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钢结构焊接连接柱拼接节点设计

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：卢成坤代兴发

[导读] 摘要：针对钢结构焊接连接柱节点设计现状,进行科学合理的分析,详细介绍合理设计钢结构焊接连接柱拼接节点的重要性、影响钢结构焊接缺陷主要因素。

        山东科技大学 266590
        摘要：针对钢结构焊接连接柱节点设计现状,进行科学合理的分析,详细介绍合理设计钢结构焊接连接柱拼接节点的重要性、影响钢结构焊接缺陷主要因素。针对海洋钢结构预制过程中关键节点的焊接变形进行了分析及探讨结合实际的施工情况,对施工过程中的关键控制点进行梳理并提出了合理的控制措施，希望能够给相关工作人员提供一定的参考与帮助。
        关键字：钢结构；焊接连接；焊接过程；海洋钢结构；环境因素
        引言：近些年来，由于钢结构的应用范围越来越广泛，通讨科学分析钢结构焊接连接柱节点设计要点,能够为钢结构连接柱节点设计人员更好地了解焊接柱结构特点，提升钢结构连接柱的整体拼接质量。一般情况下，钢结构焊接连接柱拼装节点设置在内力较小的位置，对于钢结构焊接连接柱拼接人员来讲,在实际工作当中，要认真遵守焊接顺序,减少应力集中现象的出现，避免钢结构焊接连接柱节点出现变形。
        1 焊前控制
        钢材的焊前组装过程是海洋钢结构预制过程中的一项重要内容，此过程不仅要对杆件位置、尺寸及材质进行确认，也要对组对坡口角度、组对间隙进行控制，同时对于关键节点易变形位置要进行相应的支撑及加固，本节将分别针对坡口角度、组对间隙及支撑形式对焊接变形的影响进行相应分析。
        1.1组对坡口角度，组对间隙对焊接变形的影响
        海洋钢结构关键节点的组对坡口形式主要分为四种分别是单面V形坡口，双面V形坡口，单面单边V形坡口，双面单边V形坡口，海洋钢结构中关键节点基本上采用全熔透的焊接形式，根据材料壁厚及组对形式的不同，可分别采用以上4种坡口形式。
        焊接时，由于电弧热作用，电弧附近周围的金属温度显著提高，离电弧较远的金属温度就较低，这样焊件就出现不均匀的热膨胀。加热部分的金属根据受热程度不同，就要相应地伸长，而未加热部分的金属要维持原来的长度且保持固定，因此加热处的伸长受到冷金属的阻碍，限制了加热金属部分的自由伸长，当加热部分产生的应力超过金属的屈服强度是就会产生塑性变形。一半金属的屈服强度会随着温度的升高而降低，在600℃时钢材的屈服强度等于零，可见焊接量越大，钢材的后续变形越明显。
        对于钢材组对的坡口角度及根部间隙均有非常明确的要求。若实际数据比要求的小，则无法满足全熔透焊接的要求及强度，若坡口角度及组对间隙过大，则必然导致后续的焊接量增加,容易产生更大的变形。
        所以，在焊前组对阶段，对于坡口角度、组对间隙的测量及控制对于后续的结构焊接变形情况至关重要。
        2 焊接过程控制
        海洋钢结构的关键节点在组装后必然会有大量的焊接工作，对应的热输入必然增大，焊接产生的收缩及变形也就相应增大。因此，在该结构焊接过程中，对于焊接电流、电弧电压、焊接顺序的控制在一定程度上对控制结构的变形也有着十分重要的意义。
        2.1焊接电流及电弧电压控制
        对于海洋钢结构关键节点的焊接，均有相应的焊接工艺作为焊接支持，基本的热输入公式如下:
        热输入=0.06x电弧电压x焊接电流:焊接速度。由上式可以看出，焊接电流、电弧电压若超出工艺规定的范围，则热输入就会增大，导致焊接收缩量加大，以至于不能满足结构的受力要求。
        2.2 焊接顺序控制
