2-14工字梁装配焊接

第４６卷，第１期２０２１年２月公路工程ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．４６，Ｎｏ．１Ｆｅｂ．，２０２１Ｄｏｉ：１０．１９７８２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４－０６１０．２０２１．０１．０１７［收稿日期］２０１９－０６－０３［基金项目］广东省交通运输厅２０１７年度重大科技专项（科技－２０１７－０１－００２）［作者简介］李志锋（１９７５—），男，广东揭西人，高级工程师，研究方向：道路与桥梁工程。

［引文格式］李志锋，何湘峰，赵旭东，等．装配式钢－ＵＨＰＣ轻型组合梁设计和整体受力分析［Ｊ］．公路工程，２０２１，４６（１）：９８－１０２．ＬＩＺＦ，ＨＥＸＦ，ＺＨＡＯＸＤ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｎｔｅｇｒａｌｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｓｓｅｍｂｌｅｄｓｔｅｅｌ－ＵＨＰＣｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｉｒｄｅｒ［Ｊ］．Ｈｉｇｈ ｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，４６（１）：９８－１０２．装配式钢－ＵＨＰＣ轻型组合梁设计和整体受力分析李志锋１，何湘峰１，赵旭东２，胡伟业２，邵旭东２（１ 广东省路桥建设发展有限公司，广东广州　５１０６３５；２ 湖南大学土木工程学院，湖南长沙　４１００８２）［摘　要］以首次采用钢－ＵＨＰＣ组合梁方案的惠清高速公路麻埔停车区跨线桥工程为依托工程，介绍了依托工程的设计和施工要点以及技术先进性和经济性。

同时，通过Ｍｉｄａｓ软件建立了钢－ＵＨＰＣ轻型组合梁全桥模型，计算分析了该桥的内力及应力特性，并对承载能力极限状态下的抗弯承载力、抗剪承载力及稳定性和正常使用状态下的应力、变形及裂缝宽度进行了验算。

［关键词］超高性能混凝土（ＵＨＰＣ）；轻型组合梁；经济性；承载力；有限元分析［中图分类号］Ｕ４４３ ３２ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１６７４—０６１０（２０２１）０１—００９８—０５ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｎｔｅｇｒａｌＦｏｒｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｓｓｅｍｂｌｅｄＳｔｅｅｌ ＵＨＰＣＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＣｏｍｐｏｓｉｔｅＧｉｒｄｅｒＬＩＺｈｉｆｅｎｇ１，ＨＥＸｉａｎｇｆｅｎｇ１，ＺＨＡＯＸｕｄｏｎｇ２，ＨＵＷｅｉｙｅ２，ＳＨＡＯＸｕｄｏｎｇ２（１ ＧｕａｎｇｄｏｎｇＲｏａｄ＆ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏ Ｌｔｄ ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６３５，Ｃｈｉｎａ；２ ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈａｎｇｓｈａＨｕｎａｎ４１００８２，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｒｓｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｅｅｌ ＵＨＰＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｉｒｄｅｒｓｃｈｅｍｅ－ＭａｐｕＰａｒｋｉｎｇＡｒｅａｏｖｅｒｐａｓｓｂｒｉｄｇｅｉｎＨｕｉｑｉｎｇＨｉｇｈｗａｙ，ｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｒｏｕｇｈｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｓｔｅｅｌ ＵＨＰＣｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｉｒｄｅｒｂｒｉｄｇｅｉｎＭｉｄａｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅａｎｄｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ Ｕｎｄｅｒｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｌｉｍｉｔｓｔａｔｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｂｅｎｄｉｎｇａｎｄｓｈｅａｒｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｉｅｓ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｂｒｉｄｇｅａｒｅｃｈｅｃｋｅｄ Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｒａｃｋｗｉｄｔｈａｒｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙｌｉｍｉｔｓｔａｔｅ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＵＨＰＣ）；ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｉｒｄｅｒ；ｅｃｏｎｏｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ０　引言采用高性能、高强度材料和高性能复合材料，以延长寿命，提高耐久性，是世界大桥的未来趋势之一［１］。

