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      鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)最全歸納
      時(shí)間:2020-04-17 09:17:29 | admin

      1、建筑鋼材有兩種可能的破壞形式

      塑性破壞和脆性破壞,二者的特征可從塑性變形、名義應(yīng)力、斷口形式三方面來(lái)理解。影響脆性破壞的因素有有害化學(xué)元素、冶金缺陷等,但總的來(lái)看,鋼材的質(zhì)量、應(yīng)力集中和低溫的影響比較大。防止脆性破壞必須合理設(shè)計(jì)、正確制造和正確使用三者的相互配合。

      2、鋼材的σ-ε曲線在下列標(biāo)準(zhǔn)條件下獲得的:

      Ⅰ)標(biāo)準(zhǔn)試件(無(wú)應(yīng)力集中);

      Ⅱ)靜荷載一次拉伸到破壞;

      Ⅲ)試驗(yàn)溫度為20°C。

      按建筑鋼材的σ-ε曲線其工作可分為彈性、彈塑性、塑性和強(qiáng)化四個(gè)階段,并將其簡(jiǎn)化成理想彈塑性體。從拉伸試驗(yàn)得到抗拉強(qiáng)度f(wàn)u、屈服強(qiáng)度f(wàn)y、伸長(zhǎng)率δ5三個(gè)鋼材基本性能指標(biāo),fu、fy是靜力強(qiáng)度指標(biāo),δ5是鋼材在靜荷載作用下塑性性能指標(biāo)。承重結(jié)構(gòu)鋼材都應(yīng)具有這三個(gè)指標(biāo)合格的保證,對(duì)重要或需要冷加工的構(gòu)件,其鋼材尚應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證。

      3、沖擊韌性Cv

      沖擊韌性Cv是表示鋼材在動(dòng)力荷載作用下抵抗脆性斷裂能力指標(biāo),對(duì)直接承受較大動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)應(yīng)提出相應(yīng)沖擊韌性要求。

      4、應(yīng)力

      鋼材在靜荷載作用下,單向應(yīng)力時(shí),要求截面最大應(yīng)力不超過(guò)屈服點(diǎn);復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時(shí),要求折算應(yīng)力δeq不超過(guò)fy。

      5、理解各種因素對(duì)鋼材性能的不利影響

      對(duì)化學(xué)成分要分清有利元素和有害元素,應(yīng)特別注意碳、硫、磷的影響。重視應(yīng)力集中產(chǎn)生的影響,其后果是導(dǎo)致局部產(chǎn)生雙向或三向受拉的應(yīng)力狀態(tài),使鋼材變脆。應(yīng)通過(guò)合理的構(gòu)造措施(如平緩過(guò)度)盡量避免應(yīng)力集中。

      6、正確選擇鋼材和提出合理指標(biāo)要求

      規(guī)范推薦Q235、16Mn、16Mnq、15MnV、15MnVq鋼為承重結(jié)構(gòu)鋼,理解它們牌號(hào)的表示方法,冶金工廠對(duì)材質(zhì)應(yīng)保證的項(xiàng)目和能附加保證的項(xiàng)目,掌握根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的具體條件正確選擇鋼材和提出合理指標(biāo)要求的方法。

      7、掌握鋼板和型鋼的表示方法

      見(jiàn)附錄。

      附:鋼結(jié)構(gòu)牌號(hào)

      鋼結(jié)構(gòu)牌號(hào)

      GB/T5613-1995標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鑄鋼規(guī)定了兩種牌號(hào)表示方法

      1)以屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度力學(xué)性能為主的牌號(hào)表示方法,如ZG200-400等。ZG是代表鑄鋼的符號(hào),200和400分別是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的最低值( MPa).

