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　　钢结构论坛 钢结构论坛 钢结构论坛 本栏目由中华钢结构论坛协办 审定:武岳审核:韩振林 牛腿与吊车梁之间的连接采用焊接还是栓接? (整理:法师,hhh) 线问题的提出 zheng1128: 牛腿与吊车梁能不能采用焊接固定,为什么 2相关讨论 mrlee: 从理论上讲,焊接与栓接没有本质的不同,但焊接不具 备可操作性.以突缘式支座为例:因支座加劲板要尽量靠近 牛腿的腹板,支座与牛腿间根本不具备施焊的空间. 李国建: 应该是可以的,我干过多台,都是焊接的. 贝格: 宜采用栓接,理由是: 1)考虑到施工的可行性及合理性. 2)考虑到施工质量易于保证,即可靠性. 采用焊接也是可行的,但现场的可操作性差,质量不易 保证,同时涉及到焊缝的疲劳等问题. 无需冷藏: 如果施工单位认为焊接可以弥补自己技术力量不足而 情有可原的话,作为设计者就不能因此而认为焊接是合理的 了.吊车梁与柱的所有连接中都讲究个.微动,以达到真正 铰接的效果,比如吊车梁上翼缘与柱采用板铰,如果简单焊 接将限制吊车梁的转动,使焊缝受力复杂,血力幅加大,有疲 劳问题,所以要避免焊接. nlrlnans: 我认为栓接优于焊接: 1)可提高现场安装速度; 2)符合钢结构发展潮流,随着钢结构制作水平的提高, 构件尺寸误差越来越小,为螺栓连接创造了条件; 3)栓接,尤其是高强螺栓连接,一般对连接质量具有自 检性,如高强螺栓(特别是扭剪型,在达到设计扭矩时尾部扭 断),在紧固过程中,就相当于对螺栓质量,施工质量本身做 了一次检验,当然前提是按规定施工,因而质量更易于保证. denney: 本人也倾向于用栓接. 1)关于安装精度问题.采用template加调整螺栓的基 础螺栓埋设工法,柱的高程与定位基本上都不会有太大问 题. 2)其实焊接对于大吨位的吊车梁有很严重的结构问题. 首先,吊车梁计算日寸是按简支梁计算,如果将吊车梁的端部焊 死,将在焊缝上产生难以想象的血力,特别是大吨位的吊车梁. 这也是为什么大吨位的吊车梁会在此处用板铰的原因. 3)吊车梁的使用年限要比厂房的使用年限低得多.10 年后经常会有更换个别损坏的吊车梁现象.若焊死如何更 换7 3深入探讨 3.1栓接和焊接在设计和施工中的可行性 李国建: 栓接优于焊接的说法我不同意. 1)焊接施工是可行的也是合理的,因为栓接比焊接要复 杂. 2)采用焊接,施工质量易于保证,是可靠的.可以通过 计算来解决强度,疲劳等问题,特别是焊缝一定要仔细地分 析,将工地焊接的不利因素考虑进去.如通过计算无问题, 怎么就不行呢焊接是工地上常用的做法.栓接则不然,制 造工艺较复杂,连接精度不好保证. 3)焊接不违反设计规范及理论,钢结构教科书上面就有 钢柱与牛腿的焊接计算例题.一个设计方案正确与否要看 实际结果.用焊接法连接方式是很普通的.大量的工程实 例可以证明这种方法是安全可靠的. 当然栓接也是一种连接方法,也是可行的.但比焊接法 在使用上要少得多.因此我认为能用焊接的就不用栓接,这 是我多年钢结构工程的经验. cherrypeilet: 吊车梁和牛腿连接采用焊接的确是有的,去参观一下几 年前建的厂房有很多是焊接,但都是1～2t的吊车.吊车梁 也很小.要是碰上大吨位的吊车,难道还要叫塔吊吊着一根 吊车梁在那里定型1h.再叫一些工人上去焊接.用螺栓即 快又好,设计当然没什么问题,但是也要想想施工. 3d: 对于李老师的说法,我有不同意见: 1)吊车梁与牛腿连接采用普通螺栓,不知怎么就比焊接 复杂别忘了,吊车梁设计时还要考虑焊接空间问题. 