方钢管斜撑焊缝断裂原因分析及加固

杜振宇 郑 粤 罗 峥,,* 齐振东

(1.西安建筑科技大学土木工程学院,西安 710055; 2.西安建筑科技大学建筑设计研究院,西安 710055)

0 引 言

在建筑结构领域,钢结构由于其拥有较好的承载能力及耗能特性被广泛应用。但在工业建筑当中存在很多偶然因素导致钢材构件在角部焊缝连接处发生破坏。因此,在有限条件下,能够利用有限元分析找出问题原因所在显得尤为关键。在有限元分析中,黏聚力模型大都是用来模拟复合材料分层破坏时所使用的,可以预先设置部件的开裂路径使其能按照预期发生破坏。本文以工程实例为前提、方钢管斜撑为研究对象,通过采用Cohesive单元在焊缝部位进行预设裂缝,成功模拟出了钢斜撑在复杂受力条件下沿焊缝方向发生的开裂现象,并找出导致构件破坏的原因,有效地解决了工程问题。

1 工程概况

某厂改建空冷机组设施,空冷风机设置于空冷平台上,下部空冷岛选用“钢筋混凝土管柱+钢梁+方钢管斜撑”结构体系。该结构体系下部为钢筋混凝土薄壁管柱,管柱四周设置斜撑,中部为实腹式钢梁,整体结构见图1。

图1 整体结构模型Fig.1 The whole structure model

其中钢斜撑截面形式为箱型组合截面500 mm×500 mm×20 mm。在空冷机组投入生产运行7个月后,工作人员发现其中118根斜撑密封板未完全密封,86根底部存有约3 m高积水,48根钢斜撑角部焊缝发生开裂并产生了较大的屈曲变形,开裂情况如图2所示。严重威胁空冷岛和下方变压器设备的生产安全。为排除安全隐患,需对斜撑进行焊缝断裂原因分析和修复加固。……