一、型鋼的焊接

1.1 工字梁的焊接

1、工字梁的組成和尺寸是怎樣標(biāo)示的？

工字梁的組成和尺寸標(biāo)示如圖80所示。

2、結(jié)構(gòu)梁的形狀通常有哪三種？它們有什么不同之處，各應(yīng)用于哪些場(chǎng)合？

結(jié)構(gòu)梁的形狀通常有以下三種。

① S梁（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)形狀的工字梁） 這種梁的形狀是傳統(tǒng)的和最古老的，現(xiàn)在仍然被生產(chǎn)并用于建筑結(jié)構(gòu)鋼架的制作中。

② W梁或?qū)捁ぷ至?作為承受重物的底座，這種W梁比S梁更能有效地承受載荷。因?yàn)閷?duì)于能夠抵抗載荷的寬邊，W梁的寬邊具有更高的金屬截面總量的百分比。W梁很受市場(chǎng)歡迎，因?yàn)楹蚐梁相比，W梁具有更多可利用的形狀，給設(shè)計(jì)者更大的選擇余地。W梁在建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。

③ H梁 通常用于制作承重樁和支柱。H梁與S梁、W梁不同，因?yàn)镠梁的寬邊和腹板的厚度大致相同，梁的高度和寬度也幾乎相同。在高層建筑中，通過(guò)柱子支撐著的H梁也用來(lái)承受非常大的載荷。此外，H梁特別適合用來(lái)抵抗地震力，因?yàn)榕c其他工字梁相比，H梁更能在平行和垂直腹板的方向上提供平衡外力的作用。

三種結(jié)構(gòu)梁的形狀如圖81所示。

3、為什么W梁的尺寸截面積比I形工字梁（S梁）多？

制作I形工字梁（S梁）時(shí)，通過(guò)打開(kāi)軋輥可以增加S梁的尺寸和截面積，這不但使“寬邊”變寬，而且腹板也稍微增厚，如圖82(a)所示。盡管可以增加S梁的質(zhì)量和承載能力，但加厚腹板的額外金屬材料不會(huì)大幅度提高S梁的強(qiáng)度。由于在制作W梁的過(guò)程中，腹板和寬邊的厚度可以相互獨(dú)立，設(shè)計(jì)者可以在保持腹板厚度不變的情況下，將更多的金屬材料增加到寬邊上，使寬邊的厚度或長(zhǎng)度增大，如圖82(b)、(c)所示。

4、如何對(duì)圖紙上的工字梁進(jìn)行標(biāo)注，如何稱謂各部位的名稱？

在英制單位中，通過(guò)工字梁的形狀、公稱尺寸（高度）（in）和質(zhì)量（lb/ft）來(lái)區(qū)別工字梁。在國(guó)際單位制中，通過(guò)工字梁的形狀、公稱尺寸（mm）和質(zhì)量（kg/m）來(lái)區(qū)別。

例如，在英制單位中，W36×848是指寬邊工字梁的公稱尺寸或高度為36in、質(zhì)量為848lb/ft。需要47個(gè)這樣的工字梁用符號(hào)47-W36×848來(lái)表示。在國(guó)際單位制中，W910×12.4表明寬邊工字梁的名義高度為910mm、質(zhì)量為1256kg/m。

5、除了工字鋼外，還有哪些其他常見(jiàn)的型鋼？

除了工字鋼外，其他常見(jiàn)的型鋼還有丁字鋼（或T形鋼）、角鋼和槽鋼，如圖83所示。尺寸大的T形鋼是將工字鋼截去一半而制成的，這使得T形鋼的底部成一平面。ST形鋼的WT鋼的區(qū)別：可根據(jù)它們是從S梁還是W梁上切取下來(lái)的進(jìn)行判斷。小的T形鋼，特別是對(duì)于尺寸不大于100mm的T形鋼，制作方法是最初經(jīng)過(guò)輥軋，加工成T形鋼，再將底部加工成圓狀，如圖83(a)所示。

