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【關鍵詞】激光焊接技術；原理；應用

一、激光焊接技術的基本原理

激光焊接就是以激光為熱源進行的焊接。激光是一束平行的光，用拋物面鏡或凸透鏡聚光，可以得到高的功率密度。與電弧焊接的功率密度102～104kw/cm比較，聚集的激光束可以得到105～108kw左InZ的功率密度。用功率密度高的熱源進行焊接，可以得到熔深較大的焊縫。激光焊接可以得到與電子束焊接同樣熔深的焊縫。激光焊接可使表面溫度迅速上升，激光照射完后迅速冷卻，可以進行熔融或非熔融的表面處理。當功率密度大于103kw/c耐時，可進行熔深較大的焊接。這時，在大氣中熔融金屬容易被氧化。因此，要用Ar、He、CO，等氣體密封焊接部位。尤其是提高功率密度時，瞬間從光束中熔融金屬被排出，這時若輔以高壓氣體吹掃，可促進熔融金屬排出，適宜進行開孔或切斷。激光焊接最大的特點是選擇適合的焊接材料和功率密度，可以得到穩定的焊接形態。激光焊接有兩種基本方式：傳導焊與深熔焊。這兩種方式最根本的區別在于：前者熔池表面保持封閉，而后者熔池則被激光束穿透成孔。傳導焊對系統的擾動較小，因為激光束的輻射沒有穿透被焊材料，所以，在傳導焊過程中焊縫不易被氣體侵人；而深熔焊時，小孔的不斷關閉能導致氣孔的產生。傳導焊和深熔焊方式也可以在同一焊接過程中相互轉換，由傳導方式向小孔方式的轉變取決于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脈沖持續時間。激光脈沖能量密度的時間依賴性能夠使激光焊接在激光與材料相互作用期間由一種焊接方式向另一種方式轉變，即在相互作用過程中焊縫可以先在傳導方式下形成，然后再轉變為小孔方式。可以調節激光焊接過程中各因素相互作用的程度，使得小孔建立以后能夠在脈沖間歇階段收縮，從而減小氣體侵入的可能性，降低氣孔產生的傾向。

二、激光焊接技術的應用領域

（1）制造業領域。20世紀80年代后期，千瓦級激光器成功應用于工業生產，而今激光焊接生產線已大規模出現在汽車制造業，成為汽車制造業突出的成就之一。90年代美國通用、福特和克萊斯特公司竟相將激光焊接引入汽車制造，盡管起步較晚，但發展很快。日本的本田和豐田汽車公司在制造車身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝，高強鋼激光焊接裝配件因其性能優良在汽車車身制造中使用的越來越多。（2）粉末冶金領域。隨著科學技術的不斷發展，許多技術對材料有特殊要求，應用冶鑄方法制造的材料已不能滿足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優點，在某些領域如汽車、飛機、工具刃具制造業中正在取代傳統的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的日益發展，它與其它零件的連接問題顯得日益突出，使粉末冶金材料的應用受到限制。在20世紀80年代初期，激光焊以其獨特的優點進入粉末冶金材料加工領域，為粉末冶金材料的應用開辟了新的前景，如采用粉末冶金材料連接中常用的釬焊方法焊接金剛石，由于結合強度低，熱影響區寬特別是不能適應高溫及強度要求高而引起釬料熔化脫落，采用激光焊接可以提高焊接強度以及耐高溫性能。（3）電子工業領域。激光焊接在電子工業中，特別是微電子工業中得到了廣泛的應用。由于激光焊接熱影響區小，加熱集中迅速、熱應力低，因而正在集成電路和半導體器件殼體的封裝中，顯示了獨特的優越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了應用，。傳感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05～0.1mm，采用傳統焊接方法難以解決，電弧焊容易焊穿，等離子焊穩定性差，影響因素多，而采用激光焊接效果很好。（4）生物醫學領域。生物組織的激光焊接始于20世紀70年代，Klink等及Jain用激光焊接輸卵管和血管的成功及顯示出來的優越性，使更多研究者嘗試焊接各種生物組織，并推廣到其它組織的焊接。有關激光焊接神經方面，目前國內外的研究主要集中在激光波長、劑量及對功能恢復及激光焊料選擇等方面，劉銅軍在激光焊接小血管及皮膚等基礎研究的基礎上又對大白鼠膽總管進行了焊接研究。激光焊接方法與與傳統的縫合方法比較，激光焊接具有吻合速度快，愈合過程中沒有異物反應，保持焊接部位的機械性質，被修復組織按其原生物力學性狀生長等優點，將在以后的生物醫學中得到更廣泛的應用。（5）其他領域。在其他行業中，激光焊接也逐漸增加，特別是在特種材料焊接方面，我國進行了許多研究，如對BT20鈦合金、HE130合金、Li-ion電池等激光焊接。德國玻璃機械制造商Glamaco Coswig公司與IFW接合技術與材料實驗研究院合作開發出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術。

