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鋼結(jié)構(gòu)梁有哪些存在問題
2015/5/17 3:56:39
鋼梁在結(jié)構(gòu)中有那些問題存在?
梁是工作于橫向彎曲的構(gòu)件,各種機器及鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)中都包括有梁。特別近幾年來,隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,焊接的梁因可以滿足不同使用功能和承載功能的要求而成為鋼結(jié)構(gòu)的主要架構(gòu)模式,廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用及國防中。梁的制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜,剛度大,焊縫數(shù)量多,平面交叉焊縫、立體焊縫交叉易引起應(yīng)力集中,甚至出現(xiàn)三向應(yīng)力。為防止焊接變形,減小焊接應(yīng)力,梁的制作對裝配焊接工藝和順序提出了很高要求。
一、通用鋼梁的截面形式
根據(jù)構(gòu)件的使用功能和載荷需要,通用鋼梁的截面形式主要有工字梁(H形梁、T形梁和箱形梁)。1、工字梁(H形梁);近幾年來,隨著科技的迅速發(fā)展,焊接的工字鋼梁因具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)形式和良好的力學(xué)性能而成為鋼結(jié)構(gòu)的主要架構(gòu)模式,廣泛應(yīng)用于工業(yè)及工業(yè)廠房和民用建筑中。工字型橫梁適用于在彎曲情況下承受載荷,因為這種梁在一定的橫截面積下,穩(wěn)定性好。例如;南京長江大橋的橫梁都是采用工字鋼梁。2、T形梁;T形梁的制作一般由豎板和橫板焊接而成。它一般是由于結(jié)構(gòu)需要而設(shè)計制作。3、箱形梁;箱形梁主要由翼緣板、腹板、內(nèi)部加肋板(主要是橫向隔板和縱向加肋板)及外部連接件組成。箱形梁具有強度大,剛性好的顯著優(yōu)點多用于橋梁工程領(lǐng)域。
二、鋼梁焊接過程中出現(xiàn)的問題及產(chǎn)生的原因
1、鋼梁焊接過程中出現(xiàn)的問題;在梁的焊接過程中實質(zhì)上是焊件局部加熱后又冷卻凝固的過程,焊接過程由于產(chǎn)生不均勻的溫度場,導(dǎo)致構(gòu)件應(yīng)力分布不均勻,產(chǎn)生不均勻的膨脹和收縮變形。尤其是當(dāng)這些部位的收縮和膨脹受到阻礙時,在梁內(nèi)就產(chǎn)生殘余應(yīng)力與變形。梁的變形主要有彎曲變形、撓曲變形、角變形和扭曲變形。2、鋼梁焊接變形產(chǎn)生的原因;(1)焊接方法的影響,梁的焊接通常采用焊條電弧焊、CO2氣體保護焊、埋孤焊等焊接方法。這些方法中因在焊接時對母材的熱輸入不同,引起的焊接殘佘應(yīng)力與變形也不同。在這幾種焊接方法中,埋弧焊的熱輸入最大,在焊縫截面相同情況下,埋弧引起的焊接變形最大,焊條電弧焊引起的焊接變形量居中,而CO2氣體保護焊引起的焊接變形最小。(2)焊縫截面積的影響,焊接時,焊縫金屬的截面積越大,向母材輸入的熱量就越多,冷卻時引起的收縮變形量就越大。板厚相同時,坡口尺寸越大,焊接變形也越大。(3)接頭形式的影響,焊接工程中,在相同的焊接熱輸入、相同的焊縫截面積、相同的焊接方法等條件下,不同的接頭形式對縱縫、橫縫、角縫的變形量不同。單面焊時坡口角度大,板厚方向上上下收縮量差別大,因此易產(chǎn)生角變形。雙面焊時隨著坡口角度和間隙的減小,角變形也減小。(4)熱輸入的影響,鋼梁的焊接時,熱輸入越大,冷卻速度越慢,加熱的高溫范圍越大,變形越大。(5)焊接層數(shù)的影響;對于大厚度板梁,有時需要大厚度、大尺寸焊縫,焊接時若將大尺寸焊縫分成幾層或多層焊時,每層的焊接熱輸入可小些,焊接變形也可減小。(6)焊接順序的影響;梁的焊接是一個復(fù)雜的過程,梁的焊縫布置是一個立體結(jié)構(gòu)的布置,因此先焊哪道焊縫、后焊哪道焊縫對焊接應(yīng)力與變形影響顯著。3、預(yù)防焊接變形的措施;(1)設(shè)計方面措施,梁的焊接時的焊縫尺寸直接關(guān)系到焊接變形和焊接工作量的大小。焊縫尺寸大,不僅可引起很大的焊接殘余應(yīng)力與變形,也增加了焊接工作量,使焊工疲勞,難以保證焊接質(zhì)量。因此在保證結(jié)構(gòu)承載能力的前提下,盡可能地減小焊縫尺寸。(2)工藝方面措施;1)控制下料質(zhì)量;下料時應(yīng)選擇材質(zhì)優(yōu)良、表面平直的鋼板。下料時還要考慮焊接的金屬收縮量,留足余量。2)反變形法;反變形是預(yù)先估計梁的變形方向和大小,焊接前采取反方向的變形,焊接后使兩種變形互相抵消。3)剛性固定法;剛性固定法是將構(gòu)件在焊接前加以固定來限制構(gòu)件的變形。4)合理地選擇焊接方法和焊接參數(shù);盡可能選用熱輸入小的焊接方法可以有效地阝一防止焊接變形。5)選擇合理的焊接順序;合理的焊接順序可以減小和避免梁的焊接變形。
