1、建筑鋼材有兩種可能的破壞形式

塑性破壞和脆性破壞，二者的特征可從塑性變形、名義應(yīng)力、斷口形式三方面來(lái)理解。影響脆性破壞的因素有有害化學(xué)元素、冶金缺陷等，但總的來(lái)看，鋼材的質(zhì)量、應(yīng)力集中和低溫的影響比較大。防止脆性破壞必須合理設(shè)計(jì)、正確制造和正確使用三者的相互配合。

2、鋼材的σ－ε曲線在下列標(biāo)準(zhǔn)條件下獲得的：

Ⅰ）標(biāo)準(zhǔn)試件（無(wú)應(yīng)力集中）；

Ⅱ）靜荷載一次拉伸到破壞；

Ⅲ）試驗(yàn)溫度為20°C。

按建筑鋼材的σ－ε曲線其工作可分為彈性、彈塑性、塑性和強(qiáng)化四個(gè)階段，并將其簡(jiǎn)化成理想彈塑性體。從拉伸試驗(yàn)得到抗拉強(qiáng)度f(wàn)u、屈服強(qiáng)度f(wàn)y、伸長(zhǎng)率δ5三個(gè)鋼材基本性能指標(biāo)，fu、fy是靜力強(qiáng)度指標(biāo)，δ5是鋼材在靜荷載作用下塑性性能指標(biāo)。承重結(jié)構(gòu)鋼材都應(yīng)具有這三個(gè)指標(biāo)合格的保證，對(duì)重要或需要冷加工的構(gòu)件，其鋼材尚應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證。

3、沖擊韌性Cv

沖擊韌性Cv是表示鋼材在動(dòng)力荷載作用下抵抗脆性斷裂能力指標(biāo)，對(duì)直接承受較大動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)應(yīng)提出相應(yīng)沖擊韌性要求。

4、應(yīng)力

鋼材在靜荷載作用下，單向應(yīng)力時(shí)，要求截面最大應(yīng)力不超過(guò)屈服點(diǎn)；復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，要求折算應(yīng)力δeq不超過(guò)fy。

5、理解各種因素對(duì)鋼材性能的不利影響

對(duì)化學(xué)成分要分清有利元素和有害元素，應(yīng)特別注意碳、硫、磷的影響。重視應(yīng)力集中產(chǎn)生的影響，其后果是導(dǎo)致局部產(chǎn)生雙向或三向受拉的應(yīng)力狀態(tài)，使鋼材變脆。應(yīng)通過(guò)合理的構(gòu)造措施（如平緩過(guò)度）盡量避免應(yīng)力集中。

6、正確選擇鋼材和提出合理指標(biāo)要求

規(guī)范推薦Q235、16Mn、16Mnq、15MnV、15MnVq鋼為承重結(jié)構(gòu)鋼，理解它們牌號(hào)的表示方法，冶金工廠對(duì)材質(zhì)應(yīng)保證的項(xiàng)目和能附加保證的項(xiàng)目，掌握根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的具體條件正確選擇鋼材和提出合理指標(biāo)要求的方法。

7、掌握鋼板和型鋼的表示方法

見(jiàn)附錄。

附：鋼結(jié)構(gòu)牌號(hào)

鋼結(jié)構(gòu)牌號(hào)

GB/T5613-1995標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鑄鋼規(guī)定了兩種牌號(hào)表示方法

1）以屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度力學(xué)性能為主的牌號(hào)表示方法，如ZG200-400等。ZG是代表鑄鋼的符號(hào)，200和400分別是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的最低值（ MPa）.

