本文章最後由 tclai 於 2012-6-7 15:25 編輯
這裏要談的是鋼鐵材料的 接合
鋼筋混凝土, 利用混凝土的膠結能力, 將樑柱的鋼筋緊緊的接合在一起.
鋼鐵材料的連接, 早期有使用到錨釘(老的西螺大橋), 現在大多會使用電焊與螺栓接合.
上個月, 因公經過高屏溪, 看到就的高屏溪鐵橋(下淡水溪鐵橋), 刻意繞過去參觀了一下,
它也是用錨釘接合的鋼結構橋樑.
這條橋目前已停止使用, 列為古蹟開放參觀.
通常我們看到了樑柱接合方式是 : 在鋼柱上面, 利用焊接的方式,
焊上有螺栓孔的連接板, 提供接頭給鋼樑連接, 當然鋼樑的端不需要預先鑽孔.
這裏有一張樑柱接合的參考圖, 提供參考.
鋼結構的特性, 在於 "高強度" , 意思就是用很小的斷面, 就可以承載很大的荷重.
以小型結構物經常使用的材質 A36 或 SS400 為例,
它的降伏強度為 每平方公分2500 Kg , 抗拉強度是 每平方公分4100 ~ 5200 Kg , 伸長率 17% ~ 23% .
降伏強度的物理意義是 : 在這個受力範圍內, 鋼材可以保持完全彈性, 就像橡皮筋一樣, 受拉力就伸長, 力量去除就回覆原狀.
抗拉強度的物理意義是 : 受力達到這個限度時, 它會被拉斷掉 !
伸長率 的物理意義是 : 當它被拉段時的長度, 會比原來的長度增加多少百分比 !
伸長率 17%,
從這個數字看, 假設一支跨距 5 公尺的鋼樑, 當它受力被拉斷時, 長度至少會變成 5.85 公尺 !
這就是鋼結構最大的好處 ! 破壞以前會產生很大的變形量, 並且在結構物外觀上表現出來 ,
提供足夠的修復或逃生時間 !
實際上, 鋼結構的破壞, 全部都會是由接頭開始 !
接頭, 通常是鋼結構最弱的地方, 也是施工者首先必須要注意的地方 !
任何一位設計者都希望他設計的鋼結構構造物, 在 極限受力 的狀況下, 會先產生較大的外觀變形, 以提供逃生的機會 !
鋼結構接頭的破壞, 通常不會產生很大的變形, 從外觀上根本無從發現,
當破壞累積到一定程度, 超出它能承受的範圍後, 接頭會 "瞬間斷裂" , 完全無法預測及逃生 !
如果你有仔細看過前面的那個 "樑柱接合Sample" 的附件, 你可以發現 :
鋼結構接頭, 一定會使用到電焊及螺栓 .
螺栓, 不管是一般的 "機械螺栓" 或 "高張力螺栓" , 都是從工廠製造出來的產品, 至少都會有相當的強度 (至少它都是鋼鐵製品 !) .
只要連接兩者的 "螺栓孔" 與 "螺栓直徑" 適當的 配合, 通常都可以提供相當足夠的接合強度 !
電焊, 就完全是另外一回事了 ! 焊接的方式, 焊條的等級, 焊接口的處理方式, 施工者的技術.........等等, 都影響它的品質, 也就影響它的強度 !
這個也就是我在前面提到, "有一點擔心" 的事情啦 !
焊接的方式
最平常用到的是 "手焊條" , 也是 2home 版上 蓋鋼構屋通常使用的焊接方法,
它只需要一台普通電焊機, 110V 或 220V , 電流量大小則與使用的焊條直徑有關, 電流量越大, 機器越大台.
其他焊接方式, 不多討論.
焊條的等級
為了要提供 "接頭強度大於鋼材強度" 的設計原則, 以最普通的 鋼材(A36) 的強度等級 ,
通常會使用 E60XX 等級的焊條, 焊條的抗拉強度是 "每平方英吋 60 千磅" , 大約是 每平方公分4200 Kg 以上 .
