11. 焊接鋼結構的缺點及其原因
答：1、 熱影響區：
受焊接高溫影響，焊縫附近的母材存在「熱影響區」，易使材質變脆。熱影響區內隨各部分的溫度的不同，其金相組織及其效能也發生了變化，有些部分的晶粒變粗。硬度加大，塑性和韌性降低，易導致材質變脆。
2、焊縫缺陷：
除非正確選擇板材和焊接工藝，焊縫易存在各種的缺陷，如裂紋、邊緣未融合、根部未焊透、咬肉、焊瘤、夾渣和氣孔等。缺陷的存在易導致構件產生應力集中而使裂紋擴大。
圖1：各類焊縫缺陷
裂紋：產生裂紋的主要原因是鋼材的化學成分不當，含s 高易產生熱裂紋，含p 高易產生冷裂紋。不合適的焊接工藝和不合適焊接程式也將導致裂紋的產生。
裂紋有縱向也有橫向，可以存在於焊縫內也有在焊縫附近的金屬內。
邊緣未融合：與焊前鋼材表面的清理不徹底有關，焊接電流過小和焊接速度過快以致母材未達到融化狀態有關。
根部未焊透：除電流不夠和焊接速度過快外，焊條過粗及焊工的其他的不當操作也會致使該現象。
咬肉：因焊接引數選擇不當或由於操作工藝不正確產生，如所用的焊接電流過強和電弧過長。這是靠近焊縫表面的母材處產生的缺陷。
焊瘤：是焊接過程，熔化的金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材所形成的。 夾渣：
是微粒焊渣在焊縫金屬凝固時來不及浮至金屬表面而存在於焊縫內的
缺陷。焊縫冷卻過快會加劇此現象。
氣孔：焊條受潮，熔化時產生的氣體侵入焊縫而形成的。
總之，以上缺陷的存在，會導致構件產生應力集中而使裂紋擴大。
3、裂縫易擴充套件：
焊接結構的剛度大，焊接結構具有連續性，區域性裂縫一經產生便很容易擴充套件到整體，加劇了焊接鋼結構的低溫冷脆現象。
4、殘餘應力：
焊接後，由於冷卻時的不均勻收縮，構件內將存在焊接殘餘應力，在構件服役過程中，和其他所受荷載引起的工作應力相互疊加，使其產生二次變形和殘餘應力的重新分布，不但會降低結構的剛度和穩定性而且在溫度和介質的共同作用下，還會嚴重影響結構的疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗應力腐蝕開裂和高溫蠕變開裂的能力。
5、殘餘變形：
焊接後，由於不均勻漲縮產生焊接殘餘變形，如原來為平面的鋼板發生凹凸變形等，殘餘變形還會使構件尺寸和形狀發生變化，矯正費工，如果矯正效果不佳，會影響構件的正常受力，產生附加的力和彎矩。
2.防止焊接鋼結構脆性斷裂的基本措施
答：先明確焊接鋼結構脆性斷裂的影響因素：a、化學成分，o、s元素能使鋼材熱脆，n、p能使鋼冷脆，適量的鋁，可以保證低溫韌性；b、內部組織：
組織存在缺陷(如裂紋)，易使脆性破壞；c、板材厚度和三向應力，板厚大會比較明顯的三向應力，使材料塑形發展受約束；d、溫度，低溫脆性會變明顯；e、應力集中；f、焊接缺陷；g、焊接殘餘應力；h、時效應變等。因此預防措施也應該從避免出現上述現象著手：
1、正確選用鋼材，使之具有足夠的韌性kic和良好的可焊性。
掌握結構的工作條件：最低溫度條件、荷載特性等，選擇合適的鋼材，使之具有足夠的韌性kic和良好的可焊性。隨著鋼材強度的提高，其斷裂韌性和可焊性都會有不同程度的降低，選材時不宜選用比實際所需強度更高的材料，特別不能單純追求強度指標，而忽略其他效能。
對於選定的鋼材，可用v形缺口衝
擊試驗的結果來檢驗其韌性適用性，即在規定溫度下能達到規定的能量值。
碳素結構剛中的碳含量應不大於0.20%，為保證鋼材具有良好的可焊性。同時應該嚴格控制硫、磷、氧、氮等有害雜質。
2、保證施工質量，並進行嚴格的檢查驗收。
在鋼結構製造安裝過程中，應盡量避免使材料出現應變硬化，要及時通過擴鑽和刨邊消除因沖孔和裁剪(剪下和手工氣割)而造成的區域性硬化區，在低溫地區尤需如此。注意正確選擇和制訂焊接工藝以減少不利殘餘應力，包括必要時通過熱處理方法消除重要構件中的殘餘應力；提倡規範文明施工，不在構件上隨意起弧和砸擊以避免構件表面的意外損傷。
