2011年一級建筑物理與建筑設備輔導資料:焊接結構建筑工程強度

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目前輕鋼結構及鋼網(wǎng)架在我國被廣泛用于各類建筑物中,由于它的廣泛應用,在一定程度上促進了我國現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。在輕鋼及網(wǎng)架的生產(chǎn)過程中,焊接結構被廣泛采用。大量實踐及研究發(fā)現(xiàn),焊接結構有其自身的規(guī)律性,如不能正確掌握,焊接結構應用將受到限制,甚至會造成人們生命財產(chǎn)的巨大損失。因此,技術人員進行設計及驗證時,為滿足工況需要,應從下邊三個方面考慮: 一、在考慮整體應力計算的同時要考慮局部形狀的設計計算;
    二、考慮焊接結構工作特點,即結構合理又順應其工作特點;
    三、焊接結構的設計與工藝制造實施相一致,即設計中要考慮焊接工藝的實施,反過來工藝實施要考慮設計意圖。依據(jù)焊接學科研究成果結合徐州市輕鋼結構和網(wǎng)架生產(chǎn)企業(yè)的實踐經(jīng)驗,本文就不同荷載條件下焊接結構、接頭的工作性能、影響因素、結合試驗結果為焊接結構的選材、設計和制造提供參考見證;在焊接結構常見的斷裂部分,將從裂紋產(chǎn)生、擴展和止裂特性出發(fā),重點介紹焊接結構防斷設計選材原則;焊接結構失效分析,是從焊接結構強度設計失敗的一個側面,對破壞的構件進行分析,找出構件失效原因,為改善焊接結構設計提供參考資料。
    (一)常見的焊接接頭和焊縫類型
    1.焊接接頭
    在焊接結構中,通??刹捎貌煌问胶附咏宇^,有些接頭形式是焊接工藝所特有的,有些是用鉚接或螺栓接頭套用來的。一般說來前者可更好地符合焊接結構工作性能的要求。常見的焊接接頭有對接接頭、T接頭、角接頭和搭接接頭四種基本類型。
    對接接頭:不同板厚的對接接頭形式不同,一般薄板可采用卷邊接頭,或采用不開坡口單面焊縫形式,板厚增加可采用帶墊板不開坡口的單面焊縫接頭,但推薦采用不帶墊板的雙面焊縫對接接頭。為了保證焊透,對接接頭可在單面開坡口或雙面開坡口后焊接,坡口形狀有v形、u形、x型和K型等。
    對于埋弧自動焊工藝可采用與手弧焊相同的對接接頭形式,但坡口上的尺寸參數(shù)有一定的變化,如下圖。
    T形接頭:同樣有開坡口和不開坡口等形式,在該類接頭中采用不開坡口角焊縫施焊類型最為廣泛,一般可采用等角或不同焊腳尺寸的角焊縫。 角接頭:其特性介于對接接頭和T形接頭之間,接頭中焊縫可接近于對接焊縫和角焊縫。 搭接接頭:這種焊縫由鉚接或螺栓接頭轉(zhuǎn)化而來。搭接接頭中一般要用角焊縫施焊,它可以是側面焊縫、瑞面焊縫或是聯(lián)合焊縫、塞焊也是搭接接頭焊接方法之一。
    2.焊縫
    焊縫是由不同形式的焊接成形,主要分為對接焊縫(平面對接及曲面對接)角焊縫兩種。
    焊縫按其外表面形狀可以分為上凸及平面形狀,而角焊縫除上述兩種外,還可采用下凹焊縫。經(jīng)大量的焊縫成形試驗發(fā)現(xiàn),上凸焊縫表面上看似乎是加強了焊縫,加大了焊縫的截面積,實際上,上凸焊縫對接頭的工作是不利的,不能增大焊接截面的抗拉強度,這是因為在荷載作用下,上凸焊縫使傳力線發(fā)生歪扭。在焊縫向基體金屬過渡處產(chǎn)生應力集中而使焊縫與基體金屬結合處斷裂。為了提高對接焊縫的工作性能,可采用焊縫外形,這有利于力線的均勻傳遞,減少應力集中。對于角焊縫,可采用下凹焊縫,該焊縫外型使焊縫向基體金屬形成平滑過渡,可有效地減少應力集申,因而可較大的提高焊接接頭工作性能。
    輕鋼結構大都是角焊縫,故在實際生產(chǎn)中宜采用下凹焊縫而網(wǎng)架構件多宜采用上焊縫,可有效地提高焊接強度減少破壞。