钢结构厚板焊接与柱连接节点问题探讨--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

钢结构厚板焊接与柱连接节点问题探讨

发表时间：2020/12/24 来源：《基层建设》2020年第24期作者：孙晗陆文杰李斯麟

[导读] 摘要：随着居住条件的日益提高，人们对居住质量的要求也越来越高，高强度钢结构的建筑也随之应运而生。

        中国建筑第四工程局有限公司广东省广州市 510665
        摘要：随着居住条件的日益提高，人们对居住质量的要求也越来越高，高强度钢结构的建筑也随之应运而生。然而，在高层钢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，以期对相关工作人员提供借鉴。
        关键词：高层建筑；钢结构；厚板焊接；柱连接；节点形式
        引言
        随着国民经济的发展和人口城市化进程的加快，我国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来越高。同时，随着对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高，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[1]。但是，在高层钢结构制作过程中屡屡发生一些矛盾，急待统一和解决的问题不断出现，本文主要从以下三个方面进行探讨：
        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，中厚板大量采用，最厚达110mm。厚板主要应用在箱型柱和H型钢贴板柱的设计中。众所周知，厚板对于焊接层的位置如果发生断裂或者因为本身焊接过程中含有缺陷，那么一旦发生这种问题对于返修工作是极为不利的。如不能很好地解决，将造成巨大的经济损失。
        （一）对于箱型结果柱角的焊接口设计和选择
        对于箱型结构的焊接缝来说，柱角的敢接是箱型柱最关键的位置，也是最大的工作量。其中，柱角的焊接有四条主要的焊缝[2]。一般来说根据受力情况可以分为全焊透和部分焊透两种。正确的操作应该是焊缝的接口是坡形口，要保证焊接质量是第一要素。应该考虑到节点位置的传送和抗震的相关要求，在节点一定范围内可以采用全焊透焊接技术，并且设计成V型坡口且只在板的一侧开v型坡口。
        设计和选择焊缝坡口时应特别注意，当钢板用来传递通过钢板厚度方向的力时，可能引起层状撕裂。层状撕裂发生于高拘束应力的钢板中，理论上在任意厚度的钢板中都可能出现，但更多出现于厚钢板中，因为厚钢板上焊缝较厚，其冷却收缩较大，沿厚度方向的分应力就更大。坡口型式对控制层状撕裂有很大影响[3]。
        （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UT（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1～2mm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面将所有焊缝金属清除后进行，对于100mm左右的厚板，为此一点缺陷进行返修显然是得不偿失的[4]。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和点半的组装不匹配昌盛的，对于这种组装不匹配的情况下，焊接空隙容易造成夹蓬，二金属流动的时候在空隙处没有充分熔化导致没有焊透。所以在部件组装后，严格的审查时不可缺少的工序。也是确保焊接质量的有效措施。
        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（GB7O4-88）40×6（用于手工焊打底）和40×9（用于埋弧自动焊打底）两种规格。这样做的目的是使焊缝中的气体从反面逸出，可保证主焊缝根部的焊脚质量，以确保主焊缝坡口内有足够的位置进行打底[5]。
        厚板箱型柱焊接过程中的整体变形，如挠曲、扭曲变形控制是关系到箱型柱制作成败的关键，对于薄板箱型柱来说，一旦发生变形可以采用机械和火工按正来处理解决但对于厚板结构组合成箱型柱后，刚性强，采用火工或机械校正变形的效果甚微，焊接过程中一旦发生超差变形，往往造成报废，这类事故在钢结构制作中已有不少先例。控制整体焊接变形的关键在于在焊接工艺中采取行之有效的工艺程序和措施。
        1.首先箱型柱组装后，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10m范围内，支点不少于3点[6]。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

焊接时应两条焊缝“同时”施焊实际上是相差1m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，厚板加热时应采用电加热对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，避免中断后，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
        柱与柱的连接点技术兴起最早于20世纪的80年代的日本，采用高层钢结构全焊透设计技术。随后，欧美西方国家开始设计更好的高层钢结构，我国也在90年代中期开始研究这一技术。高层刚结构采用部分焊透的节点，这种方式成为了我国建筑设计结构的主要技术特点[7]。钢柱承受较大弯曲扭矩力的时候，全焊透比部分焊透节点的抗弯强度要高。但是对于厚板来说，柱与柱接头的环形焊缝在对接大量的金属后，可能在焊接检验的过程中有所缺陷，但是随着焊接熔点金属的增多，寒风中的残留应该比部分焊透节点中多的多。在发生一些地质灾害时，巨大的弯曲力作用下，这种潜在的压力就会暴露出很大的危险性，存在一定的安全隐患。所以不能片面的认为焊接的很疯金属越多就越安全。
        部分焊透节点一部分靠焊缝传递力，另一部分由未焊透部分上下节柱的密光顶紧来传递力，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》（GB505205-95）对磨光顶紧的要求是：接触面应有70%的面紧贴。用0.31mm厚塞尺检查。可插入的面积之和不得大于接触顶紧总面积的30%，边缘最大间隙不应大于0.8mm。
        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于平台或搁架上，在自然状态下用塞尺检验，这一状态不能很好地反映工地实际吊装后的情况[8]。钢柱在工地吊装过程中，因垂直度等因素的调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中已达到的磨光顶紧又出现超差。
        根据实际生产和现场吊装的统计分析，在目前情况下，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，钢柱的整体变形越小，对工地钢柱吊装就位后，因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20世纪80年代中期起步，与国外发达国家美国、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。目前国内尚无一条自动化的钢结构生产线，钢结构钻孔尚处于采用钻模板进行，而国外一般由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]吴辉宇，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，2009，（4）.
        [2]徐菁萍.环吊钢结构件焊接变形及控制[J].重工与起重技术，2007，（3）.
        [3]朱光照.重型厂房钢结构的制作、安装和焊接[J].现代焊接，2007，（11）.
        [4]王继红.影响钢结构焊接质量的环境因素和对策[J].四川建筑，2009，（2）.
        [5]傅婕婷.钢结构焊接连接柱拼接节点设计分析[J].化工设计，2008，（4）.
        [6]刘坤，王士奇，王玉华.钢结构梁柱栓焊混合连接节点的设计方法[J].钢结构，2008，（7）.
        [7]王磊，彭兴黔，许清杭.角焊缝连接设计中值得探讨的一个问题[J].钢结构，2004，（5）.
        [8]梁金昆，梁玉峰.关于钢结构连接设计的一些问题[J].钢结构，2003，（3）.