建筑工程钢结构焊接节点承载性能分析

蒋子敬

浙江省特种设备科学研究院 浙江省杭州市 310020

摘要:焊接在建筑工程钢结构中因为其自身的工艺特性，其本身具有高性能灵活性高的特点。对建筑工程设计人员来说，焊接工艺的运用可以更好地发挥其对于建筑的把控性，更好地制定建筑工程的方案。在目前的建筑工程中，钢结构的应用十分广泛，钢结构焊接则是经常会使用到的一种技术手段，对应的焊接节点承载性能好坏是钢结构设计中需要把控的重点，钢结构焊接节点的承载性能，决定了建筑工程钢结构整体的性能好坏。目前工程施工中大多数钢结构事故，问题都出现在焊接节点处，该处易发生损坏，所以保证钢结构焊接节点承性能良好尤为重要。加强建筑工程钢结构焊接节点承载性能分析，是目前最为重要的建筑工程钢结构设计重点之一，具有重要的现实意义和理论意思，对建筑行业的发展具有一定的促进作用。

关键词:建筑工程；钢结构焊接；节点承载性能

引言

施工中,多方面因素均可能对钢结构工程焊接质量造成影响,很多问题也可能随之出现,如焊接变形控制、焊接接头质量、焊后应力消除等方面。为尽可能提升钢结构工程焊接质量,文中围绕钢结构工程焊接质量控制要点开展具体研究的原因所在。

1钢筋混凝土结构与新增钢结构设计

建筑工程首层下部结构设置两片独立的剪力墙结构，墙体内部含有型钢结构，剪力墙结构的内部钢柱安装工作完成后，需要在±0.000m标高位置，新增加外框架梁体结构，与两片剪力墙结构之间进行连接。现场型钢柱安装工作已结束，安装规范要求不允许在工程施工现场直接进行开孔处理，梁体结构的纵向箍筋无法满足锚固施工需要的长度，应对框架梁结构进行优化和处理。在空间优化过程中，工程原有的框架结构为构造配筋结构，梁体没有承担扭矩作用，原本设计的支箍筋和混凝土提供出该梁体结构斜截面承受的最大承载能力。通过优化原有的支撑箍筋作为双向支撑结构，可以有效保证钢筋混凝土结构的整体稳定性。在优化设计工作方面，确认原本设计的框架结构混凝土层等级，空间设置为HRB400，截面尺寸规格300mm×800mm，防护层厚度为25mm。对箍筋结构进行优化处理后，需要充分符合工程施工规范要求，通过和设计工作单位之间的有效沟通，同意使用该种配筋形式进行施工，有效避免型钢翼缘部分需要进行开孔处理。

2建筑工程中钢结构焊接特征分析

建筑中使用的钢结构，需要具有较好的受力性能和易焊接性。建筑钢结构中焊接材料的可焊性h，钢材收缩性s，屈服强度q，延展性z和钢材抗拉程度k等特征，均能够直接决定钢结构焊接后的整体效果。钢结构焊接向量数据集A的具体表达式为

在建筑钢结构中焊接的作用是让建筑工程本身结构更具有安全及可靠性多结构用途。为确保在建筑工程中的钢结构性能，需要综合性能比较突出的钢材。良好的钢材应具有高强度，但是钢材强度的提升往往会提升钢材内部的碳含量，这样钢材在焊接的过程中焊接难度就会增加。焊接对于建筑工程钢结构的形成和搭建起到至关重要的作用，首先建筑工程钢结构焊接施工时，焊接工艺施工者要具有一定的焊接操作经验和过硬的理论知识，并且可以根据不同的实际焊接场景，使用不同的焊接等级。在建筑工程中钢结构焊接难度被分为四个等级，钢材强度P与钢材含碳量L是影响钢结构可焊性的主要因素，具体表达式为

式(2)中，Q表示钢结构的可焊性，取值为1表示钢结构的可焊性增强，取值在[0,-1]之间，表示钢结构的可焊性基本不变，取值为0，则表示钢结构的可焊性呈衰减趋势，整体的焊接难度随之加大。在焊接材料中，除考虑钢结构可焊性之外，还需要重视焊材的匹配程度，这是决定焊接节点承载性能关键所在。焊接材料金属强度、伸展性、抗拉程度都要高于基础钢材，这是行业基础标准。在此基础上焊接节点接头的位置焊缝和热影响范围的多项指数标准需要和钢材标准的最低数值相匹配。因此建筑工程施工中，如果有需要特殊焊接标准的钢材，应该特别标注，尤其针对性能要求较高的钢材，该类钢材的屈强比1和抗拉伸比2与使用焊接等级d的高低紧密相关，可用下式表示：

