3.3.8主靜載鋼結(jié)構(gòu)Ⅲ剖析

3/3.8主靜載焊接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)ⅢDesignofweldedstructureswithpredominantlystaticloading主要內(nèi)容1.DIN18800中對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的要求2.DIN18800中所允許使用的母材和焊材3.DAStRi009規(guī)程4.典型結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)形式5.框架轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布特點(diǎn)

1.按DIN18800-1鋼制構(gòu)件的限定和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1.1概述國家級(jí)的建筑結(jié)構(gòu)法州一級(jí)的建筑結(jié)構(gòu)規(guī)程對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的制造者和使用者要求的規(guī)定相關(guān)技術(shù)規(guī)定和規(guī)章的清單產(chǎn)品使用過程中的說明1.2鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程號(hào)內(nèi)容DIN18800第一部分，1990年11月鋼結(jié)構(gòu)：規(guī)格和結(jié)構(gòu)DIN18800第二部分，1990年11月鋼結(jié)構(gòu)：穩(wěn)定性桿件及桿構(gòu)件的彎曲DIN18800第三部分，1990年11月鋼結(jié)構(gòu)：穩(wěn)定性薄板結(jié)構(gòu)的變形DIN18800第四部分，1990年11月鋼結(jié)構(gòu)：穩(wěn)定性殼體結(jié)構(gòu)的鼓脹DIN18800第五部分鋼結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)部分DIN18800第六部分鋼結(jié)構(gòu)：非靜載狀態(tài)下的規(guī)格DIN18800第七部分鋼結(jié)構(gòu)：制造廠家焊接能力資格驗(yàn)證DIN18800第八部分鋼結(jié)構(gòu)：維修現(xiàn)在適用的歐洲基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)EN標(biāo)準(zhǔn)號(hào)日期內(nèi)容1090-11090-2

20092008鋼結(jié)構(gòu)和鋁結(jié)構(gòu)的施工-1：結(jié)構(gòu)部件一致性評(píng)估要求

鋼結(jié)構(gòu)和鋁結(jié)構(gòu)的施工-2：鋼結(jié)構(gòu)用技術(shù)要求續(xù)表現(xiàn)在適用的歐洲基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

DIN18801鋼結(jié)構(gòu)高大建筑DIN18802低壓容器和架空的油罐結(jié)構(gòu)DIN18804起重機(jī)導(dǎo)軌DIN18805鋼結(jié)構(gòu)煙囪DIN18806高層建筑中的復(fù)合結(jié)構(gòu)DIN18807鋼結(jié)構(gòu)梯形型鋼DIN18808鋼結(jié)構(gòu)中的槽鋼DIN18809鋼制公路橋梁DIN18810復(fù)合梁—公路橋梁EN標(biāo)準(zhǔn)號(hào)日期內(nèi)熔

EN1993-22006鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—鋼橋EN1993-3-12006鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—塔、架和煙囪-塔和架EN1993-3-22006鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—塔、架和煙囪-煙囪EN1993-4-12007鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—筒倉EN1993-4-22007鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—儲(chǔ)罐EN1993-4-32007鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—管線EN1993-52007鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—樁EN1993-62007鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—起重機(jī)支撐件現(xiàn)在適用的歐洲專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2鋼結(jié)構(gòu)的限定基礎(chǔ)

不同國家的主靜載鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中要求的大部分項(xiàng)目差別并不是很大，例如在關(guān)于承載梁強(qiáng)度的計(jì)算方法和加強(qiáng)構(gòu)件承載能力的思路方面等，但是在細(xì)節(jié)的考慮方面會(huì)有一些差異。3對(duì)接焊縫連接結(jié)構(gòu)的要求

DIN18800和其它標(biāo)準(zhǔn)一樣，要求在焊縫連接時(shí)盡可能要采用對(duì)接連接焊縫，焊縫尺寸的確定方法和其它標(biāo)準(zhǔn)沒有什么差異。但要注意在不同板厚構(gòu)件對(duì)接連接時(shí)相關(guān)極限尺寸要求的差異。4其他焊接技術(shù)要求4.1通則

部件和其連接必須按照焊接規(guī)程來進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，要避免焊縫的堆積。焊接規(guī)程包括材料和焊接工藝方面的相關(guān)內(nèi)容。結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，如板厚、焊縫位置、坡口形式、焊縫的構(gòu)成；

生產(chǎn)的種類，如焊接的方法、焊接填充材料、預(yù)熱、焊接次序和后熱處理；應(yīng)力，如靜載或沖擊載荷、與軋制方向有關(guān)的應(yīng)力方向和與焊縫有關(guān)的方向；結(jié)構(gòu)生產(chǎn)和使用時(shí)的溫度條件。4.2最小厚度最小厚度是在專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中選定。也可以通過其他的規(guī)程對(duì)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充和完善，如按對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的附加技術(shù)條件（ZTV-K）、按DIN18809制作的鐵路橋梁。4.3結(jié)構(gòu)上使用不同的鋼種時(shí)需注意的問題