      2)以化學(xué)成分為主的牌號(hào)表示方法,如ZG20Cr13等。Cr為鉻元素符號(hào),20為平均碳含量(以萬(wàn)分之幾計(jì)),13為鉻平均含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(%)。

      另加一些字母和符號(hào)分別表示不同的含義,如ZD345―570為一般工程與結(jié)構(gòu)用低合金鑄鋼;ZG200―400H為焊接結(jié)構(gòu)有用碳素鑄鋼;ZGMn 13為鑄鋼。

      拓展

      鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要有兩種:低碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。

      低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)最低由Q295開(kāi)始,而碳素結(jié)構(gòu)鋼最高的牌號(hào)是Q275截止,盡管對(duì)公稱屈服點(diǎn)的含義解釋相同,但數(shù)值并無(wú)重復(fù)且恰好銜接。

      1、碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)為:Q×××(A~D)+脫氧方式。其中Q×××表示屈服強(qiáng)度;A~D表示沖擊韌性質(zhì)量等級(jí)由底到高;在灌注過(guò)程中,由脫氧程度不同分鎮(zhèn)靜鋼〖TZ、Z〗,半鎮(zhèn)靜鋼〖b〗,沸騰鋼〖F〗。對(duì)于Q235來(lái)說(shuō),A、B兩級(jí)可以是(Z、b、F),C級(jí)只能是(Z),D級(jí)只能是(TZ)。

      2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼:在冶煉過(guò)程中添加少量幾種合金元素,使鋼的強(qiáng)度明顯提高,其中合金含量低于5%,故稱為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼;牌號(hào)表示與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同,質(zhì)量等級(jí)按沖擊韌性分為 A~E 5個(gè)等級(jí)。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的A、B級(jí)為鎮(zhèn)靜鋼,C、D、E級(jí)為特殊鎮(zhèn)靜鋼。

      3、合金結(jié)構(gòu)鋼:包括優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼;合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)共77個(gè),按主加合金元素劃分為24個(gè)鋼組。

      牌號(hào)含義:合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由數(shù)字和合金元素化學(xué)符號(hào)組成。數(shù)字表示此鋼平均含碳量是萬(wàn)分之幾;繼后的化學(xué)符號(hào)代表所加的合金元素,并后綴此元素平均含量的代表數(shù)碼(對(duì)各合金元素平均含量代碼的規(guī)定:當(dāng)小于1.5%時(shí)一般不寫(xiě),但當(dāng)如此表示發(fā)生牌號(hào)雷同時(shí)須將合金元素含量高的后邊標(biāo)1,以示區(qū)別;當(dāng)含量為1.5%~2.49%、2.50%~3.49%、3.50%~4.49%時(shí)分別寫(xiě)出2、3、4標(biāo)示,含量再高時(shí),以此類(lèi)推)。

      質(zhì)量等級(jí)標(biāo)記:在鋼的牌號(hào)末尾應(yīng)將所屬冶金質(zhì)量劃定的等級(jí)按規(guī)定加注標(biāo)記,優(yōu)質(zhì)鋼不加、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼加 A 、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼加 E。

      Q

      鋼材選擇時(shí)要做到結(jié)構(gòu)安全可靠,同時(shí)用材經(jīng)濟(jì)合理。影響鋼材選擇的因素:

      A

      1、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性;

      2、荷載性質(zhì)(靜載or動(dòng)載);

      3、連接方法(焊接、鉚接or螺栓連接);

      4、工作條件(溫度or腐蝕介質(zhì))

      對(duì)于重要結(jié)構(gòu)、直接承受動(dòng)荷載、處于低溫條件下的結(jié)構(gòu)及焊接結(jié)構(gòu),應(yīng)選用質(zhì)量較高的鋼材。

      輕鋼與重鋼的區(qū)別?

      首先,沒(méi)有輕鋼的叫法,輕鋼相對(duì)于普鋼。

      輕型鋼結(jié)構(gòu)是一個(gè)很模糊的概念,沒(méi)有嚴(yán)格的定義?! ?/p>

      判定結(jié)構(gòu)為普鋼與輕鋼結(jié)構(gòu)確實(shí)沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),很多有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師或項(xiàng)目經(jīng)理也常常不能完全說(shuō)明白,但我們可以以一些數(shù)據(jù)綜合考慮并加以判斷:

      1、廠房行車(chē)起吊重量:大于等于25噸,可以認(rèn)為為普鋼結(jié)構(gòu)了。

      2、每平米用鋼量:大于等于50KG/M2,可認(rèn)為是普鋼結(jié)構(gòu)。

      3、主要構(gòu)件鋼板厚度:大于等于10MM,輕鋼結(jié)構(gòu)用的較少。

      另外,還有一些參考值:如每平米造價(jià),最大構(gòu)件重量,最大跨度,結(jié)構(gòu)形式,檐高等,以上這些在判斷廠房是否為普鋼或輕鋼時(shí)可以提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),當(dāng)然現(xiàn)在很多建筑都是輕、普鋼都有。

