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》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

fvw125N/mm2fcw215N/mm2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

，Q235钢的抗拉强度设计值为

f215N/mm2值为

ftw185N/mm2，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=3570cm4 Wx=325cm3 Ix/ Sx=18.7cm tw=12.3mm d=9.5mm

MmaxM2215N/mm(设计强度） 3Wx32510Mmax=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

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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/mm2W

ftw185N/mm2

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：

0.8173Ix357024225.1cm4

12WxIx4225.1384.1cm3 ymax11M185N/mm2W

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： 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

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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）

fN(215185)4652.862.3N/mm2helw0.75(17025)4

侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）

fN(215185)4652.8110.8N/mm2helw0.75(10025)4

在各种力综合作用下，需满足

ff2ff22fffw

262.32f110.82122N/mm2160N/mm21.22

计算结果满足要求。

ffhelw-按焊缝有效截面（helw）计算，垂直于焊缝长度方向的应力； -按焊缝有效截面（helw）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

hf，

hf为焊角尺寸；

hf-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；

；

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f -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

f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=2500cm4 Wx=250cm3 Ix/ Sx=16.9cm tw=11.4mm d=9.0mm

MmaxM2215N/mm(设计强度） 3Wx25010Mmax=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/mm2W

ftw185N/mm2

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

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处焊接两片150mm高，8mm厚的钢板来加强。

截面几何性质计算：

0.8153Ix250022950cm4

12WxIx2950295cm3 ymax10M185N/mm2W

当焊接加强钢板后抵抗弯矩： M=185N/mm2×295×103mm3=.575KN.m 对接焊缝使母材抵抗弯矩减小值： 53.750KN.m－46.250KN.m=7.5 KN.m 加强钢板焊接后抵抗弯矩增加值： .575KN.m－46.250KN.m=8.325 KN.m

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7.5 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）

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fN(215185)3957.860.6N/mm2helw0.75(15025)4

侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）

fN(215185)3957.8121.1N/mm2helw0.75(8025)4

ff在各种力综合作用下，需满足

ff222fffw

260.62f121.12130.9N/mm2160N/mm21.22

计算结果满足要求。

ffhelw-按焊缝有效截面（helw）计算，垂直于焊缝长度方向的应力； -按焊缝有效截面（helw）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

hf，

hf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；

hf；

ffwf -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

f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=1660cm4 Wx=185cm3 Ix/ Sx=15.4cm tw=10.7mm d=6.5mm

MmaxM2215N/mm(设计强度） 3Wx25010Mmax=215N/mm2×185×103mm3=39.775KN.m Ix ——x轴的截面惯性矩

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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/mm2W

ftw185N/mm2

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：

0.8133Ix166021952.9cm4

12WxIx1952.9217.0cm3 ymax9M185N/mm2W

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：

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39.775KN.m－34.225KN.m=5.55 KN.m 加强钢板焊接后抵抗弯矩增加值： 40.145KN.m－34.225KN.m=5.92 KN.m

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5.55 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，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）

fN(215185)3075.6.9N/mm2helw0.75(13025)4

侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）

fN(215185)3075.6131.8N/mm2helw0.75(6025)4

ff在各种力综合作用下，需满足

ff222fffw

2.92f131.82139.2N/mm2160N/mm21.22

计算结果满足要求。

f-按焊缝有效截面（helw）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；

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fhelw-按焊缝有效截面（helw）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

hf，

hf为焊角尺寸；

hf-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；

；

ffwf -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=1.22。

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