在一個(gè)承載梁和一個(gè)截面上允許使用不同的鋼種。但要注意的是，所使用的鋼質(zhì)產(chǎn)品必須作好標(biāo)記以防止混料。標(biāo)記應(yīng)在下料階段就在每一個(gè)零件上進(jìn)行標(biāo)注，并在工作過程中注意標(biāo)記的轉(zhuǎn)移。4.4標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定常用的鋼材種類

作為對(duì)DIN18800-1生產(chǎn)規(guī)程的補(bǔ)充規(guī)定，只有標(biāo)準(zhǔn)化了的產(chǎn)品和允許的材料種類，并且符合當(dāng)時(shí)適用的版本，列入建筑標(biāo)準(zhǔn)清單A中的材料才可以使用。這取決于在這里給出的表和附件以及其它對(duì)以前鋼種標(biāo)記的補(bǔ)充。

在建筑監(jiān)督領(lǐng)域內(nèi)可以使用的鋼種，首先是符合當(dāng)時(shí)使用的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在建筑標(biāo)準(zhǔn)清單A的第1部分中列舉出來的鋼種和經(jīng)過比較滿足供貨條件的鋼種。S2351.00371.00361.00381.01141.01161.01171.01201.01211.01221.01151.01181.0119

S2751.00441.01431.01441.01451.01281.01401.01411.0142S3551.00451.05531.05701.05771.05961.05511.05541.05691.05791.05931.05944.5其它鋼種使用的限定條件

DIN18800的402部分列舉的鋼種只能夠應(yīng)用在符合當(dāng)時(shí)建筑規(guī)程A和當(dāng)時(shí)的國家規(guī)程的條件下進(jìn)行連接。在DIN18800的401部分所列舉的鋼種只有在符合下述條件時(shí)才可以使用。

該鋼種在專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中被完整的描述出來，其應(yīng)用符合一定的規(guī)則，例如在DIN4133：1991-11—鋼制煙囪，同時(shí)在建筑規(guī)程清單A第1部分列舉出來的。

其應(yīng)用以其它方式被驗(yàn)證了，例如通過一個(gè)通用的建筑監(jiān)督許可或通過一個(gè)通用的建筑監(jiān)督檢驗(yàn)證書或者在特殊情況下經(jīng)過最嚴(yán)格的監(jiān)督獲得同意。4.6鋼材選擇

鋼種只有在符合使用目的并具有焊接性的時(shí)候才可以選用。

材料的質(zhì)量級(jí)別應(yīng)按照DASt–Ri009焊接鋼結(jié)構(gòu)用鋼質(zhì)量組別的選擇進(jìn)行選用。4.7證書4.7.1通用要求所使用的產(chǎn)品必須按DINEN10204提供證書；供貨單位或供貨者填寫的材料證書無效；堆焊彎由試驗(yàn)：對(duì)于承受拉、彎載荷的板材，寬扁及型鋼的焊接構(gòu)件，當(dāng)其單件厚度大于30mm時(shí)，應(yīng)按SEP1390（鋼—鐵檢驗(yàn)書）進(jìn)行堆焊彎曲試驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)結(jié)果。該試驗(yàn)是用來檢驗(yàn)材料脆斷性能的。4.8冷變形區(qū)域的焊接4.9有特殊防腐要求的焊縫

當(dāng)通過采取特殊的措施可以達(dá)到防腐要求的話，允許對(duì)有特別防腐要求的構(gòu)件焊接斷續(xù)焊縫和單面未熔透的焊縫。表面可以采取一些特別措施防腐，例如：

按系列標(biāo)準(zhǔn)EN12944和ISO1461進(jìn)行表面處理或涂敷；采用具有耐腐蝕性能的結(jié)構(gòu)。4.10焊接填充材料及輔助材料

只有那些得到官方認(rèn)可機(jī)構(gòu)的許可證書的焊接填充材料及輔助材料才允許在工程中使用，這些材料應(yīng)具有ü標(biāo)記。官方的認(rèn)可單位是位于Minden的聯(lián)邦鐵路總局。EN499碳鋼和細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼手工電弧焊用焊條EN440碳鋼和細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼氣體保護(hù)焊用焊絲EN756碳鋼和細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼埋弧焊用焊絲和焊劑組合EN757高強(qiáng)鋼手工電弧焊用焊條EN760埋弧焊用焊劑5焊接的實(shí)壁梁

焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)富于創(chuàng)造性的工作，對(duì)于所有的結(jié)構(gòu)任務(wù)來說，不可能給出一個(gè)通用的方法，這就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師利用自己的頭腦分析、解決，而作為鋼結(jié)構(gòu)的每一構(gòu)件均應(yīng)按其所可能制備的最大尺寸在車間制備，并進(jìn)行鉆孔或坡口加工以便在安裝現(xiàn)場進(jìn)行裝配或焊接。5.1實(shí)壁梁主要承受垂直于梁主軸的作用力，并通過彎曲將該力傳遞到支座上，其橫截面上的應(yīng)力分布在梁的長度方向上通常是不均勻的。抗彎梁的應(yīng)力分布使用軋制型材可以很方便地改變實(shí)壁梁的高度，只需改變腹板的高度，可增大該處的慣性矩，并減小支座，但應(yīng)注意在支承處驗(yàn)證其抗剪能力。翼板加強(qiáng)根據(jù)彎矩分布情況配置截面

在彎矩和剪力的作用下，需對(duì)受彎梁進(jìn)行局部加強(qiáng)。在L0長度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加強(qiáng)后，增大在該區(qū)域內(nèi)的慣性矩，提高承載能力。局部抗彎加強(qiáng)5.2加強(qiáng)板的配置加強(qiáng)翼板的配置5.3翼板加強(qiáng)時(shí)端部的焊接接頭

翼板加強(qiáng)時(shí)端部的焊接接頭5.4加強(qiáng)肋板連接肋板加強(qiáng)形式

5.5對(duì)于小規(guī)格的軋制型材肋板加強(qiáng)，不允許采用該種加強(qiáng)，因?yàn)槌休d面太小。不允許允許小規(guī)格軋制型材的肋板加強(qiáng)5.6非鎮(zhèn)靜鋼軋制型材肋板的焊接連接非鎮(zhèn)靜鋼軋制型材肋板的焊接連接允許不允許5.7梁對(duì)接接頭鋼板焊接成的梁接頭應(yīng)注意在腹板上和翼板上的焊接接頭應(yīng)盡量不位于同一位置，以避免應(yīng)力集中。軋制型材可以在同一位置進(jìn)行焊接主梁對(duì)接接頭5.8剛性加強(qiáng)由腹板及加強(qiáng)板組成的區(qū)域稱作翹曲區(qū)，為提高梁的穩(wěn)定性及承受彎曲和剪應(yīng)力的能力，需對(duì)梁進(jìn)行剛度加強(qiáng)，即橫向加強(qiáng)和縱向加強(qiáng)

剛性加強(qiáng)在橫截面A—A處的橫向加強(qiáng)方案“a”是最簡單的一種方式，適用于承受靜截的構(gòu)件，在其內(nèi)角進(jìn)行環(huán)繞焊是不適宜的。方案“b”即適用于承受動(dòng)載的構(gòu)件，同時(shí)也適用于有特殊防腐要求的構(gòu)件，因?yàn)槠鋬?nèi)角部位可以進(jìn)行焊接。方案“c”適用于承受脈動(dòng)載荷的構(gòu)件，在這種結(jié)構(gòu)中不允許在承受較大載荷的翼板上設(shè)計(jì)焊接接頭。abc剛度加強(qiáng)的形式開式剛度加強(qiáng)易于制作，閉式剛度加強(qiáng)適用于承受偏心力并有較高剛性要求時(shí)采用。其制作成本高于開式剛度加強(qiáng)。開式剛度加強(qiáng)閉式剛度加強(qiáng)6焊接支座鉸接支座形式立柱選擇的型材：閉式型材：

封閉式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可充分利用其截面面積，并可將頂部承受的壓應(yīng)力傳遞到基礎(chǔ)上，但卻增加了受彎梁的連接困難，并將導(dǎo)致局部過載。開式型材：

開式結(jié)構(gòu)不能充分利用其截面面積，但卻不存在受彎梁的連接困難，因此在工程結(jié)構(gòu)上經(jīng)常采用。

蓋板和底板的連接：在連接壓應(yīng)力位于支撐中心的蓋板和底板時(shí)，當(dāng)端部斷面為矩形及底板具有足夠厚度時(shí)，支撐載荷可通過連接點(diǎn)傳遞。但必須避免構(gòu)件一側(cè)偏移。對(duì)此可通過相應(yīng)的焊道布置來實(shí)現(xiàn)。amin

=3.0㎜(當(dāng)頂板厚度最小為10㎜時(shí))amin

=-0.5[㎜]amax=0.7·tmin[㎜]立柱結(jié)構(gòu)舉例：

焊接支座接頭：在偏心力作用下，將產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，因此應(yīng)布置加強(qiáng)板。