總之，按規定的工藝進行製造，並按照《鋼結構工程施工質量驗收規範》中對焊縫質量規定進行檢測驗收，盡早消除嚴重缺陷。
3、正確使用
正確使用亦在防止脆斷措施之列。在使用過程中，嚴禁在結構上隨意加焊零部件以免導致機械損傷；除了嚴禁裝置超載外，亦不得在結構上隨意懸掛重物；嚴格控制裝置的執行速度以減少結構的衝擊荷載。除了結構正常使用的工作環境溫度要符合設計要求外，在停車撿修時(尤其在嚴寒季節)亦應注意結構的保溫。
4、合理的結構設計
構件的介面、焊接接頭形式盡量使力線均勻分布，避免介面突變、尖角。盡量選用應力集中最小的對接接頭，少用搭接接頭。兩個不同截面構件的對接接頭應當盡可能平緩過渡。
焊縫布置要施焊方便易檢測，保證焊接質量，較少或避免焊縫缺陷。避免密集焊接，特別是立體相交，以防止過大的殘餘應力和多向應力。注意附加件的連線方式，盡量不要焊接，防止裂紋擴充套件到結構主體。
在滿足工作應力的條件下，盡量減小結構剛度，採用較薄的材料。
要正確設計焊接節點，注意儘量減少應力集中和焊接殘餘應力、殘餘變形的產生。
由上可知，若對材料選用、焊縫設計、焊接工藝、焊工技術和加強焊縫質量檢驗的工作予以注意，可有效防止焊接鋼結構的脆性斷裂破壞。
圖2：焊縫連線
3.應力強度因子與應力集中係數的區別
答：概念區別：
應力強度因子：是斷裂力學在研究應力作用下考慮應力和裂紋尺寸這兩個因素而對裂紋擴充套件影響而引入的新引數，記為k，它反映了裂紋頂端附近應力強弱程度。
應力集中係數：在裂紋尖端或缺口附近應力的分布不再均勻，會存在乙個應力峰值，而遠離裂紋或缺口時，應力的分布還是均勻的，這個應力峰值和淨截面的平均應力的幣值即為應力集中係數。
公式對比：
應力強度因子：應力強度因子是載荷(載入方式、大小)、裂紋體幾何(形狀、大小)的函式，i 型裂紋應力強度因子通式：
σ－應力；a－裂紋尺寸；y－應力強度因子修正係數
應力集中係數：應力集中係數與裂紋的形狀、大小有關，而與荷載無關。
σy－峰值應力；s平均應力
作用區別：
應力強度因子：
由張開型的應力強度因子表示式可以看出，k i 僅由裂紋長度和名義應力確定。若已知裂紋長度和名義應力，則k i 為定值，並可以確定裂紋是否會擴充套件。由此，我們可以用k i來建立某個條件並判斷構件是否擴充套件。
比如，乙個長度為2a的穿透裂紋平板，在均勻拉應力作用下，k i值隨外應力增大而增大。當外應力達到一定程度時，裂紋達到失穩狀態，此時，即使外力不用增加，裂紋也會迅速擴充套件，直到斷裂。此時材料k i已達到極限值，成為斷裂韌性k ic 。
k ic是一種材料的力學效能，它與試件的幾何形狀、受力情況、試驗環境、載入方式等有關。顯然，裂紋的零部件產生斷裂的臨界條件為：
k i = k ic
所以，可以通過應力強度因子k i來判斷裂紋是否會發生失穩擴充套件並斷裂。
應力集中係數：
應力集中是指受力構件由於外界因素或自身因素幾何形狀、外形尺寸發生突變而引起區域性範圍內應力顯著增大的現象。應力集中係數可以定量反映應力集中的程度，是乙個大於 1 的係數。而且試驗結果還表明 :
截面尺寸改變愈劇烈，應力集中係數就愈大。因此，零件上應盡量避免帶尖角的孔或槽，在階梯杆截面的突變處要用圓弧過渡。通過這個引數對應力集中進行定量評價，方便應力集中的研究，從而更好地避免或減少應力集中。
4.無限壽命、安全使用壽命、破損－安全等疲勞設計思想的基本要義答：
1、無限壽命設計
要求零部件在無限長的使用期間內不發生疲勞破壞。其設計依據是通過材料或構件的疲勞試驗所得到的疲勞極限。該思想認為只要零構件的工作應力小於其疲勞極限就有無限的使用壽命，並且結構服役期內無需檢測。
低於某一應力幅，
材料或構件將不會發生疲勞破壞，此應力幅稱為疲勞極限。在我國，一般規定，迴圈次數10^7所對應的最大應力幅為疲勞極限。方法簡單合理，但設計過於保守、粗糙，結構用料多而笨重，不經濟。
2、安全使用壽命設計
