畢業(yè)論文 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊呢接變形控制研究

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制研究 院 （系） 冶金與材料工程學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)號 2006440587 指導(dǎo)教師 職稱 評閱教師_ _ 職稱_ 2010 年 6 月 25 日學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明本人以信譽聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進行的設(shè)計（研究）工作及取得的成果，設(shè)計（論文）中引用他（她）人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學(xué)院或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對本設(shè)計（研究）所做的任何貢獻均已在

2、論文中作了明確的說明并表示了謝意。畢業(yè)設(shè)計（論文）作者（簽字）： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計 中文摘要摘 要鋼結(jié)構(gòu)體系在現(xiàn)代建筑體系中，因其本身具有的自重輕、強度高, 施工快等獨特優(yōu)點,與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,更具有在“高、大、輕”三個方面發(fā)展的獨特優(yōu)勢，可以說鋼結(jié)構(gòu)已在建筑工程中發(fā)揮著獨特且日益重要的作用。論文通過借鑒國內(nèi)工程設(shè)計實例，對建筑鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點進行強度設(shè)計；選用q420作為此建筑鋼結(jié)構(gòu)制造材料，對q420進行技術(shù)分析，在滿足計算所得強度要求的情況的前提下，對關(guān)鍵節(jié)點制定相應(yīng)的焊接變形控制措施，一是從結(jié)構(gòu)設(shè)計上控制，二是從工藝上控制。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計，達到了對該鋼結(jié)構(gòu)建筑關(guān)鍵節(jié)點的焊接

3、變形控制的目的。關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu) 概念設(shè)計 關(guān)鍵節(jié)點 焊接變形控制重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 英文摘要abstractsteel structure system in modern building systems, because of their inherent light weight, high strength and rapid construction of the unique advantages, compared with the reinforced concrete structure also has the high, big, light, the dev

4、elopment of three unique advantages can be said to have been in the construction of steel structure has played a unique and increasingly important role.paper by drawing on domestic engineering design example, the key nodes of construction steel strength design; selected q420 as part of this material

5、 of construction steel structure, technical on q420 in meeting the strength requirements of the calculated under the premise of key nodes formulate appropriate control measures for welding deformation, one from the control structure design, and second, to control from the process. through structural

6、 design and process design to achieve the key nodes of the steel structure welding distortion control.keywords: steel structure; concept design; key nodes; welding distortion control畢業(yè)設(shè)計 目錄 目 錄中文摘要.英文摘要 .ii1 緒 論 .11.1 鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展現(xiàn)狀.11.2 研究本課題的意義.11.3 重點內(nèi)容.12 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑概念設(shè)計.22.1 設(shè)計思路 .22.2 概念設(shè)計對象的基本數(shù)據(jù).22.2

7、鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)選型.32.3 荷載計算.42.4 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 .63 關(guān)鍵節(jié)點構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計.103.1 連接螺栓 .113.2 梁柱翼緣對接焊縫 .113.3 柱腹板受壓承載力驗算 .113.4 柱受拉翼緣驗算.114 材料分析及施工流程設(shè)計 .134.1 q420 材料選擇技術(shù)分析 .134.2 制造工藝流程.145 工字鋼制造工藝設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝設(shè)計 .175.1 工字鋼廠內(nèi)制造工藝設(shè)計.175.2 節(jié)點構(gòu)件的現(xiàn)場施工工藝設(shè)計.185.3 關(guān)鍵節(jié)點主要焊縫變形控制.205.4 針對 a、b 工作焊縫的焊接工藝優(yōu)化.215.5 焊接材料選擇.235.6 焊接工藝規(guī)程.245.7 斜

8、y 坡口焊接實驗.255.8 拉伸性能實驗.256 總 結(jié) .26參考文獻 .27致 謝 .28畢業(yè)設(shè)計 目錄 附錄 1 圖紙附件 1 任務(wù)書附件 2 文獻綜述附錄 3 開題報告附錄 4 外文譯文附錄 5 外文原文畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 11 緒 論1.1 鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展現(xiàn)狀隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展, 鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品在大跨度空間結(jié)構(gòu)、輕鋼門式結(jié)構(gòu)、多層及小高層住宅等領(lǐng)域的建筑日益增多, 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。西氣東送, 西電東輸, 南水北調(diào), 青藏鐵路, 2008年奧運會體育設(shè)施, 2010 年上海世博會, 鋼結(jié)構(gòu)住宅的興起、西部地區(qū)的大開發(fā)等等跡象表明, 一個發(fā)展建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)和市場的勢頭正在我國出現(xiàn)。總

9、的來看, 形勢很好, 前景喜人。鋼結(jié)構(gòu)體系因其本身所具有的自重輕、強度高, 施工快等獨特優(yōu)點, 與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比, 更具有在“高、大、輕”三個方面發(fā)展的獨特優(yōu)勢。在我國建筑工程領(lǐng)域中已經(jīng)出現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整, 長期以來混凝土和砌體結(jié)構(gòu)一統(tǒng)天下的局面正在發(fā)生變化,可以說目前鋼結(jié)構(gòu)已在建筑工程中發(fā)揮著獨特且日益重要的作用16。1.2 研究本課題的意義鋼結(jié)構(gòu)體系具有自重輕、安裝容易、施工周期短、投資回收快、抗震性能好及環(huán)境污染少等綜合優(yōu)勢，被稱為綠色建筑。施工企業(yè)中，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制造和安裝是眾多施工企業(yè)的核心業(yè)務(wù)之一。組裝和焊接是鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)制造和現(xiàn)場安裝核心工藝環(huán)節(jié)。而鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計、制造、安裝的