兩側(cè)加強(qiáng)板所形成的搭接對(duì)結(jié)構(gòu)是有利的，但從腐蝕能力方面考慮則應(yīng)避免在支座底腳部位形成空腔。焊接的支撐底座焊接支撐底座焊接的支撐底座7桁架梁

桁架是桿件通過節(jié)點(diǎn)在一個(gè)平面或空間相互連接構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，連接時(shí)以結(jié)點(diǎn)作為絞接點(diǎn)，桿件只承擔(dān)正應(yīng)力—拉或壓，外力只作用在結(jié)點(diǎn)處。

桁架梁是承載梁的一種形式，其由桿件、上翼板、下翼板及中間支撐等組成。中間支撐的截面形狀大部分為三角形的。

桁架梁的優(yōu)點(diǎn)是，每個(gè)桿件的材料性能均可得到充分利用。

桿件的截面形狀可根據(jù)不同的條件進(jìn)行選擇，并有不同的方案?！侠淼暮附臃桨浮侠淼闹谱鞣桨浮栏夹g(shù)方案7.1桁架結(jié)構(gòu)形式7.2桁架梁所用型材形式角鋼冷彎型材截面形狀跨距（m）說明3—6用于棚頂板，夾持板，承受較小載荷4--8用于棚頂板，夾持板，承受較小載荷常用型材的適用范圍1--30最經(jīng)常使用的型材，需根據(jù)可能的失效形式選擇型材的形式和尺寸軋制型材例槽鋼，工字鋼續(xù)表常用型材的適用范圍帶有開式腹板的屋脊梁結(jié)構(gòu)蜂窩梁4—40可使用軋制型材制承載梁，使用角鋼或鋼管作為翼緣桿件用6—60用于大跨度，較低載荷狀態(tài)下，工作高度可提高50%，蜂竄處可用來通過管線。續(xù)表常用型材的適用范圍組合型材例工字鋼，槽鋼焊接工字梁5—15為抵抗水平方向附加的偏轉(zhuǎn)載荷，可以采用組合型材10—100由三塊板材焊接而成，腹板高度可達(dá)3—4m；如必要可對(duì)腹板進(jìn)行加強(qiáng)。續(xù)表常用型材的適用范圍焊接箱形梁15—200由鋼板焊接而成，具有較高的抗扭轉(zhuǎn)和偏心載荷能力，用于吊車和橋梁結(jié)構(gòu)續(xù)表常用型材的適用范圍7.3焊接節(jié)點(diǎn)“a”只是一種很簡單的情況，有條件的應(yīng)用。“b”是即適于焊接又具有防腐性的連接方法，該方法要求對(duì)桿件的端部進(jìn)行加工，并要求尺寸公差較小。7.4按DIN18808承受主要靜載荷的空心型材制承載梁該標(biāo)準(zhǔn)用于空心型鋼制，主要承受靜載荷的承載部件。在該標(biāo)準(zhǔn)中所謂的空心型材指的是環(huán)型，矩型和正方型等閉式空心截面，在這些截面上壁厚是保持一定的，且在長度方向上也不發(fā)生變化?？招男筒墓?jié)點(diǎn)有縫隙節(jié)點(diǎn)和無縫隙節(jié)點(diǎn)：有縫隙節(jié)點(diǎn)和無縫隙節(jié)點(diǎn)空心矩形截面的無縫隙節(jié)點(diǎn)7.5矩形空心型材與圓形管焊接連接實(shí)例γ≤0.85采用角焊縫連接

γ=1進(jìn)行坡口加工接頭

不同型材截面焊接接頭形式

γ=1進(jìn)行坡口加工接頭

連接種類EN2871管材對(duì)接111TBWW01Bt3.0PF2管材斜接111TBWW01Bt3.0PF3矩形管材對(duì)接111PBWW01Bt3.0PF4矩形管材斜接111PBWW01Bt3.0PF5矩形管材與管材斜接111PBWW01Bt3.0PF不同接頭形式對(duì)焊工資質(zhì)的要求8鋼質(zhì)量組別的選擇8.1DASt—Ri009推薦焊接構(gòu)件所用鋼種質(zhì)量等級(jí)的選擇在鋼質(zhì)量組別的選擇時(shí)同時(shí)應(yīng)考慮下述影響因素：——應(yīng)力狀態(tài)——構(gòu)件的重要性——溫度——構(gòu)件厚度8.2應(yīng)力狀態(tài)8.3構(gòu)件的重要性8.4溫度8.5工件厚度8.6確定分組應(yīng)力狀態(tài)(見3.2節(jié))構(gòu)件的重要性(見3.3節(jié))載荷壓拉溫度（見3.4節(jié)）至-10℃-10℃至-30℃至-10℃-10℃至-30℃