要求零部件在一定的使用期間內不發生疲勞破壞。設計的主要依據是通過疲勞試驗得到材料或構件的s一n曲線, 並運用線性累積損傷理論（miner理論）來估算構件的壽命。只保證構件在規定的使用期限內能安全使用，允許零構件的工作應力超過其疲勞極限，認為壽命是有限的，但在使用期限內是安全的，疲勞破壞可能性很小。
安全壽命沒計, 都是假設材料沒有缺陷為前提的, 所以計算的壽命主要是無裂紋壽命。這種設計主要用於高周疲勞。所謂高周疲勞是指應力水平較低，破
壞迴圈週數較高的疲勞。高周疲勞的疲勞裂紋是在彈性區域內擴充套件, 故也稱彈性疲勞。相對於高周疲勞還有低周疲勞, 當構件所受的應力水平較高或因存在拐角、槽、孔等應力集中區, 這些地區的區域性應力超過材料的屈服極限, 進入塑性區工作, 在交變應力作用下, 塑性區中最容易形成巨集觀裂紋, 裂紋擴充套件所經歷的應力
迴圈周次較低, 或裂紋形成壽命較短, 故稱低周疲勞或塑性疲勞。
壽命設計必需考慮安全因數，以考慮疲勞資料的離散型和其他的不確定因素。結構服役期內，不必進行檢查和維修。這種設計思想, 由於它允許有較高的工作應力, 同時使用的試件也較豐富，且較經濟實用，是當前主要的設計思想。
3、破損－安全設計
這種設計的基本原則是：結構在規定的使用期限內，容許構件可以存在缺陷而帶傷工作, 但必須具有足夠裂紋亞臨界擴充套件壽命，以保證構件在使用期間內安全工作。正確的計算裂紋擴充套件壽命是破損安全設計的關鍵。
該設計法必須具有嚴格的定期檢查及維修制度。同時採取下列措施：採用的材料與應力水平應保證裂紋擴充套件速率很低；採用複式結構或配件，當一結構或配件破壞後，另一結構或配件能代替維持正常使用；採用多途徑傳力，並在各傳力路線上安上止裂裝置；在細節設計中，應保證危險區易於檢查、維修和更換。
該方法檢測、維護的費用高。
5.應變時效的要義
答：含義：應變力作用下，材料的組織效能隨時間發生變化，當鋼材拉伸超過屈服點發生少量塑形變形後解除安裝，然後立即從新載入拉伸，可見其拉伸曲線不再出現屈服點。
如果將預變性試樣在常溫放置幾天或經過200℃左右短時間加熱後再拉伸，則屈服點又從新出現，且屈服應力進一步提高，塑形、韌性和彈性模量降低，該現象稱為，應變時效。在常溫下放置15-20d的為自然時效，進行加熱處理的為人工時效。
原因：冷加工後時效作用的原因，目前認為系熔於鐵素體（過飽和）隨著時間的增長，慢慢地從鐵素體中析出形成滲碳體，分布在晶體的滑移面上阻止滑移，產生強化作用。
影響及措施：鋼材的屈服強度提高，塑形、韌性和彈性模量降低，鋼材變硬，易出現脆化現象。由於氮是導致應變時效的主要元素，所以可以在煉鋼時新增固氮元素（比如：
釩、鈦等）。可根據應變時效原理，將鋼板在沖壓之前進行一道微量冷軋工序，使屈服點消除，隨後再進行沖壓成型。如下圖所示：
圖3：b段為應變時效後影象
結構設計原理 鋼結構疲勞
鋼結構疲勞問題 1 疲勞現象 在連續反覆 迴圈 荷載作用下，當應力 低於抗拉強度甚至低 於屈服強度便發生突 然脆性斷裂。這種現 象稱鋼材疲勞破壞。1鋼結構疲勞問題 鋼材的疲勞過程 可分為裂紋的形成 裂紋緩慢擴充套件和最後迅速斷裂三個階段。疲勞強度與反覆荷載引起的應力種類 拉應力 壓應力 剪應力和複雜...
鋼結構焊接方案
一 編制依據 1.建設單位提供的施工藍圖和有關技術檔案。2.國家有關鋼結構施工的現行規範 規程 驗評標準。3.公司同類工程施工經驗和企業工法。二 鋼結構工程分布及結構特徵 鋼結構工程分布及結構特徵一覽表 三 質量控制點 鋼結構的加工製作 組裝 運輸吊裝是關鍵控制點，其施工過程可大致分以下四個階段 施...
鋼結構焊接方案
工程名稱 安徽皖電金屬加工配送 生產綜合樓及鉚焊車間工程 工程地點 安徽長豐縣雙鳳經濟技術開發區內 建築面積 房建的面積為3640 鋼構的面積為3089 建築層數 結構型別 框架結構 鋼結構 建設單位 安徽皖電金屬加工配送 設計單位 中美合資安徽華勝國際工程設計諮詢 監理單位 安徽凱奇建設專案管理 ...