2)不知如何充分考虑工地焊接的不利因素,设计焊缝不 知要乘多大的放大系数算是充分考虑 3)螺栓连接为何不是工地常用做法 4)吊车梁与牛腿焊接,不知如何对吊车梁进行调整和校 正,难道要把所有误差全累计到钢轨的安装调整上吗不会 连钢轨也是焊接方便吧精度如何保证 5)不见得焊接就是安全可靠,想必大家都知道达到一级 焊缝需要做什么检测吧.不过我可没听说过螺栓有一级,二 级检测. 6)我们在设计装配式住宅时就尽量免焊缝,因为焊缝的 防腐耐久性差,得定期刷防腐漆,你说烦不烦甲 74钢结构2004年第4期第l9卷总第73期 WVt/~ 李国建: 1)采用普通螺栓连接时,制作一组孔就需要一套工装胎 具.而且为了安装尺寸调整的需要,孔要制成长孔.焊接则 不用.牛腿与柱子的焊接,其空间是足够的.同样,吊车梁 与牛腿的焊接,其空间也是够的,相对来说空间是小点,但能 焊.有人担心焊接时间长,吊车吊的时间长,不安全.这是 一 个误解.吊车梁吊装到牛腿上就松钩,然后再用撬棍调整 吊车梁,很方便的. 2)请见《钢结构设计规范)(GBJ17—88)第3.2.2条规定 之二. 3)我国工业厂房中牛腿与柱子,吊车梁与牛腿焊接要比 栓接多. 4)焊接前对吊车梁用撬棍进行调整(这个活我干过,容 易).吊车梁上部用连接板与柱子焊接;吊车梁下部与牛腿 焊接.注意:吊车梁下部与柱子此时有焊接的空间(吊车梁 不能紧贴着柱子). 5)严格执行规范就是安全可靠的,焊接也是同样的道 理. 3.2吊车粱与牛腿栓接时螺栓的受力分析 李国建: 柱子,吊车梁与牛腿在安装现场有一个不可忽视的问 题.它们连接面处有间隙,是由于制造,安装产生的偏差,这 是避免不了的问题.焊接法使用垫铁塞缝,然后焊接.栓接 怎么办如用垫铁塞缝,然后紧固,那么在计算时如何将此 因素考虑进去螺栓的受力状态如何垫铁塞缝后由于振 动垫铁发生位移怎么办 法师: 吊车梁与牛腿间的螺栓是不受什么力的,有什么好考虑 的.加了垫块也没关系. 李国建: 法师的观点是不对的. 1)吊车梁与牛腿间的螺栓是有水平力作用的.有纵向 的水平力,是桥吊行走和制动带来的,还有横向的水平力,是 桥吊d\车行走制动带来的.当桥吊d\车在一侧时,吊车梁与 牛腿间的水平作用力还是比较大的,不应忽视. 2)连接板与牛腿间因有间隙而加垫块是不合适的.一 般来讲,整个连接板的大部分螺栓都能紧固,所以间隙是三 角形的,怎么垫连接板也垫不平.即使加了垫板,由于动载 的作用,垫板也不牢固.还有螺栓因有间隙(加了垫铁),则 螺栓上会有剪切力还有弯矩作用,所以在工程施工时,是不 许加垫板的. 3)对以上的问题,我们工地现场是这样解决的:将连接 板背后的焊缝用气焊切开一段,能将所有的螺栓全部紧固就 行,再将连接板背后的焊缝进行填缝后焊接. 法师: 对于吊车产生的荷载,有竖向荷载,横向水平荷载,纵向 水平荷载.对于吊车梁下翼缘与牛腿顶面间连接的螺栓,我 认为: 1)竖向荷载不需这些螺栓来受力,因为吊车梁是放在牛 腿顶面的. 2)横向水平荷载也不由这些螺栓来承受,而由吊车梁上 翼缘与柱之间的连接来承受.因为横向水平力是作用在上 翼缘的,必将直接通过上翼缘的连接传给柱.这也是钢结构 设计手册里验算无制动结构的吊车梁在横向水平刹车力作 用下受弯时只采用上翼缘截面(而不是采用整个梁的平面外 截面)的原因. 3)纵向水平刹车力由吊车梁与牛腿顶面间的连接承受. 但它有多大呢规范里规定纵向力取竖向力的10%,但我 们知道,钢结构间的摩擦系数一般为0.3左右,不会小于 0.1,也就是说,吊车梁与牛腿顶面间的摩擦力足以用来传递 这个纵向刹车力.而且,一般吊车梁在纵向是互相顶住或采 用连接板连在一起的,也就是可同时由多个这样的连接来传 递纵向水平力.