《钢结构设计标准》GB50017-2017第6.6.2条双层翼缘板焊接工字形梁的设计

 《钢结构设计标准》GB50017-2017第6.6.2条有关于焊接梁双层翼缘板的构造要求，现通过实例计算来展示双层翼缘板焊接工字形梁的设计。

一、设计资料

跨度：L=10.8m；

侧向支承点的间距：L1=3.6m；

梁承受静力集中荷载，作用于梁的上翼缘，其中：

永久荷载标准值：PGK=300KN；

可变荷载标准值：PQK=500KN；

梁自重标准值：qk=2.7KN/m；

钢材：Q235BF；

梁的挠度：υmax≤L/400；

要求计算内容：

1、外层翼缘板的截断位置；

2、翼缘焊缝的计算；

3、腹板局部稳定性的验算

二、梁截面外层翼缘板的截断点位置

双层翼缘板焊接工字形简支梁的外层翼缘板常在一定位置处截断以节省钢材。

1、计算外层翼缘板截断处截面能抵抗的弯矩Mx1

外层翼缘板截断处截面的翼缘板外伸宽厚比

b'/t=（380-10）/2/16 =11.6>11εk=11；<13εk=13；

属于S3级，截面塑性发展系数γx=1.05。

外层翼缘板截断后的截面几何特性：

Ix1=[1.0x140³+2x38x1.6x(70+0.8)²]/12=838204cm4 

Wx1=838204/(70+1.6)=11707cm³

Mx1=γxfWx1=1.05x215x11707x10³x10-6=2643KN·M。

2、确定外层翼缘板的截断点位置

集中荷载设计值：P=1.2x300+1.4x500=1060KN

局部荷载设计值：q=1.2x2.7=3.24KN/M

设外层翼缘板的理论截断点位置距梁端为z，则可由P·z+qLz/2－qz²/2=Mx1

即：

1060z+3.24x10.8z/2-3.24z²/2=2643

解得：z=2.462m

根据《钢结构设计标准》第6.6.2条，实际截断点应取：z=2.462-1.5x320x10-3=1.982m

采用实际截断点位置z=1.95m，见下图

图片

三、验算改变翼缘截面后梁的挠度

υmax=ηvMxkL²/(10EIx)

跨中截面惯性矩：

Ix=[1.0x140³+2x32x1.4x(70+1.6+0.8)²]/12+2x38x1.6x(70+0.8)²

=1306569cm4 

最大弯矩标准值：

Mxk=PkL/3+qkL²/8

=（300+500）x3.6+2.7x10.8²/8

=2919KN·M

挠度增大系数

ηv=1+（Ix/Ix1-1）/5·（a/L）³·（64-48a/L）=1.070

式中：a=2.462m;L=10.8m

梁的最大挠度：

υmax=ηvMxkL²/(10EIx)=13.54mm<[υ]=10800/400=27mm。

四、梁翼缘焊缝的计算

采用E43型焊条、不预热的非低氢手工焊 fwf=160N/mm²

1、内层翼缘板与腹板的角焊缝连接

梁上除自重外别无其他均布荷载，集中荷载P为固定位置，在P作用点处可设支承加劲肋传力，因而内层翼缘板与腹板的连接焊缝只需传递水平剪力。

两侧翼缘板截面对梁中和轴x的面积矩（因在剪力最大的梁区段外层翼缘板未全部截断）

S=32x1.4x(70+1.6+0.7)+38x1.6x(70+0.8)=7544cm³

内层翼缘板对梁中和轴x面积矩：

S1=38x1.6x(70+0.8)=4305cm³

所需角焊缝的焊脚尺寸：

（1）z=2.462m处：

剪力 V=1077.5-2.462x3.24=1069.5KN

惯性矩 Ix=1306569cm4 

hf≥1/1.4fwf ·VS/Ix =1069.5x10³x7544x10³/1.4x160x1306569x104 =2.76mm

（2）z=0处

剪力 V=1077.5KN

惯性矩 Ix1=838204cm4  

hf≥1/1.4fwf ·VS1/Ix1=2.47mm

构造要求hfmin=6mm

采用hf=6mm，沿梁长满焊。

2、外层翼缘板与内层翼缘板的角焊缝连接

外层翼缘板截面对梁中和轴x的面积矩

S=32x1.4x(70+1.6+0.7)=3239cm³

z=1.95m处

剪力 V=1077.5-1.95x3.24=1071.2KN

惯性矩 Ix=1306569cm4 

所需焊脚尺寸:

hf≥1/1.4fwf ·VS/Ix=1.19mm

构造要求hfmin=6mm

采用hf=6mm，沿梁长满焊。

3、根据《钢结构设计标准》第11.3.4条要求：

当外层翼缘板与内层翼缘板的两条侧面角焊缝之间距大于16t（t为较薄焊件的厚度）时，外层翼缘板因侧焊缝收缩而易向外拱曲，不能仅用侧面角焊缝连接。

实例中外层翼缘板的宽度

b=320mm>16t=16x14=224mm

为避免外层板端部因拱曲而张开，外层翼缘板端部还应加正面角焊缝。

又因:hf=6mm<0.75t=0.75x14=10.5mm，

根据规范第6.6.2条第一款要求，外层钢板的实际截断点应较理论截断点外伸L1：

L1≥1.5b=1.5x320=480mm

例题中取的外层翼缘板实际截断点已考虑及此。

五、梁腹板局部稳定性的验算

Q235钢的钢号修正系数εk=1.0

1、确定加劲肋的配置方式

按受压翼缘扭转未受到约束考虑

h0/tw=1400/10=140>80εk=80;<150εk=150

只需设置横向加劲肋，加劲肋间距应按计算确定。

2、选用加劲肋的间距

横向加劲肋的最大间距

a=2h0=2x1400=2800mm

考虑到集中荷载作用处（支座和跨度的三分点处）需设置支承加劲肋，因而取横向加劲肋间距a=3600/2=1800mm，

满足0.5h0≤a≤2h0的构造要求。

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