构件连接焊缝尺寸确定方法

当实腹式构件的腹板高厚比h0/tw＞80时，有可能在施工过程中产生扭转变形，故应按图4.19所示成对配置横向加劲肋，以增加抗扭刚度，其间距不得大于3h0。

为了保证构件截面几何形状不变、提高构件抗扭刚度，以及传递必要的内力，对大型实腹式构件，在受有较大横向力处和每个运送单元的两端，还应设置横隔（图4.20）。构件较长时并应设置中间横隔，横隔的间距不得大于构件截面较大宽度的9倍或8m。

图4.19　

图4.20　横隔

轴心受压实腹式构件的翼缘与腹板的纵向连接焊缝受力很小，不必计算，可按构造要求确定焊缝尺寸hf＝4～8mm。

【例4.1】 图4.21（a）所示为某工业厂房工作平台的部分结构，其中支柱AB承受轴心压力（包括自重）设计值为N＝1200k N，柱下端固定，上端铰接，钢材为Q345钢，截面无孔洞削弱。试设计此支柱的截面:①用轧制普通工字钢；②用轧制H型钢；③用焊接工字形截面，翼缘板为剪切边；④若钢材改为Q235钢，以上所选截面是否还可以安全承载?

解:由于AB柱两方向的几何长度不等，故取如图4.21（b）、（c）、（d）所示的截面朝向，即将强轴沿x轴方向。

柱在yz平面按下端固定、上端铰接，查表4.3得μ＝0.8，故计算长度为

l0x＝0.8×700＝560（cm）

图4.21　例4.1图

在xz平面，柱下端不能按固定考虑，因截面的y轴为弱轴，其抗弯能力较低，故与支撑点处一样，只能起阻止位移作用，因此均应按铰接计算，其计算长度取支撑点之间的距离，即l0y＝350cm。

（1）轧制工字钢见图4.21（b）。

1）试选截面。假定λ＝100，对于b/h≤0.8的轧制工字钢，当绕x轴屈曲时属于a类截面，绕y轴屈曲时属于b类截面，按，查附表4.1得φx＝0.488；查附表4.2得φmin＝φy＝0.432。当计算点钢材厚度t＜16mm时，取f＝310N/mm2。则所需截面面积和回转半径为

由附录6中不可能选出同时满足Areq、ixreq和iyreq的型号，可以Areq和iyreq为主，适当考虑ixreq进行选择。现试选I50a，A＝119cm2，ix＝19.7cm，iy＝3.07cm，b/h＝158/500＝0.32＜0.8（符合规定）。

2）截面验算。

①强度。因截面无孔洞削弱，可不验算强度。

②刚度为

，满足刚度要求。

，满足刚度要求。

③整体稳定。由λx（按28.4＝34.4），绕x轴屈曲时属于a类截面，故由λx查附表4.1得φx＝0.954。

由λy（按＝138.1），绕y轴屈曲时属于b类截面，故由λy查附表4.2得φy＝0.353。

取φmin＝φy＝0.353，则

，满足整体稳定要求。

（因I50a翼缘厚度＞16mm，故取f＝295N/mm2）

④局部稳定。因轧制工字钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定。

（2）轧制H型钢见图4.21（c）。

1）试选截面。由于轧制H型钢可以选用宽翼缘的形式，截面宽度较大，因此长细比的假设值可适当减小，假设λ＝60。对宽翼缘H型钢，因b/h＞0.8，所以不论对x轴或y轴都属于b类截面。当λ＝60时，按，由附表4.2查得φ＝0.734，所需截面面积和回转半径分别为

由附录6试选HW200×200×8×12见图4.21（c），其中

A＝64.28cm2，ix＝8.61cm，iy＝4.99cm，b/h＝200/200＝1＞0.8（符合规定）

翼缘厚度t＝12mm，取f＝310N/mm2。

2）截面验算。

①强度。因截面无孔洞削弱，可不验算强度。

②刚度为

，满足刚度要求。

，满足刚度要求。

③整体 稳定。由λmax＝λy＝70.1（按70.1），查附表4.2得φy＝0.656

则

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故满足整体稳定要求。

④局部稳定。因热轧H型钢的翼缘和腹板均较厚，可不验算局部稳定。

（3）焊接工字形截面见图4.21（d）。

1）试选截面。按试选截面程序:

假定λ＝80，对于焊接工字钢截面，翼缘板为剪切边，当绕x轴屈曲时属于b类截面，绕y轴屈曲时属于c类截面，按，查附表4.2得φx＝0.576；查附表4.3得φmin＝φy＝0.478。则所需截面面积和回转半径为

则

试选b＝h＝180mm，按此尺寸初选翼缘和腹板的平均厚度需要t＝280.98/（3×180）＝15（mm），这远超过局部稳定宽厚比限值所需要的，故不符合宽肢薄壁的经济原则，它表明假定的λ偏大，使Areq偏大和hreq、breq偏小，材料集中于形心轴附近。现将假定的λ适当减小并重新按试选截面程序:

假定λ＝60，按，查附表4.2得φx＝0.735；查附表4.3得φmin＝φy＝0.625。则所需截面面积和回转半径为

则

选用如图4.21（d）所示尺寸，即:

翼缘:2—250×10 面积:50cm2

腹板:1—200×6 面积:12cm2

截面面积:A＝50＋12＝62（cm2）

2）验算截面。截面几何特性

①强度。因截面无孔洞削弱，可不验算强度。

②刚度

，满足刚度要求。

，满足刚度要求。

③整体稳定。由λx（按57.3），绕x轴屈曲时属于b类截面，故由λx查附表4.2得φx＝0.755。

由λy（按54），绕y轴屈曲时属于c类截面，故由λy查附表4.3得φy＝0.673。

取φmin＝φy＝0.673，则

，满足整体稳定要求。

④局部稳定。

翼缘:满足要求。

腹板:满足要求。

截面无孔洞削弱，不必验算强度。

3）构造。因腹板高厚比小于80，故不必设置横向加劲肋。翼缘与腹板的连接焊缝最小焊脚尺寸，采用hf＝6mm。

（4）原截面改用Q235钢。

1）轧制工字钢。绕y轴屈曲时属于b类截面，由λf＝114查附表4.2，得φ＝0.470。

，满足整体稳定要求。

2）轧制H型钢。绕x轴和y轴屈曲均属b类截面，故由长细比的较大值λy＝70.1查附表4.2，得φ＝0.750。

，不满足整体稳定要求。

3）焊接工字形截面:绕x轴和y轴屈曲均属b类截面，故由长细比的较大值λy＝54查附表4.2，得φ＝0.748。，不满足整体稳定要求。

由本例计算结果可知:①轧制普通工字钢要比轧制H型钢和焊接工字形截面的面积大很多，另外，强轴方向的计算长度虽较长，但支柱的承载能力却是由弱轴方向所决定的，且强轴方向还富余很多；②改用Q235钢后，轧制普通工字钢的截面不增大时仍可安全承载，而轧制H型钢和焊接工字形截面却不能安全承载且相差很多，这是因为长细比大的轧制普通工字钢构件在改变钢号后，仍处于弹性工作状态，钢材强度对稳定承载力影响不大，而长细比小的轧制H型钢和焊接工字形截面构件，由于原设计的截面积比轧制普通工字钢就小许多，改变钢号后，钢柱中的应力已处于弹塑性工作状态，钢材强度对稳定承载力有显著影响；③HW型钢可增强弱轴方向的承载力，不但经济合理，制造省工，且截面选用方便。