所以这个地方的螺栓也是几乎不承受纵向 水平力的. 综上所述,吊车梁下翼缘与牛腿顶面的连接螺栓是几乎 不受力的. 3.3吊车粱与牛腿间栓接时的施工误差控制 李国建: 同意栓接设计的同志,请回答以下几个问题: 1)你设计的螺栓与孔总间隙为多少(我认为一般为2 mm)o 2)工厂按设计图纸进行制作.请问6m吊车梁螺栓孔 间的许用公差为多少(查《钢结构工程施工及验收规范 (GB50205—95)表B一3:为5mm. 3)施工单位安装你设计的柱子.请问一个柱子对定位 中轴线安装误差为多少(查《钢结构工程施工及验收规范 (GB50205—95)附录四:为±5mm). 4)施工单位安装你设计的柱子.请问一个柱子的安装 垂直度为多少(查《钢结构工程施工及验收规范 (GB50205—95)附录四:H≤10m,允许偏差10m时为10 mm.设牛腿处高4.5m,则此处允许偏差为4.5mm). 我的困惑是:牛腿处理论最大总误差:△=5+2X5+2 X4.5=24mm;吊车梁上的两端螺栓总的间隙为△=2X2= 4mm△=24mm;不能满足要求. 如制作和安装单位都制订了比国家规范还要严格的企 业规范: 6m吊车梁螺栓孔间的许用公差为:±1mm(能保证); 一 个柱子对定位中轴线mm(一般做不 到); 设牛腿处高4.5m,则此处允许偏差为1mm(一般做不 到); 牛腿处理论最大总误差:△=1+2X1+2X1=5mm △=2X2=4mm: 仍不能满足要求. 现实状况有不少的厂房已经安装完成,怎么设计和施工 的呢? 法师: 我没搞过钢结构安装,不大清楚工人们是怎样安装调整 的,所以在设计时我尽量使得安装调整更容易,这也是在我 的设计中,吊车梁的上下翼缘连接都开槽形孔的原因.即使 没开槽形孔(我认为这样不大好),工人也有办法安装,其中 不乏野蛮办法,死拖硬拽,私自扩孔,不可否认,许多工程的 安装都是这样就位的,与其这样,不如在设计时就尽量考虑 到这些. 阿飞1978: 我认为误差不能简单的累加.我是做施工的,一般只是 SteelConstruction.2004(4),Vo1.19,No.7375 钢结构论坛 在基础处调整现象多些,其他用螺栓连接的很少扩孔,尤其 是高强螺栓连接,规范规定的每项偏差好象都是在上一步无 误差的基础上给的,比如都以轴线mm,那柱子坐上后通过调整吊车可不是偏10mm,而 是还有可能偏5mm. 3,4关于焊缝的疲劳强度问题 法师: 焊缝的疲劳也是一个很严重的问题,尤其现场手工焊, 抗疲劳性能很难保证.王国周的《钢结构原理与设计》中提 到:.(吊车梁上翼缘与柱的)连接方法可为摩擦型高强度螺 栓连接或焊缝连接,有时也可采用铰板连接.高强度螺栓常 用M20～M24,耐疲劳性能较好,对重级工作制吊车梁宜优先 采用.焊缝连接宜用双面角焊缝的搭接,并可适当设置安装 C级螺栓,一般用在轻,中级工作制或其重量较小重级工作 制的吊车梁. cheops: 吊车梁与牛腿的连接处,不管怎样都是在疲劳荷载作用 下的;而焊接,如果处理不好,是疲劳荷载的大敌.吊车梁与 牛腿连接处的焊接,应该不会是.贯穿焊,所以就是一个容 易导致疲劳损坏的细节.用焊接虽然静力上应该问题不大, 而且装配上在某些情况下会省些麻烦,但焊接过程给连接处 带来的内应力是不可避免的,加上焊缝如果处理不好,以后 使用的过程必然会带来由疲劳引起的裂缝;国内外每年由于 疲劳引发的事故不胜枚举.对于这些结构,从计算上讲,它 们一般都符合规范要求,但为什么会出现疲劳损坏,主要问 题有两方面: 1)焊接工艺质量控制不完善,产生大的内应力或焊缝的 形式容易导致疲劳裂缝的产生; 2)结构受力不合理,导致局部应力较高(应力集中). 