2)以化學(xué)成分為主的牌號(hào)表示方法，如ZG20Cr13等。Cr為鉻元素符號(hào)，20為平均碳含量（以萬(wàn)分之幾計(jì)），13為鉻平均含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（％）。

另加一些字母和符號(hào)分別表示不同的含義，如ZD345―570為一般工程與結(jié)構(gòu)用低合金鑄鋼；ZG200―400H為焊接結(jié)構(gòu)有用碳素鑄鋼；ZGMn 13為鑄鋼。

拓展

鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要有兩種：低碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。

低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)最低由Q295開(kāi)始，而碳素結(jié)構(gòu)鋼最高的牌號(hào)是Q275截止，盡管對(duì)公稱屈服點(diǎn)的含義解釋相同，但數(shù)值并無(wú)重復(fù)且恰好銜接。

1、碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)為：Q×××（A~D）+脫氧方式。其中Q×××表示屈服強(qiáng)度；A~D表示沖擊韌性質(zhì)量等級(jí)由底到高；在灌注過(guò)程中，由脫氧程度不同分鎮(zhèn)靜鋼〖TZ、Z〗，半鎮(zhèn)靜鋼〖b〗，沸騰鋼〖F〗。對(duì)于Q235來(lái)說(shuō)，A、B兩級(jí)可以是(Z、b、F)，C級(jí)只能是(Z)，D級(jí)只能是(TZ)。

2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：在冶煉過(guò)程中添加少量幾種合金元素，使鋼的強(qiáng)度明顯提高，其中合金含量低于5%，故稱為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼；牌號(hào)表示與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，質(zhì)量等級(jí)按沖擊韌性分為 A~E 5個(gè)等級(jí)。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的A、B級(jí)為鎮(zhèn)靜鋼，C、D、E級(jí)為特殊鎮(zhèn)靜鋼。

3、合金結(jié)構(gòu)鋼：包括優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼；合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)共77個(gè)，按主加合金元素劃分為24個(gè)鋼組。

牌號(hào)含義：合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由數(shù)字和合金元素化學(xué)符號(hào)組成。數(shù)字表示此鋼平均含碳量是萬(wàn)分之幾；繼后的化學(xué)符號(hào)代表所加的合金元素，并后綴此元素平均含量的代表數(shù)碼（對(duì)各合金元素平均含量代碼的規(guī)定：當(dāng)小于1.5%時(shí)一般不寫(xiě)，但當(dāng)如此表示發(fā)生牌號(hào)雷同時(shí)須將合金元素含量高的后邊標(biāo)1，以示區(qū)別；當(dāng)含量為1.5%~2.49%、2.50%~3.49%、3.50%~4.49%時(shí)分別寫(xiě)出2、3、4標(biāo)示，含量再高時(shí)，以此類(lèi)推）。

質(zhì)量等級(jí)標(biāo)記：在鋼的牌號(hào)末尾應(yīng)將所屬冶金質(zhì)量劃定的等級(jí)按規(guī)定加注標(biāo)記，優(yōu)質(zhì)鋼不加、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼加 A 、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼加 E。

Q

鋼材選擇時(shí)要做到結(jié)構(gòu)安全可靠，同時(shí)用材經(jīng)濟(jì)合理。影響鋼材選擇的因素：

A

1、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性；

2、荷載性質(zhì)（靜載or動(dòng)載）；

3、連接方法（焊接、鉚接or螺栓連接）；

4、工作條件（溫度or腐蝕介質(zhì)）

對(duì)于重要結(jié)構(gòu)、直接承受動(dòng)荷載、處于低溫條件下的結(jié)構(gòu)及焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用質(zhì)量較高的鋼材。

輕鋼與重鋼的區(qū)別？

首先，沒(méi)有輕鋼的叫法，輕鋼相對(duì)于普鋼。

輕型鋼結(jié)構(gòu)是一個(gè)很模糊的概念，沒(méi)有嚴(yán)格的定義?！　?/p>

判定結(jié)構(gòu)為普鋼與輕鋼結(jié)構(gòu)確實(shí)沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，很多有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師或項(xiàng)目經(jīng)理也常常不能完全說(shuō)明白，但我們可以以一些數(shù)據(jù)綜合考慮并加以判斷：

1、廠房行車(chē)起吊重量：大于等于25噸，可以認(rèn)為為普鋼結(jié)構(gòu)了。

2、每平米用鋼量：大于等于50KG/M2，可認(rèn)為是普鋼結(jié)構(gòu)。

3、主要構(gòu)件鋼板厚度：大于等于10MM，輕鋼結(jié)構(gòu)用的較少。

另外，還有一些參考值：如每平米造價(jià)，最大構(gòu)件重量，最大跨度，結(jié)構(gòu)形式，檐高等，以上這些在判斷廠房是否為普鋼或輕鋼時(shí)可以提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)然現(xiàn)在很多建筑都是輕、普鋼都有。

