分析钢结构焊接连接柱拼接节点设计

分析钢结构焊接连接柱拼接节点设计

田笑巍

大连华锐重工冶金设备制造有限公司

摘要：随着经济在不断的发展，社会在不断的进步，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，如焊接设备不合理、焊接工艺落后、环境差等，并提出钢结构焊接连接柱拼接节点设计要点，希望能够给相关工作人员提供一定的参考与帮助。

关键词：钢结构;焊接连接柱;拼接节点;设计要点

引言

石油、化工行业已广泛采用钢结构。在众多工程中已不可避免遇到钢结构焊接柱的拼接连接。通常在理想的情况下,拼接节点应设置在柱子内力较小的部位,但对于多层较高框架,为了便于制造和安装,拼接位置往往设置在距楼板顶面1.1～1.3m的位置,此处并不一定是柱子内力最小的部位。在这种情况下,作用在该处拼接节点的内力有三种:轴心压力N,弯矩M和剪力V。在实际工程中,为了使节点设计和施工统一化和标准化,通常对柱子拼接节点采用等强连接的设计方案。

1合理设计拼接接点

在快速发展的过程中，我国的各个行业发展迅速，伴随我国钢结构行业的迅猛发展，钢结构的应用范围不断扩大。通过合理设计钢结构焊接连接柱拼接节点，能够保证钢结构焊接连接柱拼接节点设计方案更加合理，有效提升钢结构焊接连接柱整体拼接质量。由于钢结构焊接连接柱拼装难度较大，连接柱的内部构造比较复杂，如果连接柱拼接节点设计方案不合理，会降低钢结构焊接连接柱拼接质量。因此，钢结构焊接连接柱拼接节点设计人员在实际工作当中，要选择合理的连接方式，提高钢结构焊接连接柱的可靠性。钢结构焊接连接柱的拼接方式主要分为三种，分别是焊接连接、铆钉连接与螺栓连接方式等，其中，焊接连接方式应用最为广泛。钢结构焊接连接柱拼接人员要根据钢结构焊接连接柱结构特点，认真按照钢结构连接柱节点焊接流程进行焊接，在保证钢结构焊接连接柱拼接质量的基础之卜，不断提升钢结构焊接连接柱节点的合理性。

2设计要点

2.1准确计算抗弯承载力

对于钢结构焊接连接柱拼接节点设计人员来说，通过准确计算钢结构焊接连接柱抗弯承载力，并结合连接柱拼的截面模量，科学计算钢结构焊接连接柱的惯性矩。例如，在某装备工程中，设计人员要根据连接柱翼缘处弯矩，计算钢结构焊接连接柱腹板的承载力，将钢结构焊接连接柱进行合理拼接，不断提升钢结构焊接连接柱节点的稳定性。由于钢结构焊接连接柱的翼缘宽度较大，节点设计人员要结合钢结构焊接连接柱的规格尺寸，预留出钢结构焊接连接柱侧面贴角的焊缝长度，有效提升钢结构焊接连接柱的稳定性。钢结构焊接连接柱受气自身力学性能的影响，节点设计人员要结合钢结构焊接连接柱的弹性受力情况，科学计算连接柱的内力，保证钢结构焊接连接柱内力与变形量成正比。