目前国外对钢结构疲劳处理的最好的规范应该属欧洲 的钢结构规范和吊车规范了.它们对焊接节点的分类细之 又细,就是为了防止上面所说的不利现象. 李国建: 有的人认为焊接质量保证有困难,在设计中对工地施工 现场的焊接质量能达到规范中的要求表示怀疑,对许用应力 折减系数0.9表示怀疑.我认为: 1)从规范看:钢结构设计规范是～本比较先进的法规, 它是在全概率大量试验数据统计下编成的,使用它是安全可 靠的. 2)从我国的管理上看:建筑工地高空电焊必须要有高空 电焊操作证,焊接质量应该是有保证的. 3)我国的建筑监理制度也对焊接质量起到一个保证作 用. 关于吊车梁与牛腿焊接的疲劳强度问题,这是很多入望 而却步的大问题.的确,因为焊接的疲劳强度问题,导致很 多结构坍塌,这是事实,我们必须重视.但吊车梁与牛腿焊 接的疲劳强度问题,则没那么严重.因为由于结构构造的需 要,连接板的最小外形尺寸是确定的.按连接板的最小外形 尺寸进行焊缝的计算,就能发现焊缝的应力很小.与许用疲 劳应力相比,可以看出其余量很大.所以吊车梁与牛腿焊接 的疲劳强度是满足要求的. cheops: 下面是我的几个观点: 1)焊缝越大,焊接过程产生的内应力就越大,如果在焊 接过程中不采取严密的工艺措施,导致疲劳破坏的可能性越 大;对于吊车梁的现场安装,执行高级别的工艺几乎是不现 实的. 2)构件越厚,疲劳特性越差. 3)象吊车梁与牛腿的连接处的应力,很有可能是局部应 力为主(特另是焊接的节点),一般手算是无法预测的. 4)满足规范:.满足疲劳要求这个假设是不合适的, 不少结构就是这样破坏的.即使是按照国外规范设计出的 结构,出现疲劳破坏的情况也并不罕见.并不是按照规范就 能设计出～个好结构,我认为这是每一个结构工程师都要切 记的. 5)至于应力的大小,按照新的欧洲规范,不好的焊接节 点,允许应力可能只有20～30MPa或更低. 4结语 hhh: 本话题就吊车与牛腿的连接采用焊接和栓接孰优孰劣 展开讨论,并对二者在设计和施工中的可行性,吊车梁与牛 腿问栓接时螺栓的受力情况,栓接时的施工误差控制,焊缝 的疲劳强度等问题进行了深入探讨.从中可以看出,绝大多 数人认为栓接优于焊接.事实上,吊车与牛腿采用螺栓连 接,由于其安装方便,受力合理,耐疲劳性能好,已成为目前 最普遍的连接方式;同时也应该看到,由于对加工和安装的 精度要求较低,以及传统思想的影响,吊车与牛腿之间采用 焊接连接依然会在一定范围存在,主要适用于中低工作制级 别小吨位吊车的平板支座. ? 动态? 《膜结构技术规程》批准施行 中国第一本《膜结构技术规程》已由中国工程建设标准化协会批准,于2004年8月1日开始施行.本规程由中国钢结构 协会空间结构分会和中国建筑科学研究院主编,参加编制工作的有国内从事膜结构的高等院校,设计及制作安装等9个单位. 规程编制组于2001年9月成立以来,先后举行了四次编制工作会议,对规程的内容进行了认真讨论,并数易其稿,其问还向全 国各有关单位广泛征求意见,于2003年12月举行的规程审查会上通过了专家审查.其后编制组又按审查会议提出的意见, 以及中国工程建设标准化协会对报批稿的审查意见进行了修改与完善,终于完成. 《膜结构技术规程》反映了我国在膜结构技术上的特点,又汲取了国外的先进经验.其主要技术内容有:1)设计基本规定; 2)材料;3)结构计算;4)连接构造;5)制作,安装和工程验收;6)维修和保养,囊括了膜结构从设计,施工到使用的全过程.规程 既可作为膜结构设计和制作安装的指导性文件,又可作为工程验收的依据.本规程由中国计划出版社出版. (蓝天) 76钢结构2004年第4期第l9卷总第73期