建筑工程钢结构焊接节点承载性能分析

周圣民

中国核电工程有限公司郑州分公司 河南省郑州市 450052

摘要：随着建筑审美理念的快速提升，我国建筑设计的水平也发生了明显的变化，各类建筑材料的应用也有了新的高度。这种背景下，我国钢结构建筑出现了规模化的发展。在钢结构建筑施工中，需要用到各种不同类型的钢结构部件。作为一种常见的结构性材料，钢结构在建筑施工中应用较为广泛，因此，其施工技术也非常成熟，施工管理体系也非常规范。在建筑工程钢结构设计施工中，钢结构焊接节点的施工好坏和设计合理性，决定了建筑工程钢结构焊接节点承载性能的好坏。针对传统承载性能分析方法存在的不足，对建筑工程钢结构焊接节点承载性能进行了优化分析，结合有限元分析的结果，实现建筑工程钢结构焊接节点承载性能分析。

关键词：建筑工程；钢结构；焊接节点；承载性能

引言

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。

1钢结构焊接技术

钢结构焊接技术在应用时具有非常重要的影响和作用，对于钢结构自身的稳定性和可靠性而言，具有至关重要的影响。焊接技术在应用时的范围相对比较广大，要想从根本上保证焊接技术的应用效果，需要提前做好一系列准备工作。在实践中需要对钢结构自身表面进行彻底清洁处理，保证焊接的平整性和有效性，同时能够保证焊接的美观性，如果在施工时，材料表面自身存在杂物或者灰尘，在焊接时很容易出现不同程度的缺口。在实践中不仅要保证钢结构自身表面具有良好的清洁效果，而且要保证钢结构附近工作环境的清洁程度。与目前现有的施工要求以及规范化标准等进行结合，对钢结构焊接位置进行确定。钢结构在焊接施工时，对于温度提出的要求比较高，在前期准备工作完成之后，切记不可以立即对其进行焊接，应当对钢结构进行预热处理，经过预热处理之后，保证温度能够达到均衡状态。紧接着可以正式开始焊接工作，焊接本身具有一定的艺术性特点，对于焊接工作人员而言提出的要求普遍比较高，不仅要保证焊接质量，而且要保证焊接部位的平整性和美观度，避免出现缺口问题。一旦出现缺口，很容易对后续养护管理工作造成严重的阻碍影响。除此之外，焊接工作对于环境提出的要求普遍比较高，在暴雨等恶劣天气环境下无法开展焊接工作。

2建筑工程钢结构焊接节点承载性能分析

2.1结构焊接特征

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。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。

2.2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。当达到一定的荷载程度之后，总荷载量不再增加，可以认为该模型已经达到极限的承载状态，这时就是荷载曲线位移的最高值。

2.3焊接节点有限元模型建立

焊接节点有限元模型建立，使用有限元编辑软件ANSYSQ2对焊接节点的承载性能进行分析，同时使用SODDLG99和SODDLG96进行实体的单元性模型建立，这时选用具有良好可塑性的钢材材料，屈服强度设定为390Mpa。实体单元进行建模。钢板材性采用理想弹塑性，屈服强度取值参照材性试验结果为380MPa；本文为了模拟焊接节点承载性，焊接材料选取以不变的刚度到达极限数值之后。钢材强度需要通过对应的斜率速度下降，最后达到极限的十分之一。通过接触单元。通过接触单元CHNTA156和目标单元TBFRGE180模拟接触问题。针对钢材接触焊接节点，在钢板焊接节点连接处建立接触点，使用预应力单元PFJTS189模拟焊接节点预应力。通过以上焊接节点有限元模型建立，可以更进一步分析焊接节点承载性能。

3实验分析

实验焊接钢板在1000kN的液压拉压试验机下进行，使用该试验机，对不同焊接材料焊接钢材节点试压，测试其节点承载性能。为充分体现本文研究方法的优势，选取模型分析耗时、承载力计算精度和钢结构焊接特征计算准确率为指标，对本文有限元分析模型与传统承载力分析模型进行对比。随着实验数据量的增加，本文方法与传统方法的特征计算准确率呈现一致的走势，钢结构焊接特征计算准确率与实验数据量规模呈现正相关关系，但本文方法计算得到的钢结构焊接特征值准确率较高，明显优于传统方法，尤其在实验数据量为600时，本文方法的特征计算准确率约为99%，传统方法的特征计算准确率约为89%，低于本文方法10%，差距较大，验证了本文方法的优越性能。

结束语

焊接对于建筑工程钢结构的形成和搭建起到了至关重要的作用，为此，本文对建筑工程钢结构焊接节点承载性能进行了分析，对钢结构焊接节点特征进行了计算，以此为基础，通过有限元建模完成焊接节点承载性能分析。实验结果表明，本文方法具有较好的性能，大大提高了建筑工程钢结构焊接节点承载性能分析效果，远远优于传统方法，为建筑工程的进一步研究奠定了基础。

参考文献

[1]刘学春，任旭，詹欣欣，等.一种盒子式模块化装配式钢结构房屋梁柱节点受力性能分析[J].工业建筑，2018,48(05):62-69.

[2]曹辉，王元清，张延年，等.负载下钢框架梁柱节点盖板法加固承载性能的有限元分析[J].工业建筑，2017,47(2):1-3.

[3]申建波,唐亚军.关于钢结构桥梁施工中焊接质量控制研究[J].科技资讯,2018,16(7):61-61.