參 考 文 獻

[1]游德勇，高向東．激光焊接技術的研究現狀與展望[J]．焊接技術．2008（4）

[2]楊春燕．激光焊接技術的應用與發展[J]．西安航空技術高等?？茖W校學報．2008（5）

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關鍵詞：超聲相控陣技術；對接焊縫檢測；無損檢測

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.029

0 緒論

鋼材是現代化建設不可或缺的重要材料之一，其應用范圍有目共睹。而焊接是加工鋼材的重要的重要技術手段之一，科學技術的發展使鋼材的焊接性能不斷提升，但仍不可避免的產生些許的缺陷。超聲相控陣技術以其獨特的優勢，成為鋼制對接焊縫檢測中的重要應用技術。

1 超聲相控陣技術的起源與發展

超聲波被人類所發現并作為一種檢測技術應用可追溯到第一次世界大戰期間，被用于對水下目標的追蹤。近百年來，超聲檢測技術在各個領域都發揮了不可替代的重要作用?？萍嫉陌l展也使各種新技術相互融合進步，新技術不斷衍生。超聲相控陣技術逐漸走入人們的視野當中。超聲相控陣技術源于相控陣雷達，在相控陣雷達的使用過程中，眾多的子天線但愿有序的排列，每個子單元的電磁波幅度和延時均可控，能夠達到一定空間范圍內形成相對靈活的雷達波束。與之類似，超聲相控陣由眾多壓電陣組成的陣列換能器，達到聲波發射與接收的目的。[1]近些年來，超聲相控陣技術的應用范圍越來越廣泛，最初的應用就是醫學中的B型超聲檢測與診斷技術，其應用了超聲相控技術以實現動態的聚焦，其利用了相控陣所使用換能器快速移動的特點，使聲束形成所檢測器官的影像。其次，利用它控制局部升溫，可達到熱療的效果，能夠在很大程度上提升目標組織的吸收率。

在超聲相控陣技術起步的發展時期，其系統的復雜性較高，檢測存在很大的困難，且需要高額的檢測成本，其在工業無損檢測上的應用受到了極大的限制?？萍嫉陌l展使我們的生活日新月異，中國造船業崛起，船舶工業中對技術精度的要求越來越高，超聲相控陣無損檢測技術得到了用武之地。船舶檢測過程復雜，檢測量大，檢測條件較為苛刻，超聲相控陣檢測技術的高精度、聚焦性、靈活直觀的特點使之越來越受到重視。同時，計算機軟硬件技術的同步發展，數據分析處理能力的提升、納秒脈沖信號控制、壓電符合材料等高新技術領域的技術的崛起，也使超聲相控陣檢測技術的應用性大為提高。目前已經被廣泛的應用在石油天然氣、航空航天、核能建設、機械制造等各個領域的無損檢測。超聲相控陣無損檢測技術受到越來越多的關注，也成為眾多專家學者的研究內容，其應用性也不斷提升，應用前景被大多數學者所看好[2]。

2 超聲相控陣技術在鋼制對接焊縫檢測中的應用

鋼材是工業化社會進步與發展的重要材料，而焊接是鋼材得以應用的重要技術之一。對于焊接過程中形成的缺陷進行檢測，是保證工件質量的重要環節。超聲相控陣無損檢測具備獨特的優勢，使其在鋼制對接焊縫檢測中收到青睞。

2.1 鋼制焊縫的檢測

鋼材是現代社會建設過程中不可或缺的重要材料之一，其應用十分廣泛，涉及到社會生活的方方面面。焊接則是鋼鐵材料加工成型的重要手段之一，也是各國越來越重視的先進制造技術之一?，F今，焊接技術也向著日益輕型化，大型化的方向發展，焊接效果也不斷提升，帶來了十分可觀的經濟效益，成為國內外許多學者和工程人員重要的研究內容。焊接技術包括物理化學兩方面的方法，實現材料間的重組連接，具有韌性好、強度高、重量輕，密封性好的優點。我國的許多大型工程，如三下大壩、鐵路與公路的建設過程中，均廣泛的應用了焊接技術，鋼板的焊接技術也不斷取得新的突破。但是，焊接過程中也很容易產生各種缺陷，對各種缺陷的檢測是保證工件、工程質量的重要環節。超聲相控陣檢測技術以其獨特的優勢，在鋼制焊縫檢測方面受到越來越多的關注。

