CN110083848B - 一种h型及箱型杆件侧面角焊缝简化计算方法 - Google Patents

Abstract

一种H型及箱型杆件侧面角焊缝简化计算方法，以大大减少焊缝设计计算工作量，且使钢结构受力更加合理。包括如下步骤：(1)根据轴力按照面积分配的原则，计算出腹板上分配的轴力Nf；(2)设定侧面角焊缝剪应力传递路径长度l；(3)按照侧面角焊缝上剪应力均匀分布计算出等效剪应力τ₁；(4)将等效剪应力乘以2，得到最大剪应力τ₂。

Description

一种H型及箱型杆件侧面角焊缝简化计算方法

技术领域

本发明涉及钢结构技术领域，特别涉及一种H型及箱型杆件侧面角焊缝简化计算方法。

背景技术

常规的钢结构构件有型钢以及由钢板焊接形成的组合构件，常用的组合构件截面型式有H型截面及箱型截面。

H型杆件及箱型杆件通常采用侧面角焊缝连接在一起，在设计计算过程中最重要的是角焊缝的焊脚高及焊缝的有效传力长度。角焊缝能承担的剪力与焊脚高和焊缝有效传力长度之积成正比，所以剪力一定时，如果焊缝有效传力长度长，则焊脚高就越小，如果焊缝有效传力长度越短，则焊脚高就越大。

根据我国《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10091-2017)规定：“顺受力方向的角焊缝的最大计算长度不应大于焊脚尺寸的50倍”，我国《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64—2015)规定：“侧面角焊缝的计算长度，当承受动荷载时，不宜大于50焊脚尺寸，承受静荷载时，不宜大于60倍焊脚尺寸”。这一规定对于大型杆件实施起来很困难，甚至无法实施，例如H型杆件腹板厚度很厚时，因为上述规定导致焊缝有效传力长度过短，所以焊脚高需要很大，造成设计加工困难。特别是对于大跨度钢结构桥梁，常出现上述情况。所以有必要研究清楚组合构件的焊缝有效传力长度，解决大型杆件的设计制造问题。

由于剪应力沿着焊缝是非均匀分布的，仅仅知道焊缝的有效传力长度还不够，还需要根据焊缝有效传力长度以及杆件所受的力得到平均剪应力及最大剪应力，便于确定焊脚高。目前，还未见相关的计算方法，因此，有必要研究一种简单的焊缝计算方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种H型及箱型杆件侧面角焊缝简化计算方法，以大大减少焊缝设计计算工作量，且使钢结构受力更加合理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种H型及箱型杆件侧面角焊缝简化计算方法，包括如下步骤：

(1)根据轴力按照面积分配的原则，计算出腹板上分配的轴力Nf：

Nf＝N/A_z×A_f

式中，N为杆件的轴向力，A_f为腹板面积，A_z为杆件总面积；

(2)设定侧面角焊缝剪应力传递路径长度l，H型杆件的侧面角焊缝剪应力传递路径长度为1.1h+1.3(m)，箱型杆件的侧面角焊缝剪应力传递路径长度为0.8h+2.0(m)，式中h为腹板高度；

(3)按照侧面角焊缝上剪应力均匀分布计算出等效剪应力τ₁：

τ₁＝Nf/(n×s×l)

式中，n为腹板上侧面角焊缝的条数，s为侧面角焊缝的有效计算厚度；

(4)将等效剪应力乘以2，得到最大剪应力τ₂：

τ₂＝2τ₁。

本发明的有益效果是，通过大量的计算总结出了侧面角焊缝的有效传力长度，解决了规范规定的焊缝计算长度过小的问题，可用于大型杆件的侧面角焊缝的设计；得出了侧面角焊缝等效剪应力及最大剪应力计算公式，可以根据杆件的受力，通过简单的计算得到焊缝了剪应力，进而确定焊缝的有效高度，大大的减小了计算工作量；通过本方法建成的国内某座铁路大跨度岷江大桥，并已成功推广应用于国内其他铁路大跨度钢桁梁桥的建设中，解决了技术难题，使结构受力更加合理。

附图说明

本说明书包括如下三幅附图：

图1是剪应力简化计算图示；

图2是实施例中H型杆件的断面结构和尺寸图；

图3是实施例中箱型杆件的断面结构和尺寸图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的针对目前还无侧面角焊缝剪应力简便计算方法的状况，提供一种H型及箱型杆件侧面角焊缝简化计算方法。该方法为了得出剪应力的简化计算公式，对以后的设计做出指导。图1中，虚线为焊缝实际剪应力曲线，点划线为焊缝简化三角形剪应力曲线，实线为焊缝等效剪应力曲线。简化等效过程中，根据轴力相等原则，三条曲线与坐标轴构成的图形的面积相等。

