《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017第6.6.2條有關(guān)于焊接梁雙層翼緣板的構(gòu)造要求，現(xiàn)通過實(shí)例計(jì)算來展示雙層翼緣板焊接工字形梁的設(shè)計(jì)。

一、設(shè)計(jì)資料

跨度：L=10.8m；

側(cè)向支承點(diǎn)的間距：L1=3.6m；

梁承受靜力集中荷載，作用于梁的上翼緣，其中：

永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：PGK=300KN；

可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：PQK=500KN；

梁自重標(biāo)準(zhǔn)值：qk=2.7KN/m；

鋼材：Q235BF；

梁的撓度：υmax≤L/400；

要求計(jì)算內(nèi)容：

1、外層翼緣板的截?cái)辔恢茫?/span>

2、翼緣焊縫的計(jì)算；

3、腹板局部穩(wěn)定性的驗(yàn)算

二、梁截面外層翼緣板的截?cái)帱c(diǎn)位置

雙層翼緣板焊接工字形簡支梁的外層翼緣板常在一定位置處截?cái)嘁怨?jié)省鋼材。

1、計(jì)算外層翼緣板截?cái)嗵幗孛婺艿挚沟膹澗豈x1

外層翼緣板截?cái)嗵幗孛娴囊砭壈逋馍鞂捄癖?/span>

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

屬于S3級，截面塑性發(fā)展系數(shù)γx=1.05。

外層翼緣板截?cái)嗪蟮慕孛鎺缀翁匦裕?/span>

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、確定外層翼緣板的截?cái)帱c(diǎn)位置

集中荷載設(shè)計(jì)值：P=1.2x300+1.4x500=1060KN

局部荷載設(shè)計(jì)值：q=1.2x2.7=3.24KN/M

設(shè)外層翼緣板的理論截?cái)帱c(diǎn)位置距梁端為z，則可由P·z+qLz/2－qz2/2=Mx1

即：

1060z+3.24x10.8z/2-3.24z2/2=2643

解得：z=2.462m

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第6.6.2條，實(shí)際截?cái)帱c(diǎn)應(yīng)?。簔=2.462-1.5x320x10-3=1.982m

采用實(shí)際截?cái)帱c(diǎn)位置z=1.95m，見下圖

圖片

三、驗(yàn)算改變翼緣截面后梁的撓度

υmax=ηvMxkL2/(10EIx)

跨中截面慣性矩：

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

=1306569cm4 

最大彎矩標(biāo)準(zhǔn)值：

Mxk=PkL/3+qkL2/8

=（300+500）x3.6+2.7x10.82/8

=2919KN·M

撓度增大系數(shù)

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

式中：a=2.462m;L=10.8m

梁的最大撓度：

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

四、梁翼緣焊縫的計(jì)算

采用E43型焊條、不預(yù)熱的非低氫手工焊 fwf=160N/mm2

1、內(nèi)層翼緣板與腹板的角焊縫連接

梁上除自重外別無其他均布荷載，集中荷載P為固定位置，在P作用點(diǎn)處可設(shè)支承加勁肋傳力，因而內(nèi)層翼緣板與腹板的連接焊縫只需傳遞水平剪力。

兩側(cè)翼緣板截面對梁中和軸x的面積矩（因在剪力最大的梁區(qū)段外層翼緣板未全部截?cái)啵?/span>

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

內(nèi)層翼緣板對梁中和軸x面積矩：

S1=38x1.6x(70+0.8)=4305cm3

所需角焊縫的焊腳尺寸：

（1）z=2.462m處：

剪力 V=1077.5-2.462x3.24=1069.5KN

慣性矩 Ix=1306569cm4 

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

（2）z=0處

剪力 V=1077.5KN

慣性矩 Ix1=838204cm4  

hf≥1/1.4fwf ·VS1/Ix1=2.47mm

構(gòu)造要求hfmin=6mm

采用hf=6mm，沿梁長滿焊。

2、外層翼緣板與內(nèi)層翼緣板的角焊縫連接

外層翼緣板截面對梁中和軸x的面積矩

S=32x1.4x(70+1.6+0.7)=3239cm3

z=1.95m處

剪力 V=1077.5-1.95x3.24=1071.2KN

慣性矩 Ix=1306569cm4 

所需焊腳尺寸:

hf≥1/1.4fwf ·VS/Ix=1.19mm

構(gòu)造要求hfmin=6mm

采用hf=6mm，沿梁長滿焊。

3、根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第11.3.4條要求：

當(dāng)外層翼緣板與內(nèi)層翼緣板的兩條側(cè)面角焊縫之間距大于16t（t為較薄焊件的厚度）時(shí)，外層翼緣板因側(cè)焊縫收縮而易向外拱曲，不能僅用側(cè)面角焊縫連接。

實(shí)例中外層翼緣板的寬度

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

為避免外層板端部因拱曲而張開，外層翼緣板端部還應(yīng)加正面角焊縫。

又因:hf=6mm<0.75t=0.75x14=10.5mm，

根據(jù)規(guī)范第6.6.2條第一款要求，外層鋼板的實(shí)際截?cái)帱c(diǎn)應(yīng)較理論截?cái)帱c(diǎn)外伸L1：

L1≥1.5b=1.5x320=480mm

例題中取的外層翼緣板實(shí)際截?cái)帱c(diǎn)已考慮及此。

五、梁腹板局部穩(wěn)定性的驗(yàn)算

Q235鋼的鋼號修正系數(shù)εk=1.0

1、確定加勁肋的配置方式

按受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束考慮

h0/tw=1400/10=140>80εk=80;<150εk=150

只需設(shè)置橫向加勁肋，加勁肋間距應(yīng)按計(jì)算確定。

2、選用加勁肋的間距

橫向加勁肋的最大間距

a=2h0=2x1400=2800mm

考慮到集中荷載作用處（支座和跨度的三分點(diǎn)處）需設(shè)置支承加勁肋，因而取橫向加勁肋間距a=3600/2=1800mm，

滿足0.5h0≤a≤2h0的構(gòu)造要求。