第五章焊接结构的装配与焊接工艺装配与焊接是焊接结构生产过程中的核心，直接关系到焊接结构的质量和生产效率。

同一种焊接结构，由于其生产批量、生产条件不同，或由于结构形式不同，可有不同的装配方式、不同的焊接工艺、不同的装配—焊接顺序，也就会有不同的工艺过程。

本章重点介绍装配与焊接工艺方法。

第一节焊接结构的装配装配是将焊前加工好的零、部件，采用适当的工艺方法，按生产图样和技术要求连接成部件或整个产品的工艺过程。

装配工序的工作量大，约占整体产品制造工作量的30％~40％，且装配的质量和顺序将直接影响焊接工艺、产品质量和劳动生产率。

所以，提高装配工作的效率和质量，对缩短产品制造周期、降低生产成本、保证产品质量等方面，都具有重要的意义。

一、装配方式的分类装配方式可按结构类型及生产批量、工艺过程、工艺方法及工作地点来分类。

1．按结构类型及生产批量的大小分类（1）单件小批量生产单件小批量生产的结构经常采用划线定位的装配方法。

该方法所用的工具、设备比较简单，一般是在装配台上进行。

划线法装配工作比较繁重，要获得较高的装配精度，要求装配工人必须具有熟练的操作技术。

（2）成批生产成批生产的结构通常在专用的胎架上进行装配。

胎架是一种专用的工艺装备，上面有定位器、夹紧器等，具体结构是根据焊接结构的形状特点设计的。

2．按工艺过程分类（1）由单独的零件逐步组装成结构对结构简单的产品，可以是一次装配完毕后进行焊接；当装配复杂构件时，大多数是装配与焊接交替进行。

（2）由部件组装成结构装配工作是将零件组装成部件后，再由部件组装成整个结构并进行焊接。

3．按装配工作地点分类（1）工件固定式装配装配工作在固定的工作位置上进行，这种装配方法一般用在重型焊接结构或产量不大的情况下。

（2）工件移动式装配工件沿一定的工作地点按工序流程进行装配，在工作地点上设有装配用的胎具和相应的工人。

这种装配方式在产量较大的流水线生产中应用广泛，但有时为了使用某种固定的专用设备，也常采用这种装配方式。

重庆理工大学课程设计说明书题目:工字梁组件的焊接夹具设计学院：材料科学与工程专业：焊接结构与工程姓名:学号: 11009030428指导老师：2014年1月序言 01。

对焊接工装夹具的设计要求 01.1焊接工装夹具的主要作用 (1)2。

焊接结构件的分析 (1)2。

1 焊接产品“钢梁组件”的重点技术要求分析： (1)2.2 采用合理的焊接顺序和方向 (2)3。

夹具设计方案的确定 (2)3。

1 在设计夹具体时应满足以下基本要求： (2)3.2 基准面的选择： (2)3.3 定位方式及元器件选择 (3)3.4 夹紧方式及元器件选择 (4)3。

5 装焊夹具结构 (5)3.6 装焊方案 (5)4。

主要零件设计的说明 (5)4。

1 夹具体 (5)4。

2 手动螺旋夹紧器 (5)4。

3 挡板 (6)4。

4 反变形装置 (6)4.5 垫板 (7)4。

6 销钉 (7)4.7 螺栓 (7)5. 装焊夹具使用说明 (7)5。

1 夹具的操作步骤： (7)5.2 夹具的结构特点： (7)5.3 夹具使用注意事项、保养及维护 (7)6。

本次课程设计总结、体会 (8)参考资料 (8)焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备.在焊接结构生产中，把用来装配进行定位焊的夹具称为装配夹具:而专门用来焊接焊件的夹具称为焊接夹具:把既用于装配又用于焊接的夹具称为装焊夹具.它们统称为焊接工装夹具。

1。

对焊接工装夹具的设计要求(1）焊接工装夹具应动作迅速，操作方便,操作位置应处在工人容易接近，最宜操的部位。

特别是手动夹具，其操作力不能过大,操作频率不能过高，操作高度应设在工人最容易用力的部位，当夹具处于夹紧装态时，应能自锁.（2）焊接工装夹具应有足够的装配焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察,不妨碍焊件的装卸，所有的定位原件和夹紧装置应与焊道保持适当距离或者布置在焊件的下方和侧面。

夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位.(3）夹紧可靠，刚性适当，夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后不使焊件松动滑移,又不使焊件的拘束度过大，产生较大的应力。

