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                              筋板式地脚螺栓焊接强度分析

                              来源:www.olfeis.com 编辑:石西阿福 发布时间:2013年10月16日 所属分类:技术指导

                               

                              在钢结构工程或设备安装过程中,都要用到基础预埋件,它有多种结构形式,如直钩式、锚爪式、锚板式、筋板式,还有GB/T799国家标准地脚螺栓等等,一些较大的设备或钢结构工程中的基础预埋件,在设计上都选择了筋板式地脚螺栓。

                              一、筋板式地脚螺栓的构成
                              筋板式地脚螺栓的结构由以下几个零件组成,以一根单头螺柱为主体,带螺纹的紧固端配两只螺母和一只平垫;无螺纹的锚固端与一块正方形底板垂直焊接在一起,螺丝机做出来的螺丝,还有多工位冷镦机做出来的螺丝,单头螺柱和正方形底板再与四块筋板相互焊接在一起(如图1)。通常正方形底板的边长C等于单头螺柱螺纹规格M的3.5~4倍,筋板的高度等于正方形底板的边长,正方形底板的厚度h约等于单头螺柱螺纹规格M的二分之一,筋板的厚度h1约等于正方形底板厚度h的二分之一。具体的尺寸根据设计的不同略有差异。
                              二、地脚螺栓的选材与焊接要求
                              地脚螺栓在建筑工程上俗称锚栓,它的选材以碳素结构钢为主,常用的材料为Q235和Q345,如采用Q235材料,则选用E43焊条进行焊接;如采用Q345材料,则选用E50焊条进行焊接,焊缝分底板和筋板之间的角焊缝八条;筋板和单头螺柱之间的近似角焊缝八条;底板和单头螺柱端部的圆形角焊缝一条,全部采用连续焊接,焊缝的焊脚高度s一般都等于筋板的厚度h1。
                              三、强度分析
                              1、单头螺柱和螺母之间的强度
                              从GB/T799-1998《地脚螺栓》国家标准中可知,地脚螺栓的性能等级为3.6级(也可以设计成4.8级或其它等级),公称抗拉强度为300N/mm2,最小抗拉强度只要超过330 N/mm2即满足该性能等级地脚螺栓的使用要求;与它配套的螺母一般选用4级,从GB/T3098.2-2000《紧固件机械性能  螺母》标准中可以知道,该性能等级螺母的保证应力只要大于510 N/mm2即满足使用要求。从以上分析可以看出,单头螺柱和螺母两者之间,单头螺柱的强度要低些。
                              2、单头螺柱的强度与锚固端焊接强度分析
                              2.1、单头螺柱的强度分析
                              为了便于分析,我们选取M36规格的单头螺柱来进行对比分析,并把其它有关的尺寸参数设计如下:正方形底板的边长C等于125毫米;筋板厚度h1等于8毫米;焊脚高度s等于筋板厚度h1等于8毫米,地脚螺栓的材质为Q235。
                              从GB/T16823.1-1997《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》标准我们可以知道,M36规格螺纹的应力截面积为817 mm2,它的最小承载能力应该为330 N/mm2*817 mm2=269610牛顿;而GB50017-2003《钢结构设计规范》中,又把Q235材质锚栓的强度设计值确定为140 N/mm2,比最小抗拉强度330 N/mm2低了235.71%,如果按4.8级的最小抗拉强度420 N/mm2相比,还要差的多。
                              2.2锚固端的焊接强度分析
                              以下分析未考虑残余应力和应力集中对接头强度的影响,假设接头的工作应力是均布的,分析时正面与侧面焊缝的强度增大系数为1。
                              从GB50017-2003《钢结构设计规范》中可知,角焊缝的计算厚度(或面积)he为0.7倍的焊脚高度s,8毫米焊脚高度的焊接计算厚度(或面积)he应为5.6 mm2;
                              角焊缝的计算长度lw为每条焊缝的实际长度减去2倍的焊脚高度s之和。
                              底板和筋板之间的八条角焊缝的计算长度lw1:
                              lw1={(125*1.414-36)/2}*8-8*2*8=435毫米;
                              筋板和单头螺柱之间的八条近似角焊缝的计算长度lw2:
                              lw2=125*8-8*2*8=872毫米;
                              底板和单头螺柱端部的一条圆形角焊缝的计算长度lw3:lw3=2*3.14*18-2*8=97.04毫米;
                              焊缝的总计算长度lw:
                              lw=lw1+lw2+lw3=1404.04毫米
                              总焊接面积应为8毫米焊脚高度的焊接计算厚度5.6毫米*焊缝的总计算长度1404.04毫米=7862.624 mm2;
                              按照GB50017-2003《钢结构设计规范》对E43型焊条的手工焊接角焊缝的强度设计值160 N/mm2来计算,锚固端的承载能力为:    
                               160N/mm2*7862.624 mm2=1258019.84牛顿。
                              锚固端承载能力与单头螺柱的最小承载能力相比=1258019.84牛顿/269610牛顿=4.666倍。
                              总焊接面积与单头螺柱应力截面积相比=7862.624 mm2/817 mm2=9.62倍。
                              四、结果分析
                                 通过对单头螺柱和螺母的强度分析以及对锚固端焊接强度的分析可以看出,对于筋板式地脚螺栓的质量控制,重点应该控制单头螺柱的质量,而不是螺母或锚固端的焊接质量,要重点把好单头螺柱的选材和螺纹加工质量,不能有一些明显的沟槽类加工缺陷和其它材料缺陷;而螺母是可以通过试验来判断是否达到标准规定的要求的;至于焊接质量则只要把好没有明显的咬边,没有较大的气孔和夹渣(实际上按照三级焊缝的标准是允许存在一定的比例和大小的咬边、气孔与夹渣的),焊缝均匀就可以了,这并不是放松质量要求,实际是有着明显的焊接强度设计过剩。需要了解更多的螺丝机械行业信息请关注石西阿福13560215171,或登陆官网www.olfeis.com
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