10、工作中，控制其變形是一個重要且復(fù)雜的技術(shù)課題，因此對該課題的研究是相當(dāng)有意義的。1.3 重點內(nèi)容對該商住鋼結(jié)構(gòu)體系進行分析和概念設(shè)計并確定其中的關(guān)鍵節(jié)點構(gòu)件，進行具體設(shè)計，對該建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)件的組裝、焊接施工流程進行設(shè)計，對上述節(jié)點構(gòu)件的關(guān)鍵焊接接頭進行焊接工藝設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計 2 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑概念設(shè)計22 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑概念設(shè)計2.1 設(shè)計思路概念設(shè)計思路見框圖 2.1。 圖 2.1 概念設(shè)計思路2.2 概念設(shè)計對象的基本數(shù)據(jù)1建筑名稱： xx 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑工程概況：建筑總高度 36.6m，共 12 層，層高 3m環(huán)境： 基本風(fēng)壓 w0=0.35kn/m2，地面粗糙度 c，抗震設(shè)防烈度為

11、 7 度結(jié)構(gòu)體系選型： 鋼框架體系。鋼構(gòu)件的基本形式：為了易于加工及使用國產(chǎn)鋼，主次梁為焊接 h 型鋼，型鋼和鋼梁采用焊接 h 型鋼，所有鋼構(gòu)件最大板厚不超過 50mm。關(guān)鍵節(jié)點連接:柱和主梁采用栓焊混合連接鋼材初選：梁采用 q420 鋼均布永久荷載：樓板重 fc=14.30kn/mm2建筑面層重 1.00 kn/m2不固定輕質(zhì)隔墻平均到平面重 1.00 kn/m2 固定隔墻根據(jù)其材質(zhì)按實際值取 吊頂及吊掛重： 0.5 kn/m2外墻： 11.8 kn/m2構(gòu)件自重（梁、柱、減力墻）自重： 通過計算得到活荷載：辦公室、住宿房 2.0 kn/m2荷載：基本風(fēng)壓 w0 1.10.35kn/m2=0

12、.385 kn/m2（1.1 為放大系數(shù)）分析、整理設(shè)計對象的基本數(shù)據(jù)鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)選型荷載計算內(nèi)力計算恒 載框架受 荷柱 重恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力計算活荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力計算風(fēng)荷載作用 下的內(nèi)力地震作用下的內(nèi)力節(jié)點構(gòu)件設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 2 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑概念設(shè)計3地面粗糙度： c風(fēng)振系數(shù)：根據(jù)計算出的基本周期，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取用。地震作用：本工程防烈度為 7 度，場地類型為 i 類，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本加速度為 0.1kg，結(jié)構(gòu)阻尼比取 0.05，地震影響系數(shù)曲線取自建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 。表 2.1 主要構(gòu)件特征2.2 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)選型1對此結(jié)構(gòu)選取鋼框架結(jié)構(gòu)體。部分結(jié)構(gòu)平面布置如圖

13、 2.2，其剖面及局部放大如圖 2.3 所示。圖 2.2 部分結(jié)構(gòu)平面布置圖 尺寸（mm） 截面特征構(gòu)件hbtwwt截面面積（cm2）單位重（kg/m）ix（cm4）wx（cm3）ix(cm)iy(cm4)wy(cm3)iy(cm)次梁3001506.5947.5337.3735049012.4508683.27連系梁40020081384.1266.0 23700119016.817401744.54主梁5002001016114.289.647800191020.521402144.33上柱4004001321219.217266900334017.522400112040.1下柱5004

14、501625297.2233.1139181556721.6537984168811.31畢業(yè)設(shè)計 2 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑概念設(shè)計4圖 2.3 剖面及局部放大2.3 荷載計算2.3.1 恒載計算屋面合計：6.54kn/m2標(biāo)準(zhǔn)層樓面合計 4.18 kn/m2外墻標(biāo)準(zhǔn)層自重合計 44.93 kn外墻底層自重合計 51.02kn內(nèi)墻自重合計 7.41 kn/m主梁自重合計 1.39 kn/m次梁自重合計 0.87 kn/m聯(lián)系梁自重合計 1.15 kn/m基礎(chǔ)梁自重合計 2.5 kn/m上柱重合計和下柱重合計分別為 2.19 kn/m 和 2.78 kn/m2.3.2 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面和樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)

15、值根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范查得：上人屋面 2.0 kn/m2 ，樓面（住宅）2.0 kn/m2。2.3.3 框架受荷計算ab 軸間框架梁畢業(yè)設(shè)計 2 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑概念設(shè)計5次梁自重=0.87 kn/mm=3.74kn22 . 44 . 4樓面板傳恒載=5.7m4.3m（4.18+1）kn/m2 =42.32 kn31樓面板傳活載=5.7m4.3m2.0 kn/m2=16.34 kn31 屋面板傳恒載=5.7m4.3m6.54 kn/m2=53.43 kn31 屋面板傳活載=5.7m4.3m2.0 kn/m2=16.34 kn31ab 軸間框架梁集中荷載為：樓面梁恒載=梁自重+板傳荷載=3.74

