钢结构的焊接变形与应力分析.doc
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1、钢结构的焊接变形与应力分析摘 要 近年来,随着我国的工业发展,钢结构工程因其结构性能好、结构组织均匀、强度高、弹性模量高、塑性和韧性好,适于承受冲击和地震荷载、要求施工速度快、节能环保、便于机械化生产和工业化程度高等很多优越条件,因此钢结构工程在建筑领域被广泛应用。 本课题主要对H型钢焊接变形与应力进行研究,主要内容包括H型钢结构概述、H型钢结构焊接工艺、H型钢结构焊接应力与变形分析、典型H型钢结构焊接生产工艺等,本文通过研究分析H钢结构焊接应力与变形的类型及原因,以指导钢结构的生产及应用。关键词:钢结构,焊接变形,应力,强度STEEL STRUCTURE WELDING DEFORMATIO
2、NAND STRESS ANALYSIABSTRACTIn recent years, along with Chinas industrial development, steel structure engineering because of its structure performance is good, structural organization uniformity, high strength, high modulus of elasticity, plasticity and toughness, suitable for bear impact and the se
3、ismic load, construction speed and facilitate the mechanization of manufacturing and higher degree industrialization superior conditions, so many steel structure engineering in architecture has been widely used. But, cant deny, steel structure still exist defects and hidden trouble. Steel structure
4、welding process is the welding deformation and the welding stress wait for blemish. Steel structure welding process is actually in welding after heating and cooling local area, but due to the solidification process of non-uniform temperature field, causing welding uneven expansion and contraction, t
5、hereby internally generated welding welding stress and cause the welding deformation. This paper mainly analyzes the steel structure types and reasons of the welding deformation and stress elimination. KEY WORDS: steel structure, The welding deformation, Stress, Strength毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重
6、承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字
7、化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学
8、可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价:一、撰写(设计)过程1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况 优 良 中 及格 不
9、及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)指导教师: (签名) 单位: (盖章)年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价:一、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写
10、规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)评阅教师: (签名) 单位: (盖章)年 月 日洛阳理工学院毕业设计(论文)教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组)评价:一、答辩过程1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况 优
11、 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)
12、教研室主任(或答辩小组组长): (签名)年 月 日教学系意见:系主任: (签名)年 月 日目录钢结构的焊接变形与应力分析I摘 要I前言1第一章 钢结构的组成及发展31.1 钢结构主要组成部分31.2 钢结构的发展前景31.2.1 H型钢的广泛应用与钢结构建筑形式的多元化发展31.2.2 钢结构住宅前景广阔4第2 章 H型钢概述62.1 H型钢优点、适用范围62.1.1 H型钢使用中有以下显著优点:62.1.2 H型钢适应范围62.2 H型钢结构对连接的要求6第3章H型钢焊接工艺及变形83.1 H型钢焊接工艺设计83.1.1 H型钢结构特点83.1.2 H型钢的制作要点:83.1.3 焊接过程中
13、的难点:93.1.4 产生变形原因93.2 焊接工艺分析93.2.1 熔透焊(级)的难点:93.2.2 焊接工艺方案103.2.3 焊接工艺方法103.2.4 焊接变形控制与矫正113.2.5 采取的预防方法和产生的效果11第4章 H型钢的应力与变形分析134.2 H型钢焊接应力与变形144.2.1 纵向残余应力144.2.2 横向残余应力154.2.3 厚度方向的残余应力164.2.4 焊接应力与变形产生的原因165.1焊接变形的基本类型分析和原因分析35.1.2 工艺措施45.2 柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲5结 论6谢 辞7参考文献8IV洛阳理工学院毕业设计(论文)前言钢结构的发展有悠久
