钢结构变形矫正.doc

(称中垂变形)?有的船首尾会下垂中部会上拱(称中拱变形)?在同一艘船上为什么更换一块甲板,会比更换一块同样大小的船底板造成的总体变形要大?其实钢结构箱形构件、工字钢梁与船十分相似。假如在一根工字钢“中和轴”处对称堆焊,并不会引起上翘变形(图8-la)。假如在工字钢翼面板上堆焊,就会引起上翘变形。堆焊量愈大,变形愈大(图8-16)。对于钢结构来说,横截面上都有一根与某一基准面对应的中和轴(重心轴)。其特点是:中和轴以上各个零件的截面积分别乘以截面积形心到中和轴距离的总和,等于中和轴以下各个零件截面积分别乘以截面积形心到中和轴距离的总和。假如在工字钢下面焊一根扁钢,那么这个组合件的中和轴就要向下偏移,见图8-1c。焊接变形是围绕型钢中和轴进行的。在上翼板上焊接,工字钢会产生中垂变形(图8-1(b));若在下翼板上焊接,会产生中拱变形;若焊缝对称于中和轴焊接,从理论上讲,不会产生总体变形。,造成结构变形的主要原因是焊接。焊接是在高温状态下进行,焊接时熔池温度高达17阗℃,构件受热是局部的、不均匀的,焊缝区域受热后要膨胀,但是焊缝四周的金属又处于冷的状态,阻止受热金属的膨胀,使受热金属(焊缝金属)产生了压缩应力。同时,金属在高温时,其屈服点很低(当温度为700℃%时,其屈服点仅为原来的10%左右),当热金属内的压缩应力超过屈服点as后,焊缝内的热金属就会造成塑性压缩变形,此种塑性压缩变形是不可逆的。随着加热金属的冷却,压缩应力随之减小、消失;进一步冷却,加热区段开始增长反方向的应力(拉伸应力)。但由于周围冷金属的阻止,使得热金属(焊缝)不能得到充分的收缩,因而又使其内部呈现拉伸应力,造成结构变形。从上述分析可以看出,焊接应力与变形的产生,是由于焊缝区域受热不均匀和焊缝周围金属的约束所致,而热膨胀过程中出现的塑性压缩变形,便是冷却中产生残余变形的根源。在钢板上面沿纵向堆焊一条焊缝,此焊缝长为L,宽为b。我们把堆上去的焊缝看作是加在钢板上的热能,将焊缝的投影面积看作是一分离的板条bxI。板条受热后,假定四周没有冷金属的约束,板条势必膨胀,膨胀长度厶i,膨胀宽度厶6。但是实际上板条bxL与钢板不是分离的,四周会受到冷金属的约束而无法膨胀,所以板条是缩短了长度△L、宽度△b。板条的缩短是由于产生压缩应力a0所致,且a0>as因而板条产生塑性变形(缩短)。当焊接完毕温度降低时,ao亦下降,板条要收缩,但是由于四周冷金属的阻止,使得板条无法得到充分的缩短,因而产生了残余应力(拉应力)。板条内的拉应力使四周的冷金属造成压缩,四周的板受到压缩后,在平面内将出现波形。对于厚度在8mm以下的板,因为它的临界应力比屈服点低得多,因此当焊缝收缩时,焊缝内呈现的残余拉应力ao(即四周冷金属所受到的压应力)会超过临界应力,因而板易丧失稳定性而出现波浪形,在板边会产生皱折,见图8-2。假如在板的边缘堆焊,且板是狭长的,则存在板内的拉应力会使板条呈现弯曲变形。又因为焊缝是堆焊于钢板的上面,板的受热在厚度上分布是不均匀的,因此板要以焊缝处为转折点而产生角变形。角变形与板厚有关,厚板比薄板的角变形小,这是因为厚板的抗弯模数大,塑性变形小。角变形又与焊足的大小有关,加大焊足容易造成角变形。因此