箱型梁课程设计

1前言钢结构素有“绿色建筑”之称，近年来钢结构因其自重轻，抗震性性能好，施工周期短和材料可以回收利用等优点，在我国各个行业中得到了迅猛的发展。随着社会的发展。人们环境意识、节能意识的提高，许多行业的装置、设备都在向规模化、大型化发展，这从很大程度上，对钢结构的设计、施工提出了更高的要求。与此同时，钢结构的设计也在向多元化、大型化发展。钢框架结构以其强度高、重量轻、材质均匀塑性韧性好、安装方便、施工工期短等优点在各种行业钢结构中，担当着重要角色。钢构件的种类也越来越多，有箱型构件、H型构件、T型构件和钢管构件等多种类型，其中箱型构件的制造最复杂。箱型梁主要是指截面形状与普通箱子截面无异，因而称之为箱型梁。箱型梁通常由几个部分组合在一起形成的，如盖板和腹板、隔板、底板这四个方面组合而成。箱型梁具有一定的先进性和优越性，其属于力学性能方面的经济断面组合结构，常会应用在龙门吊机、起重船等较为大型的承重结构。箱形结构梁（柱）大量地应用于建筑钢结构中，尤其是高层或高层建筑结构中，但其内部的隔板焊接多数采用熔嘴式电渣焊接方法。当桥梁跨度较大时，箱形梁是最好的结构形式，它的闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利。顶底板都具有大的面积，能有效地抵抗正负弯矩并满足配筋需要，具有良好的动力特性和小的收缩变形值。材质有钢筋混凝土和钢，近年发展了钢—砼组合箱型梁，都在试验研究阶段，用于临时性设施，严禁用于永久性抗震桥梁。箱梁的力学性能优于普通的板和梁，同时降低了桥梁自重。箱梁上部可视为肋梁支撑体系：多道梁支撑一块板，缩短了板的跨度。下部可视为倒肋梁支撑体系。上下同时分析时可参考钢结构格构梁的受力状态。这种力学计算模型是充分利用混凝土和钢筋的材料性能，是节能和节约材料的方法。箱型梁柱其特殊的箱形截面，较传统的h型钢，截面具有更高的受力特征，及其更小的用钢量。箱型结构的结构复杂制作难度大随着现代化箱型梁设备的引进，箱型梁的相关制作、吊装，焊接等技术难题的不断完善。箱型梁的制作和焊接质量，得到进一步的提高。溶嘴电渣焊技术攻关取得成功。焊接变形，得到有效的控制。金属结构厂在40天时间内完成了1200多吨的箱型梁的制作任务一般来说，箱型构件的制作加工必须在工厂焊接，因与施工现场加工相比，其具有相对成熟的加工生产流水线和比较稳定的加工环境。但对某些工程实际情况来说，在工厂加工的可行性不是很高，尤其是工程建设地址比较偏远的情况下，一方面会加增加成2本，另一方面施工工期也不能满足要求。这种情况下，箱型构件只能进行现场制作，但不论在工厂加工还是现场制作，箱型构件的制作工艺流程基本上是一致的。说明书共分为三章，第一章主要讲述了应选择的材料和材料的性能要求以及焊接性；第二章主要讲述了所选材料的工艺设计,其中包括焊缝位置,接头形式,焊接方法的选择和材料以及工艺参数的选择.第三章主要讲述的是工艺流程,有原材料的准备,焊前准备,焊接过程及焊后热处理.最后为总结.3目录前言............................................................1第一章：箱型梁焊接结构设计概述..................................41.1概述.....................................................41.1.1箱形梁结构的组成及制造关键点.......................41.1.2箱型梁焊接结构设计要求.............................51.2箱型梁焊接结构材料的选择.................................61.2.1箱型梁焊接结构的性能要求...........................71.2.2确定材料...........................................81.2.3分析正火钢WH530(15MnNbR)焊接性分析................10第二章箱型梁结构焊接工艺设计...................................152.1箱型梁焊缝位置..........................................152.2焊缝接头形式（坡口、坡口角度、钝边、间隙）..............162.3焊接方法的选择..........................................182.4焊接材料................................................182.5焊接工艺参数的选择......................................192.6焊接顺序................................................202.7焊接工艺卡..............................................21第三章焊接工艺规程.............................................253.1焊接原材料的准备........................................253.2焊前准备................................................263.3焊接过程................................................273.4焊后处理及热处理........................................29总结.......................................................304第一章：箱型梁焊接结构设计概述1.1概述随着我国国民经济的发展，作为绿色建筑的钢结构产业得到了快速增长，高层超高层钢结构建筑拔地而起。在那巍然屹立、坚如磐石的高楼大厦的主要构件中，箱型柱或箱型梁焊接的质量和生产效率显得尤为重要。