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    鋼結構之殘留應力實務探討

    2019-01-09   來源:   點擊數:26次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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       中國鋼管信息港昨日記者獲悉:鋼結構構件倒塌過程中的運動軌跡根據對一根鋼柱構件用高速攝影機觀測的結果,呈“八”字形切斷的中間構件段向長邊方向飛出,大致呈水平方向,幾乎沒有旋轉。但其上邊的構件邊旋轉邊向上移動。鋼結構構件倒塌過程中,構件在飛躍及下落時會相互碰撞,直至落地。
      
      爆破拆除環保問題鋼結構建筑爆破拆除環保問題與普通鋼混建筑類似,存在噪聲、振動、飛塊等問題。
      
      為解決噪聲問題,可在聚能切割器的周圍加一個木框,在木框里面填充濕沙,以吸收爆破沖擊的噪另外,實施鋼結構建筑爆破拆除時,在安裝多個聚能切割器的情況下,應采用微差起爆的方法,同時起爆的聚能切割器的數目盡量少,這樣既可降低噪聲,又可減少振動。
      
      鋼結構建筑爆破拆除時的飛塊問題可采取改變爆破切割面角度,降低飛塊速度等辦法。
      
      仿真過程的實現3.1DDA方法簡介提出的分析塊體系統運動和變形的一種數值模型,解決塊體系統滿足無侵入和無拉伸條件下的大變形、大位移問題,可用于動力和靜力模擬=(1))的剛體位移;Y是塊體繞轉動中心(X0,)的轉角;ex,Yy是塊體的正應變和剪應變。塊體中任意點(xy)的位移可由變形變量表示:連接的,并靠塊體間的接觸和對單個塊體的位移約束形成一個塊體系統。假定在塊體系統中有n個塊體聯立方程有以下形式:給6個變形變量的荷載;為塊體系統的總剛度矩陣子矩陣與塊體i的材料特性和有關,此處i不等于j,是由塊體i和塊體j之間的接觸所規定的。
      
      對非連續變形分析,平衡方程式用總勢能最小化來建立并直接求解,用力和應力產生的總勢能n的最小化來推導。式(4)的第i行由6個線性方程組成:力平衡式;當‘為Y時,(5)式表示塊體i上所有荷載和接觸力的力矩平衡式;當dri為ex,Sy和Yxy時,()式表示塊體i上的所有外力和應力的平衡式。
      
      總勢能n是所有勢能的總和,即各項應力和力。下面分別計算各項應力和力的勢能以及它們的微分。偏導式(6)是對變形變量dri取導的平衡方不連續變形分析巍是根程式⑴的未的系數。式⑷的所有項形成胡文軍鋼結構爆破拆除技術及其仿真分析初探的子矩陣是方程(4)的子矩陣偏導式(7)是移到方程式右邊后的式(5)的自由項。
      
      提出了殘留應力的消除方法,以及于規劃及設計中應注意之事項C 0刖目一般營建業工程師對鋼結構之殘留應力比較陌生,殘留應力發生的主要原因在于鋼料冷卻速率的+同。例如厚鋼料在軋制過程中,其鋼胚(SlaborBloom)加熱后之溫度均超過1,200*C以上,然后一面輥軋-面冷卻,逐漸降到常溫20*C至35*C,其冷卻的速率以鋼料表面最快,而內部最慢。當表面驟然冷卻到常溫時,鋼料內部可能還是熱滾滾的高溫。故于冷卻完成后,鋼料表面存著殘留壓力,而鋼料內部則存有殘留張力。其應力分布狀況猶如地形測量之等高線圖。
      
      中國鋼管信息港昨日記者獲悉:由于鋼胚中容易積存夾渣,及滾壓軸輥不協調所衍生的中心線裂,以及鋼料中之雜質(如磷、硫等)向高溫地區集中所發生的偏析現象(Segregation),都非常容易促成厚鋼板的夾層問題(Lamination),此種夾層現象及前述之內部殘留張力,使得厚板的中央區域變成脆弱地帶。如所示。
      
      個一厚鋼板之夾層及偏析現象就熱乳型鋼而言,比較厚的型鋼容易發生殘留應力,特別是在翼板與腹板的交界處,其殘留張力最大,俗稱“核心”脆弱區(Core),如所示。根據。
      
      截面斷裂殘留應力導致截面開裂之損壞殘留應力之消除由于造成殘留應力的主要原因為鋼料受熱后不同冷卻速率(CoolingRate)所致。故如果能在施工過程中,設法使鋼料之冷卻速率盡量一致,則殘留應力自然可以消除。因此鋼結構之制造與安裝規范均明顯的規定厚鋼料之電焊必須處理焊前預熱與焊后后熱,電焊后熱的目地就是在拖延鋼料表面冷卻時間,使其外表之冷卻速率盡量與內部一致。最常用之后熱方式為瓦斯火排加熱,并逐漸降低其溫度,唯有如此方能消除鋼料內部之殘留應力。
      
      尚有部份厚鋼料之對接(ButtJoint)電焊工作,采m石棉棉被包覆工法,讓鋼料在焊接后徐徐降溫,以消除電焊高溫所產生之殘留應力。特別是在寒帶地區,因為氣溫太低,雖然鋼料之厚度不是很厚,然而在低溫的情況下鋼料本身的材質已經很脆,如果電焊時父產生額外的殘留應力,則龜裂之現象會更嚴重。
      
