.=6.5mm
贝ljVmax=（125X1699X104X6.5）/106.5X
10—129.62KN
M…一一使截面达到强度设计值的最大弯矩
Tmax剪切应力设计值
s计算剪力处中性轴的面积矩
I计算截面惯性矩
仁——工字钢腹板厚度
Vmax使截面达到设计强度的剪力最大值
所以一块加强板承受的剪力值为：
129.62KN/2=64.81KN（实际承受的剪力值要小于此值，保留一定的安全储备）
一块加强钢板承受的弯矩值为：
39.86KN•m/2二19.93KN・m
4.4.2焊缝强度计算
选取四面围焊，板厚t二3mm,Q235钢材，当临近截面达到设计强度时在焊缝重心处承受的弯矩为39.86KN・m/2二19.93KN・m,所以在截面重心处作用弯矩值为19.93KN.m,手工焊，焊条采用E4303型，焊脚尺寸为10mm.计算有效截面的几何特征。
有效截面而积：
Ae=0.7X3X（2X100+2X200）=1050mm2
形心位置：
x=100mm
惯性矩：
Ix=0.7X3X（2X1/12X1003+2X200X1002）
=14X106mm4
因为是对称截面所以
Iy二lx
Ip=2Xlx=28X10smm4
验算危险点的应力:
V
64.81X103
——79KN•m
1050—
M
:
—X=
Ipa
19.93XIO6X100M/
—711qIN/
28XIO6/1，iy/mm?
19.93XIO6X50—QtrqW/
M
=厂ya=
Ip
28XIO6/mm?
J伴絆）x（鲨浮）+（瑕）x（瑕）=114.6N/mm2W160^2
氓一一弯矩作用下角点应力
价一一端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结构取1.22
5.结果
经过试算得出达到临界状态（临近截而达到设计强度
时焊缝破坏）下I18#对接焊接截而腹板和翼缘处的加强
钢板的设计尺寸为：
3mmX100mmX200mm并具有一定的安
全储备满足使焊接截而处的强度和母材（Q235）强度相同及临近未断开截而强度达到设计强度破坏时，焊接截而处最危险点应力达到焊缝设计强度而破坏，实际施工当中要不小于按照理论计算的出的加强钢板的规格，严格控制焊缝质量，保证施工安全和材料的合理利用。
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