钢管混凝土拱桥管节点焊接裂纹成因分析及预防

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1、学兔兔www.xuetutu.com公路交通技术2010年2月第1期TechnologyofHighwayandTransportFeb．2010No．1钢管混凝土拱桥管节点焊接裂纹成因分析及预防白玉慧，陈枯，程振国(1．重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074；2．湖北省荆门市交通局，湖北荆门448000)摘要：钢管混凝土拱桥管节点经常存在结构不连续加工和焊接缺陷，在主支管连接的接头区，容易出现焊接裂纹，随着裂纹不断扩展，将导致整个构件破坏，从而影响结构的服役安全性和耐久性。对管节点结构特点和焊接裂纹产生原因进行分析，提

2、出避免管节点焊接裂纹产生的预防措施。关键词：钢管混凝土拱桥；管节点；焊接裂纹；成因；预防文章编号：1009—6477(2010)01—0082—03中图分类号：U448．22文献标识码：BAnalysisofCausesofWeldingCracksonTubeNodesinSteelTubeConcreteArchBridgesandPreventionBAIYuhui，CHENZhe，CHENGZhenguo近年来，随着钢管混凝土拱桥的迅速发展，管剪载荷实质上为位于节点同一平面内同一侧的其它结构在桥梁建设中得到了广泛应用

3、。钢管混凝土支管所平衡；在T形和Y形节点中，支管中的冲拱桥中多采用主支管直接相贯焊接的节点构造形剪载荷被弦杆中的剪力平衡【lJ。图1是K型管节点式。对焊接管结构而言，节点是关键部位，也是的基本形式，管节点几何形式参数与以下几个因数整个结构的薄弱环节。一般情况下，管节点在焊相关：弦杆径厚比T，T=D／2T；偏心距e；管径接部位不可避免地存在着结构的不连续加工和焊比／3，／3=d／D；壁厚比7，丁=t／丁；斜杆交角9；接缺陷。在支主管连接的相贯线处，由于焊接残支杆长度与支杆外半径之比Ot，=2l／d。余应力和应力集中现象的存在，

4、在交变载荷作用下，接头高应力区的危险点很容易产生疲劳破坏。随着疲劳裂纹的不断扩展，最后导致整个构件承载能力丧失，从而影响结构的服役安全性和耐久性。管节点除了发生疲劳断裂破坏外，还易发生冲剪破坏、塑性变形、脆性断裂破坏。因此，管节点的安全性、可靠性对钢管混凝土拱桥结构的设计使用寿命影响至关重要。本文简要介绍钢管混凝土拱桥中管节点处焊接裂纹形成的原因以及图1管节点的基本形式预防裂纹形成的有效控制措施。管节点具有下列特点：1)结构刚度大。由于管节点处的支管大都采1管节点结构特点用钢板卷制而成，自身刚度大，弦管在很短长度范钢管混凝土

5、拱桥中，管节点是由几个主支管交围内及不同空间方向上集中了2个或更多个支管，汇而成的三维空间薄壁结构，应力分布十分复杂。管节点处刚度更大。这种构造对满足管节点处的强其中节点是连接各个杆件的关键部位，也是最薄弱度有利，但却增大了管节点焊接的拘束度，对管节的环节，因为节点的破坏往往导致与之相连若干杆点焊接不利。件的失效，从而使整个结构破坏。根据各节点支管2)管节点处弦管与支管的壁厚较大。如弦管在每个载荷工况下具体的载荷形式，节点可分为的厚度为3O一50mm，而与其相连的支管厚度为K、T或Y形等类，K形节点即是一个支管中的冲20—4

6、0mm，如此厚的管件连接处焊接加工的坡口收稿日期：2009—07—09作者简介：白玉慧(1982一)，女，山西省朔州市人，在读研究生学兔兔www.xuetutu.com2010年第1期白玉慧，等：钢管混凝土拱桥管节点焊接裂纹成因分析及预防83较大，焊接工作量较大，难度也大。并且由于管节和母材表面上的铁锈油污等杂质，在施焊时经电点处空间位置狭小，有时需数个焊接人员同时焊弧热分解而给焊缝中带人氢，而扩撒氢会造成氢接，也增加了焊接的工作难度。脆，促使增大冷裂纹的倾向。3)弦管与支管所用材料强度高。尤其是弦管焊接时，在高温条件下，大

7、量的氢溶解在溶在此位置一般采用具有z向性能的Q345，其屈服池中，在随后的冷却过程中，由于溶解度急剧降强度为345MPa，抗拉强度为550MPa。而支管所低，氢将极力逸出，但因焊接时冷速过快，使氢用材料一般为Q345或Q235，其强度较高，增大来不及逸出而保留在焊缝金属中，焊缝中的氢处了保证焊接质量的难度。于过饱和状态。随着放置时间的增加，部分氢从由以上管节点的结构特点可知，管节点焊接难焊缝中逸出，部分氢则扩散到钢微缺陷处，成为度大，焊接质量难保证，特别容易形成焊接裂纹。残余氢，而这些残余氢继续对焊缝起作用，成为冷裂纹的罪魁

8、祸首}”1。2裂纹成因分析2)材质淬硬对裂纹的影响。钢管混凝土拱桥中管结构所用材料为Q345C，钢的淬硬倾向主要决定于其化学成分、钢管是优质低合金高强钢，其化学成分和力学性能分别厚度、焊接工艺和冷却条件等，其中化学成分有见表1和表2。很大的影响。钢的淬硬倾向越大，越易产生裂纹。钢管混凝土拱