16、+42.32=46.06 kn樓面活載=板傳活載=16.34kn屋面梁恒載=梁自重+板傳荷載=3.74+53.43=57.17 kn屋面梁活載=板傳荷載=16.34 knab 軸間框架梁均布荷載為：樓面梁均布荷載=主梁自重+隔墻自重+1.39+7.41=8.80 kn/m樓面梁均布荷載=主梁自重=1.39 kn/mbc 軸間框架梁樓面板傳恒載=6.14.3（4.18+1）kn/m2=45.29kn31樓面板傳活載=6.14.32.0 kn/m2=17.49kn31屋面板傳恒載=6.14.36.54 kn/m2=57.18kn31屋面板傳活載=6.14.32.0 kn/m2=17.49kn31b

17、c 軸間框架梁集中荷載為：樓面梁恒載=梁自重+板傳荷載=3.74+45.29=49.03kn樓面活載=板荷載=17.49kn屋面梁恒載=梁自重+板傳荷載=3.74+57.18=60.92kn屋面梁活載=板傳荷載=17.49knbc 軸間框架梁均布荷載為： 樓面梁均布荷載=主梁自重+隔墻重=1.39+7.41=8.80 kn/m 屋面梁均布荷載=主梁自重=1.39kn/ma 軸縱向集中荷載計算標(biāo)準(zhǔn)層柱活載=板傳荷載=5.7m4.3m2.0kn/ m2=8.17kn61畢業(yè)設(shè)計 2 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑概念設(shè)計6基礎(chǔ)頂面恒載=基礎(chǔ)梁自重+陽臺重+墻自重=2.5kn/m4.3+24.85kn+33.6kn

18、=68.76knb 軸縱向集中荷載計算頂層柱恒載=梁自重+板傳荷載=1.15kn/m(4.3-0.4)m+(5.7+6.1)m4.3m6.54 kn/ m2=59.79kn61 頂層柱活載=板傳活載=(5.7+6.1)m4.3m2.0 kn/ m2=16.91kn61 標(biāo)準(zhǔn)層柱恒載=聯(lián)系梁重+板傳荷載=1.15kn/m(4.3-0.4)m+(5.7+6.1)m4.3m4.18 kn/ m2=39.83kn61標(biāo)準(zhǔn)活載=板傳荷載=(5.7+6.1)m4.3m2.0 kn/ m=16.91kn61c 軸縱向集中荷載計算頂層柱活載=板傳活載=6.1m4.3m2.0kn/ m2=8.74 kn61標(biāo)準(zhǔn)

19、層柱恒載=墻自重+陽臺重+聯(lián)系梁重+板傳荷載=22.63kn+33.16kn+1.15kn/m4.3m+616.1m4.18 kn/ m24.3m=79.01kn標(biāo)準(zhǔn)層活載=板傳荷載=6.1m4.3m2.0kn/ m2=8.74 kn61 基礎(chǔ)頂面恒載=基礎(chǔ)梁自重+陽臺重+墻自重=2.5kn/m4.3m+26.17kn+33.16kn=70.08kn2.3.4 柱重上柱自重=2.19kn/m3m=6.57kn下柱自重=2.78kn/m3m=8.34kn底柱自重=2.78kn/m3.3m=9.17kn 2.4 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 2.4.1 恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力計算屋面梁的固端彎矩 mgaw,bw

20、=-57.17-57.17-1.395.72=-227 . 58 . 39 . 1227 . 58 . 39 . 112176.18kn.mmgbw 畢業(yè)設(shè)計 2 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑概念設(shè)計7,aw=60.92+1.396.12=86.89kn.m22221 . 631 . 62)31 . 6(1 . 6)31 . 62(31 . 6121mgbw,cw=86.89kn.m mgcw,bw=-86.89kn.m標(biāo)準(zhǔn)層樓面的固端彎矩mgab,bb=8.805.72=-82.17kn.m06.467 . 58 . 39 . 12206.467 . 58 . 39 . 122121mgbb, ab=82

21、.17kn.m mgcb,bb=93.75kn.m mg bb, cb=93.75kn.m屋頂外天溝固端彎矩mgaw=10.360.3=3.11kn.mmgcw=10.360.3=-3.11kn.m陽臺及外墻引起的固端彎矩mgab=28.81kn.mmgcb=24.80kn.m恒載引起的節(jié)點不平衡彎矩maw= mgaw+ mgaw,bw=3.11-76.18=-73.07kn.m mbw= mgbw ,aw +mgbw,cw=76.18-86.89=10.71kn.m mcw= mgcw +mgcw,bw=-3.11+86.89=83.78kn.m mab= mgab+ mgab,bb=28.

