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

　　3.對(duì)接焊縫的計(jì)算和構(gòu)造

　　( 1 )對(duì)接焊縫的計(jì)算

　　1 )對(duì)接焊縫的有效截面

　　施焊對(duì)接焊縫時(shí)應(yīng)在焊縫的兩端設(shè)置引弧板和引出板(以后一律簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)對(duì)接焊縫的有效長(zhǎng)度 lw 當(dāng)與焊件的寬度 b 相同。當(dāng)焊縫為焊透時(shí)，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(jì))。因此，對(duì)接焊縫的有效截面等于焊件的截面。當(dāng)無(wú)法使用引弧板施焊時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定：每條焊縫的有效長(zhǎng)度 lw 在計(jì)算時(shí)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(shí)的影響，此時(shí)兩者的截面就略有差異。

　　2 )對(duì)接焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

　　規(guī)范對(duì)對(duì)接焊縫的各種強(qiáng)度設(shè)計(jì)值作了如下規(guī)定;對(duì)接焊縫的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值介、抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值介和焊縫質(zhì)量為一、二級(jí)時(shí)的抗拉和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值介均取與焊件鋼材相同的相應(yīng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，而對(duì)焊縫質(zhì)量為三級(jí)的廠則取相應(yīng)焊件鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jí)的標(biāo)準(zhǔn)在 《 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 》 中有明確規(guī)定，詳見(jiàn)該規(guī)范。例如除對(duì)設(shè)計(jì)要求全焊透的焊縫應(yīng)作外觀缺陷檢查外，一級(jí)焊縫要求對(duì)每條焊縫長(zhǎng)度的 100%進(jìn)行超聲波探傷;二級(jí)焊縫則要求對(duì)每條焊縫長(zhǎng)度的 20%且不小于 200mm 進(jìn)行超聲波探傷。對(duì)三級(jí)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(shí)，對(duì)一級(jí)、二級(jí)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(jí)焊縫還不應(yīng)有咬邊，未焊滿(mǎn)和根部收縮等缺陷。而對(duì)二級(jí)和三級(jí)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(jì)規(guī)范中認(rèn)為符合一、二級(jí)質(zhì)量等級(jí)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(jí)質(zhì)量等級(jí)的焊縫，其ftw應(yīng)較母材的為低，取ftw= 0.85f。

　　焊縫質(zhì)量等級(jí)應(yīng)由設(shè)計(jì)人員根據(jù)焊縫的重要性在設(shè)計(jì)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(duì)接焊縫連接的計(jì)算

　　一般情況下，對(duì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值又與母材相等(一、二級(jí)焊縫時(shí))，因此當(dāng)構(gòu)件已滿(mǎn)足強(qiáng)度要求時(shí)，對(duì)接焊縫的強(qiáng)度就沒(méi)有必要再進(jìn)行計(jì)算。

　　當(dāng)焊縫質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)時(shí)，其抗拉和抗彎曲受拉的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ftw=0 . 85f ;當(dāng)對(duì)接焊縫不用引弧板施焊時(shí)，每條焊縫的有效長(zhǎng)度應(yīng)較實(shí)際長(zhǎng)度減小 2t ;對(duì)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(shí)難以保證，設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以折減系數(shù) 0 . 9 ;對(duì)無(wú)墊板的單面施焊對(duì)接焊縫，由于不易焊滿(mǎn)，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以折減系數(shù)0.85 。在上述各種情況下，對(duì)接焊縫的強(qiáng)度應(yīng)予驗(yàn)算。

　　對(duì)接焊縫的強(qiáng)度計(jì)算方法與構(gòu)件截面強(qiáng)度計(jì)算相同。構(gòu)件截面強(qiáng)度的計(jì)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(qiáng)度也就完全可利用材料力學(xué)中的計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行，這里就不一一提及。下面只作有關(guān)的幾點(diǎn)說(shuō)明：

　　( a )后面受彎構(gòu)件(梁)設(shè)計(jì)計(jì)算中將提到，受彎構(gòu)件截面的強(qiáng)度計(jì)算，當(dāng)構(gòu)件不需驗(yàn)算疲勞時(shí)，設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定容許截面上發(fā)展塑性變形，但在受彎對(duì)接焊縫的計(jì)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(yàn)算：

　　式中MX? 對(duì)接焊縫截面所受的彎矩設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)接接頭和 T 形接頭中，承受彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫，除對(duì)其正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別按材料力學(xué)公式計(jì)算外，在同時(shí)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(jì)算折算應(yīng)力：

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

　　( c )當(dāng)鋼板在軸心拉力作用下，對(duì)接正焊縫質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)、強(qiáng)度不能滿(mǎn)足要求時(shí)，常改用斜焊縫以增加焊縫的長(zhǎng)度使斜焊縫與鋼板等強(qiáng)，如圖 6 -14 所示。此時(shí)焊縫的強(qiáng)度可分別按下列兩式計(jì)算：

　　我國(guó)設(shè)計(jì)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(shí)，其強(qiáng)度可不計(jì)算。具體設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)可能使鋼板的損耗加大。因此，斜焊縫對(duì)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(duì)接焊縫的構(gòu)造要求

　　1 )凡上述對(duì)接焊縫都要求焊透，因此，需視焊件厚度對(duì)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(shí)，邊緣不需加工，稱(chēng)為 I 形焊縫;當(dāng)板厚在 20mm 以下時(shí)常采用 V 形焊縫;板厚大于 20mm 時(shí)，則常采用 U 形、 X 形或 K 形焊縫，均見(jiàn)圖 6 -15 。當(dāng)為單面施焊時(shí)(見(jiàn)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(guò)來(lái)在反面清除根部后進(jìn)行一次補(bǔ)焊(稱(chēng)為封底焊)。如無(wú)條件進(jìn)行封底焊，則應(yīng)在正面施焊時(shí)在焊縫的根部加設(shè)臨時(shí)的墊板。我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范中也容許部分焊透的對(duì)接焊縫，但其受力性能與上述不同，見(jiàn)規(guī)范第 7 . 1 . 5 條。

　　2 )在對(duì)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(shí)，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(duì)直接承受動(dòng)力荷載且需要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的結(jié)構(gòu)，斜角坡度不應(yīng)大于 1 ： 。當(dāng)厚度不同時(shí)，焊縫坡口的形式應(yīng)根據(jù)較薄焊件的厚度按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)取用。

　　3 )當(dāng)采用對(duì)接焊縫拼接鋼板時(shí)，縱橫兩方向的對(duì)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(shí)，交叉點(diǎn)應(yīng)分散，其間距不得小于 200mm 。

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