但有一些我們可以較肯定的說(shuō)是普鋼，如：石化廠房設(shè)施、電廠廠房、大跨度的體育場(chǎng)館、展覽中心，高層或超高層鋼結(jié)構(gòu)。

普通鋼結(jié)構(gòu)的范圍很廣，可以包含各種鋼結(jié)構(gòu)，不管荷載大小，甚至包括輕型鋼結(jié)構(gòu)的許多內(nèi)容，輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程只是針對(duì)其“輕”的特點(diǎn)而規(guī)定了一些更具體的內(nèi)容，而且范圍只局限在單層門(mén)式剛架。

輕型鋼結(jié)構(gòu)是一個(gè)很模糊的概念，沒(méi)有嚴(yán)格的定義。　　

一般可以有兩種理解。一種是現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第十一章“圓鋼、小角鋼的輕型鋼結(jié)構(gòu)”，是指用圓鋼和小于L45×4和L56×36×4的角鋼制作的輕型鋼結(jié)構(gòu)，主要在鋼材缺乏年代時(shí)用于不宜用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)制造的小型結(jié)構(gòu)，現(xiàn)已基本上不大采用，所以這次鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范修訂中已基本上傾向去掉。

另一種是《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》所規(guī)定的具有輕型屋蓋和輕型外墻的單層實(shí)腹門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)，這里的輕型主要是指圍護(hù)是用輕質(zhì)材料。

由此可見(jiàn)，輕鋼與普鋼之分不在結(jié)構(gòu)本身的輕重，而在所承受的圍護(hù)材料的輕重，而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念上還是一致的。

H型鋼與工字鋼的區(qū)別

1、工字型鋼主要不論是普通型還是輕型的，由于截面尺寸均相對(duì)較高、較窄，故對(duì)截面兩個(gè)主袖的慣性矩相差較大*因此，一般僅能直接用于在其腹板平面內(nèi)受彎的構(gòu)件或?qū)⑵浣M成格構(gòu)式受力構(gòu)件。對(duì)軸心受壓構(gòu)件或在垂直于腹板平面還有彎曲的構(gòu)件均不宜采用，這就使其在應(yīng)用范圍上有著很大的局限

2、 H型鋼屬于高效經(jīng)濟(jì)裁面型材(其它還有冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板等)，由于 截面形狀合理，它們能使鋼材更高地發(fā)揮效能，提高承裁能力。不同于普通工字型的是H型鋼的翼繡進(jìn)行了加寬，且內(nèi)、外表面通常是平行的，這樣可便于用高強(qiáng)度螺桂和其他構(gòu)件連接。其尺寸構(gòu)成合理系列，型號(hào)齊全，便于設(shè)計(jì)選用。H型鋼的軋制不同于普通工字鋼僅用一套水平軋輥，由于其翼絳較寬且無(wú)斜度(或斜度很小)，故須增設(shè)一組立式軋輥同時(shí)進(jìn)行輥軋。因此，其軋制工藝和設(shè)備都比普通軋機(jī)復(fù)雜。

總之H型鋼是工字鋼的換代產(chǎn)品，所以兩者在實(shí)際應(yīng)用中選擇使用的標(biāo)準(zhǔn)是：盡量不用工字鋼。

熱軋和冷軋的區(qū)別

1、冷軋成型鋼允許截面出現(xiàn)局部屈曲，從而可以充分利用桿件屈曲后的承載力；而熱軋型鋼不允許截面發(fā)生局部屈曲。

2、熱軋型鋼和冷軋型鋼殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因不同，所以截面上的分布也有很大差異。冷彎薄壁型鋼截面上的殘余應(yīng)力分布是彎曲型的，而熱扎型鋼或焊接型鋼截面上殘余應(yīng)力分布是薄膜型 。

3、熱軋型鋼的自由扭轉(zhuǎn)剛度比冷軋型鋼高，所以熱軋型鋼的抗扭性能要優(yōu)于冷軋型鋼。

拓展

熱軋優(yōu)點(diǎn)