22、81-82.17=-53.36kn.m mbb = mgbb, ab+ mgab,cb=82.17-93.75=-11.58 kn.mmcb= mgcb+ mgcb,bb=-24.80+93.75=68.95kn.m2.4.2 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的內(nèi)力計算活荷載引起的固端彎矩屋面梁處：mgaw，bw=-16.34-16.34=-13.80-6.90=-20.705kn.m227 . 58 . 39 . 1227 . 58 . 39 . 1mgcw，bw=+17.49=23.71 kn.m221 . 6)31 . 62(31 . 6221 . 6)31 . 62(31 . 6 mgbw，cw=2

23、3.71 kn.m 標(biāo)準(zhǔn)層樓面梁處： mgab=10.320.6=6.19kn.mmgcb=-8.60.5=-4.30kn.m畢業(yè)設(shè)計 2 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑概念設(shè)計8mgcb,bb=23.71kn.mmgbb, cb=-23.71kn.mmgbb, ab=20.70kn.m活荷載引起的不平衡彎矩maw= mgaw，bw=-20.705kn.m mbw= mgbw, aw+ mgbw, cw=20.70-23.71=-3.01kn.m mab= mgab+ mgab, bb=6.19-20.70=14.51kn.m mbb= mgbb, ab+ mgbb, cb=20.70-23.71=-3.01

24、kn.m mcb= mgcb +mgcb,bb=-4.30+23.71=19.41 kn.m屋面梁上的荷載標(biāo)準(zhǔn)值=恒載+0.5雪載 左邊次梁所傳荷載=57.17+0.54.30.45=59.01kn37 . 5 右邊次梁所傳荷載=60.92+0.54.30.45=62.76kn 31 . 6樓面梁上的荷載標(biāo)準(zhǔn)值=恒載+0.5活載 左邊次梁所傳荷載=46.06+0.516.34=54.23kn 右邊次梁所傳荷載=49.03+0.517.49=57.78kn屋面梁的固端彎矩 mgaw，bw=-（+）59.01-1.395.72=-78.51kn.m227 . 58 . 39 . 1227 . 58

25、 . 39 . 1121 mgbw. aw=78.51kn.m mgcw,bw=62.76+22221 . 631 . 62)31 . 6(1 . 6)31 . 62(31 . 61211.396.12=89.38kn.m mgbw，cw=89.38kn.m樓面梁的固端彎矩 mgab=32.58kn.m mgab,bb=92.52kn.m mgbb, ab=92.52kn.m mgcb=26.95kn.m mgcb,bb=105.61kn.m mgbb, cb=105.61kn.m節(jié)點不平衡彎矩maw= mgaw,bw=78.51kn.mmbw= mgbw ,aw +mgbw,cw=78.51

26、-89.38=10.87kn.m畢業(yè)設(shè)計 2 商住鋼結(jié)構(gòu)建筑概念設(shè)計9mcw= mgcw,bw=89.38kn.mmab= mgab+ mgab,bb=32.5892.52=59.94kn.mmbb= mgbb, ab+ mgbb, cb=92.52105.61= 13.09kn.mmcb= mgcb+ mgcb,bb=105.6126.95=78.66kn.m2.4.3 風(fēng)荷載和作用下的內(nèi)力計算和橫向地震作用下的內(nèi)力計算由于風(fēng)載荷和地震荷載計算相當(dāng)復(fù)雜，而且需要對各地區(qū)的天氣、地理進行長期統(tǒng)計分析才能得到所需資料。在此只對計算的核心思想和算法進行了說明和理解，通常所用的方法三種，容許應(yīng)力法(

27、asd)、塑性設(shè)計法(pd)和極限狀態(tài)法(lrfd)。而極限狀態(tài)法是最常用的方法。在此對極限狀態(tài)法核心思想和算法做出說明。采用抗力和荷載分項系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計法成為現(xiàn)行世界各國的主要設(shè)計方法。由于荷載的作用,結(jié)構(gòu)在使用周期內(nèi)有可能達到各種極限狀態(tài),這些極限狀態(tài)可分為兩類:承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的安全性對應(yīng)結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài),包括構(gòu)件斷裂、失穩(wěn)、過大的塑性變形等所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞。極限狀態(tài)設(shè)計法就是要求保證結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)不超越各種極限狀態(tài)。lrfd 設(shè)計公式的通式如公式2.1。i sni tw=16mmcebfcfbfatw=16mm55.163454203025250034

28、530cycfh因此需配置橫向加勁肋。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （gb500172003）第7.4.3，取加勁肋厚度為 16mm。3.4 柱受拉翼緣驗算為防止與梁受拉翼緣板相連處的翼緣板因受拉而發(fā)生橫向彎曲，見圖3.1（d） ，柱翼緣板的最小厚度為：tcf0.4=0.4=22.63mmcfa16200tcf=25mm22.36mm，滿足要求重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 關(guān)鍵節(jié)點構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計12為了提高安全性，在梁受拉翼緣對應(yīng)位置按構(gòu)造配置橫向加勁肋。3.5 梁柱剛性連接處的節(jié)點域驗算梁的節(jié)點域如圖 3.2 所示。因為 b 柱兩側(cè)彎矩方向相反，相對而言，a、c 柱更不利，取邊柱為最不利內(nèi)力： m=-

29、246.82kn.m v=130.89kn=73.25n/mm2pbbvmm21cwcbbbthhmm2116)252500()162500(1082.2466180=240n/mm2,滿足要求。3434vf10.2mmtw=16mm，滿足要求。90)252500()162500(90cbhh 圖 3.3 梁的節(jié)點域重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 材料分析及施工流程設(shè)計134 結(jié)構(gòu)用鋼分析及施工流程設(shè)計4.1 q420 材料選擇技術(shù)分析4.1.1 q420成分如表4.1所示表4.1 q420成分等級cmnsipsvnbtialcrnib0.201.001.700.550.040.040.020