      但有一些我們可以較肯定的說(shuō)是普鋼,如:石化廠房設(shè)施、電廠廠房、大跨度的體育場(chǎng)館、展覽中心,高層或超高層鋼結(jié)構(gòu)。

      普通鋼結(jié)構(gòu)的范圍很廣,可以包含各種鋼結(jié)構(gòu),不管荷載大小,甚至包括輕型鋼結(jié)構(gòu)的許多內(nèi)容,輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程只是針對(duì)其“輕”的特點(diǎn)而規(guī)定了一些更具體的內(nèi)容,而且范圍只局限在單層門(mén)式剛架。

      輕型鋼結(jié)構(gòu)是一個(gè)很模糊的概念,沒(méi)有嚴(yán)格的定義。  

      一般可以有兩種理解。一種是現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第十一章“圓鋼、小角鋼的輕型鋼結(jié)構(gòu)”,是指用圓鋼和小于L45×4和L56×36×4的角鋼制作的輕型鋼結(jié)構(gòu),主要在鋼材缺乏年代時(shí)用于不宜用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)制造的小型結(jié)構(gòu),現(xiàn)已基本上不大采用,所以這次鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范修訂中已基本上傾向去掉。

      另一種是《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》所規(guī)定的具有輕型屋蓋和輕型外墻的單層實(shí)腹門(mén)式剛架結(jié)構(gòu),這里的輕型主要是指圍護(hù)是用輕質(zhì)材料。

      由此可見(jiàn),輕鋼與普鋼之分不在結(jié)構(gòu)本身的輕重,而在所承受的圍護(hù)材料的輕重,而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念上還是一致的。

      H型鋼與工字鋼的區(qū)別

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      1、工字型鋼主要不論是普通型還是輕型的,由于截面尺寸均相對(duì)較高、較窄,故對(duì)截面兩個(gè)主袖的慣性矩相差較大*因此,一般僅能直接用于在其腹板平面內(nèi)受彎的構(gòu)件或?qū)⑵浣M成格構(gòu)式受力構(gòu)件。對(duì)軸心受壓構(gòu)件或在垂直于腹板平面還有彎曲的構(gòu)件均不宜采用,這就使其在應(yīng)用范圍上有著很大的局限

      2、 H型鋼屬于高效經(jīng)濟(jì)裁面型材(其它還有冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板等),由于 截面形狀合理,它們能使鋼材更高地發(fā)揮效能,提高承裁能力。不同于普通工字型的是H型鋼的翼繡進(jìn)行了加寬,且內(nèi)、外表面通常是平行的,這樣可便于用高強(qiáng)度螺桂和其他構(gòu)件連接。其尺寸構(gòu)成合理系列,型號(hào)齊全,便于設(shè)計(jì)選用。H型鋼的軋制不同于普通工字鋼僅用一套水平軋輥,由于其翼絳較寬且無(wú)斜度(或斜度很小),故須增設(shè)一組立式軋輥同時(shí)進(jìn)行輥軋。因此,其軋制工藝和設(shè)備都比普通軋機(jī)復(fù)雜。

      總之H型鋼是工字鋼的換代產(chǎn)品,所以兩者在實(shí)際應(yīng)用中選擇使用的標(biāo)準(zhǔn)是:盡量不用工字鋼。

      熱軋和冷軋的區(qū)別

      1、冷軋成型鋼允許截面出現(xiàn)局部屈曲,從而可以充分利用桿件屈曲后的承載力;而熱軋型鋼不允許截面發(fā)生局部屈曲。

      2、熱軋型鋼和冷軋型鋼殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因不同,所以截面上的分布也有很大差異。冷彎薄壁型鋼截面上的殘余應(yīng)力分布是彎曲型的,而熱扎型鋼或焊接型鋼截面上殘余應(yīng)力分布是薄膜型 。