学生学号实验课成绩学生实验报告书实验课程名称综合实验（二）典型焊接结构的焊接工艺设计与制造开课学院材料科学与工程指导教师姓名学生姓名学生专业班级2011-- 2012学年第 1 学期实验教学管理基本规范实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。

为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。

1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参照执行或暂不执行。

2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。

3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。

每部分均在实验成绩中占一定比例。

各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。

各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。

4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。

教师要在实验过程中抽查学生预习情况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。

5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。

在完成所有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。

6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。

附表：实验考核参考内容及标准观测点考核目标成绩组成实验预习1．预习报告2．提问3．对于设计型实验，着重考查设计方案的科学性、可行性和创新性对实验目的和基本原理的认识程度，对实验方案的设计能力20%实验过程1．是否按时参加实验2．对实验过程的熟悉程度3．对基本操作的规范程度4．对突发事件的应急处理能力5．实验原始记录的完整程度6．同学之间的团结协作精神着重考查学生的实验态度、基本操作技能；严谨的治学态度、团结协作精神30%结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据2．计算结果是否正确3．实验结果分析是否合理4．对于综合实验，各项内容之间是否有分析、比较与判断等考查学生对实验数据处理和现象分析的能力；对专业知识的综合应用能力；事实求实的精神50%实验课程名称：综合实验（二）实验项目名称典型焊接结构的焊接工艺设计与制造实验成绩实验者专业班级组别第三组同组者实验日期2011年12月22日一、实验目的熟悉低碳钢焊接工艺文件内容，学习和掌握焊接工艺文件的制定；熟悉低碳钢焊接焊前准备和工艺过程，加深理解电弧焊方法的特点、焊接工艺参数对焊缝成形及焊接质量的影响，了解焊接质量的评定方法和过程。

第五章焊接结构的装配与焊接工艺装配与焊接是焊接结构生产过程中的核心，直接关系到焊接结构的质量和生产效率。

同一种焊接结构，由于其生产批量、生产条件不同，或由于结构形式不同，可有不同的装配方式、不同的焊接工艺、不同的装配—焊接顺序，也就会有不同的工艺过程。

本章重点介绍装配与焊接工艺方法。

第一节焊接结构的装配装配是将焊前加工好的零、部件，采用适当的工艺方法，按生产图样和技术要求连接成部件或整个产品的工艺过程。

装配工序的工作量大，约占整体产品制造工作量的30％~40％，且装配的质量和顺序将直接影响焊接工艺、产品质量和劳动生产率。

所以，提高装配工作的效率和质量，对缩短产品制造周期、降低生产成本、保证产品质量等方面，都具有重要的意义。

一、装配方式的分类装配方式可按结构类型及生产批量、工艺过程、工艺方法及工作地点来分类。

1．按结构类型及生产批量的大小分类（1）单件小批量生产单件小批量生产的结构经常采用划线定位的装配方法。

该方法所用的工具、设备比较简单，一般是在装配台上进行。

划线法装配工作比较繁重，要获得较高的装配精度，要求装配工人必须具有熟练的操作技术。

（2）成批生产成批生产的结构通常在专用的胎架上进行装配。

胎架是一种专用的工艺装备，上面有定位器、夹紧器等，具体结构是根据焊接结构的形状特点设计的。

2．按工艺过程分类（1）由单独的零件逐步组装成结构对结构简单的产品，可以是一次装配完毕后进行焊接；当装配复杂构件时，大多数是装配与焊接交替进行。

（2）由部件组装成结构装配工作是将零件组装成部件后，再由部件组装成整个结构并进行焊接。

3．按装配工作地点分类（1）工件固定式装配装配工作在固定的工作位置上进行，这种装配方法一般用在重2）同一构件上与其它构件有连接或配合关系的各个零件，应尽量采用同一定位基准，这样能保证构件安装时与其它构件的正确连接和配合。

3）应选择精度较高，又不易变形的零件表面或边棱作定位基准，这样能够避免由于基准面、线的变形造成的定位误差。

焊接通用技术条件SDZ018-85本标准适用于水利电力系统一般机械及钢结构产品的手工电弧焊和埋弧自动焊。

凡产品图样或技术文件中无特殊要求时，均应符合本标准的规定。

1 一般技术要求1.1 焊接工作应配备专职的焊接技术人员、焊接检查和检验人员。

1.2 焊工应经专门的技术训练，从事Ⅰ、Ⅱ类焊缝焊接的工人，需按SDZ009-84《手工电弧焊及埋弧自动焊焊工考试规则》或其他有关焊工考试规则进行考试，并取得第三方公证单位认可的焊工合格证。