        海洋钢结构重要节点的焊接一般都需要采用正确的焊接顺序，既能保证焊接质量，又能防止焊接变形。对于单面坡口焊接，可以采用分段焊接的形式来确保热输入不集中于一处，以减小焊接变形;对于双面坡口焊接，由于涉及气刨清根作业，因此在焊接此类节点时，应该在正面焊接完成一部分之后，采取背面清根后再焊接背面，以保证两侧均匀焊接，不至于在焊接过程中出现板材向一侧弯曲变形的情况。
        2.3焊后调直控制措施
        海洋钢结构的关键节点在焊接完成后，其变形情况会相对固定，因此，焊后调直工作对于结构变形的调整至关重要，目前采用的主要调直方法分为机械调直和热调直，机械调直主要采用机械矫正设备，其主要用于矫正组合梁在预制过程中由于焊接引起的变形。有时局部机械调直可以采用液压千斤顶。在采用液压千斤顶进行调直时，不允许在焊接处加压或在机械调直时加热，构件由于焊接产生的变形需要进行热调直。对于手工热调直，加热前需要在加热区域或路径，上用粉笔标记。不允许在焊道处直接加热。从焊趾到火焰尖端50 mm范围内不可以加热。热调直过程中不可以用水雾或水来加速冷却，热调直温度对调质钢严禁超过600℃,对于TMCP钢严禁超过580℃，其他钢种严禁超过650 ℃。钢材温度高于315℃时严禁加速冷却，温度测量要在钢材上距火焰大约75mm处。
        3 影响钢结构焊接缺陷的主要因素
        3.1焊接设备因素
        在焊接钢结构连接柱的过程中，由于连接柱节点焊接设备不合理,很容易出现焊接缺陷现象,降低钢结构焊接连接柱拼装节点的可靠性。为了更好的提升钢结构焊接连接柱节点拼装质量，焊接人员要选择合理的焊接设备,并定期维修与检查，结合钢结构焊接连接柱节点拼装情况,不断改进,从根本上保证钢结构焊接连接柱节点拼装质量。另外，连接柱拼接人员要结合钢结构焊接设备的使用情况，建立钢结构焊接连接柱技术档案，保证钢结构焊接连接柱拼接讨程中出现的问颗得到妥善解决。
        3.2拼接工艺因素
        由于钢结构焊接连接柱拼接方式不合理，再加上钢结构连接柱材料质量不过关，严重降低钢结构焊接连接柱整体拼接质量。为了有效提高钢结构焊接连接柱拼接质量，拼接人员要根据连接柱节点特征，选择合理的节点拼装工艺，并认真按照钢结构焊接连接柱节点拼装方案进行拼装，适当加大焊接现场的监督力度，从根本上提升钢结构焊接连接节点拼装质量。
        4 环境因素
        当外界环境较差时，会严重影响钢结构焊接连接柱拼接质量。例如,在拼接钢结构连接柱节点的过程中，由于外界风力比较大,再加上外界空气湿度较大，拼接人员要及时停止连接柱节点拼装工作，并采用合理的防范措施，有效提升钢结构焊接连接柱拼装水平。此外，当外界温度较低时，拼接人员要保证低碳钢连接柱拼装温度得不小于-20℃,如果外界温度低于-20℃,连接柱拼接人员要采取妥善的预热措施。
        5 科学分析焊缝内力
        为了更好地提升钢结构焊接连接柱翼缘坡口焊缝焊接质量，连接柱节点设计人员要选择合理的贴角焊绛折减参数，科学分析连接柱拼接板侧面贴角焊缝内力,进一步提升钢结构焊缝的承载能力。在分析钢结构焊接连接柱拼接板侧面贴角焊缝内力的过程中，节点设计人员还要根据连接柱的抗弯能力,不断调整钢结构焊接连接柱拼接节点位置。在计算钢结构焊接连接柱拼接节点抗弯承载力的过程中，节点设计人员可按照以下公式计算：

        Mo---钢结构焊接连接柱的抗弯能力
        Wxo---钢结构焊接连接柱自身强轴的截面模量
        F-----钢材的抗弯强度设计值
        6 结束语
        综上，通过准确计算海洋钢结构焊接连接柱抗弯承载力、科学分析拼接板侧面贴角焊缝内力、合理拼接钢结构焊接连接柱，能够保证钢结构焊接连接柱节点设计方案更加合理，提升钢结构焊接连接柱的总体施工质量。钢结构焊接连接柱拼接节点设计人员在实际工作当中，要根据钢结构焊接连接柱的承载力，不断改进原有的连接柱节点设计方案，从而保证刚接骨焊接连接柱拼接节点设计方案得到有效实施。
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