      3、熱軋型鋼的自由扭轉(zhuǎn)剛度比冷軋型鋼高,所以熱軋型鋼的抗扭性能要優(yōu)于冷軋型鋼。

      拓展

      熱軋優(yōu)點(diǎn)

      熱軋的優(yōu)點(diǎn)是可以破壞鋼錠的鑄造組織,細(xì)化鋼材的晶粒,并消除顯微組織的缺陷,從而使鋼材組織密實(shí),力學(xué)性能得到改善。這種改善主要體現(xiàn)在沿軋制方向上,從而使鋼材在一定程度上不再是各向同性體;澆注時(shí)形成的氣泡、裂紋和疏松,也可在高溫和壓力作用下被焊合。

      熱軋缺點(diǎn)

      一是經(jīng)過(guò)熱軋之后,鋼材內(nèi)部的非金屬夾雜物(主要是硫化物和氧化物,還有硅酸鹽)被壓成薄片,出現(xiàn)分層(夾層)現(xiàn)象。分層使鋼材沿厚度方向受拉的性能大大惡化,并且有可能在焊縫收縮時(shí)出現(xiàn)層間撕裂。焊縫收縮誘發(fā)的局部應(yīng)變時(shí)常達(dá)到屈服點(diǎn)應(yīng)變的數(shù)倍,比荷載引起的應(yīng)變大得多。

      二是不均勻冷卻造成的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力是在沒(méi)有外力作用下內(nèi)部自相平衡的應(yīng)力,各種截面的熱軋型鋼都有這類(lèi)殘余應(yīng)力,一般型鋼截面尺寸越大,殘余應(yīng)力也越大。殘余應(yīng)力雖然是自相平衡的,但對(duì)鋼構(gòu)件在外力作用下的性能還是有一定影響。如對(duì)變形、穩(wěn)定性、抗疲勞等方面都可能產(chǎn)生不利的作用。

      冷軋是指在常溫下,經(jīng)過(guò)冷拉、冷彎、冷拔等冷加工把鋼板或鋼帶加工成各種型式的鋼材。

      冷軋優(yōu)點(diǎn)

      優(yōu)點(diǎn)是成型速度快、產(chǎn)量高,且不損傷涂層,可以做成多種多樣的截面形式,以適應(yīng)使用條件的需要;冷軋可以使鋼材產(chǎn)生很大的塑性變形,從而提高了鋼材的屈服點(diǎn)。

      冷軋缺點(diǎn)

      缺點(diǎn)一是雖然成型過(guò)程中沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱態(tài)塑性壓縮,但截面內(nèi)仍然存在殘余應(yīng)力,對(duì)鋼材整體和局部屈曲的特性必然產(chǎn)生影響。

      二是冷軋型鋼樣式一般為開(kāi)口截面,使得截面的自由扭轉(zhuǎn)剛度較低。在受彎時(shí)容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn),受壓時(shí)容易出現(xiàn)彎扭屈曲,抗扭性能較差。

      三是冷軋成型鋼壁厚較小,在板件銜接的轉(zhuǎn)角處又沒(méi)有加厚,承受局部性的集中荷載的能力弱。

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      (基本的焊接符號(hào))

      1、焊接是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式,有對(duì)接焊縫和角焊縫兩種基本形式。

      常用的焊接方法有手工焊、自動(dòng)(或半自動(dòng))埋弧焊。手工焊焊條型號(hào)應(yīng)與主體金屬?gòu)?qiáng)度相適應(yīng)。施焊過(guò)程中可能產(chǎn)生裂紋、氣孔、燒穿、弧坑等缺陷。為保證焊縫質(zhì)量,應(yīng)根據(jù)焊縫等級(jí)按各自不同的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量檢查。

      2、焊縫

      為保證焊縫質(zhì)量和便于施焊,對(duì)接焊縫要求按焊件厚度采用不同形式的坡口,坡口形式有I形、單邊V形、V形、U形、K形、X形等。對(duì)于沒(méi)有采用引弧板的焊縫,計(jì)算時(shí)焊縫長(zhǎng)度要考慮起落弧的影響。對(duì)接焊縫截面上的應(yīng)力分布與母材相同,強(qiáng)度計(jì)算公式也相同,軸力作用下一般采用直縫,強(qiáng)度不足時(shí)可采用斜焊縫,當(dāng)傾斜角度θ≤56°時(shí),可不進(jìn)行焊縫強(qiáng)度計(jì)算,在彎矩、剪力共同作用下的計(jì)算公式也可采用材料力學(xué)公式。