1.3 焊接原材料和焊接材料的型号、规格和订货要求应符合图样和技术文件规定，材料的代用应执行代用制度。

材料进厂时，应按材料标准的规定检查验收，必要时可进行抽检复验。

对无牌号、规格、无质量保证书的原材料和焊接材料，只有经过检验和鉴定，确定其规格、型号、质量状态后，方可使用。

1.3.1 焊接材料的选用，应根据母材的化学成份、机械性能、焊接接头的抗裂性、焊前预热、焊后热处理及使用条件等因素综合考虑。

参照表1选用。

表1 焊接材料的选用及预热、焊后热处理规范注：回火加热速度不大于200℃/小时，保温时间一般为0.04时/毫米，最低不少于两小时，以2.5～3℃/分钟的速度缓冷至300℃后空冷。

1.3.1.1 同种钢材之间的焊接，焊接材料的选用，一般应符合下列要求：a.焊接接头的机械性能应与母材相当；b.工艺性能良好；c.低碳钢及低合金钢焊接的焊条应符合GB981-76《低碳钢及低合金高强度钢焊条》的要求。

1.3.1.2 异种钢之间的焊接，焊接材料的选用应符合下列要求：a.两侧均非奥氏体不锈钢时，可根据合金元素含量较低(或强度等级较低)的一侧钢材选用。

b.其中一侧是奥氏体不锈钢时，可选用含镍、铬量比不锈钢更高的焊条(焊丝)。

1.4 焊前准备。

1.4.1 焊接前必须根据材料的可焊性、结构特点、设计要求、设备能力、使用条件及施工环境等因素编制合理的焊接工艺。

1.4.2 首次使用的钢种以及改变焊接材料类型、焊接方法和焊接工艺，必须在施工前进行焊接工艺试验。

焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力焊接是一种局部加热的加工方法，热源集中在焊缝处加热，因而造成焊件上温分布不均匀，最终导致在焊接结构内部产生了焊接变形与焊接应力。

一、焊接变形1. 焊接变形的概念由焊接而引起的焊件尺寸和形状的改变称为焊接变形。

焊接过程结束后，残国在焊接结构中的变形，称为焊接残余变形。

本书中提到的焊接变形指的是焊接残余变形。

2. 焊接变形的类型及产生原因焊接变形可分为收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形等几种形式焊件局部（焊缝和焊缝附近的金属）不均匀加热和冷却是产生焊接变形的根本用因。

焊接时，加热是通过移动的高温电弧热源进行的，焊缝和焊缝附近的金属温度很高，受热金属要膨胀，其余大部分金属不受热，受热金属的膨胀受到阻碍和抑制，生了压缩塑性变形。

焊完冷却后，焊缝和附近的金属因收缩而变短，却又受到周围受热金属的限制，就使焊件产生了内应力，以致产生变形。

各类焊接变形的具体原因各不相同，与焊缝在焊件中的位置、加热方法、焊接序等因素密切相关。

焊接变形的类型及产生原因见表2-3-7。

3. 预防和矫正焊接变形的方法及措施（1）预防焊接变形的方法及措施预防焊接变形可以从焊接结构设计和焊接工艺两方面进行。

在焊接结构设计时要在保证结构有足够强度的前提下，尽量减小焊缝的数量和尺寸;对称布置焊缝;必要时预先留出收缩余量;采用冲压结构代替焊接结构;将焊缝布置在最大工作应力之外等。

预防焊接残余变形的工艺措施主要有∶1）选择合理的装配焊接顺序。

装配焊接顺序对焊接结构变形的影响很大。

对称焊接、不对称焊缝先焊焊缝少的一侧和减少长道直焊缝等都可以很大程度上减少焊接变形量。

如图2-3-13所示的工字梁，当采用1、2、3、4的焊接顺序时，虽然结构的焊缝对称，焊后仍将产生较大的上拱弯曲变形，但如果改为将工字梁1、2焊缝的长度分成若干段，采取分段、跳焊的对称焊接，先焊完总长度的60%～70%，然后将工字果翻转180°焊接3、4焊缝，也采取分段、跳焊的对称焊将3、4焊缝全部焊完。