摘 要：钢板焊接牛腿作为短悬臂结构在建设工程中得到广泛应用，常以传力构件用于工业与民用建筑连接节点，起着承受和传递集中荷载的重要作用。分析并认识影响钢板焊接牛腿稳定性因素，将有助于指导钢板焊接牛腿设计、施工和检测实践工作。
关键词：钢板；焊接；牛腿；稳定性
钢板焊接牛腿是以节点形式连接其它结构的短悬臂构件，端部截面以“工”形或“∏”形居多，与其它构件通常采用手工焊接连接，广泛用于工业与民用建筑钢结构、改造钢筋混凝土结构、钢筋混凝土与钢组合结构等领域，主要作用是承受和传递竖向集中荷载产生的弯矩和剪力，具有构造简单、施工方便、承载合理等优点。通过分析影响钢板焊接牛腿稳定性因素，认识钢板焊接牛腿设计、施工、检测容易忽视的薄弱环节并提出相应对策，以防范钢板焊接牛腿脱落发生质量事故（图一）。
图一 钢板焊接牛腿脱落事故图例
1 钢板焊接牛腿稳定性分析
1.1 稳定性概念
稳定是外部荷载与结构内部抵抗力间的平衡状态，如果使结构偏离平衡位置的外界扰动荷载除去后结构能恢复平衡位置，则结构是稳定的；如果外界扰动荷载除去后结构不能恢复到平衡位置，且偏离平衡位置越来越远，则结构是不稳定的；若外界扰动荷载除去后结构不能恢复到平衡位置，但是仍能停留在新的平衡状态，则是临界状态。所以，钢板焊接牛腿稳定的实质是结构变形，对设计、施工、检测实践工作的要求是预防结构变形。
1.2 稳定性分析
1.2.1 设计因素
钢板焊接牛腿承受压弯荷载，依据《钢结构设计规范》要对其进行稳定性计算。影响钢牛腿稳定性的设计因素一是设计方案，即反映钢板焊接牛腿的截面形式、钢材等级、焊接材料、焊接方式和焊缝质量等级；二是设计输入计算软件的荷载参数不准确或遗漏导致最大竖向或弯矩荷载值与实际不符；三是反映焊缝几何特性的截面惯性矩、截面抵抗矩、截面面积矩计算不准确，影响焊缝正应力、剪应力和折算应力计算准确性。
1.2.2 节点详图深化设计因素
钢板焊接牛腿作为钢结构重要节点，深化设计是其加工前不可或缺的工作。影响深化设计质量的因素一是忽视深化设计资质或深化设计详图未经原设计单位认可，使深化设计质量得不到保证；二是没有领会设计意图，在深化设计过程降低原设计节点局部或整体质量等级，如将原设计高等级材质改为低等级，熔透焊接改为贴角焊接等；三是未经图纸会审进行深化设计，使深化设计工作没有充分发挥解决原设计问题的作用，影响深化设计质量；四是深化设计绘制详图不规范，影响工厂制作和现场安装质量。
1.2.3 焊接工艺评定因素
现行《钢结构焊接规范》虽然对焊接工艺评定有强制性要求，但大多数施工单位对钢结构焊接工艺评定的重要性认识不够。一方面不是施工单位自身出于对工程质量主动控制并负责的态度自觉进行工艺试验或工艺评定，对怎样执行焊接工艺评定与实际工艺质量更接近存在认识上的误区；另一方面大多数焊接工艺评定仅针对试件制定指导书，不能完全代表构件需要焊接热输入、预热、后热、矫正等实际控制内容，忽视承受动力荷载钢构件焊缝可能脆性撕裂破坏隐患；第三是焊接工艺评定合格适用范围的误区，如将低级别或不同材质评定合格的，或将不同焊接方法、接头形式、施焊位置评定合格的互相适用。
1.2.4 焊缝质量检测因素
影响焊缝质量检测判定的因素一是所选无损检测方法与被检测钢结构类型、材质、加工方法、使用条件不适合影响质量检测判定准确性；二是不能全面覆盖或代表相应焊缝质量等级检测，如将承受集中压力、剪力或弯矩动力荷载作用的焊缝，或设计要求熔透并与母材等强焊接的焊缝，或设计不要求焊透的T形接头采用角焊缝或部分焊透对接与角接组合焊缝，低于二级焊缝检测、漏测或外观质量低于二级标准的检查；三是检测从业人员经验不足，影响体积状（气孔、加渣）或平面状（裂纹、未熔合、根部未焊透）焊缝缺陷判定准确性。