6、型鋼的尺寸在圖紙上如何表示？

①對(duì)于T形鋼，通過(guò)公稱尺寸和每英尺（ft）多少磅（lb）的來(lái)表示。

例如，7-T12×73×40ˊ0'表示7根公稱尺寸為12in、質(zhì)量為73lb/ft、長(zhǎng)度為40ft的T形鋼。

② 對(duì)于角鋼，通過(guò)公稱腳邊尺寸、厚度和長(zhǎng)度來(lái)表示。

例如，5-Ls2×3×1/4×21ˊ6'表示5根腳邊尺寸分別為2in和3in、厚度為1/4in、整體長(zhǎng)度為21ˊ6'的L形鋼材。

③ 對(duì)于槽鋼，通過(guò)公稱尺寸、質(zhì)量和長(zhǎng)度來(lái)表示。

例如，17－C6×8.2×38ˊ2'表示17根公稱尺寸為6in、質(zhì)量為8.2lb/ft、切割長(zhǎng)度為38ˊ2'的C形槽鋼。

2、如何在圖紙上標(biāo)示方形和長(zhǎng)方形管狀鋼材、管子和金屬板？

① 對(duì)于管狀鋼材，通過(guò)相鄰兩側(cè)面的公稱尺寸、管壁厚度和長(zhǎng)度來(lái)表示，如圖84所示。例如，13-T.S.3'×4'×1/4×10ˊ表示13根兩側(cè)面寬度分別為3in和4in、管壁厚度為1/4i、切割長(zhǎng)度為10ft的管狀鋼材。圓形鋼管或鋼管在機(jī)械制造和生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，但在建筑工程中很少應(yīng)用

② 管子類型不同，表示方法也不同。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)管子，用內(nèi)徑公稱尺寸（in）×長(zhǎng)度（ft）來(lái)表示，例如：6'×15ˊ3'。對(duì)于高強(qiáng)度管，用內(nèi)徑公稱尺寸（in）×-Strong Pipe×長(zhǎng)度（ft）來(lái)表示，例如：12'X-Strong Pipe×12ˊ6'。對(duì)于雙面高強(qiáng)度管，用內(nèi)徑公稱尺寸（in）××-Strong Pipe×長(zhǎng)度（ft）來(lái)表示，例如，4'××Strong Pipe×8ˊ2'。

③ 對(duì)于金屬板，通過(guò)金屬板的寬度、厚度和長(zhǎng)度來(lái)表示，例如，60'×1/4'×246'。

8、焊接結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到是否將焊縫末端拐角周圍的角焊縫焊成彎鉤狀（見(jiàn)圖85）的問(wèn)題，處理這種問(wèn)題的一般原則是什么？

如果圖紙上要求的焊縫橫截面尺寸包括拐角焊縫，則應(yīng)對(duì)拐角周圍進(jìn)行焊接，否則不用對(duì)拐角周圍進(jìn)行焊接。

通過(guò)焊接角鋼來(lái)連接兩工件時(shí)上部焊縫焊成彎鉤狀，如圖85所示，是根據(jù)彎曲和彈性的需要來(lái)設(shè)計(jì)角鋼連接的。試驗(yàn)表明，拐角處焊縫長(zhǎng)度是角鋼長(zhǎng)度的25%時(shí)，焊縫失效前的強(qiáng)度和移動(dòng)距離最大。上述原則的其他應(yīng)用示例如圖86～圖88所示。

2.2 厚板及膨脹梁的焊接

1、在厚板上焊接角焊縫時(shí)，焊縫中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋，如何防止裂紋的產(chǎn)生？

對(duì)于厚板上比較大的焊縫，如果焊接前兩塊金屬板之間幾乎沒(méi)有間隙，焊接時(shí)工件不可能移動(dòng)。當(dāng)焊縫冷卻收縮時(shí)，所有的收縮應(yīng)力被焊縫吸收。一旦焊縫愛(ài)到嚴(yán)重的拘束，收縮應(yīng)力就會(huì)使得焊縫產(chǎn)生裂紋，特別是兩金屬板之間的第一道焊縫更容易產(chǎn)生裂紋，如圖89(a)所示。