2.2高强钢焊接技术

焊材的选择：①强匹配。强节点弱杆件：焊接材料熔敷金属的强度、塑性、冲击韧性高于母材标准规定的最低值。焊接接头(焊缝及热影响区)各项性能全面要求达到母材标准规定的最低值。②兼顾焊缝塑性。厚板焊接时按厚度效应后的强度选配焊材，节点拘束度大时可在1/4板厚以下配用低强焊材。③满足冲击韧性要求。必需重点选择焊材的韧性，使焊缝及热影响区韧性达到钢材的规范要求。高强钢焊接性评价方法：①碳当量计算评定法。②热影响区最高硬度试验评定法。③插销试验临界断裂应力评定法。最低预热温度确定方法：①裂纹试验控制。根据斜Y坡口试样抗裂试验确定最低预热温度。②硬度控制。根据一定碳当量的钢材，其不同板厚T形接头角焊缝热影响区硬度达到350HV对应的冷却速度(540℃时)查表确定焊接线能量。③根据裂纹敏感指数、板厚范围、拘束度等级、熔敷金属扩散氢含量确定最低预热温度。④根据接头热输入、冷却时间和钢材的特定曲线图确定最低预热温度。焊接质量控制：①控制热输入与冷却速度。控制焊接电流、电压、焊接速度以及熔敷金属800℃～500℃区间的冷却时间。②控制焊缝中碳/硫/磷/氮/氢/氧的质量百分比。选用优质碱性低氢焊材，采用良好的操作手法充分维护熔池金属(短弧、限制摆动、倾角稳定)。③应力与变形控制。选用高能量密度、低热输入的焊接方法，如气体保护焊；用小线能量，多层多道焊接；减小焊接坡口的角度和间隙，减少熔敷金属填充量；采用对称坡口，对称、轮流施焊；长焊缝应分段退焊或多人同时施焊；用跳焊法防止变形和应力集中。对于高强钢的焊接，应根据钢材自身的强化机理和供货状态，综合考虑其性能要求，合理选择焊接材料和试验方法对其焊接性做出评价，制定合理的焊接工艺，以指导实际焊接生产。对该钢种的焊接应主要考虑采取措施以降低其冷裂倾向。焊接时应严格控制层间温度和焊接线能量，防止接头出现弱化现象。

2.3合理拼接连接柱

通过合理拼接钢结构焊接连接柱，能够帮助钢结构焊接连接柱拼接节点设计人员更好的了解连接柱节点特征。由于钢结构焊接连接柱拼装难度较大，在实际拼装的过程中，施工人员要结合柱子拼接节点组合截面模量，准确计算连接柱截面的面积比，合理确定钢结构拼接连接柱拼接板的位置。钢结构焊接连接柱拼接节点设计人员要结合外界环境特点，运用合理的连接柱拼接节点设计理念，准确拼接钢结构焊接连接柱，不断提升钢结构焊接连接柱的整体拼接质量。

2.4厚钢板焊接技术

在厚钢板焊接中，需要注意对坡口形式的合理选择，从而有效降低质量问题。例如，对双U或者X坡口进行焊接时，要注意防止裂缝的产生，同时还要注意变形情况，采用有效的预防措施，从而提高厚钢板焊接质量。

2.5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缝折减参数，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。

2.6低温焊接施工工艺

1）焊材选择低温环境下，选择焊材时必须要做好烘焙和保温措施，尽量选择低氢焊材或超低氢焊材。进行焊接施工时，必须要做好焊前防护，从而有效减少热量损失。如搭建防护棚等。此外，还要对焊接区域做好防护措施。2）低温焊接质量控制首先，要做好预热和层间保温工作，要对最低限度为100米范围内的焊接区母材进行加热，而且温度要高于常温环境的焊接预热温度，从而有效的实现低温环境下的保温工作[1]。其次，在低温焊接定位焊时，要加大热输入，必须要采用和正式焊接相同的预热条件进行打弧，从而有效减少收缩裂纹，同时不能在坡口以外的母材上进行加大热输入，从而有效增加焊缝截面及长度。再次，在低温焊接方法的选择上，必须要尽量多层多道使用摆幅，同时对层间温度要进行严格的控制。最后，在焊接完成后，不能进行快速冷却，以防止产生冷裂纹，同时还要进行保温处理，以及受到低温环境的影响，冷却过快，导致冷裂纹产生。

结语

综上，通过准确计算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。

参考文献:

[1]王丰景.钢结构焊接变形与焊接应力研究[J]一程技术研究，2017,(4):72-73.

[2]高占远，郭彦林.大型或复杂钢结构焊接残余应力与变形研究进展[J].建筑科学与i_程学报2016,33(5):108-119.