钢结构厚板焊接与柱连接节点问题探讨.pdf

2 0 0 9 年第2 4 期 总第 1 3 5 期 I l 国高新技术企业 C hine s e h i t e e h e n t e r p r i s e N0 24 2 00 9 Cu mu l a t i v e t y NO 1 3 5 钢结构厚板焊接与柱连接节点问题探讨 钟 启进 江西省机械施 工公 司 江西 南 昌 3 3 0 0 9 6 摘要 随着居住条件的 日益提高 A 4 f 对居住质量的要求也越来越高 高强度铜结构的建筑也随之应运而生 然而 在高 层铜结构制作过程中屡屡发生一些矛盾 亟待统一和解决 文章就此分析了高层钢结构制作过程中的厚板焊接 柱与柱 连接的节点型式等问题 以期对相关 7 作人员提供借鉴 关键词 高层建筑 钢结构 厚板焊接 柱连接 节点形式 中图分类号 T G 4 5 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 2 3 7 4 2 0 0 9 2 4 0 1 3 5 0 2 随着国民经济的发展和人口城市化进程的加快 我同住宅 建设持续空前发展 人们的居住条件逐步提高 并对居住质量 的要求也越米越高 同时 随着对高层及趟 岛层建筑的结构体 系的研究 口趋完善 计算技术的发展 施 T技术水平的 断提 高 使高层和超高层建筑迅猛发展 与此同时 高强度钢结构的 建筑也随之应运而生 但是 在高层钢结构制作过程中屡屡发 牛一些矛盾 急待统一和解决的问题不断出现 本文主要从以 下i个方面进行探讨 一 厚板焊 接 在高层建筑钢结构的下部或地下层钢结构柱的设计中 中 厚板大毋采川 最厚达1 l O m n 厚板主要应H j 在箱型柱和H型钢 贴扳柱的设计中 众所周知 厚板焊接对层状撕裂 裂纹 夹渣 等焊接缺陷的敏感性大 另一难题足 厚板焊接后 一旦发生焊 接缺陷 返修的工作量大 如不能很好地解决 将造成巨大的经 济损失 一 箱型柱角端焊缝坡口的设计和选择 箱型柱角端焊缝是箱型柱最关键和焊接工作量最大的4 条 主焊缝 一般接受力情况分全焊透和部分焊透两种类型 正确设计和选择焊缝的坡 口型式是确保焊接质量的首要 因素 考虑到节点区域 力的传送 不 1 I 抗震要求 在节点一定范围 尤须采用全焊透焊缝 当板厚 3 6 mm 时 全焊透和部分焊透坡 口均为v 形 全焊透焊缝增设焊接垫板 当板厚 h a 对于箱 钢柱米讲 目前采用c 型坡 口 对于直角边 侧的焊接质量较难控制 因此一般均采用b 型坡口 r 二 1111二 L L t b L j 图1对层状撕裂敏感性大小的坡 口对比 二 全焊透v 型坡 口根部焊接质量控制 生产实践表明 全焊透v 型坡口带垫板焊缝 焊接完成后 用u T 超声波探伤 或x光无损检测时发现在焊缝根部 即母材 与垫板相连接区域 深度1 2 mm出现未焊透 夹渣和气孔的缺 陷频率较高 对此处的缺陷 限于箱型柱的结构形式 返修只能从焊缝 的正而将所有焊缝金属清除后进行 对于1 0 0 ra m左右的厚板 为此一点缺陷进行返修显然是得不偿失的 因此如何采取有效 的工艺措施避免这种缺陷的发生 就成为箱型柱焊接中不容忽 视的一个问题 1 产生这一缺陷的原因首先是在钢板与垫板组装时装配 不良而产生的 如图2 所示 对于a b 两种不 良组装情况下 空隙 处容易造成夹蓬 熔敷金属流动时在空隙处未充分熔化而造成 未焊透 因此在部件组装后严格检查是必不可少的工艺程序 其次在组装成箱型柱后打底焊采 I 3 2 ram 的细直径焊条 也 是确保焊接质量的有效措施 陷性黄土地区建筑规范 中的有关规定 在采用大而积填土作 为建筑地基时 应符合国家标准 建筑地基基础设计规范 G B 5 0 0 0 7 的有关规定 换填时应根据建筑体型 结构特点 荷 载性质和地质条件 并结合施工机械设备与当地材料来源等综 合分析 进行换填垫层的设计 选择换填材料和夯压施工方法 参考文献 l 马楚城 换填法在基础处理技术中的应用 J J 西部探矿工 程 2 0 0 4 1 O 2 吴海宝 换填法建筑地基处理的工程实录 J J 有色冶金设 计与研 究 2 0 0 4 3 3 1 5 1 巍 王青娟 换填法地基处理相关问题讨论 J 矿山机 械 1 9 9 9 1 2 4 付志俊 片石碎石垫层在高地下水位地基处理中的应用 J 西山科技 2 0 0 1 S 1 1 3 5 图2铜板与垫板缉装情况 2 另外应注意的是垫板在组装时应矫正平直 垫板一般 采用标准扁钢 G B 7 0 4 8 8 4 0 6 用于手工焊打底 和4 0 9 用于埋弧自动焊打底 两种规格 组装前扁钢与钢板区域应严 格清除铁锈 油污和水分等妨碍焊接的杂质 3 