30、.200.0150.060.020.20-0.400.704.1.2 q420性能10q420是一種低合金高強度鋼，它不僅是高強度鋼，還是低碳鋼。只是它的抗拉強度高了一點， q345的抗拉強度是 345n/mm2，而q420的抗拉強度是420n/mm2。與q345相比，采用q420 高強鋼，對常用的主材構(gòu)件，其強度和承載能力都有較大提高。例如：1 500 mm（長）160 mm（寬）16 mm（厚）鋼， 與同樣規(guī)格的q345 相比，q420 強度提高23%，承載力提高18%。q420具有高的強度，良好的抗疲勞性能；高韌性和低的脆性轉(zhuǎn)變溫度；良好的冷成型性能和焊接性能；具有較好的搞腐蝕性能和一定

31、的耐磨性能。強度高，特別是在正火或正火加回火狀態(tài)有較高的綜合 力學(xué)性能，其性能如表 4.2所示。表4.2 q420性能抗拉強度（ mpa）伸長率（b級）s/%屈服點（厚度16mm）mpa沖擊吸收功（ 20）52068018420344.1.3 q420 經(jīng)濟技術(shù)優(yōu)勢及適用范圍如果使用 q420 做建筑鋼結(jié)構(gòu)的主材料，不僅可降低建筑重量6%8%，還減小了橫擔(dān)主材規(guī)格，從理論上講，由于減小了柱梁體積，節(jié)省了部分空間，從經(jīng)濟角度講， q420 鋼單價按比 q345 鋼高 10%，但用 q420 鋼可以節(jié)省整重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 材料分析及施工流程設(shè)計14體造價的 2%6%，同時，簡化了結(jié)構(gòu)

32、的構(gòu)造，也減少了運輸、安裝等費用。因此高強鋼在我國鋼結(jié)構(gòu)建筑中有著廣泛的應(yīng)用前景。q420 主要適用于： 鋼結(jié)構(gòu)、電力鐵塔、各類起重吊車、重型汽車、石油井架、高溫風(fēng)車、煤礦液壓支架等等。4.2 制造工藝流程3節(jié)點制造工藝流程如圖 4.3，單件柱節(jié)點制造流程如圖 4.4 所示。q420 型鋼的驗收、入庫、存放與發(fā)放q420 鋼板的矯正（矯平、矯直）采用機械矯正，以保證表面質(zhì)量q420 的預(yù)處理（除去表面鐵銹、油污、氧化皮、涂防護導(dǎo)電漆）常用方法：機械除銹法和化學(xué)除銹法加工前準(zhǔn)備（劃線、放樣、號料）下料（剪切、沖裁、熱切割）邊緣、坡口加工（氣割或切割加工）成型加工（彎曲、沖壓、折邊）拼板焊接加工機

33、械加工零、配件邊緣、坡口加工（氣割或切割加工）孔加工（氣割、鉆銑、沖孔）重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 材料分析及施工流程設(shè)計15 圖 4.3 施工流程裝配成 h 型焊接焊后熱處理、變形矯正機械加工總合攏整體焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗（無損檢驗、性能試驗、 ）涂飾（噴丸除銹、氧化皮等、酸洗、涂漆、做標(biāo)記包裝、驗收入庫、現(xiàn)場使用預(yù)熱整體預(yù)裝焊后熱處理、變形矯正預(yù)熱機械加工重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 材料分析及施工流程設(shè)計16圖 4.4 單根柱節(jié)點制造流程柱腹板1柱翼緣板2工字型柱1焊接、焊后熱處理、變形矯正加強肋16帶加強肋柱1焊接連接板8機械加 工孔焊接、檢驗帶節(jié)點柱重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5

34、工字鋼制造工設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝175 工字鋼制造工藝設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝設(shè)計5.1 工字鋼廠內(nèi)制造工藝設(shè)計5.1.1 工字鋼焊接變形分析11在焊接過程中對工件進行了局部的、不均勻的加熱焊縫及其附近的金屬在焊接高溫的作用下膨脹，受到周圍未加熱金屬的阻礙，從而產(chǎn)生了壓縮塑性變形。由于塑性變形區(qū)的存在，工件經(jīng)過加熱膨脹，加上隨后的不均勻冷卻，以及結(jié)構(gòu)本身或外加的剛性約束作用，通過力、溫度和組織等因素的變化在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生了不均勻的塑性變形。工字梁主要的焊接變形特點表現(xiàn)為：焊縫的橫向收縮使得上、下面與腹板間相對角度發(fā)生變化的角變形；角變形造成的波浪變形；焊接順序、焊接方向不當(dāng)和不對稱焊接

35、引起的扭曲變形等。5.1.2 工字梁焊接變形的控制焊前準(zhǔn)備1）下料 為確保下料尺寸準(zhǔn)確，采用數(shù)控切割下料。由于工件長9米，所以無需采用分段拼湊，可以直接下料。2）坡口 為了使焊縫金屬達到與母材等強度，由于腹板厚度只有16mm，查gb986知，用埋弧焊焊接16mm厚板時不需開坡口，為保證焊透，需要清根，用砂輪打磨（清理）坡口及坡口附近50mm范圍內(nèi)的鐵銹、割渣，可防止夾渣、未熔合等焊接缺陷、提高焊接質(zhì)量。確定合理的焊接參數(shù)大型構(gòu)件的焊接，應(yīng)盡量采用小電流施焊和多層多道焊成形,以減小工件受熱范圍,從而減小焊接殘余應(yīng)力。相同尺寸的焊縫焊接參數(shù)保持一致，確保工件焊接時能較均勻地受熱，焊接參數(shù)參照焊接手

