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桥梁在进行钢结构焊接作业的时候最大的问题便是焊接时钢结构发生变形,这一变形不仅会影响钢结构在桥梁建设中的安装,还会影响整个桥梁工程的施工质量.本文分析探讨了桥梁的钢结构焊接变形的成因,并提出了在焊接作业的时候如何有效的控制钢结构变形以及对变形的钢结构的矫正办法.
现今,我国的桥梁工程大力发展,桥梁工程的施工技术也有了极大的进步,在桥梁建设中广泛的使用钢结构焊接框架,这种框架强度高、质量小且具有较好的韧性,在安装时也较为简单方便.但是随着使用的增多,该结构所存在的问题也日渐显现出来,尤其是由于焊接而引起的变形问题对于桥梁工程有了很大的影响.
1.桥梁钢结构在焊接时变形的原因
焊接的原理是将钢铁在高温下熔化使其和原材料一起凝固成永久性的连接体.而焊接时的局部的高温就会使得焊件整体受热不均匀,从而产生不均匀的热膨胀,使得焊件整体变形.在变形的时候,对于部分钢结构已经成型的焊件,则不能够自由变形,从而使得焊件产生一定的拉应力,而这种拉应力也会促使钢材发生形变.从形变的原理进行分析,影响钢材变形主要是由焊接的方法、焊接的参数以及焊接的具体部位、形状和焊件的自身性质.常见的变形情况主要有横纵向的收缩变形以及弯曲变形、角度扩张和扭曲等.尤其是在进行立体操作的时候,在后期的焊接工作中的焊件部件会受到前面所焊接而成的结构的变形约束而在焊接体的内部形成扭曲,最后产生扭曲变形.
2.桥梁钢结构在焊接时对变形的有效控制办法
在对桥梁的钢架结构进行焊接时,由于焊接时,材料受热而导致的热胀冷缩是无法避免的,但是在实际的操作中我们应该尽量的减少结构受热不均的情况,从而尽可能减少焊接变形情况,确保桥梁的框架结构质量.
2.1科学设计焊接节点
在焊接时主要是依据之前所设计的焊接节点图来进行焊接作业.故而要寻找合理的焊接位置就需要科学的设计焊接节点.在焊接的时候,焊缝的数量、位置以及尺寸直接关系着附近的焊件材料的膨胀情况.数量越多,则焊接点分布越密集,其变形的情况就会越复杂.焊缝的尺寸越大,则附近的焊件受到的影响就会越大,而导致变形较大.故而在进行焊接节点的设计时要尽可能的减少焊接的数量,并尽量将焊缝尺寸控制在最小范围.尤其是在进行坡口焊接设计时,一定要考虑坡口的形状和尺寸的选择,保证其承载的能力并对焊接的变形情况进行估测,尽可能的避免焊缝过于集中.例如在实际的实际中,如果某一节点需要使用双面焊接时,尽可能的将焊接位置设置为轴对称,这样可以有效的减少变形,保证桥梁钢结构的外形.
2.2焊接顺序合理
由于先焊接的钢结构对于后焊接的焊件变形存在着一定的阻碍影响,使得焊件内部产生拉应力.故而必须要特别注意焊件的焊接顺序,尽可能的使得多次焊接之后所产生的变形和拉应力能够相互抵消,使得钢结构能够恢复原形.例如,在焊接T形构件的时候,就尽可能的使横纵向的焊缝相互交叉,先横后纵,并尽可能的在焊接的交叉处先断开,使得这一预留的部分能够补偿在之后的纵向焊接时所长生的变形,从而使得焊接的钢结构质量更好,更有利于桥梁建设施工.
2.3适当的焊接方法
在实际的焊接中,有多种焊接方法,例如电火花焊接、保护气体电弧焊、熔化极惰性气体保护焊等.在对桥梁的钢结构进行焊接的时候一定要根据钢的材料和钢结构的形状和理论载荷分布情况进行了分析,从而选出较为合适的焊接方法.
2.4预变形方法
实践表明,在一定的焊接手段下,焊接变形具有规律性,相同或类似结构焊件的变形趋势和变形量相近.通过对桥梁焊接位置具体结构的研究,分析出焊接位置变形规律,焊接前将结构或部件装配成具有焊接变形相反方向的预变形,从而使结构焊接完成后焊接变形与预变形相抵消,达到控制结构整体变形的目的.
3.桥梁钢结构焊接变形之后的矫正方法
在焊接的时候,我们无法完全控制钢结构件的变形,故而,我们必须要考虑如何对已经变形的钢结构进行纠正,从而确保钢结构在桥梁建设施工时能够正确方便的安装,从而不会影响桥梁施工质量.通常使用的矫正方法主要有机械矫正法和火焰矫正法两种.
3.1机械矫正钢钢结构焊接变形
机械矫正其实就是对已经变形的钢结构施以外力,使得钢结构中原本伸长的部位缩短、展平,缩短的部位伸长.而对于焊缝收缩时,通常是使用锤子来对焊缝进行打击,使得焊缝在受到外力之后发生形变,而这一形变刚好和之前焊接的时候发生的形变相反,这样便可以抵消原本的形变情况.在实际的生产中,对于某些使用锤击还是无法纠正形变的时候可以使用压力机来进行纠正,利用高压来时的钢结构恢复成原来的样子,但是切记一定要注意钢结构所能够承受的压力范围,避免构件损坏.
3.2火焰矫正钢结构焊接变形
火焰矫正所使用的原理就是对刚结构进行二次加热使得变形的部位发生二次形变,和焊接的时候所发生的形变相互抵消,从而实现对钢结构的矫正.火焰加热根据火焰的温度不同分为中、低、高温矫正.但是在实际操作中,金属在高温状态下是不能够被冷水激冷的,在激冷后整个金属的结构会变得很脆,使得金属的塑性降低,其承载能力下降.火焰的温度最好是根据实际的钢结构材料和其所承受的载荷来确定.例如在对桥梁梁柱的钢结构的弯曲变形进行矫正时,就尽可能的采取中低温的火焰,而其翼缘板上面的长焊缝则必须要同时进行加热,避免产生受热不均而向一边弯曲或扭曲变形.