      3、角焊縫受力復(fù)雜,按受力不同分為側(cè)焊縫和端焊縫

      為保證焊接質(zhì)量,規(guī)范對(duì)焊腳尺寸hf及焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw等都作了構(gòu)造規(guī)定。角焊縫計(jì)算以最小焊縫截面為計(jì)算截面,且不論抗拉、抗壓及抗剪均采用同一強(qiáng)度設(shè)計(jì)值£fw。對(duì)角焊縫在軸心力、彎矩、扭矩、剪力及幾個(gè)力共同作用下的受力進(jìn)行了分析并推導(dǎo)出不同情況下的計(jì)算公式,應(yīng)熟練掌握。

      4、焊接

      施焊時(shí),由于不均勻的溫度場(chǎng),使桿件產(chǎn)生焊接變形和焊接應(yīng)力,這對(duì)結(jié)構(gòu)在常溫、靜載作用下的承載力沒(méi)有影響,但增大了結(jié)構(gòu)的變形,降低了結(jié)構(gòu)的剛度、疲勞強(qiáng)度以及穩(wěn)定承載力。從設(shè)計(jì)和施工方面應(yīng)采取不同措施減小或消除殘余應(yīng)力和殘余變形,如設(shè)計(jì)上盡量使焊縫對(duì)稱布置;施焊時(shí)應(yīng)采用合理的施焊次序等。

      5、螺栓排列

      普通螺栓排列時(shí),規(guī)范根據(jù)受力、構(gòu)造和施工三方面的要求規(guī)定了容許距離,針對(duì)螺栓幾種可能的排列形式,提出了不同的防止措施,在確定單個(gè)螺栓承載力設(shè)計(jì)值的基礎(chǔ)上,分析了螺栓群在不同荷載作用下的受力和計(jì)算方法。

      6、高強(qiáng)度螺栓

      高強(qiáng)度螺栓是通過(guò)特制扳手?jǐn)Q緊螺帽,使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力,將板件壓緊。在外力作用下,板件間產(chǎn)生很大的摩擦力。摩擦型高強(qiáng)螺栓就是依靠摩擦力傳遞剪力的。當(dāng)剪力等于摩擦力時(shí),連接應(yīng)定達(dá)到極限狀態(tài)。掌握其受力性能,傳力方式及各種計(jì)算方法,并與普通螺栓加以對(duì)照理解分析。

      附錄:

      焊接符號(hào)單元的位置

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      帶坡口焊縫符號(hào)使用范例

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      箭頭側(cè)的卷邊焊縫符號(hào)范例

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      接頭類(lèi)型不止一種時(shí)采用組合焊縫符號(hào)范例

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      畫(huà)有圓圈的焊縫及符號(hào)范例

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      封底和打底焊道的符號(hào)

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      角焊縫的尺寸標(biāo)注

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      Q

      什么因素決定了角焊縫的尺寸?

      A

      角焊縫尺寸由焊縫尺寸中最短的焊腳高來(lái)決定

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      鋼結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力就是指的焊接殘余應(yīng)力嗎?還是焊接殘余應(yīng)力只是其中的主要部分?

      1,鋼結(jié)構(gòu)的焊接過(guò)程是在焊件局部區(qū)域加熱熔化,然后冷卻凝固的熱過(guò)程,由于不均勻的溫度場(chǎng),導(dǎo)致構(gòu)件不均勻的膨脹和收縮,從而使構(gòu)件內(nèi)部殘存應(yīng)力并引起變形,通稱的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形。

      2,殘余應(yīng)力是鋼材在熱軋、氧割、焊接的加熱和冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的,先冷卻部分形成壓應(yīng)力,后冷卻部分形成拉應(yīng)力。

      3,焊接殘余應(yīng)力按其方向可劃分為縱向殘余應(yīng)力、橫向殘余應(yīng)力和厚度方向殘余應(yīng)力三種。

      4,焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的影響

      <1>,剛度——由于在殘余拉應(yīng)力區(qū)域提前進(jìn)入塑性狀態(tài)而剛度降為零,繼續(xù)增加的外力僅由彈性區(qū)承擔(dān),因此構(gòu)件變形必然增大,剛度減小。