      4規劃及設計應注意之事項鑒于厚鋼料具有較明顯的殘留應力,故部份鋼結構規范亦作如下之規定:鋼結構之殘留應力實務探討疝*o固1)厚鋼料不宜設計為拉力構件;2)厚鋼料之接合不宜采用電焊接合,應盡量采用螺栓接合。本條規定一般企業業主比較難以接受,因為厚鋼料采用螺栓接合時,將增加許多之接合用鋼板重量及螺栓重量。設計者必須就專業技術論點予以說服。增加之重量視個案之設計性質而有所不同,一般約為鋼結構總重量之2%至4%;3)如超厚之型鋼用于電焊接合時,務必設法消除其殘留應力。消除之方法可上述或類似之原理辦理;4)所謂“超厚型鋼”,其厚度究應以多厚為準,因涉及各煉鋼廠之制程方法,每家產品之殘留應力值可能不盡相同。但“美國鋼構造協會”AISC則有比較明確之規定,即W14X233至W14X730之型鋼與W12X210至W12x336(Group4andGroup5)均被列為超厚型鋼。換言之,翼板之厚度在13/4英(82.55mm)以上者均視為超厚型鋼,其設計與施工者不可不慎。
      
      5電焊對構件長度之影響鋼鐵材料于電焊完成后,因電焊過程中有大量之熱量輸入,冷卻后鋼料內部存著殘留應力,而造成鋼構件長度收縮。根據經驗統計,組合H型鋼在翼板與腹板連續性電焊完成后,其縮短之長度與原構件之長度成正比,約為。3mmxL,如(a)所示。圖中L為型鋼之長度,單位為米。
      
      如果在組合H型鋼或熱乳H型鋼之腹板上加焊加勁板,則加勁板數量愈多型鋼之長度縮短愈厲害。
      
      通常加勁板在3片以下時,構件之長度縮短不明顯。
      
      加勁板在3片以上時,每焊一片加勁板,構件長度約縮短0.3mm,如(b)所示。
      
      組合型鋼長度縮短量在兩塊鋼板之間用全滲透方式焊接后,其接合后之長度也會明顯縮短,其相關之關系式如所示。
      
      鋼板對接電焊后之長度縮短量6‘組合H型鋼之角變量組合H型鋼在臺灣使用仍然十分普遍。當翼板與腹板連續性焊接后,除了前述構件長度會縮短外,因殘留應力的關系,翼板也會有明顯之角變量,且翼板厚度愈薄其角變量愈大,而焊接量愈多時角變量也愈大,根據經驗統計其變形角之大小約如所示。
      
      0=變形角(弧度)W=電焊單位長度之焊條重量(g/cm)/=鋼板厚度(mm)組合H型鋼梁翼板之角變量如果上述角變量超過容許公差,則該組合H型鋼必須經過整形才可使用。比較進步的施工方法則采用預彎翼板工法,先將翼板依照估計之角變量預壓成反向變形,于連續性電焊后,因為翼板會受到殘留應力的影響而變形,自動恢復水平狀態。其反向預彎之經驗值如0所示。
      
      7高樓鋼架焊接之內縮變形高樓鋼結構安裝時,梁柱接頭之工地電焊將使鋼梁之長度縮短,且往上逐層內縮,必須設法調整,否則除了安裝困難外,結構體將呈現上窄下寬之現象。
      
      而鋼柱之電焊對接亦將使柱子高度縮短,且累積愈高其鋼柱之縮短愈嚴重,如圖所示。此等現象均為電焊后之殘留應力所致。
      
      開槽角度45度0翼板預彎角變量統計圖立面梁柱系統之焊接收縮情形8結語本文所介紹之內容雖屬冶金學或材料學之自然現象,n.許多為經驗數值,但影響所及確是結構丁1程之領域。鑒r此"而信m在結構TiK之研究與統計尚十分缺乏,尚請相關專家學荇共N探討指正。
      
      功效,其沉樁要求相對較高,設計明確要求:其垂直度應限制在3%以內,嚴禁有滲漏水現象。同時CAZ鋼板又是柔性構件,塢室開挖后,肯定會產生變形,而變形量又是未知數,施工時若不考慮其變形,就可能滿足不了塢室凈寬及施工規范要求。故CAZ鋼板樁沉樁需攻克二個難題,一是考慮到CAZ鋼板樁在塢室開挖時,為滿足塢室凈寬及規范要求其變形量應放寬多少余量,二是為確保沉樁質量,采用何種樁機、限5.4塢底板施工主要從墻內外降水、挖土、減壓排水及塢底板混凝土質量等方面來控制。墻內外均采用深井預降水,為加快降水速度,采用二節濾頭及真空加壓,從降水記錄及已開挖段來看,效果較好,達到預期目的。
      
      塢室挖土則堅持分層開挖原則,每層土體控制在2m以內,并遵守開挖施工條件,平面開挖速度要加快,深層開挖速度要放慢,以控制塢壁的變形。
      
      中國鋼管信息港昨日記者獲悉:為順利實現減壓排水:一方面控制減壓排水溝原材料的質量,砂采用中粗砂,含泥量少于3%,碎石粒徑為20~80mm,含泥量控制在1%以內,另一方面控制施工質量,使減壓排水溝截面不小于設計規定截面,放坡平整穩定,砂墊層平整密實,土工布搭接嚴密可靠,二層之間拼縫錯位,減壓排水管用混凝土墊塊支承,使標高正確,并處于溝的中部。
      
      最后,對塢底板混凝土實行斜面薄層連續澆筑的施工方法,塢底板表面的磨耗層經與設計商議,改用C30混凝土與底板一次澆搗,其上鋼筋網片在澆搗過程中放置,混凝土表面采用滾動碾壓,鐵板二次油光,其終凝后再覆蓋一層塑料薄膜二層草包進行養護。從目前已施工完竣的減壓排水系統及塢底板混凝土澆搗的情況來看,質量較好,達到了優良標準。
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