2010年一級注冊建筑師鋼結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)精選(12)

　　3.對接焊縫的計算和構(gòu)造

　　( 1 )對接焊縫的計算

　　1 )對接焊縫的有效截面

　　施焊對接焊縫時應(yīng)在焊縫的兩端設(shè)置引弧板和引出板(以后一律簡稱引弧板)，如圖 6 一 13 所示，其材質(zhì)和坡口形式應(yīng)與焊件相同。焊接完畢，用氣割將引弧板切除，并將焊件邊緣修磨平整，嚴(yán)禁用錘將其擊落。此時對接焊縫的有效長度 lw 當(dāng)與焊件的寬度 b 相同。當(dāng)焊縫為焊透時，焊縫的有效厚度也與焊件厚度相同(焊縫表面的余高即凸起部分，常略去不計)。因此，對接焊縫的有效截面等于焊件的截面。當(dāng)無法使用引弧板施焊時設(shè)計規(guī)范中規(guī)定：每條焊縫的有效長度 lw 在計算時應(yīng)減去 2t ( t 為焊件厚度)，以考慮焊縫兩端在起弧和熄弧時的影響，此時兩者的截面就略有差異。

　　2 )對接焊縫的強度設(shè)計值

　　規(guī)范對對接焊縫的各種強度設(shè)計值作了如下規(guī)定;對接焊縫的抗壓強度設(shè)計值介、抗剪強度設(shè)計值介和焊縫質(zhì)量為一、二級時的抗拉和抗彎強度設(shè)計值介均取與焊件鋼材相同的相應(yīng)強度設(shè)計值，而對焊縫質(zhì)量為三級的廠則取相應(yīng)焊件鋼材強度設(shè)計值了的 0 . 85 倍，并取以 5N / rnm2 為倍數(shù)的整數(shù)。

　　關(guān)于焊縫質(zhì)量等級的標(biāo)準(zhǔn)在 《 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 》 中有明確規(guī)定，詳見該規(guī)范。例如除對設(shè)計要求全焊透的焊縫應(yīng)作外觀缺陷檢查外，一級焊縫要求對每條焊縫長度的 100%進(jìn)行超聲波探傷;二級焊縫則要求對每條焊縫長度的 20%且不小于 200mm 進(jìn)行超聲波探傷。對三級焊縫則要求僅作外觀檢查，不進(jìn)行超聲波檢查。又如外觀檢查時，對一級、二級焊縫不允許存在如表面氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷等各種缺陷，一級焊縫還不應(yīng)有咬邊，未焊滿和根部收縮等缺陷。而對二級和三級焊縫除裂紋及焊瘤一律不允許存在，其余的缺陷如咬邊和未焊透等則規(guī)定了其存在的不同程度。因此設(shè)計規(guī)范中認(rèn)為符合一、二級質(zhì)量等級的焊縫，其缺陷或是不存在或是不嚴(yán)重，因而其ftw可與焊件母材的 f 相同;而三級質(zhì)量等級的焊縫，其ftw應(yīng)較母材的為低，取ftw= 0.85f。

　　焊縫質(zhì)量等級應(yīng)由設(shè)計人員根據(jù)焊縫的重要性在設(shè)計圖紙上作出規(guī)定，制造廠則按圖紙要求進(jìn)行施焊和質(zhì)量檢查。

　　3 )對接焊縫連接的計算

　　一般情況下，對接焊縫的有效截面與所焊接的構(gòu)件截面相同，焊縫的受力情況與構(gòu)件相似，焊縫的強度設(shè)計值又與母材相等(一、二級焊縫時)，因此當(dāng)構(gòu)件已滿足強度要求時，對接焊縫的強度就沒有必要再進(jìn)行計算。

　　當(dāng)焊縫質(zhì)量等級為三級時，其抗拉和抗彎曲受拉的強度設(shè)計值ftw=0 . 85f ;當(dāng)對接焊縫不用引弧板施焊時，每條焊縫的有效長度應(yīng)較實際長度減小 2t ;對施工條件較差的高空安裝焊縫，由于焊接質(zhì)量較地面上施焊時難以保證，設(shè)計規(guī)范中規(guī)定其強度設(shè)計值應(yīng)乘以折減系數(shù) 0 . 9 ;對無墊板的單面施焊對接焊縫，由于不易焊滿，其強度設(shè)計值應(yīng)乘以折減系數(shù)0.85 。在上述各種情況下，對接焊縫的強度應(yīng)予驗算。