36、冊查取，如表5.1所示。表5.1 焊接參數(shù)焊絲牌號h08mn2mo焊劑hj250焊絲直徑/mm4焊接速度mh-12527焊接電流/a620650電弧電壓/v3638選擇合理的裝配焊接順序焊接過程中,通過合理的裝配焊接順序,使焊接變形能夠互相抵消,從而達到降低變形的目的。如對于工字梁的焊接,可采用先拼焊再按2 - 3 - 1- 4的順序施焊可大大降低焊接變形，如5.1圖所示。對稱焊縫的起弧和收弧位置保持一致4條較長的縱向的焊縫，均從中間起弧向兩端分段退焊或跳焊，橫向焊縫從重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 工字鋼制造工設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝18下起弧向上進行交替焊，并收弧于工件的兩端。這樣確保工

37、件的兩端能向中間收縮的同時，亦能有效地降低工件的焊接扭曲程度。剛性固定每隔500600mm用夾具強制將工件固定在工裝上,然后采用船形焊接施焊,如5.2所示。在工件完全冷卻以后松開夾具，這時工件的變形要比在自由狀態(tài)下焊接時發(fā)生的變形要小，而且船形焊接能有效地提高焊縫的質(zhì)量。 圖5.1 焊接順序圖5.2 剛性固定及船型焊工裝工作圖1.工裝 2.工件5.2 節(jié)點構(gòu)件的現(xiàn)場施工工藝設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)具備成批大件生產(chǎn)和高度準(zhǔn)確性的特點，可以采用工廠制作、工地安裝的施工方法，使其生產(chǎn)作業(yè)面多，可縮短施工周期，進而為降低造價、提高效益創(chuàng)造了條件，再加上鋼結(jié)構(gòu)在大跨度上優(yōu)勢明顯且輕質(zhì)高強，因此，現(xiàn)代建筑中，鋼結(jié)構(gòu)

38、的應(yīng)用越來越廣泛。在鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計過程中，除了大處著眼重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 工字鋼制造工設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝19滿足結(jié)構(gòu)整體計算要求、保證結(jié)構(gòu)整體受力合理外，亦應(yīng)“細(xì)處著手不忽視數(shù)量巨大的細(xì)小節(jié)點的設(shè)計。5.2.1 節(jié)點設(shè)計不合理引起的變形對于粱柱剛性連接，目前比較常用的做法是采用h型鋼作柱子和梁，并采用所謂的栓焊混合連接方法：梁柱節(jié)點現(xiàn)場連接，梁端部與翼緣焊縫全熔透焊焊接，梁端部腹板通過連接角鋼用摩擦型高強螺栓連接。對于h型鋼作柱子時，h型鋼有強弱軸之分，沿腹板方向一般為強軸，沿翼緣方向是弱軸。當(dāng)梁與柱子強軸方向連接時，一般應(yīng)在柱子與梁上下翼緣相交部位內(nèi)側(cè)相應(yīng)處設(shè)置加勁板，

39、但是大多數(shù)建筑由于設(shè)置不當(dāng)，結(jié)果造成節(jié)點的明顯變形13。5.2.2 節(jié)點設(shè)計工藝的改進13扇形切角構(gòu)造的改進在日本阪神大地震中，南于發(fā)現(xiàn)扇形切角工藝孔的端部起點存在產(chǎn)生變形危險，因此是否設(shè)置扇形切角以及如何設(shè)置，已成為關(guān)系到結(jié)變形的重要問題。日本在阪神地震后發(fā)布的技術(shù)規(guī)范中，對不開扇形切角和開扇形切角兩種情況都提出一系列規(guī)定，并規(guī)定扇形切角可采用不同形狀：對柱貫通型和梁貫通型節(jié)點分別規(guī)定了不同構(gòu)造形式。柱貫通型節(jié)點的扇形切角形式有兩種，其特點是通過減小扇形切角端部與梁翼緣連接處圓弧半徑，減少了應(yīng)力集中，從而減少變形。梁腹板與柱栓焊連接和栓接美國在采用狗骨式連接時建議 ：將以往的腹板栓接改為栓焊

40、連接，即用全熔透坡口焊縫將梁翼緣板直接焊在柱上，再通過用較厚連接板將梁腹板與連接板用螺栓連接。已有很多研究指出腹板栓焊連接的性能比栓接好，它能更好地傳力，從而減小梁翼緣和翼緣焊縫的應(yīng)力。同時，日本的研究也已指出，梁端腹板用高強度螺栓連接時，與栓焊連接相比抗彎能力減小，塑性變形能力亦存在顯著差異。結(jié)合美、日的研究成果，很容易發(fā)現(xiàn)梁與柱栓焊連接優(yōu)于栓接。因此，我選取了栓焊混合連接作為此節(jié)點連接。梁翼緣對應(yīng)位置的柱加勁肋與梁翼緣對應(yīng)位置的柱加勁肋美國叫做連續(xù)板，美國過去根據(jù)傳遞梁翼緣壓力的需要來確定加勁肋的厚度。考慮到一部分內(nèi)力通過柱腹板直接傳遞，得到了加勁肋厚度明顯小于梁翼緣厚度的結(jié)論。而且這樣的

