岩土辅导之脆性断裂与疲劳破坏问题研究(3)

　　(3)构造措施

　　疲劳计算之所以要把构件连接分为8类,原因在于应力集中的程度不同。应力集中在焊接结构中因焊接缺陷而产生，也因构造形式而引起。焊接缺陷必须通过控制施工质量和采取工艺措施|来消除,而构造形状改变则可以通过构造措施使之缓和承受反复荷载作用的结构,其构造应注意选用应力集中不严重的方案。比如一块受轴力的板需要拼接时,能用对接焊缝解决就不用拼接板加角焊缝的办法。因为用拼接板的方案属于第6类,而用对接焊缝的方案重至少可以达到第3类。在必要的时候还可以把对接焊缝的余高磨去,则进一步上升为第2类。构造要合理，能均匀、连续、平顺地传力，避免构件截面剧烈变化。必要时用圆弧过渡。

　　当必须采用应力集中比较严重的方案时,应尽量把应力集中部位放在低应力区。当焊接I形截面梁采用双层翼缘板时,经常采用所示的外层翼缘缘截断的构造方式。因为简支梁的弯矩总是从中部逐渐向支座处减小,当弯矩减小到一定程度,外层翼缘板就可以截断。图所示的梁,按照抵抗弯矩的需要,外层翼缘在A点就可以截断。但是如果A点处按第7类连接计算疲劳不满足要求,则需把板适当延长, 延至疲劳计算不控制梁的截面尺寸处,如图所示的B点。外层翼缘延长虽然多用一些材料,但比起梁的内层翼缘板全长都增大只寸还是节省。需要延长的只是受拉翼缘的饭,受压翼缘并不需要延长。转自环球网校edu24ol.com

　　要尽量选用刚度均匀的方案，焊缝连接处构件的不均匀刚度,导致焊缝的变形和应力分布不均,必然影响连接的疲劳性能。所示工字形牛腿与钢柱用角焊缝的连接,牛腿端部有弯矩M和剪力V用由于柱翼缘变形,牛腿端部截面不能保持平面变形,牛腿翼缘的应力也就不可能均匀分布。如果在牛腿翼缘端部柱子腹板上设置横向加劲肋 ,便能改善应力分布,提高连接的疲劳性能。

　　在角焊缝的焊跟和焊趾处,有严重的应力集中,裂纹从这里开后,向焊缝内部或主体金属扩展。侧面角焊缝因两端应力集中严重,疲劳破坏从端部开始。

　　图11 角焊缝的疲劳破坏位置

　　正面角焊缝的疲劳强度与焊趾处焊边夹角有关,愈小,角焊缝的应力集中系数愈小,则疲劳强度愈高。由于角焊缝传力曲折,应力集中严重,为改善耐疲劳性能,角焊缝表面应加工成直线或凹形,焊脚尺寸比例应保持正面角焊缝为l:l.5(长边顺内力方向) ,侧面角焊缝为1: 1。即使如此,角焊缝有效截面的疲劳强度仍较低,规范规定为8类。因此,直接承受动力荷载的连接,应尽量避免采用角焊缝。当必须采用角焊缝时,要进行疲劳验算。转自环 球 网 校edu24ol.com

　　T形连接可以用角焊缝,用部分熔透或全熔透的K型焊缝构成。前二者疲强度很低。全熔透的K型焊缝的性能与对接焊缝的相同,在经过加工,无损检验后,疲劳强度较高,宜用于直接承受动力荷载的T形连接。

　　不论对接焊缝或角焊缝,它们的疲劳强度都比母材的为低，在动力荷载作用时比较危险。因此,对直接承受动力荷载的焊缝连接,必须进行疲劳计算。

　　(4)正确使用

　　不在主要结构上任意焊接附加的零件,不任意悬挂重物,不任意超负荷使用结构,要注意检查维护,及时油漆防锈，避免任何撞击和机械损伤,. 原设计在室温工作的结构,在冬季停产检修时要注意保暖等。

　　总之，合理设计(选材与构造设计)、正确制造(工艺措施合理)、正确使用是提高结构疲劳性能的有效方法。

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