地下连续墙工字钢接头残余应力测试研究
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某出海口采用地下连续墙作为止水帷幕，地下连续墙接头采用工字钢接头，工字钢是用3块Q235钢板按顺序拼接而成，采用手工电弧焊焊接。施工过程中发现，部分地下连续墙工字钢接头焊接产生的变形严重超过标准规定要求，有的变形量甚至超过5mm。当变形大于规范要求允许偏差时，地下连续墙的接头平整度会变差，容易出现混凝土绕流现象，大量松散的混凝土黏附在工字钢外侧，从而导致地下连续墙接头混凝土拼接不密实，易引起渗漏甚至涌流现象，外侧大量的珠江水涌入基坑内，造成严重的安全质量事故，影响整个基坑的结构安全。
针对地下连续墙工字钢接头焊接变形大的现象，本文对工字钢进行焊接残余应力测试，通过焊接试验对比分析工字钢接头焊接变形量大的原因，并通过调整焊机的电流电压，改进焊接方法和顺序，从而提高工字钢接头的焊接质量。
盲孔法测定焊接残余应力
本工程采用盲孔法进行工字钢接头焊接残余应力测试。首先，沿着工字钢接头焊缝方向，分别在焊缝区和左右热影响区各选取3个测试点，用残余应力检测仪测出残余应变值ε1、ε2、ε3，根据测得的应变值，利用材料力学公式计算沿焊缝方向的纵向和横向残余应力。
为了验证焊接产生不均匀热量对工字钢接头的影响，利用盲孔法对12块Q235B钢板进行残余应力测试，并用游标卡尺记录钢板变形量。钢板尺寸为200*100*10mm，通过手工电弧焊对12块试件焊接成4组长200mm，宽100mm、高100mm的工字钢。通过改变焊机电流参数、焊接顺序、增加外部约束条件等方法，记录工字钢试件的残余应力和变形量。
表1 不同条件下工字钢焊接残余应力及变形量统计
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试件编号
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σx/MPa
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σy/MPa
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变形量/mm
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试验条件
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1号
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227.45
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167.53
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3.6
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焊机电流240A
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2号
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156.77
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115.32
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3.1
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焊机电流180A
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3号
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98.51
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71.49
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2.9
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焊接电流180A，按对角线分层焊接
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4号
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79.42
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58.37
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2.7
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焊接电流180A，按对角线分层焊接，增加加劲板和支撑钢筋
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试验结果分析
1. 焊机电流越大，产生的不均匀热量越多，工字钢局部受到过大的热量使焊缝和周围金属产生不均匀膨胀和收缩，导致钢板出现不规则变形。而且焊机电流越大，变形越大。
2. 通过设置合理的焊接方法，增加焊缝焊接层数，每次焊接焊缝厚度控制在3mm以内，可有效减少工字钢局部热量聚集，并减少工字钢的热胀冷缩；另外，通过调整工字钢的焊接顺序能有效抵消焊缝之间的相互变形，从而在整体上减少工字钢的焊接变形。
3. 加劲板能有效抑制腹板的失稳变形，支撑钢筋能够减少翼缘板的角变形。因此，通过采取加劲板和支撑钢筋的反变形措施能有效减少工字钢翼缘板和腹板的变形。
所以，在保证焊缝熔合良好的情况下，应该控制焊接电流大小，避免焊缝过度集中，提高焊接速度，增加外部约束措施。
总结
本文针对某项目地下连续工字钢接头焊接变形大的现象，采用盲孔法和游标卡尺测量在不同焊机参数、焊接方法、焊接顺序及外部约束条件下的工字钢残余应力和变形量，针对试验结果分析工字钢焊接接头变形大的原因，提出相应控制措施，改进地下连续墙工字钢接头焊接工艺，并在项目中应用和验证。