41、結(jié)論曾在設(shè)計規(guī)定中有所體現(xiàn)，例如梁翼緣對應(yīng)位置的柱加勁肋厚度可取梁翼緣厚度的一半。而日本一貫規(guī)定加勁肋應(yīng)比對應(yīng)的梁翼緣板厚度大一級，認(rèn)為這是關(guān)鍵部位。我國在梁翼緣對應(yīng)位置設(shè)置的柱加勁肋，從一開始就注意到了日本的經(jīng)驗，規(guī)定了加勁肋厚度不小于梁翼緣厚度。我選擇了與梁厚度相等的加勁板。5.2.3 節(jié)點設(shè)計圖重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 工字鋼制造工設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝20從以上的分析，通過對節(jié)點設(shè)計的改進，使節(jié)點具有更好的延性和強度，可以更好的控制變形，節(jié)點立體圖如圖3.1所示。5.3 關(guān)鍵節(jié)點主要焊縫變形控制5.3.1 節(jié)點構(gòu)件三視圖及 a、b 放大圖，如圖 5.3 和圖 5.4 所示 圖

42、 5.3 關(guān)鍵節(jié)點構(gòu)件三視圖圖 5.4 a、b 放大5.3.2 針對 a、b 的變形控制坡口形式重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 工字鋼制造工設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝21采用如上圖所示的雙 x 型坡口有利于焊接變形控制。在采用 x 型坡口時，如果不采取合理的焊接順序，仍然可能產(chǎn)生角變形。例如，先焊完一面再焊另一面，焊第二面時所產(chǎn)生的角變形不能完全抵消第一面的角變形，因為焊第二面時，第一面的焊縫已形成，接頭的剛度大大增加，角變形比焊第一面時小。在焊接非對稱形坡口時，應(yīng)先焊焊接量小的一面，然后再焊焊接量大的一面。因此對于上圖所示的接頭因先焊接仰焊面。焊接方法選用焊接線能量小的焊接方法，可以有效地減

43、少焊接變形。例如采用 co2藥芯焊絲或?qū)嵭竞附z氣保焊、mag 焊等來代替焊條電弧焊，不但效率高，而且可以明顯地減少焊接變形。因此對上圖接頭采用 co2氣體保護焊不但可以減小焊接線能量的輸入從而減小變形；而且可以提高工作效率，是理想的選擇。5.4 針對 a、b 工作焊縫的焊接工藝優(yōu)化5.4.1 坡口設(shè)計需要考慮的因素 焊接坡口應(yīng)根據(jù)圖樣要求或工藝條件選用標(biāo)準(zhǔn)坡口或自行設(shè)計。選擇坡口形式和尺寸應(yīng)考慮下列因素：焊接方法；焊縫填充金屬盡量少；避免產(chǎn)生缺陷；減少殘余焊接變形與應(yīng)力；有利于焊接防護；焊工操作方便；復(fù)合鋼板的坡口應(yīng)有利于減少過渡焊縫金屬的稀釋率。5.4.2 坡口設(shè)計方案有三種，如表5.1所示

44、。坡口加工：接頭一需要在雙面加工，而接頭二、三只需單面加工，因此后兩種加工更簡易。變形控制：接頭一變形量最小，二、三兩種接頭變形量都大。焊接：接頭一存在仰焊，因此焊接困難，而且速度慢，對工作效率有影響。接頭二只需單面焊、且焊完后只需在背面焊一道焊縫即可，因此此接頭比較理想，而機頭三雖然是單面焊，但是在焊接寸墊時也會存在仰焊起且會花費較多時間。清根：接頭一、二需要清根，但二相對于一清根更容易，接頭三無需清根。材料用量：由于接頭三需要用寸墊，因此相對于接頭一、二會消耗更多的材料。接頭一有其不足的地方，但是本設(shè)計的側(cè)重點是變形控制，因此從變形控制的角度考慮我選擇一圖中的坡口形式作為關(guān)鍵節(jié)點的設(shè)計坡口

45、。表5.1 坡口形式重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 工字鋼制造工設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝22坡口形式加工變形焊接清根材料用量備注一般小一般難相對少接頭形式及尺寸參考鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程易大易易相對少接頭形式及尺寸參考鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程易易難無需清根多接頭形式及尺寸參考鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程5.4.3 焊接方法選擇有三種方案，如表 5.2 所示。由表 5.2 可以看出，三種法的焊接厚度均滿足要求；就熔合比而言，焊條電弧焊最小，氣保焊適中，埋弧焊最大；三者當(dāng)中手工電弧焊熔敷效率最低，其余兩種都高；而設(shè)備和焊接成本手工焊較低，埋弧焊和氣保焊相對高一些。另外，此處的操作為高空作業(yè)，因此埋利用埋弧焊不實際。

46、而氣體保護焊能用于高空作業(yè)，焊接熱量集中，焊接熱影響區(qū)小，對變形控制更有利，在此處是最佳選擇。表 5.2 焊接方法比較重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 工字鋼制造工設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝23接頭特征焊接方 法適用厚度范圍熔合比焊縫haz熔敷效 率設(shè)備成 本焊接成 本焊條電弧焊22001530鑄態(tài)組織焊接線能量小，haz寬度相對較小。具有連續(xù)變化的梯形組織特征低低低氣保焊0.5202030鑄態(tài)組織焊接熱量集中,haz 小高中低埋弧焊53003060焊縫組織粗大焊接線能量大，組織粗大，熱影響區(qū)寬度隨著線能量增加而加寬（haz 較?。└咧械?.5 焊接材料選擇5.5.1 焊接選材基本原則焊接材料選