這裏 XX 代表一組數字, 表示這個焊條適用的 "焊接姿勢或位置"........等等的資訊, 有點專業.
更高強度的鋼材, 如 A572 會 SM490 通常會用 E70XX 或以上等級的焊條.
焊條的包裝外面, 就可以看到 E60??, 或 E70?? 這些標註 .
焊接口的處理方式
將連接板焊接到鋼材上面, 連接板與鋼材的接觸面, 通常有兩種處理的方式 : "開槽" 或 "不開槽 "
不開槽 : 在 2home 板上看到的鋼構屋, 它們的接頭焊接口處理方式, 全部都是 "不開槽" 的型式, 也就是 "填角焊" 的方式 .
焊道的強度由 "焊道長度" 與 "有效焊喉" 所提供,
焊道長度就是焊接的長度, 有效焊喉, 就有一點學問了 !
填角焊, 焊道的外觀通常是一個 "直角等腰三角形" , 焊道腳長就是三角形的腰長 ,
有效焊喉就是三角形頂角(直角)計算的高.
開槽 : 通常使用在較厚板(厚度大於 19 mm 或 1.9 公分)的焊接, 或有特殊強度需求的接頭,
通常較大型的結構物材會使用到 . 較大型, 可能是 4 樓以上, 樑跨距大於 10 公尺,.............等.
所謂開槽, 就是將連接板的鋼材切掉一部分, 騰出一個缺口, 再用焊條將這個缺口填滿並且連接在型鋼上面 .
附圖是一般 T 形接合的焊接標準圖, 其中圖 A 是 "不開槽" 方式 , 圖 B 是 "開槽" 方式 .
施工者的技術
這是一個很難檢討的議題, 不過有一個參考標準, 就是 "內政部" 發給的 "焊接技術士" 執照 !
這個執照是有等級區分的, 甲, 乙, 丙 三級, 丙級是最基本的要求 !
雖然, 電焊工有這張執照並不代表他真的技術很好, 但是至少代表他有接受過 "正規" 的訓練 !
在我們的行業裏, 通常會針對不同的案件, 執行 "焊工考試" , 以檢定焊工對焊接作業的熟練程度 .
接頭的部分, 就談到這裏 .
鑒於一般 2home 的朋友, 都不是 "鋼結構專業" 的人員, 這裏提供一些簡單的原則,
讓你檢驗你的 "鋼結構專業承包廠商" 是不是在唬爛你 !
1. H 型鋼 , 以 "工" 這個字表示, 它的強軸方向是中間那 "一豎" 的方向 !
當你拿它做為樑時, 這 "一豎" 要垂直指向地面, 當你拿他當柱時,
這 "一豎" 要與樑的 "一豎" 相重疊 ! 尤其是把人字型屋架接在鋼柱上的時後 !
2. 所有的接頭都要接在型鋼的 "中心點" 上面 ! 你可以參考前面附件 "樑柱接合Sample" 的圖示.
鋼樑如果接在柱的側邊, 通常需要增加一個俗稱 "牛腿" 的托架,
在這個情況下, 樑的反力對柱的中心而言, 有一個 "偏心" 的距離, 這個距離會造成一個旋轉的力矩,
給鋼柱一個額外的荷重 . 況且, 這個托架, 需要用很多的焊道連接,
而且有很多施工上要注意的細節, 通常會在工廠裏面就焊接完成,
不會在工地, 等柱子豎起來了再進行 !
3. 焊道的表面, 要盡可能保持平順, 不要有結癤, 突起, 或 凹陷 , 這些在焊道表面 "微小的劇烈變化",
會造成 "應力集中" , 久之會產生細微的裂痕或腐蝕, 慢慢擴大, 就.......破壞了 !
4. 常常聽到電焊工(包商老闆也可能 !)會跟你說 "一點當 3 噸" , 這是 "屁" 話 !
所謂的 "焊道" 至少都需要有一定的 "連續長度" 通常這個長度是 5 公分 ! |
發表於 2012-5-18 16:44:56
分享到FB
收藏