垫板与钢板的组装焊接T艺程序正确 与否 也是影响 该此焊接质量的重要因素 如网3 所示两条焊缝1 i f2 焊接的先后 次序一定要注意 应先进行焊缝1 的定位焊 然后进行焊缝2 的连 续焊 焊脚一般为3 mm 左右 最后再将焊缝l 进行连续焊或不焊 根据结构要求而定 这样做的目 的是使焊缝2 中的气体从反面 逸出 可保证主焊缝根部的焊脚质量 另外焊缝2 的焊脚最好不要 大于3 mm 以确保主焊缝坡口内有足够的位置进行打底 1 图3 垫板组装时的焊接工 艺程序 三 箱型柱整体焊接变形控制 厚板箱型柱焊接过程中的整体变形 如挠 扭曲变形控 制是关系到箱型柱制作成败的关键 对于薄板箱 柱米说 一 旦发生变形可以采用机械和火lT按正米处理解决但对于厚板 结构组合成箱型柱后 刚性强 采用火 T或机械校正变形的效 果甚微 焊接过程中一旦发 上超差变形 往往造成报废 这类事 故在钢结构制作中已有 少先例 控制整体焊接变形的关键在 于在焊接工艺r I 采取行之有效的工艺程序和措施 I 首先筘型柱组装后 应放置在平台或搁架上 要确保箱 型柱下面垫实 垫平 在长度l O m 范同内 支点不少丁3 点 焊接 时应两条焊缝 同时 施焊实际上是相差1 t n 左右 两台焊机一前 一 后同方向拖焊 翻身进行另外两条焊缝焊时亦如上述一样方 法 注意4 条焊缝应始终保持同一方向 对于厚板应经常翻身 不可一次施焊完成 2 其次应注意加热和层问温度的控制 厚板加热时应采 朋电加热 J 4 条焊缝同时进行 以使箱型柱整体受热均匀 另外 值得注意的是4 条焊缝一旦开始焊接 一定要持续作业完成 避 免巾断后 反复加热使箱型柱热应力增加而引起的多变应力变 形 3 对有熔化嘴电渣焊隔板的箱型柱 电渣焊的程序应注 意在箱型柱长度方向上采取先中间后两边的方法 每一隔扳的 两条电渣焊最好同时进行 这样可避免箱型柱的旁弯 二 柱与柱连接的节点型式问题 柱与柱连接的节点在2 O 世纪8 O 年代巾期 日本设计的高层 钢结构中大都采用全焊透型式 9 0 年代后 随着欧美等国设计 的高层钢结构在我国的不断增多 高层钢结掏中逐步采用部分 焊透的节点 这两种节点形式代表了建筑结构设计中的两种流 派 当钢柱承受较大弯矩力时 全焊透节点理论上比部分焊透 节点抗弯强度要高 但是对于厚板 柱与柱接头的环形焊缝 堆 一 1 3 6一 积大量的焊缝金属后 虽然在焊后检验I I 未有超差缺陷 但随 着焊接熔敷金属的增多 潜在焊缝l f I 的残余应力势必比部分焊 透节点巾多的多 在发生罕遇地震时 巨大的弯矩力作用下 这 一 潜在的残余应力就暴露出很大的危险 从这一点来说不能片 面的认为焊接的焊缝金属越多越可靠 部分焊透节点一部分靠焊缝传递力 另一部分南未焊透部 分上下节柱的密光顶紧米传递力 因此部分焊透节点的可靠性 很重要一部分在于密光顶紧是否能真正的达到效果 钢结构 工程施工及验收规范 G B 5 0 5 2 0 5 9 5 对磨光顶紧的要求是 接触面应有7 0 的面紧贴 No 3 1 mm 厚塞 检查 可捕人的面 积之和不得大于接触顶紧总面积的3 0 边缘最大间隙不应大 于0 8 m m 钢柱在工厂制作完成后 上下节柱的磨光顶紧验收方法是 将上下节钢柱平放l丁平台或搁架上 在自然状态下用塞几检 验 这一状态不能很好地反映丁地实际吊装后的情况 钢柱在 工地吊装过程l l I 1人 l 垂赢度等 素的凋整都将使上下节柱的接 触情况发生改变 使原来在工厂预装过程r I 已达到的磨光顶紧 义出现超差 根据实际牛产和现场吊装的统计分析 往 日前情况下 要 保证这一节点达到设计要求的效果 关键仍在于工厂对钢结构 件的整体制作精度的控制 钢牲的辂体变形越小 对工地钢柱 吊装就位后 调整而偏离工厂预装状态的偏差越小 对磨光 顶紧等越能达到预期的设计效果 三 结语 我国高层钢结构制作从2 0 世 e 8 o 年代I I I 期起步 与国外发 达国家荚国 日本 加拿大 欧洲一些国家相比设备和工艺还处 于相对落后阶段 日前国内尚无一条自动化的钢结构牛产线 钢 结构钻孑 L 尚处于采 Il 进行 而国外一般南三维数控钻床立 体操作 焊接和预热也实现一体化 随着我国高层钢结构的不断 发展 高效 自动化的钢结构生产将具有广阔的发展前景 参考文献 1 吴辉宁 向青山 钢结构温度效应分析及焊接 变形与应 力控制 J 中外建筑 2 0 0 9 4 2 菁萍 环吊钢结构件焊接变形及控制 J J 重工与起重技 术 2 0 0 7 3 3 J 朱光照 重型厂房钢结构的制作 安装和焊接U j 现代焊 接 2 0 0 7 1 1 4 J 王继红 影响钢结构焊接质量的环境因素和对策U L 四川 建筑 2 0 0 9 2 5 傅婕婷 钢结构焊接连接柱拼接节点设计分