2 钢板焊接牛腿稳定性对策
2.1 设计稳定性对策
在设计方案、荷载复核和截面计算准确无误的前提下，重视钢板焊接牛腿整体和局部稳定性验算。轴心受拉构件一般不用验算整体和局部稳定，对类似钢板焊接牛腿容易丧失稳定的轴心受压构件或压弯构件，局部稳定验算一要控制翼缘板自由外伸长度与翼缘厚度之比，二要控制腹板净高度与腹板厚度之比。对传递弯矩或不传递弯矩的节点连接构件要分别赋与足够的刚度和柔度，使钢结构细部构造和构件稳定性相互一致，保证设计方案具有可靠的稳定性。
2.2 节点详图深化设计对策
一是设计或施工单位对钢结构设计文件细化、补充、量化以指导工厂制作和现场安装的深化设计必须具有相应的设计资质；二是深化设计人员具备岗位资质和良好的职业操守，准确把握构件外形尺寸和节点焊接工艺，加强图纸会审减少笔误造成加工、运输和现场安装质量问题；三是深化设计总说明包括设计依据、制作安装说明、构件材质、除锈等级、焊缝主要参数、防腐蚀等内容；四是具有完整、规范和审定的深化设计详图。
2.3 焊接工艺评定对策
对影响钢结构安全和重要使用功能的焊接节点，一要专门制定适用于指导实际焊接工艺的专业理论指导书，增加对实际装配焊接工艺的评定内容，保证实际焊接评定主体与工艺试验评定有机结合；二是重视钢板高强材质、厚大形状、承受动力荷载、操作人员不熟练的工艺评定适用范围；三是要对焊接试件进行机械性能试验，根据接头特点确定焊接冷却时间和拘束程度，选择性进行接头脆性及韧性试验，设计出可靠的焊接工艺参数并校验工艺参数的正确性，必要时对焊缝及热影响区进行残余应力测量；四是完善包括焊接母材、焊接材料、坡口形状、焊接间隙、焊接电流、环境温度、焊接速度、焊后热处理、同类型焊缝部位、焊接接头形式等重要工艺参数的记录，建立焊接材料质量证明书、焊接工艺评定报告、合格焊工执行相关工艺试验评定与实际装配焊接一一对应的追溯性档案。
2.4 焊缝质量检测对策
保证焊缝质量检测判定的准确性，一是要正确选择无损探伤检验方式，对设计熔透焊缝应选择超声波探伤，当缺陷超出超声波探伤标准要选择X射线源透照检测，对焊缝表面缺陷或要求渗透探伤的分别选择磁粉探伤和检测灵敏度较高的荧光渗透检测；二是检测内容必须包括内部缺陷、外观表面缺陷及焊缝尺寸等反映焊缝质量等级的主要因素，对某些承受动力荷载的三级角焊缝虽不进行内部缺陷检测，但其外观质量等级要按照二级焊缝检查；三是鉴于超声波检测焊缝内部缺陷定性较难，主要依靠检测仪器性能和检测人员的技术水平予以估判，要求检测从业人员必须具备辨别各类缺陷的丰富经验；四是建立焊接质量检验报告、超声波、射线探伤记录等追溯性档案，报告或记录反映检测结果要与实际焊缝一一对应。
3 结语
通过对影响钢板焊接牛腿稳定性因素分析，提出规范设计方案、节点详图深化设计、焊缝工艺评定和焊缝质量检测的对策，以求提升参与钢板焊接牛腿设计、施工、检测人员重视各环节质量管理意识，杜绝钢板焊接牛腿失稳脱落引发质量安全事故。
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作者简介：刘鹏飞（1970- ），男，甘肃静宁人，昆明理工大学工业与民用建筑学士，国家注册一级建造师、监理工程师，从事有色金属工业建设工程质量监督工作。