根据式(3)可以看出，钢材的屈强比1和抗拉伸比2越高，表明钢材的焊接等级越高。在进行建筑工程钢结构施工时，选择的连接方式主要是以特定工艺为主，使用相应的焊接工艺等级，这样在提升钢结构焊接工作效率的同时，还可以保证其焊接节点的承载性能，从而增强建筑工程的整体质量。根据上述分析，可以得出建筑工程中钢结构焊接特征，表达式为

式(4)中，表示特征比例系数。

3焊接变形控制要点

钢结构工程焊接质量需重点关注焊接变形控制,需要采用能够减小构件变形和收缩最小的焊接工艺,同时严格控制焊接顺序。在应用十字接头、T形接头、对接接头时,对于较易翻转或具备有利放置条件的构件,可开展双面对称焊接,对于属于对称截面的构件,焊接可围绕对称于构件中性轴开展。如存在对称于连接杆件的构件节点,对称焊接可围绕节点轴线对称轴开展。

4焊接工艺焊

接工艺是海洋工程钢结构焊接作业的灵魂，所以不科学或者不合理的焊接工艺势必要影响钢结构焊接变形，甚至会引起更为严重的钢结构焊接质量问题。通过大量焊接实践证明，钢结构对焊时候的焊缝形式和多层叠加焊接都会引起焊接变形。当焊接工艺采用对焊时，钢结构的纵向收缩变形量会明显小于横向收缩量，使得陆地建造的钢结构焊接出现变形。如果采用多层焊接工艺，钢结构焊接变形与焊接层数的增加具有显著关联，随着焊接层数的增加，焊接变形程度会愈发明显。

5增加搭筋板节点优化设计

原建筑梁体结构没有设置框架梁，施工完成后的型钢在腹板位置上没有提前加工框架梁到纵向箍筋和扭筋孔洞。根据型钢混凝土钢筋排布和构造分析可以得出，梁体结构的上部纵向钢筋和扭筋平直段锚固长度超过标准预定长度，但因为规范要求当中的规定，定型钢禁止在现场进行开孔处理。通过BIM模型分析可以得出，梁体结构上部纵筋一侧方向上的扭筋无法有效穿过型钢腹板位置，如果在型钢腹板表面直接焊接搭筋板，需要将框架梁结构从纵向钢筋和扭筋部分直接焊接在搭筋板表面，保证钢筋和钢柱之间形成一个整体，使得锚固能力更安全可靠。

6焊接节点有限元模型选取

在建筑工程钢结构焊接时，焊接节点一般采用双盖板拼接焊接形式，针对其对称的特点，需要建立焊接节点有限元模型。模型的选取本文可以设定试验尺寸芯板长200mm，宽165mm，厚度19mm；盖板长180mm，宽125mm，厚度15mm；模型沿长度方向为210mm，即为试验中测量节点位移的范围。焊接节点沿剪力方向布置两个，摩擦系数0.45，螺栓预紧力150kN。侧焊缝（焊接节点）长60mm，焊脚高度为7mm，布置5条；端焊缝长2286mm，焊脚高度8mm，布置2条。此时需要提取模型左边焊接节点的应力合成模型左边受的总荷载。

结束语

综上所述,钢结构工程焊接质量控制需关注多方面因素影响。在此基础上,文中涉及的焊接变形控制要点、焊后应力消除要点、焊接接头质量控制要点等内容,则提供了可行性较高的钢结构焊接质量控制路径。为更好保证钢结构焊接质量,材料、技术、设备的优选必须引起相关从业人员重视。

参考文献

[1]滕光辉.建筑钢结构高性能钢焊接技术的探讨[J].建材与装饰,2019(33):35-36.

[2]谌姚英.建筑钢结构焊接生产工程中的技术要点探究[J].现代物业(中旬刊),2019(11):214.

[3]张鲡.建筑钢结构焊接裂纹的产生机理和解决途径[J].现代物业(中旬刊),2019(11):46.

.