      <2>,靜力強(qiáng)度——?dú)堄鄳?yīng)力對(duì)靜力強(qiáng)度并無(wú)影響。

      <3>,壓桿的穩(wěn)定承載力——有殘余應(yīng)力的壓桿,在殘余應(yīng)力區(qū)提前進(jìn)入塑性狀態(tài),截面的彈性區(qū)減小,桿件的抗彎剛度也相應(yīng)減小,因此其穩(wěn)定承載力降低。

      <4>,疲勞強(qiáng)度和溫度冷脆——由于塑性變形受到約束,材料變脆,使裂紋容易產(chǎn)生和開(kāi)展,疲勞強(qiáng)度也會(huì)降低,在低溫情況下,更容易形成冷脆裂紋。

      5,焊接殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

      焊接殘余變形不僅影響結(jié)構(gòu)的尺寸,使裝配困難,而且使構(gòu)件產(chǎn)生初偏心和初彎曲等初始缺陷,在受荷載時(shí)引起附加內(nèi)力,影響其承載能力。

      6,焊接殘余應(yīng)力的分布與大小

      殘余應(yīng)力的分布、大小與截面的形狀、尺寸、制造方法和加工過(guò)程等有關(guān),而與鋼材的強(qiáng)度等級(jí)關(guān)系不大。

      7,減少焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的方法:

      如上所述,焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)性能均有不利影響,故應(yīng)減小殘余應(yīng)力并控制殘余變形過(guò)大,使其符合〈施工規(guī)范〉的規(guī)定,否則應(yīng)進(jìn)行矯正。殘余應(yīng)力和殘余變形在焊接過(guò)程中是相互關(guān)連的。為了減小殘余變形,在施焊時(shí)應(yīng)對(duì)焊件進(jìn)行加強(qiáng)約束。

      為了減小我們應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面:

      〈1〉設(shè)計(jì)方面

      〈2〉制造、焊接工藝方面。

      焊接殘余應(yīng)力分類(lèi)及影響:

      焊接殘余變形:焊接的不均勻加熱和高溫區(qū)的熱態(tài)塑性壓縮,使構(gòu)件冷卻后產(chǎn)生一些殘余變形,如縱向縮短,橫向縮短,彎曲變形,角變形和扭曲變形等。

      焊接殘余應(yīng)力分類(lèi):

      1)縱向焊接殘余應(yīng)力;

      2)橫向殘余應(yīng)力;

      3)沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力;

      4)約束狀態(tài)下產(chǎn)生的焊接應(yīng)力。

      焊接殘余應(yīng)力的影響

      1)對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響:對(duì)于具有一定塑性的材料,在靜力荷載作用下,焊接殘余應(yīng)力是不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的;

      2)對(duì)剛度的影響:焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度;

      3)對(duì)壓桿穩(wěn)定的影響:焊接殘余應(yīng)力會(huì)使壓桿的撓曲剛度減小,從而必定降低其穩(wěn)定承載力;

      4)對(duì)低溫冷脆的影響:在厚板和有三軸交叉焊縫的情況下,將產(chǎn)生三軸焊接殘余應(yīng)力,阻礙塑性變形,在低溫下使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展,加速構(gòu)件的脆性破壞;

      5)對(duì)疲勞的影響:焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度有不利影響,使焊縫及其附近產(chǎn)生高額殘余拉應(yīng)力。

      減少焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的方法

      1)采用合理的施焊次序:例如鋼板對(duì)接時(shí)采用分段退焊,厚焊縫采用分層焊,工字形截面按對(duì)角跳焊等;

      2)施焊前給構(gòu)件一個(gè)和焊接變形相反的預(yù)變形,使構(gòu)件在焊后產(chǎn)生的焊接變形與之正好抵消;

      3)對(duì)于小尺寸焊件,在施焊前預(yù)熱,或施焊后回火(加熱至600°C左右,然后緩慢冷卻),可以消除焊接殘余應(yīng)力。也可以用機(jī)械方法或氧炔焰局部加熱反彎以消除焊接變形。