如果兩塊金屬板之間留有比較小的間隙，當(dāng)焊縫收縮時(shí)金屬板可輕微移動(dòng)，使間隙變小，這使得焊縫的橫向應(yīng)力降低。焊接厚大鋼板時(shí)，兩金屬板件之間的接頭間隙應(yīng)至少為0.8mm，如果條件允許，接頭間隙可為1.6mm。

可通過(guò)以下幾種方法來(lái)獲得接頭間隙。

① 在兩塊金屬板之間插入用軟金屬制作的隔離片，如圖89(b)所示。當(dāng)焊縫收縮時(shí)，軟金屬隔離片變薄。如果采用銅作隔離片，一定要注意焊縫金屬不能與銅相熔合。

② 采用火焰切割獲得粗糙的切口。切口上面的毛剌可使金屬板之間保持一定距離，當(dāng)焊縫收縮時(shí)毛剌會(huì)被壓扁。

③ 沖壓將待焊金屬表面加工得凹凸不平。這種方法與采用火焰切割來(lái)獲得粗糙金屬表面的方法類似，一般情況下當(dāng)焊縫冷卻后，兩金屬板可被牢固的焊接在一起，如圖89（c）所示。

2、什么是膨脹梁？為什么膨脹梁有很多用途？

將工字梁沿著腹板切割開(kāi)，然后將一隔板加在兩腹板之間，并焊接在一起，這樣膨脹梁就制勝成了。圖90為膨脹梁的制作示意，即先沿著腹板將工字梁從中間切割開(kāi)，將一輔助隔板焊接在工字梁的腹板之間。膨脹梁不但增加了梁的高度，也增加了它的風(fēng)度和承受載荷的能力。

如果沿著腹板以一定的角度將工字梁切割開(kāi)，這樣制作出來(lái)的膨脹梁稱為錐形梁，如圖91所示。這種梁的中間部位（最預(yù)演用到的部位）有最高的彎曲強(qiáng)度。由于減少了制作膨脹梁所用的金屬材料，這樣設(shè)計(jì)出的錐形梁使得支撐整個(gè)重物的載荷減小。

如果沿著腹板中心線將工字梁切割成鋸齒狀，然后將兩半腹板的鋸齒狀切口齒對(duì)齒對(duì)接，并焊接在一起，這就制作成了開(kāi)腹板膨脹梁，如圖92所示。與最初的膨脹梁相比，這種開(kāi)腹板膨脹梁高度更大、強(qiáng)度更大、剛性也更大。這種設(shè)計(jì)最初或多或少是出于節(jié)省材料費(fèi)和裝卸費(fèi)的考慮。利用開(kāi)腹板膨脹的開(kāi)口部位作為管路、電線管道和管線系統(tǒng)，可以節(jié)省鋼材和梁的垂直距離，如圖93所示。

膨脹梁的另一種類型是錐形開(kāi)腹板膨脹梁，如圖94所示。所有這些膨脹梁的設(shè)計(jì)都可以采用氧－乙炔火焰割炬和模板來(lái)完成。

1.3 輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、有哪些典型底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法？

底座的設(shè)計(jì)方法是由結(jié)構(gòu)的高度、地板承重、下方的土質(zhì)和基礎(chǔ)強(qiáng)度（如風(fēng)力和地震力）決定的，典型鋼結(jié)構(gòu)底座的設(shè)計(jì)如圖95所示。

2、有哪些典型的梁－柱連接的方法？

決定梁－柱連接最優(yōu)化設(shè)計(jì)的因素有很多。但進(jìn)行梁－柱連接時(shí)，達(dá)到最牢固的連接需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接，如圖96(a)所示。但是，仍有可能在工廠中完成大部分部位的焊接，而在最后的現(xiàn)場(chǎng)裝配中采用高強(qiáng)鋼螺栓進(jìn)行連接，如圖96(b)、(c)所示。這種連接方法很方便，不但提高了工地現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)的速度，也避免了受天氣影響的焊接質(zhì)量問(wèn)題。

3、有哪些常見(jiàn)的連接柱狀材料的方法？

柱狀材料之間的連接方法有很多種，場(chǎng)地、風(fēng)力和地震力都是影響連接方法的重要因素。一些連接方法克服了場(chǎng)地的影響而采用螺栓進(jìn)行連接，典型的柱式連接接頭如圖97所示。

