26
2014
09

钢材的上屈服点与下屈服点

屈服强度(yield strength),又称为屈服极限 ,是材料屈服的临界应力值。

当应力超过弹性极限后,变形增加较快,此时除了产生弹性变形外,还产生部分塑性变形。当应力达到B点后,塑性应变急剧增加,曲线出现一个波动的小平台,这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点(图中的$B_上$点)和下屈服点(图中的$B_下$点)。

屈服点

定义

  • 上屈服点upper yield point($\sigma_{sU}$):试样发生屈服而力首次下降前的最大应力。

  • 下屈服点lower yield point($\sigma_{sL}$):当不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力。

我国钢结构的材料规范(如《低合金高强度结构钢》GB/T 1591等)对钢材屈服强度的定义均指“下屈服点”。

24
2014
09

钢材伸长率的几个概念

今天听了中国建筑标准研究院郁总的报告,提到了一个以前不太注意的概念:钢材的伸长率。借用郁总附图,在此总结一下。

伸长率的几个概念

1.断后伸长率(A):指试样拉断后标距的伸长于原始标距的百分比。
2.断裂总伸长率(At):断裂时刻原始标距的总伸长(弹性伸长和塑性伸长)与原始标距之比的百分率。
3.最大拉力总伸长率(Agt):钢筋在受到最大拉应力时的总伸长(包括弹性伸长和塑性伸长)对应的伸长率。
4.最大拉力非比例伸长率(Ag):钢筋在受到最大拉应力时的塑性伸长对应的伸长率。

...

13
2014
07

关于焊缝超声波探伤的最小厚度

超声波探伤的原理

超声波探伤是利用超声波在不同质界面上具有反射的特性来确定介质内部缺陷的一种无损检测方法。超声波在介质中传播时,如遇到缺陷,缺陷的尺寸等于或大于超声波波长时,则超声波在缺陷上反射回来,探伤仪可将反射波显示出来;如缺陷的尺寸小于波长时,声波将绕过缺陷而不能反射。

工件厚度小于8mm就不可以用超声波探伤了吗

有经验的工程师经验会提醒:壁厚小于8mmm的钢板对接焊缝就不可以采用超声波探伤了。这是什么原因呢?

这两天查了一些规范,在JB/T 4730-2005《承压设备无损检测》中找到了超声波探伤针对不同检测对象的适用范围规定,如下表。

另外,国标GB/T 11345-2013《焊缝无损检测 超声检测 技术、检测特级和评定》中也规定了其适用范围为:母材厚度不小于8mmm的低超声衰减金属融化焊焊接接头手工超声检测技术

暂时的小结是:这个通常所说的8mm下限也不是绝对的,对于无缝钢管壁厚2mm以上也是可以用超声波来探伤的。而对于一般的碳素钢、低合金钢板材6~8mm以上宜采用射线探伤。如果有人了解更深刻的原因,欢迎指正。

06
2014
06

《钢规》中二阶分析的方法

钢结构和混凝土结构相比二阶效应更加明显,应更加注意二阶效应对结构的影响。现行《钢结构设计规范》(GB 50017-2002)对二阶分析的要求比较笼统,但明确钢框架结构当重力附加弯矩占初始弯矩比例超过10%时需要考虑P-Δ效应的影响,并给出了附加水平力的简化计算方法。此法需要先约束每层框架的侧移进行计算,然后再将支座反力施加到结构上再次计算,过程较为复杂实际工程不易操作。 正在制订中的《钢结构设计规范》(送审稿)1中更加清楚地写明了二阶分析的条件和方法,在此做简要总结。

《钢规》(送审稿)中的分析方法

钢结构内力和稳定性分析的三种方法:

  • 一阶弹性分析法:就是通常所说的小变形分析,假定材料始终为弹性。

  • 二阶弹性分析法:在小变形分析的基础上附加考虑结构的初始缺陷和残余应力的影响,材料仍假定为弹性。

  • 直接分析法:同时考虑结构和构件的初始缺陷、节点连接刚度和其他对结构稳定 性有显著影响的因素,允许材料有塑性发展、内力重分布(二阶弹塑性分析),求得的各设计荷载(作用)下的内力和位移,构件验算可仅进行截面强度验算。

多高层钢结构的处理

对于普通多高层钢结构,《钢规》(送审稿)和现行的《抗规》体系基本一至,采用一个二阶效应系数$\theta^{Ⅱ}_{i,max}$来对结构的二阶效应大小进行评价,依据结构二阶效应的大小来选择分析方法。整理了一份分析流程框架图如下:

...