本发明一种H型及箱型杆件侧面角焊缝简化计算方法，包括如下步骤：

(1)根据轴力按照面积分配的原则，计算出腹板上分配的轴力Nf：

Nf＝N/A_z×A_f

式中，N为杆件的轴向力，A_f为腹板面积，A_z为杆件总面积；

(2)设定侧面角焊缝焊缝剪应力传递路径长度l；

(3)按照侧面角焊缝上剪应力均匀分布计算出等效剪应力τ₁：

τ₁＝Nf/(n×s×l)

式中，n为腹板上侧面角焊缝的条数，s为侧面角焊缝的有效计算厚度；

(4)将等效剪应力乘以2，得到最大剪应力τ₂：

τ₂＝2τ₁。

所述步骤(2)中，根据大量计算和通过曲线拟合，H型杆件的侧面角焊缝剪应力传递路径长度为1.1h+1.3(m)，箱型杆件的侧面角焊缝剪应力传递路径长度为0.8h+2.0(m)，式中h为腹板高度。

本发明通过大量的计算和曲线拟合总结出了侧面角焊缝的有效计算长度，解决了规范规定的焊缝计算长度过小的问题，可用于大型杆件的侧面角焊缝的设计。得出了侧面角焊缝等效剪应力及最大剪应力计算公式，可以根据杆件的受力，通过简单的计算得到焊缝了剪应力，进而确定焊缝的有效高度，大大的减小了计算工作量。

实施例：

本实施例应用于成贵铁路菜坝、五通岷江特大桥钢桁连续梁的杆件焊缝设计。该桥主跨为(140+224+140)m钢桁连续梁，是目前国内最大的钢桁连续梁，也是国内首次采用下弦曲线变高的连续梁。

1、H型杆件

参照图2，工字型斜腹杆模型长19.06m，翼缘板宽0.9m，厚0.036m，腹板高0.928m，厚0.028m。侧面角焊缝有效厚度为24mm。在杆件端头翼缘板上施加轴力N＝11802kN。

根据轴力按刚度分配原则，则腹板分配的轴力Nf为：

Nf＝11802/90784*25984＝3378kN

根据剪应力图，可以取l＝2.3m，则等效剪应力τ₁为：

τ₁＝3378000/2300/24/2＝30.6MPa

最大剪应力τ₂＝61.2MPa，与模型计算结果相吻合。另外，剪力产生的剪应力经计算为2.04MPa，所以总的剪应力为63.24MPa。

2、箱型杆件

参照图3、矩形竖腹杆长14.977m，腹板板宽0.944m，厚0.024m，翼缘端部增设倒圆角，半径为0.15m，翼缘板宽1.1m，厚0.028m，加劲肋宽0.24m，厚0.024m。侧面角焊缝厚度为16mm。在杆件端头翼缘板上施加轴力N＝25964kN。

选取16mm焊缝厚度为算例。根据剪应力图，可以取l＝2.8m，则等效剪应力τ₁为：

25964*1000*(944*24+240*24)/(924*24*2+1100*28*2+240*24*4)/2800/16/2＝63.4MPa

则最大剪应力τ₂＝126.8MPa，与模型计算结果相吻合。另外，剪力产生的剪应力经计算为27MPa，所以总的剪应力为153.8MPa。

Claims (1)

1.一种H型及箱型杆件侧面角焊缝简化计算方法，包括如下步骤：

(1)根据轴力按照面积分配的原则，计算出腹板上分配的轴力Nf：

Nf＝N/A_z×A_f

式中，N为杆件的轴向力，A_f为腹板面积，A_z为杆件总面积；

(2)设定侧面角焊缝剪应力传递路径长度l，H型杆件的侧面角焊缝剪应力传递路径长度为1.1h+1.3(m)，箱型杆件的侧面角焊缝剪应力传递路径长度为0.8h+2.0(m)，式中h为腹板高度；

(3)按照侧面角焊缝上剪应力均匀分布计算出等效剪应力τ₁：

τ₁＝Nf/(n×s×l)

式中，n为腹板上侧面角焊缝的条数，s为侧面角焊缝的有效计算厚度；

(4)将等效剪应力乘以2，得到最大剪应力τ₂：

τ₂＝2τ₁。

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