4、有哪些為支撐柱提供有效連接的附件和方法？

幾種典型的支撐柱連接方法如圖98所示。

5、焊縫通道孔有哪些作用？

設(shè)計(jì)焊縫通道孔有兩個(gè)目的：一是提供通往焊縫接頭的途徑；二是防止焊接接頭和腹板殘余應(yīng)力的相互作用。與焊縫金屬的橫向收縮一樣，腹板和焊縫金屬縱向收縮的相互作用產(chǎn)生三向應(yīng)力，使得焊縫金屬中產(chǎn)生裂紋。焊縫通道孔可以消除這種三向應(yīng)力，從而減小產(chǎn)生焊接裂紋的可能性，如圖99所示。

6、將端面板放置到結(jié)構(gòu)圓柱上并進(jìn)行焊接，確定上方和下方鋼板是否在同一直線上的一個(gè)簡(jiǎn)便方法是什么？

可以按照以下步驟進(jìn)行。

① 將管狀柱放置在管子支撐架上面，并檢查管狀柱的末端是否呈方形。如果末端稍微偏離方形，則在較高的一側(cè)用×作上標(biāo)記，以便從這個(gè)位置開(kāi)始焊接。如果末端嚴(yán)重偏離方形，則對(duì)它進(jìn)行修整，使其恢復(fù)為方形。

② 根據(jù)圖紙?jiān)诙嗣姘迳侠L出布局輪廓，如圖100(a)所示。

③ 從厚度8mm鋼板上割下一V形導(dǎo)板，導(dǎo)板的寬度應(yīng)為150mm。將導(dǎo)板放置到圓柱上時(shí)，導(dǎo)板的長(zhǎng)度應(yīng)超出基板75mm。標(biāo)出V形導(dǎo)板的中心線并注明精確尺寸，如圖100(b)、(c)所示。

④ 標(biāo)出基板的中心線，然后將V形導(dǎo)板放在基板上面，使得導(dǎo)板中心線與基板的中心線重合，導(dǎo)板的上邊緣高出基板的距離為t，如圖100(c)所示。將V形導(dǎo)板與基板夾在一起，如圖100(d)所示。

⑤ 將基板懸掛在圓柱末端上方的位置，放置好基板后，用銷釘子將基板固定住，進(jìn)行點(diǎn)固焊，然后進(jìn)行焊接。

⑥ 接下來(lái)是將待焊基板用銷釘固定在管狀柱的另一端上，以便使頂部和底部的金屬板在同一直線上，而不是相互旋轉(zhuǎn)。要做好以上工作，可以將一個(gè)水平儀放置在事先焊接好的基板頂部，放置圓柱使基板上邊緣保持水平，如圖100(e)所示。

⑦ 對(duì)于其余的基板，可以重復(fù)步驟④，并將它懸掛在用于焊接的位置，用水平儀將基板上邊緣調(diào)整到水平狀態(tài)。

⑧ 用銷釘將基板固定住，并進(jìn)行焊接。

7、不采用焊接方法，有哪些采用螺桿將軋制結(jié)構(gòu)鋼連接在一起的方法？

采用螺桿將軋制結(jié)構(gòu)鋼連接在一起，有以下幾種方法，如圖101所示。

8、有哪些焊接鋼筋的常用方法？

焊接鋼筋時(shí)，一些常用的方法如圖102所示。

9、將金屬板疊加到一個(gè)或多個(gè)工件上，有什么好的方法？

不同情況下疊加金屬板的方法如圖103所示。

10、結(jié)構(gòu)鋼管之間的連接需要工件端部仔細(xì)裝配，見(jiàn)圖104（上左）。這些接頭的裝配間隙不得比所采用的焊絲直徑大，有什么好的裝配方法嗎？

在許多情況下，可以采用圖104（上右）的方法來(lái)進(jìn)行裝配。在較低應(yīng)力水平的條件下，可以采用圖104（下）的結(jié)構(gòu)形式，節(jié)省工時(shí)。

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