熱軋的優(yōu)點(diǎn)是可以破壞鋼錠的鑄造組織，細(xì)化鋼材的晶粒，并消除顯微組織的缺陷，從而使鋼材組織密實(shí)，力學(xué)性能得到改善。這種改善主要體現(xiàn)在沿軋制方向上，從而使鋼材在一定程度上不再是各向同性體；澆注時(shí)形成的氣泡、裂紋和疏松，也可在高溫和壓力作用下被焊合。

熱軋缺點(diǎn)

一是經(jīng)過(guò)熱軋之后，鋼材內(nèi)部的非金屬夾雜物（主要是硫化物和氧化物，還有硅酸鹽）被壓成薄片，出現(xiàn)分層（夾層）現(xiàn)象。分層使鋼材沿厚度方向受拉的性能大大惡化，并且有可能在焊縫收縮時(shí)出現(xiàn)層間撕裂。焊縫收縮誘發(fā)的局部應(yīng)變時(shí)常達(dá)到屈服點(diǎn)應(yīng)變的數(shù)倍，比荷載引起的應(yīng)變大得多。

二是不均勻冷卻造成的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力是在沒(méi)有外力作用下內(nèi)部自相平衡的應(yīng)力，各種截面的熱軋型鋼都有這類(lèi)殘余應(yīng)力，一般型鋼截面尺寸越大，殘余應(yīng)力也越大。殘余應(yīng)力雖然是自相平衡的，但對(duì)鋼構(gòu)件在外力作用下的性能還是有一定影響。如對(duì)變形、穩(wěn)定性、抗疲勞等方面都可能產(chǎn)生不利的作用。

冷軋是指在常溫下，經(jīng)過(guò)冷拉、冷彎、冷拔等冷加工把鋼板或鋼帶加工成各種型式的鋼材。

冷軋優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)是成型速度快、產(chǎn)量高，且不損傷涂層，可以做成多種多樣的截面形式，以適應(yīng)使用條件的需要；冷軋可以使鋼材產(chǎn)生很大的塑性變形，從而提高了鋼材的屈服點(diǎn)。

冷軋缺點(diǎn)

缺點(diǎn)一是雖然成型過(guò)程中沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱態(tài)塑性壓縮，但截面內(nèi)仍然存在殘余應(yīng)力，對(duì)鋼材整體和局部屈曲的特性必然產(chǎn)生影響。

二是冷軋型鋼樣式一般為開(kāi)口截面，使得截面的自由扭轉(zhuǎn)剛度較低。在受彎時(shí)容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，受壓時(shí)容易出現(xiàn)彎扭屈曲，抗扭性能較差。

三是冷軋成型鋼壁厚較小，在板件銜接的轉(zhuǎn)角處又沒(méi)有加厚，承受局部性的集中荷載的能力弱。

（基本的焊接符號(hào)）

1、焊接是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式，有對(duì)接焊縫和角焊縫兩種基本形式。

常用的焊接方法有手工焊、自動(dòng)（或半自動(dòng)）埋弧焊。手工焊焊條型號(hào)應(yīng)與主體金屬?gòu)?qiáng)度相適應(yīng)。施焊過(guò)程中可能產(chǎn)生裂紋、氣孔、燒穿、弧坑等缺陷。為保證焊縫質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)焊縫等級(jí)按各自不同的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量檢查。

2、焊縫

為保證焊縫質(zhì)量和便于施焊，對(duì)接焊縫要求按焊件厚度采用不同形式的坡口，坡口形式有I形、單邊V形、V形、U形、K形、X形等。對(duì)于沒(méi)有采用引弧板的焊縫，計(jì)算時(shí)焊縫長(zhǎng)度要考慮起落弧的影響。對(duì)接焊縫截面上的應(yīng)力分布與母材相同，強(qiáng)度計(jì)算公式也相同，軸力作用下一般采用直縫，強(qiáng)度不足時(shí)可采用斜焊縫，當(dāng)傾斜角度θ≤56°時(shí)，可不進(jìn)行焊縫強(qiáng)度計(jì)算，在彎矩、剪力共同作用下的計(jì)算公式也可采用材料力學(xué)公式。

