网格栅焊接节点破坏原因与分析

北岭地震后，美、日两国学者就节点破坏原因，通过现场调查、室内试验和现场检验，进行了结构响应分析、有限元分析、断裂力学分析等，还作了很多补充试验，结合震前研究，对节点破坏原因提出了一些看法。认为节点破坏并不是仅由设计或施工不良所能说明的.而是应从节点本身存在根本性缺陷方面去找原因。

  第一，从网格栅框架受力的角度出发，框架在侧向荷载和竖向荷载作用下，在节点处弯矩出现极值。即使节点与梁等强，也是节点先进人塑性或断裂。

  第二，在常用的工字形截面梁中，当处在弹性阶段时，通常翼缘承受全截面抗弯承载力的80%一85%，腹板承受全截面抗弯承载力的15%-20%。这对于通常翼 缘采用焊接，腹板采用摩擦型高强螺栓连接的梁柱节点来说，翼缘对接焊缝所能承受的弯矩也只 能与翼缘等强。如果腹板连接不考虑这15一20%的弯矩，则其连接的抗弯承载力就只有框架横梁 抗弯承载力的80一85%。如果再将因高空施焊条件较差，焊缝存在某些缺陷以及焊接的残余应力 等不利因素的影响，则其连接的抗弯承载力很可能只有框架横梁抗弯承载力的70%一75%。这样在 较大地震作用下，就必然使框架梁还没有进人塑性之前，节点先发生脆性破坏。这正是造成在美 国北岭大地震中大量钢框架结构房屋梁端焊缝开裂的主要原因。在阪神地震中，凡是梁端与柱连接采用带悬臂梁段的全焊接连接的多高层钢结构房屋，虽然在连接处也发生了焊缝的开裂现象 ，但却在紧挨焊接处的框架梁上出现了明显的塑性变形。这也正是由于梁端翼缘和腹板全都是焊 接，其连接的抗弯能力基本上等于或略低于梁的全截面抗弯能力的结果。

  焊缝金属冲击韧性低。美国北岭地震前，焊缝多采用E70T一4或E70T -7自屏蔽药芯焊条施焊 ，这种焊条提供的最小抗拉强度480 MPa，冲击韧性无规定，试验室试件和从实际破坏的结构中 取出的连接试件在室温下的试验表明，其冲击韧性往往只有10一15J，这样低的冲击韧性使得连接很易产生脆性破坏，成为引发节点破坏的重要因素。在北岭地震后不久所作的大型验证性试验，对焊缝进行十分仔细的操作，做到了确保焊接质量，排除了焊接操作产生的影响。焊缝采用E70T一4型低韧性焊条，尽管焊接操作的质量很高，连接还是出现了早期破坏，从而证明了焊接缝金属冲击韧性低，是焊接破坏的因素之一。@网格栅

  焊缝存在的缺陷。对破坏的连接所作调查表明.焊接质量往往很差.很多缺陷可以看出明显违背了规范规定的焊接质量要求，不但焊接操作有问题，焊缝检查也有问题。很多缺陷说明，裂缝萌生在下翼缘焊缝中腹板的焊条通过孔附近，该处的下翼缘焊缝是中断的，使缺陷更为明显。该部位进行超声波检查也比较困难，因为梁腹板妨碍探头的设置。因此，主要的连接焊缝中由于施焊困难和探伤困难出现了质量极差的部位。上翼缘焊缝的施焊和探伤不存在梁腹板妨碍的问题，可以认为是上翼缘焊缝破坏较少的原因之一。

  坡口焊缝处的衬板和引弧板造成人工缝隙。实际工程中，为确保焊接质量，常在梁翼缘坡口焊时加衬板，往往焊接后将焊接衬板留在原处，这种做法已经表明，对链接的破坏具有重要影响。

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  梁翼缘坡口焊缝出现的超应力。北岭地震后对震前节点进行分析表明，当梁发生塑性弯矩时，梁下翼缘坡口焊缝处会出现超高应力。超应力的出现因素有:当螺栓连接的腹板不足以参加弯矩传递时，柱翼缘受弯导致梁翼缘中段存在着较大的集中应力;在供焊条通过的焊接工艺孔处，存着附加集中应力;有一大部分剪力实际是由翼缘焊缝传递，而不是象通常设计假设的那样由腹板的连接传递。梁翼缘坡口焊缝的应力很高，很可能对节点破坏起了不利影响。@网格栅