47、擇必須考慮到兩方面的問題：一要焊縫沒有缺陷；二是滿足使用性能的要求。因此，焊接材料選擇時應(yīng)選擇裂紋、夾渣和氣孔等缺陷產(chǎn)生傾向性小的材料；同時應(yīng)保證焊縫金屬的強度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材匹配。在這兩大選擇基礎(chǔ)之上，焊接材料選擇時還應(yīng)考慮焊接材料的工藝性（工藝性好的焊接材料可以降低對工人操作技能的要求） 、經(jīng)濟性和統(tǒng)一性（焊接材料品種應(yīng)盡可能少，便于焊接材料的日常管理） 。5.5.2 焊絲選擇由于是建筑剛結(jié)構(gòu)，選擇了低合金結(jié)構(gòu)鋼，因此主要是保證其強度，材料選擇時則主要考慮等強原則。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程規(guī)定，選取實心焊絲牌號為 er55-d2，考慮到焊接過程中的變形量，其直徑為選取為 1.2m

48、m 最為合理。焊絲成分見表 5.3。表 5.3 er55-d2 焊絲成分c %mn %si %ni %s %cr %p %mo %v %0.100.40-0.700.15-0.350.0300.0301.00-1.300.0300.50-0.700.15-0.355.5.3 保護氣體選擇重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 工字鋼制造工設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝24保護氣體的選擇要考慮到焊縫表面成型、飛濺、對鐵銹敏感度、成本、射流過度臨界值等，如表 5.4 所示。表 5.4 保護氣體比較保護氣體飛濺對油繡敏感度成本表面成型射流過度臨界值co2大小低差大ar小大高一般小co2+ar小小低好小若單用 c

49、o2氣體作為保護氣體，飛濺過大，表面成型差且射流過度臨界值太大，而且焊接容易帶產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此用 co2做保護氣體焊接不利。若單用ar 氣作為保護氣體，也有明顯缺陷，用純 ar 氣體保護焊焊接時，其對油污、鐵繡等敏感，因此焊接前對工件的清理要求較高，工作效率將受到影響。co2+ar 保護焊被廣泛運用于碳鋼和低合金鋼，通過上表我們不難看出，采用 co2+ar 氣作為保護氣時，飛濺、對鐵銹的銘感度、成本、表面成型、射流過度臨界值等等都是比較好的，是理想的想的選擇， 。所以，通過綜合分析，我選擇了 co280+ar20氣作為保護氣體。5.6 焊接工藝規(guī)程7焊接工藝規(guī)程由焊接工藝手冊要求查取，其具

50、體值見表5.5。預(yù)熱溫度：因腹板和翼緣板厚度都大于15mm，所以初選預(yù)熱溫度選定為150200，保護氣體及流量：通過對表5.2分析最后選定保護氣體為80ar+20co2氣體，流量20l/min；焊接電流：i=180250a；電弧電壓：u=2024v；焊接速度：2530m/h，多層多道焊。表5.5 焊接工藝規(guī)程預(yù)熱溫度氣體流量l/min焊接電流 a電弧電壓 v焊接速度m/h15020080ar+20co2201802502024v2530重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 工字鋼制造工設(shè)計及關(guān)鍵節(jié)點現(xiàn)場施工工藝255.7 斜 y 坡口焊接實驗按照g b 4975.1 斜y 坡口焊接裂紋試驗方法進行斜

51、y 坡口焊接裂紋試驗，以評定焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋的傾向性。試驗條件：環(huán)境溫度21；使用焊絲為jl-507，4.0 m m ，經(jīng)3502h 烘干；焊接參數(shù):電流17010a ，電壓26v ，焊速15010 m m /m in；焊后試件在空氣中自然冷卻，且不進行任何熱處理。實驗結(jié)果如表5.6所示。表5.6 斜y坡口焊接裂紋試驗結(jié)果試件厚度（mm）環(huán)境溫度/預(yù)熱溫度/表面裂紋率(% )斷面裂紋率(% )0001621150000015.68q420b16015000綜合以上試驗結(jié)果，一般情況下q 420b鋼焊前可不預(yù)熱，但當(dāng)環(huán)境溫度低于0時，應(yīng)進行焊前100150預(yù)熱，以避免產(chǎn)生冷裂紋。試驗用q

52、420b 的化學(xué)成分和力學(xué)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，且抗冷裂性較好，當(dāng)環(huán)境溫度在0以上時可不預(yù)熱進行焊接；當(dāng)環(huán)境溫度在0以下焊接q420b時，建議預(yù)熱100150，焊后均不需采用任何熱處理工藝。5.8 拉伸性能實驗對試樣拉伸性能執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) gb2282002金屬材料室溫拉伸試驗方法 ；試驗機為 rsa250（德國申克）250kn 電子萬能試驗機。實驗結(jié)果如表 5.7 所示。表 5.7 拉伸性能試驗結(jié)果拉伸實驗試樣焊接方法射線探傷屈服強度/mpa抗拉強度/mpa彎曲實驗1co2 氣體保護焊100%級合格450600未發(fā)現(xiàn)裂紋2co2 氣體保護焊100%級合格460620未發(fā)現(xiàn)裂紋重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 總結(jié)266 總 結(jié)隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過十幾周的奮戰(zhàn)我們的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)