3、角焊縫受力復(fù)雜，按受力不同分為側(cè)焊縫和端焊縫

為保證焊接質(zhì)量，規(guī)范對(duì)焊腳尺寸hf及焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw等都作了構(gòu)造規(guī)定。角焊縫計(jì)算以最小焊縫截面為計(jì)算截面，且不論抗拉、抗壓及抗剪均采用同一強(qiáng)度設(shè)計(jì)值￡fw。對(duì)角焊縫在軸心力、彎矩、扭矩、剪力及幾個(gè)力共同作用下的受力進(jìn)行了分析并推導(dǎo)出不同情況下的計(jì)算公式，應(yīng)熟練掌握。

4、焊接

施焊時(shí)，由于不均勻的溫度場(chǎng)，使桿件產(chǎn)生焊接變形和焊接應(yīng)力，這對(duì)結(jié)構(gòu)在常溫、靜載作用下的承載力沒(méi)有影響，但增大了結(jié)構(gòu)的變形，降低了結(jié)構(gòu)的剛度、疲勞強(qiáng)度以及穩(wěn)定承載力。從設(shè)計(jì)和施工方面應(yīng)采取不同措施減小或消除殘余應(yīng)力和殘余變形，如設(shè)計(jì)上盡量使焊縫對(duì)稱布置；施焊時(shí)應(yīng)采用合理的施焊次序等。

5、螺栓排列

普通螺栓排列時(shí)，規(guī)范根據(jù)受力、構(gòu)造和施工三方面的要求規(guī)定了容許距離，針對(duì)螺栓幾種可能的排列形式，提出了不同的防止措施，在確定單個(gè)螺栓承載力設(shè)計(jì)值的基礎(chǔ)上，分析了螺栓群在不同荷載作用下的受力和計(jì)算方法。

6、高強(qiáng)度螺栓

高強(qiáng)度螺栓是通過(guò)特制扳手?jǐn)Q緊螺帽，使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力，將板件壓緊。在外力作用下，板件間產(chǎn)生很大的摩擦力。摩擦型高強(qiáng)螺栓就是依靠摩擦力傳遞剪力的。當(dāng)剪力等于摩擦力時(shí)，連接應(yīng)定達(dá)到極限狀態(tài)。掌握其受力性能，傳力方式及各種計(jì)算方法，并與普通螺栓加以對(duì)照理解分析。

附錄：

焊接符號(hào)單元的位置

帶坡口焊縫符號(hào)使用范例

箭頭側(cè)的卷邊焊縫符號(hào)范例

接頭類(lèi)型不止一種時(shí)采用組合焊縫符號(hào)范例

畫(huà)有圓圈的焊縫及符號(hào)范例

封底和打底焊道的符號(hào)

角焊縫的尺寸標(biāo)注

Q

什么因素決定了角焊縫的尺寸？

A

角焊縫尺寸由焊縫尺寸中最短的焊腳高來(lái)決定

鋼結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力就是指的焊接殘余應(yīng)力嗎？還是焊接殘余應(yīng)力只是其中的主要部分？

1,鋼結(jié)構(gòu)的焊接過(guò)程是在焊件局部區(qū)域加熱熔化,然后冷卻凝固的熱過(guò)程,由于不均勻的溫度場(chǎng),導(dǎo)致構(gòu)件不均勻的膨脹和收縮,從而使構(gòu)件內(nèi)部殘存應(yīng)力并引起變形,通稱的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形。

2,殘余應(yīng)力是鋼材在熱軋、氧割、焊接的加熱和冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的，先冷卻部分形成壓應(yīng)力，后冷卻部分形成拉應(yīng)力。

3,焊接殘余應(yīng)力按其方向可劃分為縱向殘余應(yīng)力、橫向殘余應(yīng)力和厚度方向殘余應(yīng)力三種。

4,焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的影響

<1>，剛度——由于在殘余拉應(yīng)力區(qū)域提前進(jìn)入塑性狀態(tài)而剛度降為零，繼續(xù)增加的外力僅由彈性區(qū)承擔(dān)，因此構(gòu)件變形必然增大，剛度減小。

