工字鋼焊縫對接加強鋼板尺寸選取審批稿

YKKstandardizationoffice【YKK5AB-YKK08-YKK2C-YKK18】YKKstandardizationoffice【YKK5AB-YKK08-YKK2C-YKK18】工字鋼焊縫對接加強鋼板尺寸選取熱軋普通工字鋼對接焊縫連接加強鋼板選取與計算杭長三分部徐君誠內(nèi)容提要：結(jié)合日常施工的需要，對施工中熱軋普通工字鋼對接焊接后加強鋼板的選取進(jìn)行試算選取，確定加強鋼板的規(guī)格型號，編制各種型號熱軋工字鋼加強鋼板選取的統(tǒng)一表格，方便日后施工的選用。關(guān)鍵詞：熱軋工字鋼（Q235）、焊縫對接、加強鋼板前言日常的施工當(dāng)中，根據(jù)施工需求經(jīng)常會對普通熱軋工字鋼截斷和接長，需要對常用的熱軋工字鋼（Ⅰ30、Ⅰ45、Ⅰ56）進(jìn)行焊縫對接作業(yè)，施工中截面對接以后（焊接），需要在腹板位置焊接鋼板加強，用來彌補焊接作業(yè)質(zhì)量不足對截面抵抗矩的削弱，但是往往對于鋼板規(guī)格的選取存在疑問，通常會根據(jù)以往的施工經(jīng)驗選取較大規(guī)格的板材來彌補焊接質(zhì)量的不足，因此造成了施工中板材的浪費，如何選取合適規(guī)格的鋼板，以Ⅰ45a工字鋼為例，通過對不同規(guī)格板材的選擇和試算，找出最合理、最經(jīng)濟的材料尺寸，并編制各種型號工字鋼的加強鋼板選取表格，以做到材料的合理利用和成本的節(jié)約。2.熱軋工字鋼焊縫對接施工當(dāng)中最為常見的焊接方法是手工電弧焊，通電后，在焊條與焊件間產(chǎn)生電弧，電弧的高溫（可達(dá)到3000°C）將電弧周圍的金屬變成液態(tài)，形成熔池，同時高溫也是焊條金屬融化，滴落至熔池中，與焊件的熔融金屬結(jié)合。冷卻后即形成焊縫。焊條外包的要批則在焊接過程中產(chǎn)生氣體，保護(hù)電弧和容化金屬，形成熔渣覆蓋焊縫，防止空氣中的有害氣體與熔化金屬手工電弧焊優(yōu)點是操作簡便、焊接方便，但是焊縫帶的質(zhì)量有一定的缺陷，在焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)剛才表面或者內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、電弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、為熔合等。焊縫缺陷的存在勢必削弱焊縫的受力面積，在缺陷處引起應(yīng)力集中，故對連接的強度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響?！朵摻Y(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205-2001規(guī)定，焊縫質(zhì)量等級分為一級、二級和三級；三級焊縫只要求對全部焊縫做外觀檢查，在平時的施工當(dāng)中由于焊接技術(shù)和檢測手段的影響，可以把我們?nèi)粘Ｊ┕ぎ?dāng)中所遇到的焊縫質(zhì)量規(guī)定為三級。3.熱軋工字鋼加強鋼板選取計算Ⅰ45a截面達(dá)到設(shè)計強度的彎矩計算由已知資料查出Ⅰ45b工字鋼截面特性：=32240=1430=mm=（設(shè)計強度）=215N/=——對x軸的截面慣性矩——x軸的截面模量——工字鋼翼緣板厚度d——工字鋼腹板厚度——使截面達(dá)到材料設(shè)計強度的計算截面彎矩（荷載乘以分項系數(shù)）三級焊縫達(dá)到設(shè)計強度的彎矩計算對接焊縫（三級）對截面的軸向受壓和受剪力削弱可以忽略不計，主要是削弱了截面彎矩的抵抗力（受拉）。按照焊縫的最大彎曲應(yīng)力計算當(dāng)焊縫承受最大的彎曲應(yīng)力時所受的彎矩，由于三級焊縫的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的85%，即通過對接焊透焊縫作業(yè)后，焊縫截面的焊材的拉強度的85%，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》可以得出對接焊縫的抗拉、抗剪設(shè)計強度==N/抗剪=125N/σ===N/1430=、——對接焊縫的抗拉和抗壓設(shè)計強度——Q235鋼材抗拉強度設(shè)計值（215Mpa）加強鋼板截面尺寸的計算焊縫對截面抵抗矩的削弱在腹板處和翼緣處（由于施工中對翼緣處平整的要求一般不再翼緣處加強），因此在腹板兩邊添加加強鋼板來彌補焊縫對截面的削弱。