      合理的焊縫設(shè)計(jì)

      為了減少焊接應(yīng)力與焊接變形,設(shè)計(jì)時(shí)在構(gòu)造上采取一些措施:

      1)焊接的位置要合理,焊縫的布置應(yīng)盡可能對(duì)稱于構(gòu)件重心,以減少焊接變形。

      2)焊縫尺寸要適當(dāng),在允許范圍內(nèi),可以采用較小焊腳尺寸,并加大焊縫長(zhǎng)度,使需要的焊縫總面積不變,以免因焊腳尺寸過(guò)大而引起過(guò)大的焊接殘余應(yīng)力。焊縫過(guò)厚還可能引起施焊時(shí)燒穿、過(guò)熱等現(xiàn)象。

      3)焊縫不宜過(guò)度集中。

      4)應(yīng)盡量避免三向焊縫相交,為此可使次要焊縫中斷,主要焊縫連續(xù)通過(guò)。

      5)要考慮鋼板的分層問(wèn)題,避免垂直于板面?zhèn)鬟f拉力。

      此外,為了保證焊接質(zhì)量,還應(yīng)注意:焊縫連接構(gòu)造要盡可能避免仰焊,并且施焊時(shí)焊條易于到達(dá)。

      拓展

      殘余應(yīng)力的簡(jiǎn)圖一般用直線或不太復(fù)雜的曲線組成。

      ◆ 1、軋制普通工字鋼:翼緣厚度比腹板的厚度大的多,腹板在型鋼熱軋后先冷卻,翼緣在冷卻的過(guò)程中受到與其連接的腹板的牽制作用,因此翼緣產(chǎn)生拉應(yīng)力,而腹板的中部受到壓縮產(chǎn)生壓應(yīng)力;

      ◆ 2、軋制H型鋼:翼緣的尖端先冷卻,因此具有較高的殘余壓應(yīng)力;

      ◆ 3、焊接工字鋼:翼緣具有軋制邊或火焰切割以后又經(jīng)過(guò)刨邊的焊接工字形截面,其殘余應(yīng)力與H型鋼類(lèi)似,只是翼緣與腹板連接處的殘余拉應(yīng)力可能達(dá)到屈服強(qiáng)度;

      ◆ 4、具有火焰切割翼緣的焊接工字型截面:翼緣切割時(shí)的溫度場(chǎng)和焊縫施焊時(shí)類(lèi)似,因此邊緣產(chǎn)生拉應(yīng)力,翼緣與腹板連接處的殘余拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到屈服強(qiáng)度;

      ◆ 5、用很厚的翼緣板組成的焊接工字型截面:沿翼緣的厚度殘余應(yīng)力也有很大變化,板的外表具有殘余壓應(yīng)力,板端的應(yīng)力很高可達(dá)到屈服強(qiáng)度,而板的內(nèi)表在腹板連接焊縫處具有很高的殘余拉應(yīng)力;

      ◆ 6、焊接箱型截面:在連接焊縫處具有高達(dá)屈服強(qiáng)度的殘余拉應(yīng)力,而在截面的中部殘余壓應(yīng)力隨板件的寬厚比和焊縫的大小而變化,當(dāng)寬厚比放大到40時(shí)殘余壓應(yīng)力只有0.2fy左右;

      ◆ 7、等邊角鋼:等邊角鋼的殘余應(yīng)力,其峰值與角鋼邊的長(zhǎng)度有關(guān);

      ◆ 8、軋制鋼管:軋制鋼管沿壁厚變化的殘余應(yīng)力,他的內(nèi)表面在冷卻時(shí)因受到先已冷卻的外表面的約束故有殘余拉應(yīng)力,而外表面具有殘余壓應(yīng)力。(熱軋圓管的拉壓殘余應(yīng)力都比較?。?/p>

      殘余應(yīng)力使構(gòu)件剛度降低,對(duì)壓桿的承載能力有不利影響,殘余應(yīng)力的分布情況不同,影響程度也不同。此外,殘余應(yīng)力對(duì)兩端鉸接的等截面挺直桿的影響和對(duì)有初彎曲柱的影響也是不同的。柱的長(zhǎng)度不同,殘余應(yīng)力的影響也不相同。


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