钢结构建筑焊缝连接的优势与焊接应力的影响

   日期:2024-09-08     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:271    
核心提示:残余应力检测这项新技术在钢结构建设中的逐步推广和应用,使得钢结构件质量控制手段得到了提升,对钢结构件的质量要求又上升到了更高的层面。

随着科技的进步,建筑领域对大跨度、大空间、多种用途的要求开始增多,钢结构材料强度高、重量轻、延性抗震性好、工业化程度高、施工速度快等优点成为建筑业中应用最广泛的形式之一,其中焊接连接是现代钢结构建筑中的主要连接方式,其优点是构造简单,可直接连接任意形式的构件,省材料,不造成截面削弱,易于生产加工,手工焊接也可实现自动化;连接密封性好,结构刚度大,整体性好。目前,焊接结构在工业与民用建筑结构中占有绝对的优势。

但是焊接时加热不均匀会使焊接钢结构内部产生应力,在焊缝附近的热影响区内,钢材的金相组织会发生变化,使局部材料变脆。均匀的温度场产生内部不均匀的膨胀,冷却后会在焊缝长度方向、垂直于焊缝长度方向及母材厚度方向产生残余应力,焊接残余应力和残余变形使钢结构在受到应力时变形增大,钢结构的刚度和稳定性以及结构的疲劳强度、抗脆性断裂、抗应力腐蚀开裂性能和形状尺寸稳定性会大大降低,同时,材料表面积累的残余应力会使材料表面形成表面裂纹或近表面裂纹,这种隐藏在材料和构件表面附近的缺陷往往是断裂的元凶,比较隐蔽和危险性。

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所谓残余应力,简单地说就是指外力或不均匀温度场消除后,物体内残留的自平衡内应力。

因此在钢结构设计时必须考虑残余应力的影响,并找出相应的对策,对保证生产和稳定钢结构质量极为重要。结构工程,控制施工过程中的结构变形,消除运营阶段的结构变形一直是工程建设的重要内容。残余应力检测可以及时发现钢结构部位残余应力的大小和方向,然后采取有效的措施(如残余应力控制技术)调整其危害的大小和程度,可以有效地处理焊接引起的应力和变形,增加钢结构的使用寿命。

北京新机场建设中钢结构检测技术,航站楼核心区东西宽568米、南北长454米,占地面积18万平方米。核心区主要由下部主框架结构、中部钢支撑和上部钢屋盖结构三部分组成。屋盖为复杂结构,形似凤凰展翅,为不规则自由形态钢网架结构。钢结构用钢量5万余吨。天窗区采用钢桁架结构,部分区域采用X型拉索支撑。6万余根钢架、1万余个连接球主要由8组C型柱支撑,并采用先卸后合的新型吊装技术。同时,所有结构均采用焊接连接。焊接后、卸荷前后、合拢块后,钢结构内部残余应力分布是否符合设计要求,后续使用中是否存在隐患,影响因素贯穿整个施工过程,甚至包括温度、湿度等,只有通过对残余应力的检测分析,才能得出结论。

在北京新机场整个建设过程中,杭州华信检测技术有限公司采用北京理工大学测试控制研究所自主研发的现场实用性极强的残余应力超声无损检测系统,对上述施工节点进行了残余应力检测。对北京新机场进行了测试,并根据测试数据对整体结构荷载进行了分析,得出其应力状态和安全性完全满足设计要求。如今北京新机场的原型已经成型,其美观、优越的外观已出现在各大媒体上。

残余应力检测在钢结构桥梁建设中也发挥着重要作用。宁波三官塘大桥及其连接桥建设标准为城市主干道,设计时速60公里每小时,主线跨越甬江,采用连续钢桁梁结构。大桥全长2.2米,主桥长785米,最大跨度465米(直接跨甬江)。目前,我国钢桁梁桥跨度尚未超过300米,三官塘大桥建成后将成为首个超过400米主跨度、世界最大连续钢桁梁桥。在施工阶段可能出现各种宏观缺陷钢结构检测技术,可以通过各种众所周知的手段进行处理,控制在设计和标准规范之内。但残余应力的存在与否,是否会在后续使用中造成隐患,也是建设者关心的问题。

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目前,三官塘大桥正在建设中,同样,杭州华信检测技术有限公司也正在利用北京理工大学测试与控制研究所研制的残余应力超声无损检测系统开展残余应力检测,并根据北京理工大学测试与控制研究所自主研发的残余应力状态闭环控制系统对带有残余应力的钢板原材料进行调控,对钢板原材料残余应力调控试件的力学性能进行对比检测,数据完全符合标准要求。

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残余应力检测不仅在钢结构施工过程中的质量控制中起着不可替代的作用,而且在钢结构的使用寿命期间也起着重要作用。零件内部的应力也是变化的,当内应力达到屈服点时,就会影响结构的刚度、稳定性、强度等,甚至会造成应力腐蚀裂纹。金砖国家峰会期间,杭州华信检测技术有限公司再次利用北京理工大学测试与控制研究所研制的残余应力超声无损检测系统对建筑物关键部位进行残余应力检测,为金砖国家峰会期间厦门国际会议中心的安全使用提供了有效的数据。

残余应力检测新技术在钢结构施工中的逐步推广应用,完善了钢结构的质量控制手段,将钢结构的质量要求提高到了更高的水平,确保了建筑物的高质量施工和安全使用。

杭州华信检测技术有限公司

 
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