<2>，靜力強(qiáng)度——?dú)堄鄳?yīng)力對(duì)靜力強(qiáng)度并無(wú)影響。

<3>，壓桿的穩(wěn)定承載力——有殘余應(yīng)力的壓桿，在殘余應(yīng)力區(qū)提前進(jìn)入塑性狀態(tài)，截面的彈性區(qū)減小，桿件的抗彎剛度也相應(yīng)減小，因此其穩(wěn)定承載力降低。

<4>，疲勞強(qiáng)度和溫度冷脆——由于塑性變形受到約束，材料變脆，使裂紋容易產(chǎn)生和開(kāi)展，疲勞強(qiáng)度也會(huì)降低，在低溫情況下，更容易形成冷脆裂紋。

5，焊接殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

焊接殘余變形不僅影響結(jié)構(gòu)的尺寸，使裝配困難，而且使構(gòu)件產(chǎn)生初偏心和初彎曲等初始缺陷，在受荷載時(shí)引起附加內(nèi)力，影響其承載能力。

6，焊接殘余應(yīng)力的分布與大小

殘余應(yīng)力的分布、大小與截面的形狀、尺寸、制造方法和加工過(guò)程等有關(guān)，而與鋼材的強(qiáng)度等級(jí)關(guān)系不大。

7，減少焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的方法：

如上所述，焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)性能均有不利影響，故應(yīng)減小殘余應(yīng)力并控制殘余變形過(guò)大，使其符合〈施工規(guī)范〉的規(guī)定，否則應(yīng)進(jìn)行矯正。殘余應(yīng)力和殘余變形在焊接過(guò)程中是相互關(guān)連的。為了減小殘余變形，在施焊時(shí)應(yīng)對(duì)焊件進(jìn)行加強(qiáng)約束。

為了減小我們應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面：

〈1〉設(shè)計(jì)方面

〈2〉制造、焊接工藝方面。

焊接殘余應(yīng)力分類(lèi)及影響：

焊接殘余變形：焊接的不均勻加熱和高溫區(qū)的熱態(tài)塑性壓縮，使構(gòu)件冷卻后產(chǎn)生一些殘余變形，如縱向縮短，橫向縮短，彎曲變形，角變形和扭曲變形等。

焊接殘余應(yīng)力分類(lèi)：

1）縱向焊接殘余應(yīng)力；

2）橫向殘余應(yīng)力；

3）沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力；

4）約束狀態(tài)下產(chǎn)生的焊接應(yīng)力。

焊接殘余應(yīng)力的影響

1）對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響：對(duì)于具有一定塑性的材料，在靜力荷載作用下，焊接殘余應(yīng)力是不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的；

2）對(duì)剛度的影響：焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度；

3）對(duì)壓桿穩(wěn)定的影響：焊接殘余應(yīng)力會(huì)使壓桿的撓曲剛度減小，從而必定降低其穩(wěn)定承載力；

4）對(duì)低溫冷脆的影響：在厚板和有三軸交叉焊縫的情況下，將產(chǎn)生三軸焊接殘余應(yīng)力，阻礙塑性變形，在低溫下使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展，加速構(gòu)件的脆性破壞；

5）對(duì)疲勞的影響：焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度有不利影響，使焊縫及其附近產(chǎn)生高額殘余拉應(yīng)力。

減少焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的方法

1）采用合理的施焊次序：例如鋼板對(duì)接時(shí)采用分段退焊，厚焊縫采用分層焊，工字形截面按對(duì)角跳焊等；

2）施焊前給構(gòu)件一個(gè)和焊接變形相反的預(yù)變形，使構(gòu)件在焊后產(chǎn)生的焊接變形與之正好抵消；

3）對(duì)于小尺寸焊件，在施焊前預(yù)熱，或施焊后回火（加熱至600°C左右，然后緩慢冷卻），可以消除焊接殘余應(yīng)力。也可以用機(jī)械方法或氧炔焰局部加熱反彎以消除焊接變形。

合理的焊縫設(shè)計(jì)

