巖土輔導(dǎo)之脆性斷裂與疲勞破壞問題研究(3)

　　(3)構(gòu)造措施

　　疲勞計算之所以要把構(gòu)件連接分為8類,原因在于應(yīng)力集中的程度不同。應(yīng)力集中在焊接結(jié)構(gòu)中因焊接缺陷而產(chǎn)生，也因構(gòu)造形式而引起。焊接缺陷必須通過控制施工質(zhì)量和采取工藝措施|來消除,而構(gòu)造形狀改變則可以通過構(gòu)造措施使之緩和承受反復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu),其構(gòu)造應(yīng)注意選用應(yīng)力集中不嚴(yán)重的方案。比如一塊受軸力的板需要拼接時,能用對接焊縫解決就不用拼接板加角焊縫的辦法。因為用拼接板的方案屬于第6類,而用對接焊縫的方案重至少可以達(dá)到第3類。在必要的時候還可以把對接焊縫的余高磨去,則進一步上升為第2類。構(gòu)造要合理，能均勻、連續(xù)、平順地傳力，避免構(gòu)件截面劇烈變化。必要時用圓弧過渡。

　　當(dāng)必須采用應(yīng)力集中比較嚴(yán)重的方案時,應(yīng)盡量把應(yīng)力集中部位放在低應(yīng)力區(qū)。當(dāng)焊接I形截面梁采用雙層翼緣板時,經(jīng)常采用所示的外層翼緣緣截斷的構(gòu)造方式。因為簡支梁的彎矩總是從中部逐漸向支座處減小,當(dāng)彎矩減小到一定程度,外層翼緣板就可以截斷。圖所示的梁,按照抵抗彎矩的需要,外層翼緣在A點就可以截斷。但是如果A點處按第7類連接計算疲勞不滿足要求,則需把板適當(dāng)延長, 延至疲勞計算不控制梁的截面尺寸處,如圖所示的B點。外層翼緣延長雖然多用一些材料,但比起梁的內(nèi)層翼緣板全長都增大只寸還是節(jié)省。需要延長的只是受拉翼緣的飯,受壓翼緣并不需要延長。轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　要盡量選用剛度均勻的方案，焊縫連接處構(gòu)件的不均勻剛度,導(dǎo)致焊縫的變形和應(yīng)力分布不均,必然影響連接的疲勞性能。所示工字形牛腿與鋼柱用角焊縫的連接,牛腿端部有彎矩M和剪力V用由于柱翼緣變形,牛腿端部截面不能保持平面變形,牛腿翼緣的應(yīng)力也就不可能均勻分布。如果在牛腿翼緣端部柱子腹板上設(shè)置橫向加勁肋 ,便能改善應(yīng)力分布,提高連接的疲勞性能。

　　在角焊縫的焊跟和焊趾處,有嚴(yán)重的應(yīng)力集中,裂紋從這里開后,向焊縫內(nèi)部或主體金屬擴展。側(cè)面角焊縫因兩端應(yīng)力集中嚴(yán)重,疲勞破壞從端部開始。

　　圖11 角焊縫的疲勞破壞位置

　　正面角焊縫的疲勞強度與焊趾處焊邊夾角有關(guān),愈小,角焊縫的應(yīng)力集中系數(shù)愈小,則疲勞強度愈高。由于角焊縫傳力曲折,應(yīng)力集中嚴(yán)重,為改善耐疲勞性能,角焊縫表面應(yīng)加工成直線或凹形,焊腳尺寸比例應(yīng)保持正面角焊縫為l:l.5(長邊順內(nèi)力方向) ,側(cè)面角焊縫為1: 1。即使如此,角焊縫有效截面的疲勞強度仍較低,規(guī)范規(guī)定為8類。因此,直接承受動力荷載的連接,應(yīng)盡量避免采用角焊縫。當(dāng)必須采用角焊縫時,要進行疲勞驗算。轉(zhuǎn)自環(huán) 球 網(wǎng) 校edu24ol.com

　　T形連接可以用角焊縫,用部分熔透或全熔透的K型焊縫構(gòu)成。前二者疲強度很低。全熔透的K型焊縫的性能與對接焊縫的相同,在經(jīng)過加工,無損檢驗后,疲勞強度較高,宜用于直接承受動力荷載的T形連接。

　　不論對接焊縫或角焊縫,它們的疲勞強度都比母材的為低，在動力荷載作用時比較危險。因此,對直接承受動力荷載的焊縫連接,必須進行疲勞計算。

　　(4)正確使用

　　不在主要結(jié)構(gòu)上任意焊接附加的零件,不任意懸掛重物,不任意超負(fù)荷使用結(jié)構(gòu),要注意檢查維護,及時油漆防銹，避免任何撞擊和機械損傷,. 原設(shè)計在室溫工作的結(jié)構(gòu),在冬季停產(chǎn)檢修時要注意保暖等。

　　總之，合理設(shè)計(選材與構(gòu)造設(shè)計)、正確制造(工藝措施合理)、正確使用是提高結(jié)構(gòu)疲勞性能的有效方法。

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