梁是工作于橫向彎曲的構(gòu)件,各種機器及鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)中都包括有梁。特別近幾年來,隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,焊接的梁因可以滿足不同使用功能和承載功能的要求而成為鋼結(jié)構(gòu)的主要架構(gòu)模式,廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用及國防中。梁的制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜,剛度大,焊縫數(shù)量多,平面交叉焊縫、立體焊縫交叉易引起應(yīng)力集中,甚至出現(xiàn)三向應(yīng)力。為防止焊接變形,減小焊接應(yīng)力,梁的制作對裝配焊接工藝和順序提出了很高要求。
一、通用鋼梁的截面形式
根據(jù)構(gòu)件的使用功能和載荷需要,通用鋼梁的截面形式主要有工字梁(H形梁、T形梁和箱形梁)。1、工字梁(H形梁);近幾年來,隨著科技的迅速發(fā)展,焊接的工字鋼梁因具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)形式和良好的力學(xué)性能而成為鋼結(jié)構(gòu)的主要架構(gòu)模式,廣泛應(yīng)用于工業(yè)及工業(yè)廠房和民用建筑中。工字型橫梁適用于在彎曲情況下承受載荷,因為這種梁在一定的橫截面積下,穩(wěn)定性好。例如;南京長江大橋的橫梁都是采用工字鋼梁。2、T形梁;T形梁的制作一般由豎板和橫板焊接而成。它一般是由于結(jié)構(gòu)需要而設(shè)計制作。3、箱形梁;箱形梁主要由翼緣板、腹板、內(nèi)部加肋板(主要是橫向隔板和縱向加肋板)及外部連接件組成。箱形梁具有強度大,剛性好的顯著優(yōu)點多用于橋梁工程領(lǐng)域。
二、鋼梁焊接過程中出現(xiàn)的問題及產(chǎn)生的原因
1、鋼梁焊接過程中出現(xiàn)的問題;在梁的焊接過程中實質(zhì)上是焊件局部加熱后又冷卻凝固的過程,焊接過程由于產(chǎn)生不均勻的溫度場,導(dǎo)致構(gòu)件應(yīng)力分布不均勻,產(chǎn)生不均勻的膨脹和收縮變形。尤其是當(dāng)這些部位的收縮和膨脹受到阻礙時,在梁內(nèi)就產(chǎn)生殘余應(yīng)力與變形。梁的變形主要有彎曲變形、撓曲變形、角變形和扭曲變形。2、鋼梁焊接變形產(chǎn)生的原因;(1)焊接方法的影響,梁的焊接通常采用焊條電弧焊、CO2氣體保護焊、埋孤焊等焊接方法。這些方法中因在焊接時對母材的熱輸入不同,引起的焊接殘佘應(yīng)力與變形也不同。在這幾種焊接方法中,埋弧焊的熱輸入最大,在焊縫截面相同情況下,埋弧引起的焊接變形最大,焊條電弧焊引起的焊接變形量居中,而CO2氣體保護焊引起的焊接變形最小。(2)焊縫截面積的影響,焊接時,焊縫金屬的截面積越大,向母材輸入的熱量就越多,冷卻時引起的收縮變形量就越大。板厚相同時,坡口尺寸越大,焊接變形也越大。(3)接頭形式的影響,焊接工程中,在相同的焊接熱輸入、相同的焊縫截面積、相同的焊接方法等條件下,不同的接頭形式對縱縫、橫縫、角縫的變形量不同。單面焊時坡口角度大,板厚方向上上下收縮量差別大,因此易產(chǎn)生角變形。雙面焊時隨著坡口角度和間隙的減小,角變形也減小。(4)熱輸入的影響,鋼梁的焊接時,熱輸入越大,冷卻速度越慢,加熱的高溫范圍越大,變形越大。(5)焊接層數(shù)的影響;對于大厚度板梁,有時需要大厚度、大尺寸焊縫,焊接時若將大尺寸焊縫分成幾層或多層焊時,每層的焊接熱輸入可小些,焊接變形也可減小。(6)焊接順序的影響;梁的焊接是一個復(fù)雜的過程,梁的焊縫布置是一個立體結(jié)構(gòu)的布置,因此先焊哪道焊縫、后焊哪道焊縫對焊接應(yīng)力與變形影響顯著。3、預(yù)防焊接變形的措施;(1)設(shè)計方面措施,梁的焊接時的焊縫尺寸直接關(guān)系到焊接變形和焊接工作量的大小。焊縫尺寸大,不僅可引起很大的焊接殘余應(yīng)力與變形,也增加了焊接工作量,使焊工疲勞,難以保證焊接質(zhì)量。因此在保證結(jié)構(gòu)承載能力的前提下,盡可能地減小焊縫尺寸。(2)工藝方面措施;1)控制下料質(zhì)量;下料時應(yīng)選擇材質(zhì)優(yōu)良、表面平直的鋼板。下料時還要考慮焊接的金屬收縮量,留足余量。2)反變形法;反變形是預(yù)先估計梁的變形方向和大小,焊接前采取反方向的變形,焊接后使兩種變形互相抵消。3)剛性固定法;剛性固定法是將構(gòu)件在焊接前加以固定來限制構(gòu)件的變形。4)合理地選擇焊接方法和焊接參數(shù);盡可能選用熱輸入小的焊接方法可以有效地阝一防止焊接變形。5)選擇合理的焊接順序;合理的焊接順序可以減小和避免梁的焊接變形。
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