為了減少焊接應(yīng)力與焊接變形，設(shè)計(jì)時(shí)在構(gòu)造上采取一些措施：

1）焊接的位置要合理，焊縫的布置應(yīng)盡可能對(duì)稱于構(gòu)件重心，以減少焊接變形。

2）焊縫尺寸要適當(dāng)，在允許范圍內(nèi)，可以采用較小焊腳尺寸，并加大焊縫長(zhǎng)度，使需要的焊縫總面積不變，以免因焊腳尺寸過(guò)大而引起過(guò)大的焊接殘余應(yīng)力。焊縫過(guò)厚還可能引起施焊時(shí)燒穿、過(guò)熱等現(xiàn)象。

3）焊縫不宜過(guò)度集中。

4）應(yīng)盡量避免三向焊縫相交，為此可使次要焊縫中斷，主要焊縫連續(xù)通過(guò)。

5）要考慮鋼板的分層問(wèn)題，避免垂直于板面?zhèn)鬟f拉力。

此外，為了保證焊接質(zhì)量，還應(yīng)注意：焊縫連接構(gòu)造要盡可能避免仰焊，并且施焊時(shí)焊條易于到達(dá)。

拓展

殘余應(yīng)力的簡(jiǎn)圖一般用直線或不太復(fù)雜的曲線組成。

◆ 1、軋制普通工字鋼：翼緣厚度比腹板的厚度大的多，腹板在型鋼熱軋后先冷卻，翼緣在冷卻的過(guò)程中受到與其連接的腹板的牽制作用，因此翼緣產(chǎn)生拉應(yīng)力，而腹板的中部受到壓縮產(chǎn)生壓應(yīng)力；

◆ 2、軋制H型鋼：翼緣的尖端先冷卻，因此具有較高的殘余壓應(yīng)力；

◆ 3、焊接工字鋼：翼緣具有軋制邊或火焰切割以后又經(jīng)過(guò)刨邊的焊接工字形截面，其殘余應(yīng)力與H型鋼類(lèi)似，只是翼緣與腹板連接處的殘余拉應(yīng)力可能達(dá)到屈服強(qiáng)度；

◆ 4、具有火焰切割翼緣的焊接工字型截面：翼緣切割時(shí)的溫度場(chǎng)和焊縫施焊時(shí)類(lèi)似，因此邊緣產(chǎn)生拉應(yīng)力，翼緣與腹板連接處的殘余拉應(yīng)力經(jīng)常達(dá)到屈服強(qiáng)度；

◆ 5、用很厚的翼緣板組成的焊接工字型截面：沿翼緣的厚度殘余應(yīng)力也有很大變化，板的外表具有殘余壓應(yīng)力，板端的應(yīng)力很高可達(dá)到屈服強(qiáng)度，而板的內(nèi)表在腹板連接焊縫處具有很高的殘余拉應(yīng)力；

◆ 6、焊接箱型截面：在連接焊縫處具有高達(dá)屈服強(qiáng)度的殘余拉應(yīng)力，而在截面的中部殘余壓應(yīng)力隨板件的寬厚比和焊縫的大小而變化，當(dāng)寬厚比放大到40時(shí)殘余壓應(yīng)力只有0.2fy左右；

◆ 7、等邊角鋼：等邊角鋼的殘余應(yīng)力，其峰值與角鋼邊的長(zhǎng)度有關(guān)；

◆ 8、軋制鋼管：軋制鋼管沿壁厚變化的殘余應(yīng)力，他的內(nèi)表面在冷卻時(shí)因受到先已冷卻的外表面的約束故有殘余拉應(yīng)力，而外表面具有殘余壓應(yīng)力。（熱軋圓管的拉壓殘余應(yīng)力都比較?。?/p>

殘余應(yīng)力使構(gòu)件剛度降低，對(duì)壓桿的承載能力有不利影響，殘余應(yīng)力的分布情況不同，影響程度也不同。此外，殘余應(yīng)力對(duì)兩端鉸接的等截面挺直桿的影響和對(duì)有初彎曲柱的影響也是不同的。柱的長(zhǎng)度不同，殘余應(yīng)力的影響也不相同。