29
2011
06

钢结构的加热矫正

在钢结构制作过程中普遍应用的矫正方法,主要有机械矫正、加热矫正。加热矫正利用对钢构件的局部加热后的冷却收缩效应,来消除构件的变形。([Ben]:这里时在哪面加热,哪面收缩,和简单想像热涨冷缩正好相反,如下图所示:)

《钢结构工程施工质量验收规程》GB 50205-2001中规定加热温度不应超过900℃,低合金钢在矫正后应自然冷却(即空冷)。

加热矫正是一门较难操作的工作,方法掌握、温度控制不当还会造成构件新的更大变形。在钢结构制造中一定要慎重使用加热矫正,尽量采用合理的工艺措施以减少变形,矫正时尽量可能采用机械矫正。当不得不采用加热矫正时应注意以下几点:
(1)烤火位置不得在主梁最大应力截面附近;
(2)矫正处烤火面积在一个截面上不得过大,要多选几个截面;
(3)宜用点状加热方式,以改善加热区的应力状态;
(4)加热温度最好不超过700度。([Ben]:这个温度好像和《钢结构验收规范》有区别,估计和钢号和经验有关系,不是死的)

29
2010
09

引弧板、引出板与垫板

几个不可不知的概念:

引弧板:气保焊、埋弧焊焊接时工艺热输入大。刚开始引弧时,工件温度低,起弧温度达不到,不能进入稳定状态。如果直接在工件(母材)上引弧焊接质量达不到要求,焊缝前约50mm会产生未溶透、未溶合、夹渣及焊缝前端不成形等缺陷。为防止这些缺陷的产生设置引弧板。

引出板:也叫出弧板、落弧板。焊接结束收弧时,气保焊、埋弧焊焊接电流,电压大,弧坑较长较大,如不加装出弧板极易产生弧坑及弧坑裂纹,并且收弧时弧坑温度高会产生漏焊,烧穿等缺陷。为防止这些缺陷的产生设置引出板。

引弧板和引出板的长度:手工电弧焊及气体保护焊为25~60mm,半自动焊为40~60mm,埋弧自动焊为50~100mm,熔化嘴电渣焊为100mm以上。(如下图)

...

22
2010
02

冷弯矩形管的成型工艺

一个工程上用到了大量的矩形截面柱,施工单位为了减小工厂焊接量建议用成品的冷弯矩形管来代替,以前虽在加工厂呆过可对这方面的制作工艺也是一知半解,今天查一点儿资料,特总结一下冷弯矩形管的相关知识。

目前常见的冷弯矩形管多是辊式成型,有两种成型工艺:
(1)“先圆后方”,间接成型:顾名思义是在高频电阻焊机组生产圆管工艺的基础上, 在定径机上增设矩形孔型轧辊, 使圆形焊管冷加工成矩形焊管,需要进行两次冷弯成型过程;
(2)直接成型:指将热轧卷板直接变形成矩形管,相对间接成型来说减少一次冷弯成型过程。

  由于成型工艺的不同,两种方法生产出来的矩形管的性能就会有所差别,“先圆后方”由于是二次成型,在钢材的冷作硬化作用下,材料的屈服极限将会有所提高(《冷弯薄壁钢结构规范》中对于这种型钢设计时还有一个强度提高系数),但相应的其伸长率会下降;而直接成型工艺相对来讲得到的钢材材性和母材较为接近。下面是从一篇论文中截取的力学性能和屈强比对比。

...

11
2010
02

钢结构相关标准目录

  记得以前的领导这么说过:工程上没有解决不了问题,也没有找不到依据的设计,建筑工程中找不到相关规定的问题,也许在别的行业的标准中已经有所规定了,只是我们还不了解罢了。经过这一年多来的设计工作,偶越来越从这句话中体会到了解标准的重要性。网上发现一个总结的比较全面的钢结构相关标准,特收藏于此,并会不时更新,如有些标准已经有了新版本,还请各位不吝提醒。
[更新:2012-08-22]

...

24
2009
10

青岛火车站的站台雨篷

  今年十一借长假机会去了趟青岛,第一回从北京南站做火车,还误了点儿,好在旅途还算愉快。从北京南站坐动车组6个多小时即可到达青岛,现有的青岛站依海而建,出站没走几步即可看到海景,不禁让人感叹现在的交通之便利啊。现分享一下返程时拍的青岛火车站站台雨篷,结构体系还是非常清晰的,有了这个站台雨篷,让现有青岛站感觉很是气派(虽然它的规模不算大)。

图1:网上找到的青岛站全貌模型

图2:站台内面

单层柱面网壳由十字交叉的斜拱和两边的边桁架支撑于两边立柱顶,主拱的根部可能由于弯矩较大做成了平面管桁架形式,如图3和图4。

...

04
2009
05

北京南站的钢结构(二)

  接上一篇,这回重点看看北京南站中央大厅部分的侧面幕墙结构。

  北京南站的侧面幕墙荷载主要是靠图1所示的鱼腹式平面桁架传递给顶部屋面结构和底部混凝土楼板。为了增加平面桁架的侧向稳定性,在鱼腹式桁架的中部还设了平面外支撑(圆管截面)。这种幕墙结构在公共建筑(如机场、火车站等)中用得很多,其实就是一根简支梁,中间弯矩最大,因此做得厚一些,就成了鱼腹式,做成桁架后显得很轻巧、通透,这种建筑设计时建筑师一般很忌讳在柱间设斜撑,如果按照一般工业厂房那种结构来加支撑的话,整体建筑的效果就会大打折扣。因此,这种结构水平荷载的传递只能靠屋面结构(建筑装修包裹起来那部分)了。

...