架設(shè)焊縫長度滿足要求，由于焊縫質(zhì)量不足降低的強度由加強鋼板增加的截面尺寸來彌補，從而初步確定加強鋼板的截面面積。以Ⅰ45a工字鋼截面焊接加強鋼板后承受極限應(yīng)力的彎矩（軸力、剪力忽略不計），由于截面的彎矩抵抗力主要是有截面的尺寸來提供，所以初步計算選取在腹板處焊接兩片350mm寬10mm厚的鋼板來加強如下圖：工字鋼立面圖1截面幾何性質(zhì)的計算：=32240+====σ===（焊縫達(dá)到設(shè)計強度）當(dāng)焊接加強鋼板后抵抗彎矩：M==由焊縫質(zhì)量不足抵抗彎矩減小值：=加強鋼板焊接后抵抗彎矩值增加值：所以當(dāng)腹板增加加強鋼板后，截面的抵抗彎矩增大了，大于由焊縫質(zhì)量不足引起的抵抗彎矩減小值，此次計算旨在找出臨界的截面積，因此采用鋼材（Q235）、焊縫強度均采用設(shè)計值，實際施工當(dāng)中按照容許應(yīng)立法，統(tǒng)一折減以保證有一定的安全儲備。由計算得出寬度為33cm的鋼板對于加強焊接截面的彎矩，大于所需要提空的彎矩值，這樣造成當(dāng)焊接截面處最危險點出的彎曲應(yīng)力達(dá)到最大應(yīng)力值時，其他截面（未焊接截面）早已斷裂，造成了加強鋼板的浪費，應(yīng)選擇寬度小的鋼板，所以厚度不變，經(jīng)過試算后得出最經(jīng)濟，最安全的鋼板寬度為:10mm厚330mm寬的鋼板最為經(jīng)濟，而且滿足截面最大應(yīng)力的要求并與母材截面強度相同。焊縫長度和寬度的計算Ⅰ截面位于彎矩和剪力（軸力忽略不計）最不利的組合作用下，計算最危險點1、2、3、4點（見圖2）各處應(yīng)力值小于焊縫強度設(shè)計值來保證焊縫的長度滿足要求，當(dāng)臨近未斷開截面Ⅱ處應(yīng)力達(dá)到設(shè)計強度時焊縫剛好破壞的臨界狀態(tài)，以確定焊縫最小長度和最小的有效截面面積。通過試算選取10mm330mm270mm的加強鋼板。加強鋼板立面圖2加強鋼板立面圖3截面最不利荷載組合值計算Ⅰ截面最大剪力值和彎矩值按照使截面達(dá)到設(shè)計強度的確定，最大彎矩值已計算得出：==125MPaI=32240=則 =——使截面達(dá)到強度設(shè)計值的最大彎矩——剪切應(yīng)力設(shè)計值——計算剪力處中性軸的面積矩I——計算截面慣性矩——工字鋼腹板厚度——使截面達(dá)到設(shè)計強度的剪力最大值所以一塊加強板承受的剪力值為：2=(實際承受的剪力值要小于此值，保留一定的安全儲備)一塊加強鋼板承受的彎矩值為：/2=焊縫強度計算選取四面圍焊，板厚t=10mm，Q235鋼材，當(dāng)臨近截面達(dá)到設(shè)計強度時在焊縫重心處承受的彎矩為，所以在截面重心處作用彎矩值為，手工焊，焊條采用E42型，焊腳尺寸為10mm.計算有效截面的幾何特征。有效截面面積：=（2330+2270）=8400形心位置：=135mm慣性矩：=（2）

=因為是對稱截面所以=2=驗算危險點（1、2、3、4）點的應(yīng)力：N/N/==154.5N/160N/——焊縫有效面積（計算寬度按照焊縫寬度的倍）——形心位置——x周慣性矩——y軸慣性矩——焊縫有效截面對形心軸的極慣性矩、——焊縫角點（1、2、3、4）到截面形心軸的距離——剪力作用下角點引起的應(yīng)力——彎矩作用下角點引起的應(yīng)力——彎矩作用下角點應(yīng)力——端焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)。對承受靜力荷載和間接承受動力荷載結(jié)構(gòu)取4.結(jié)果經(jīng)過試算得出達(dá)到臨界狀態(tài)（臨近截面達(dá)到設(shè)計強度時焊縫破壞）下焊縫的長度和有效面積，Ⅰ45對接焊接截面腹板處的加強鋼板的設(shè)計尺寸為：1cm33cm27cm并具有一定的安全儲備滿足使焊接截面處的強度和母材（Q235）強度相同及臨近未斷開截面強度達(dá)到設(shè)計強度破壞時，焊接截面處最危險點應(yīng)力達(dá)到焊縫設(shè)計強度而破壞，實際施工當(dāng)中要不小于按照理論計算的出的加強鋼板的規(guī)格，保證施工安全和材料的合理利用。主要參考文獻(xiàn)【1】GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范【2】GB50068-2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度