工字钢焊接强度验算.docx

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工字钢焊接强度验算

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》GB50205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

和抗剪强度设计值

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

，Q235钢的抗拉强度设计值为

，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

Ix=3570cm4Wx=325cm3Ix/Sx=18.7cm

tw=12.3mmd=9.5mm

Mmax=215N/mm2×325×103mm3=69.875KN.m

Ix——x轴的截面惯性矩

Wx——x轴的截面模量

tw——工字钢翼缘板厚度

d——工字钢腹板厚度

Mmax——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

M=185N/mm2×325×103mm3=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：

当焊接加强钢板后抵抗弯矩：

M=185N/mm2×384.1×103mm3=71.058KN.m

对接焊缝使母材抵抗弯矩减小值：

加强钢板焊接后抵抗弯矩增加值：

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9.75KN.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）

侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）

在各种力综合作用下，需满足

计算结果满足要求。

-按焊缝有效截面（

）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；

-按焊缝有效截面（

）计算，沿焊缝长度方向的剪应力；

-角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝等于0.7

，

为焊角尺寸；

-角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2

；

-角焊缝的设计强度；

-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，

=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

Ix=2500cm4Wx=250cm3Ix/Sx=16.9cm

tw=11.4mmd=9.0mm

Mmax=215N/mm2×250×103mm3=53.750KN.m

Ix——x轴的截面惯性矩

Wx——x轴的截面模量

tw——工字钢翼缘板厚度

d——工字钢腹板厚度

Mmax——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

M=185N/mm2×250×103mm3=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：

当焊接加强钢板后抵抗弯矩：

M=185N/mm2×295×103mm3=54.575KN.m

对接焊缝使母材抵抗弯矩减小值：

加强钢板焊接后抵抗弯矩增加值：

所以当腹板增加加强钢板后，截面的抵抗弯矩增大了8.325KN.m，大于由对接焊缝引起的母材抵抗弯矩减小值7.5KN.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150mm×长80mm×厚8mm的Q235钢对I20b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）

侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）

在各种力综合作用下，需满足

计算结果满足要求。

-按焊缝有效截面（

）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；

-按焊缝有效截面（

）计算，沿焊缝长度方向的剪应力；

-角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝等于0.7

，

为焊角尺寸；

-角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2

；

-角焊缝的设计强度；

-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，

=1.22。

三、I18工字钢加强钢板选取计算

1、I18工字钢截面达到设计强度的弯矩计算

Ix=1660cm4Wx=185cm3Ix/Sx=15.4cm

tw=10.7mmd=6.5mm

Mmax=215N/mm2×185×103mm3=39.775KN.m

Ix——x轴的截面惯性矩

Wx——x轴的截面模量

tw——工字钢翼缘板厚度

d——工字钢腹板厚度

Mmax——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

M=185N/mm2×185×103mm3=34.225KN.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130mm高，8mm厚的钢板来加强。

截面几何性质计算：

当焊接加强钢板后抵抗弯矩：

M=185N/mm2×217×103mm3=40.145KN.m

对接焊缝使母材抵抗弯矩减小值：

加强钢板焊接后抵抗弯矩增加值：

所以当腹板增加加强钢板后，截面的抵抗弯矩增大了5.92KN.m，大于由对接焊缝引起的母材抵抗弯矩减小值5.55KN.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，并留有一定安全系数，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130mm×长60mm×厚8mm的Q235钢对I18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）

侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）

在各种力综合作用下，需满足

计算结果满足要求。

-按焊缝有效截面（

）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；

-按焊缝有效截面（

）计算，沿焊缝长度方向的剪应力；

-角焊缝的计算厚度，对直角角焊缝等于0.7

，

为焊角尺寸；

-角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2

；

-角焊缝的设计强度；

-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，

=1.22。

（注：

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）