900米楼层的箱型梁301、302、304、305、是加压气化炉的主要承重梁，箱型梁是由上下翼板与侧腹板焊接而成。翼板由钢板拼接而成。翼板上的对接焊缝均为二级焊缝，在整个制作过程中有较高的质量要求，并且每个箱型梁的一般对焊接焊缝要抽查20%进行超声波检查。箱形柱是由4块板组成管状承重结构一般为矩形或方形。因其刚性大，自重轻，强度高，中间还可以灌注混凝土，形成特殊紧固式混凝土--钢柱结构，具有良好的承载轴力、弯矩和抵抗水平力的性能，在高层超高层建筑中广泛应用，该结构件在柱-梁连接的部位，柱内设有筋隔板，因其工艺复杂焊接熔敷金属量大，隔板处须采用电渣焊（ses），焊接变形不易控制，施工工艺难度较大，必须认真对待。1.1.1箱形梁结构的组成及制造关键点箱型梁的截面形状和通常的箱子截面一样，所以叫箱形梁，也叫箱型梁。一般由上翼板、下翼板、左腹板、右腹板、内有隔板组成。图1-11钢结构箱型柱焊接的一关键点钢结构箱型柱的焊接与H型钢焊接、十字型钢焊接有不同之处，主要表现在以下几个方面：51）钢结构箱型柱的4块壁板较厚，焊接时焊道较深，如何施焊堆满焊缝是难点之一；2）在焊接热循环作用下，焊接区域的母材淬醺性增大，残余应力增大，易产生裂纹3）钢结构箱型柱腔内隔板焊接采用普通焊接方式无法施焊，需要采用电渣焊设备解决，焊接难度较大；4）4道纵向通长焊缝如何施焊才不会使钢结构箱型柱产生焊接变形；5）钢结构箱型柱重量大、钢板厚、刚度大，因此拘束度大，焊接难以保证焊缝的均匀熔透。对于钢结构箱型柱的焊接，选用手工焊条电弧焊难以完成全部制作，而采用埋弧焊焊接时，输出能量大，焊接热影响区宽，焊接工艺及电流选用不当会造成晶粒粗大，焊缝脆化，韧性降低，使焊接接头的抗拉强度下降，因此合理选用焊接设备和焊接方法非常重要。1.1.2箱型梁焊接结构设计要求⑴采用合理的焊接结构及接头形式，以减小焊接量、焊接变形。⑵采用适宜的焊缝及剖口形式，以减小焊缝，减小变形。⑶合理布置焊缝，使其居中、对称，以减小偏心收缩力，减小变形。（4)夹具的应用，反变形法预先设置与焊接变形相反的变形，抵消焊接变形。刚性固定法，可限制焊接变形的产生，使焊接区冷却收缩时产生较多的拉伸塑性变形，以便抵消一部分压缩塑性变形，使焊接变形有所减小。1、根据梁的特点，在施焊过程中，注意焊缝的施工次序，以对称施焊为主要次序。焊缝厚度要分层次达到设计要求，不能一次完成一条焊缝。施焊次序与分层施焊相结合，不能局部一次完成施焊。2焊缝布置的设计1）要尽量布置在便于焊接的位置；62）要尽量布置在平焊的位置；3）焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形；3焊接方法选择，根据工件的尺寸、形状，工厂的焊接能力、焊接质量要求、效率、工艺可行性等来选择合适的焊接方法；4焊接接头的设计，1）焊接接头设计的依据：设计要求、焊接难易程度、焊接成本、施工条件；2）破口形式的设计：一般形式有I\V\X\U四类，选择的依据就是：板材厚度、坡口加工方法、焊接工艺性、焊接方法、焊接位置、变形控制、熔透要求、经济型；5焊材的选择优先选择可焊性好的焊材，否则要采取相应措施。1）在结构工作条件下，焊缝、热影响区、熔合线的最脆部位应有足够的抗开裂性能，母材应具有一定的止裂性能。6随着钢材强度的提高，断裂韧性和工艺性一般都有所下降．因此，不宜采用比实际需要强度更高的材料．特别不应该单纯追求强度指标，忽视其他性能焊缝布置。1）避免焊缝的密集，两焊缝之间的最小距离一般应大于5倍的板厚。2）为减小变形，焊缝应尽量对称布置。3)尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中。4)焊缝应远离机加工表面。5)避免和减少焊缝的缺陷，应将焊缝设计布置在便于焊接和检验的地方。焊接接头母材的等塑性。其含义主要是指接头在结构中的整体变形能力，能和母材一样经受在制造过程和运行过程中复杂的受力条件。焊接接头的工艺性。焊接接头应布置在便于施工、焊接和检查的部位，焊接坡口形状和尺寸应适应采用的焊接工艺，具有较高的抗开裂性能，并能防止焊接变形及其他的焊接缺陷。焊接接头的经济性。焊接是一种消耗能量和优质焊材的工艺过程，故应尽量减少焊缝的数量，在保证焊接接头强度的前提下减薄焊缝的厚度。在设计焊接坡口形状时，应在保证工艺性的前提下，尽量减小坡口的倾角和截面尺寸。1.2箱型梁焊接结构材料的选择钢材应用广泛、品种繁多，根据断面形状的不同，钢材一般分为型材、板材、管材和金属制品四大类。钢材是钢锭、钢坯或钢材通过压力加工制成的一定形状、尺寸和性7能的材料。大部分钢材加工都是通过压力加工，使被加工的钢（坯、锭等）产生塑性变形。根据钢材加工温度不同，可以分为冷加工和热加工两种。1按用途分类工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。渗碳钢：a.渗氮钢；b.表面淬火用钢；c.易切结构钢；d.冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。碳素工具钢：a.合金工具钢；b.高速工具钢。特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合金钢：d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。箱型梁主要是在工程建筑上起支撑和传递重力作用，所以材料的选择必须以承受载荷能力的大小为指标。箱型梁因其特殊的工作环境——承受较大的力和振动，所以其材料用钢应在工程用钢里面选择，那就是低合金结构刚。经实践证明低合金结构刚最符合箱型梁受载荷的条件了。1.2.1箱型梁焊接结构的性能要求在箱梁分析中，作用在箱梁上的主要荷载是恒载与活载。恒载是对称作用的，而箱形梁截面基本上也是对称的，所以恒载一般不会产生偏心作用；活载可以是对称作用，也可以是非对称偏心作用，必须分别加以考虑。箱梁在偏心荷载作用下，将产生纵向弯曲、扭转、畸变及横向挠曲四种基本变形状态低合金钢按主要质量等级分为普通质量低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合