　　對接焊縫的強度計算方法與構(gòu)件截面強度計算相同。構(gòu)件截面強度的計算除少數(shù)情況外都是直接利用材料力學(xué)公式，因而焊縫強度也就完全可利用材料力學(xué)中的計算公式來進(jìn)行，這里就不一一提及。下面只作有關(guān)的幾點說明：

　　( a )后面受彎構(gòu)件(梁)設(shè)計計算中將提到，受彎構(gòu)件截面的強度計算，當(dāng)構(gòu)件不需驗算疲勞時，設(shè)計規(guī)范中規(guī)定容許截面上發(fā)展塑性變形，但在受彎對接焊縫的計算中不宜考慮發(fā)展塑性變形，即仍是利用材料力學(xué)公式進(jìn)行驗算：

　　式中MX? 對接焊縫截面所受的彎矩設(shè)計值;

　　Wx ? 焊縫有效截面的彈性截面模量， WX=IX/ymax，IX為焊縫有效截面對其中和軸的慣性矩， ymax 為由中和軸至截面上最遠(yuǎn)纖維的距離。

　　( b )在對接接頭和 T 形接頭中，承受彎矩和剪力共同作用的對接焊縫，除對其正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別按材料力學(xué)公式計算外，在同時受有較大正應(yīng)力和較大剪應(yīng)力處(例如梁腹板橫向?qū)雍缚p的端部)尚應(yīng)根據(jù)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下鋼材的屈服條件，按下式計算折算應(yīng)力：

　　式( 6 -2 )中不等號后的系數(shù) 1 . 1 ，是考慮到需驗算折算應(yīng)力的部位只是局部一點，因而把強度設(shè)計值予以提高 10 %。

　　( c )當(dāng)鋼板在軸心拉力作用下，對接正焊縫質(zhì)量等級為三級、強度不能滿足要求時，常改用斜焊縫以增加焊縫的長度使斜焊縫與鋼板等強，如圖 6 -14 所示。此時焊縫的強度可分別按下列兩式計算：

　　我國設(shè)計規(guī)范規(guī)定：當(dāng)斜焊縫與作用力 N 間的夾角 θ符合 tanθ≤ 1.5(即θ56 . 30 ) 時，其強度可不計算。具體設(shè)計時通常采用θ=45°

　　利用斜焊縫，需將鋼板斜切，當(dāng)鋼板寬度較大時可能使鋼板的損耗加大。因此，斜焊縫對接宜用于較狹的鋼板，例如可用于焊接工字形截面的受拉翼緣板的拼接，而不宜用于其腹板的拼接。

　　( 2 )對接焊縫的構(gòu)造要求

　　1 )凡上述對接焊縫都要求焊透，因此，需視焊件厚度對其邊緣采用不同的坡口形式進(jìn)行加工。通常當(dāng)焊件板厚在 10mm 及以下時，邊緣不需加工，稱為 I 形焊縫;當(dāng)板厚在 20mm 以下時常采用 V 形焊縫;板厚大于 20mm 時，則常采用 U 形、 X 形或 K 形焊縫，均見圖 6 -15 。當(dāng)為單面施焊時(見圖 6 -15a 一圖 6 -15d ) ，為了保證焊透，在一側(cè)施焊完畢后，常需翻過來在反面清除根部后進(jìn)行一次補焊(稱為封底焊)。如無條件進(jìn)行封底焊，則應(yīng)在正面施焊時在焊縫的根部加設(shè)臨時的墊板。我國設(shè)計規(guī)范中也容許部分焊透的對接焊縫，但其受力性能與上述不同，見規(guī)范第 7 . 1 . 5 條。

　　2 )在對接焊縫的拼接處，當(dāng)兩焊件寬度不同或厚度相差 4mm 以上時，應(yīng)分別在寬度方向或厚度方向從一側(cè)或兩側(cè)做成坡度不大于 1：2 . 5 的斜角如圖 6 -16 所示。對直接承受動力荷載且需要進(jìn)行疲勞驗算的結(jié)構(gòu)，斜角坡度不應(yīng)大于 1 ： 。當(dāng)厚度不同時，焊縫坡口的形式應(yīng)根據(jù)較薄焊件的厚度按國家標(biāo)準(zhǔn)取用。

　　3 )當(dāng)采用對接焊縫拼接鋼板時，縱橫兩方向的對接焊縫，可采用十字形交叉或 T 形交叉如圖 6 -17 所示。當(dāng)采用 T 形交叉時，交叉點應(yīng)分散，其間距不得小于 200mm 。

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