實(shí)腹鋼梁的焊接變形計(jì)算

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1、實(shí)腹鋼梁的焊接變形計(jì)算：本文采用英國(guó)鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)手冊(cè)中的方法，對(duì)某實(shí)際工程汽機(jī)房屋面實(shí)腹鋼梁拼合截面中的焊縫變形進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算。由此得知焊接變形是可以預(yù)測(cè)的，并可以事先考慮其影響?！　￡P(guān)鍵詞：實(shí)腹鋼梁，焊縫，焊接變形　　1.前言　　現(xiàn)在越來(lái)越多的中國(guó)設(shè)計(jì)公司在按不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)承接著世界各地鋼構(gòu)件的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出來(lái)的鋼構(gòu)件需要滿足世界各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，這就需要設(shè)計(jì)公司要熟練掌握相應(yīng)的國(guó)外的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，才能在國(guó)際化分工中站在有利的位置上?！　≡阡摻Y(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，設(shè)計(jì)者、細(xì)部設(shè)計(jì)者和制造商都允許偏差的存在。這是因?yàn)榧词拱?/p>

2、照非常高的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造，也無(wú)法保證每一個(gè)尺寸的絕對(duì)精確。恰恰在這里，一定的允許偏差卻是必需的，按照慣例，允許偏差值應(yīng)在圖中標(biāo)注。在鋼結(jié)構(gòu)工程中，考慮到許多構(gòu)件的尺寸很大以及軋制型鋼、焊接型鋼產(chǎn)品帶來(lái)的偏差，要取得很小的偏差所付出的代價(jià)非常大。因此從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)考慮其習(xí)慣做法是按照在一般工廠環(huán)境下可以做得到的合理的標(biāo)準(zhǔn)制作構(gòu)件并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，使其在現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)能夠吸收小的偏差?！　‖F(xiàn)在許多工廠已經(jīng)安裝了按照長(zhǎng)度進(jìn)行號(hào)料和切割構(gòu)件、鉆孔及將板切削成形的數(shù)控（NC）設(shè)備。數(shù)控設(shè)備在很大程度上取代了用來(lái)進(jìn)行手工預(yù)加工

3、（如號(hào)料、切割和鉆孔）節(jié)點(diǎn)安裝的（或其他的）模板。數(shù)控設(shè)備的使用極大地提高了精度，不需要進(jìn)行修整和擴(kuò)孔調(diào)整就能取得較好的允許偏差，然而，引起尺寸偏差的主要因素是熔化的焊接金屬冷卻收縮引起的焊接變形。引起的總變形與焊縫尺寸、焊接過(guò)程中輸入的熱量、焊道的數(shù)量、受約束的程度以及材料厚度有關(guān)?！　?.工程實(shí)例簡(jiǎn)介　　汽機(jī)房屋面是火力發(fā)電廠主廠房的一個(gè)重要組成部分。汽機(jī)房屋面一般采用T型鋼屋架和實(shí)腹鋼梁兩種。某工程采用實(shí)腹鋼梁形式，由于實(shí)腹鋼梁的跨度達(dá)到30.0m，需要的截面高度達(dá)到1.5m，而熱軋H型鋼在市場(chǎng)上能

4、買到的最大截面為HN700X300X13X24,長(zhǎng)度僅為12m，這顯然是不能滿足本工程的實(shí)際需求。因此本工程采用焊接H型鋼組合截面，其截面采用BH1500X500X20X30。材料采用Q345B，焊條采用E50型?！　?.焊接變形計(jì)算表格　　圖1介紹了焊接變形的各種形式，以及如何通過(guò)采取臨時(shí)約束進(jìn)行預(yù)先調(diào)整或用增加額外的初始長(zhǎng)度的辦法減小焊接變形的影響。這些措施通常是在工廠里完成的，并在咨詢過(guò)程中由焊接工程師和細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)者計(jì)算出來(lái)。當(dāng)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)，在工廠制造圖的詳圖中，構(gòu)件長(zhǎng)度應(yīng)該預(yù)加焊件的收縮余

5、量?！　　　D1焊接變形　　4.計(jì)算實(shí)例　　下面的例子利用圖1計(jì)算圖2所示焊接H型鋼的焊接變形的允許偏差。　　通過(guò)計(jì)算求得（1）引起的翼緣板角的總變形。（2）用于抵消腹板與翼緣焊接引起的長(zhǎng)度方向總收縮的板附加長(zhǎng)度。（3）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼接的對(duì)接焊收縮變形，可以由此確定梁詳圖中的預(yù)加長(zhǎng)度?！　　　D2焊接BH1500X500X20X30　　翼緣總角變形　　采用埋弧焊，焊角高度12mm，雙面角焊縫　　上、下翼緣：焊縫厚度a==8.485mm　　翼緣厚度tf=30mm　　N=3　　由圖1.（a）得，V=3.4°　　所

6、以，引起的翼緣角變形如圖3所示?！　　　D3翼緣的角變形　　雖然角變形對(duì)結(jié)構(gòu)是無(wú)害的，但是會(huì)影響構(gòu)件的細(xì)部構(gòu)造，尤其是在拼接接頭和支座處。因此需要在制作過(guò)程中考慮采用圖1所示的定位板或預(yù)調(diào)整措施，來(lái)減少焊接變形的影響。　　總收縮　　利用圖1（b）　　收縮d=4.878kCL(A　　Am2　　A=(500x30)x2[(1500-60)x20]=58800mm2　　k=0.8~1.2　　對(duì)于k=0.8　　d=4.878x0.8x5.0x30.150x=2.88mm　　或者，對(duì)于k=1.2d=4.32mm　　

7、因此板的總長(zhǎng)度需增加4.0mm。　　對(duì)接焊縫的收縮變形　　利用圖1（c）　　下翼緣。見(jiàn)圖4的對(duì)接焊縫詳圖?！　∫坏缹?duì)接焊縫引起的收縮為d=2.0mm　　兩道對(duì)接焊縫引起的收縮為2d=4.0mm　　　　圖4翼緣的焊接　　　　因此，接頭兩側(cè)的翼緣長(zhǎng)度應(yīng)分別增加1mm，如圖所示。正常的施工工藝為首先進(jìn)行翼緣的焊接。這樣腹板的焊接是在受約束的情況下進(jìn)行的，其詳圖如圖5所示，焊縫根部間隙增加2mm?！　　　D5腹板的焊接　　綜上所述由于焊縫引起的收縮而需要增加板的長(zhǎng)度為4＋2＋2＝8mm　　在這個(gè)算例中，只有第（3

8、）項(xiàng)焊接變形需要在完成工廠制造圖后立即注明，因?yàn)榈冢?）、（2）項(xiàng)的內(nèi)容是由制造產(chǎn)生的，應(yīng)在工廠制造過(guò)程中加以考慮，這樣的話，交貨的構(gòu)件就可以在現(xiàn)場(chǎng)考慮到焊接收縮變形?！　?.結(jié)論　　通過(guò)以上的計(jì)算得知――焊接變形是可以預(yù)測(cè)的，并可以事先考慮其影響，但是一些制造商寧愿在梁柱結(jié)構(gòu)中放棄使用焊接，而全部采用螺栓連接。然而，在拼合截面中焊接是必須的，因此應(yīng)該了解并采取措施消除焊接變形的影響。