14、的历史。钢结构是由型钢和钢板通过焊接、螺栓连接或铆接而制成,是主要的建筑结构类型之一。 钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。我国是最早用铁制造承重结构的国家,远在秦始皇时代(公元前246-219年),就已经用铁做简单的承重结构, 而西方国家在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3-6世纪, 聪明勤劳的我国人民就用铁链修建铁索悬桥,著名的四川泸定大渡河铁索桥,云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是我国早期铁体承重结构的例子。在世界上钢结构的发展也很迅速,1960 日本积水(SEKISUI HOUSE)公司推出A型钢结构住宅。1961 建成北京工人体育馆。中国现代悬索结构的开始。 1962 日本
15、大和公司推出A型钢结构住宅。 1965 日本松下住宅推出R2N型钢结构住宅。1970 当时世界最高大厦纽约世界贸易大厦建成,高410米 1973 当时最高的芝加哥西尔斯大厦Sears Tower完工,110层,高442米。1974 中国颁布TJ 17-44 (半概率,半经验的设计法)。钢结构因其技术成熟、施工周期短、易于回收等独特优势,得到了迅速发展和普遍应用。而焊接作为一项重要的钢结构制作和连接技术,但随之带来的焊接变形与应力问题也日益突出。金属构件焊接时,焊缝区域局部受热膨胀,而周围的母材还处于冷态式或加热温度不高,因而对受热区域母材的膨胀起约束作用,因而焊接区受压,而母材受拉;随着电弧前
16、移,已完成焊接的热影响冷却收缩,而其周围的母材此时起到了约束其收缩的作用,因而焊缝区域受拉,而其周围的母材金属受压。在焊接应力作用下,如果焊件的拘束度较小,则焊件会产生相应的变形,如缩短、弯曲、翘曲等;如果焊件的拘束度很大,此时焊件不能自由变形,但在应力作用下会产生局部的应变,同时产生较大的残余应力。焊接应力是指对钢构件进行焊接加工过程中,在焊件上产生局部高温的不均匀温度场,焊接中心处温度可达1800,局部高温使材料产生不均匀的膨胀。处于高温区域的材料受到周围温度较低、膨胀量较小的材料的限制而不能自由地进行膨胀,于是焊件内出现内应力,使高温区的材料受到挤压,产生局部压缩塑性应变,在冷却过程中,
17、经受压缩塑性应变的材料,由于不能自由收缩而受到拉伸,于是焊件中又出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。另外,由于构件受到焊接热循环的作用,使焊缝金属的内部组织发生了不同的变化,引起了因金属组织转变而造成体积上的变化。产生相变应力。除上述两种原因外,如果焊件被刚性固定或焊件之间相互牵制住,也会在焊接件中产生焊接应力,上述因素就是焊接残余应力的形成过程钢结构的焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的过程。但由于不均匀温度场,导致焊件不均匀的膨胀和收缩,从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。本课题主要从H型钢结构的焊接变形与应力对钢结构的影响来分析。第一章 钢结构的组成及发展 1.
18、1 钢结构主要组成部分钢结构是由型钢和钢板通过焊接、螺栓连接或铆接而制成,是主要的建筑结构类型之一。 钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。 钢结构为确保达到保温效果,在建筑物的外墙和屋面中使用的保温隔热材料能长期使用并能保温隔热。迈特建筑轻钢结构住宅一般除了在墙的墙柱间填充玻璃纤维外,在墙外侧再贴一层保温材料,有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥;楼层之间搁栅内填充玻璃纤维,减少通过楼层的热传递;所有内墙墙体的墙柱之间均填充玻璃纤维,减少户墙之间的热传递。1.2 钢结构的发展前景 近年来轻钢结构建筑在国内以施工进度快(构件为预制,与土建基础部分可同时施工) 、外形色彩美观、时尚、环保(拆除
19、时较混凝土结构易处理) 得到较快发展。这种结构形式,大多采用的是焊接H型钢。作为钢结构主体材料的结构设计,H型钢已被业内专家认为是今后的发展趋势。据统计2005年我国H型钢需求量约250万吨,2010年需求量500万吨,但目前我国H型钢年生产能力为120万吨,市场需求量非常巨大。1.2.1 H型钢的广泛应用与钢结构建筑形式的多元化发展钢结构建筑形式的多元化、多样化,促进了钢结构形式多种多样。有普通钢结构、薄壁轻钢结构、高层民用建筑钢结构、门式钢架轻型房屋钢结构、网架结构、压型钢板结构、钢结构焊接和高强度螺栓连接、钢与混凝土结合楼盖、钢管混凝土结构及钢骨(型钢)混凝土结构等等。如:轻钢结构,目前
20、在国际上,特别是在我国,是被重点推荐的一种结构形式。它具有重量轻、经济性好等特点,目前在各种屋盖结构及单层房屋中得到广泛应用。在中、小跨度的屋盖中,轻型钢及轻型钢管拱型结构(平面曲线材架)也是较多采用的形式之一。网壳结构在大跨度空间结构的建造中越来越多,网壳结构在地震作用下的动力性能与设计也得到了普遍关注。网壳结构形式较多,有空间网格结构、单桩层面网壳结构、单层球面网壳结构、索承网壳结构等。钢管结构因其形式多样,结构灵活多变,可与其他钢结构相互关连,更是城镇建设中大型建筑常见的结构形式。目前一些造型优美的体育场馆如“鸟巢”、机场候机楼和会展中心应用钢结构等都采用了这些形式。不过,螺旋焊管在高层
21、大厦、重工业厂房等重钢结构中新的应用,都使热轧H型钢在钢结构领域应用受到限制。1.2.2 钢结构住宅前景广阔轻钢结构住宅也是近10年来发展最快的领域,在美国采用轻型钢结构占非住宅建筑投资的50%以上。这些结构工业化、商品化程度高,施工快,综合效益高,市场需求量很大,已引起结构设计人员认识。轻钢住宅的研究开发已在各地试点,是轻钢发展的一个重要方向,目前已经有多种低层、多层和高层的设计方案和实例。钢结构住宅通用体系用于民用住宅,具有独特的优势,与其它住宅通用体系相比,其主要特点是:1 自重轻,可减轻建筑物的重量约30%,有利于建设高层,特别是在地质承载力低的地方和地震烈度较高的地方,其综合经济效益
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