2.2 超聲相控陣檢測技術的原理與特點

超聲相控陣技術被應用于無損檢測，目前已經到了大范圍的實際應用階段。超聲相控陣技術實際上是通過對換能器陣列中各陣元進行控制，改變激勵脈沖時間的延遲，以此來達到影響每一個陣元所發出的聲束到達檢測物體每個面每個點時的香味的關系，進一步完成改變聲束方位和聚集點的變化，并以此為依據進行成像。因為相控陣陣元可動態的改變延遲時間，因而超聲相控陣檢測中的探頭探傷實際上是利用了聲束可動態聚焦以及角度可控兩大特性。與傳統的普通超聲檢測技術相比，其優勢主要體現在以下幾點：首先，聚焦深度與聲束的角度都是可控的，可滿足更加復雜的區域和位置的檢測；其次，能夠完成高速的電子掃描，可通過晶片組合進行專場控制；最后，在聲場強度上也遠勝于普通的超聲檢測技術，可在很大程度上將聲束在檢測材料中衰減的影響降低，也可在一定范圍內使用更高的檢測頻率。

2.3 超聲相控陣技術在鋼制對接焊縫檢測中的應用

鋼板的對接焊縫的檢測是超聲相控技術檢測中最為典型的應用之一。其整個檢測過程中，避免了傳統超聲檢測中焊縫兩側多次鋸齒形的掃查，僅需要沿焊縫的方向水平移動即可。但同樣需要在檢測之前對系統進行精確的校準，需要在檢測之前根據檢測材料的特效和形狀來確定探頭的角度與頻率，控制聲速以及延遲檢測靈敏度，來綜合的進行校準。而編碼器的位置校準后，誤差應不高于3ram。鋼制對接焊縫的形狀通常有V型、K型、X型等，對它的檢測方法通常包括直射法（半跨距或一次波檢測）、底波一次法（全跨距或二次波檢測）等，應用直射法，對焊縫的聲束掃描僅包含到下部，而底波一次法則實現了對整個焊縫的覆蓋。[3]超聲相控技術對鋼制對接焊縫的檢測更有結果顯示直觀的特點，能在很大程度上提高缺陷檢測的精確度，提升工件的質量，得到了廣泛的認可和關注。

參考文獻：

[1]郝培培.金屬材料超聲缺陷檢測關鍵技術研究與應用[D].南京信息工程大學，2013.

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[關鍵詞]復合鋼板焊接；接頭斷裂；分析

中圖分類號：TG456.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0126-01

復合鋼板以其高耐磨性、良好的耐沖擊性、較好的耐熱性和耐腐蝕性、選擇面廣、適應性強、方便加工及高性價比等抗磨材料中的優勢，被廣大廠礦企業所采用。但在使用的過程中曾出現過焊接接頭斷裂現象不容忽視。需要加以分析和改進，以保證使用的安全性和使用壽命。

1 復合鋼板的焊接技術分析

復合鋼板是由不銹鋼、鎳基合金、銅基合金或鈦板為復層，珠光體鋼為基層，以爆炸焊、復合軋制、堆焊等方法制成的雙金屬板材。復合鋼板的基層應滿足接頭強度和剛度的要求，復層應滿足耐蝕等要求。為了保證復合鋼板不失去原有的綜合性能，對基層和復層必須分別進行焊接。其焊接性、焊材選擇、焊接工藝等由基層、復層材料決定。基層和復層交界處的焊接屬異種鋼焊接，其焊接性主要取決于基層和復層的物理性能、化學成分、接頭形式、填充金屬成分。

1.1 焊接方法

根據復合鋼板材質、接頭厚度、坡口尺寸及施焊條件等確定焊接方法，通常有焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、C02氣體保護焊及等離子弧焊等。目前常用鎢極氬弧焊或焊條電弧焊焊接復層.用埋弧焊或焊條電弧焊焊接基層。

1.2 坡口形式

對接接頭坡日形式可采用V形、X形、v和U聯合形坡口。也可以在接頭背面一，段距離內進行機械加工，去掉復層金屬，以確保焊基層焊道時不使基層焊肉焊到復層上。一般盡可能采用x形坡口雙面焊，先焊基層，再焊過渡層，最后焊復層。以保證焊接接頭具有較好的耐腐蝕性。同時考慮過渡層的焊接特點，盡量減少復層一側的焊接工作量。角接接頭坡臼形式是無論復層位于內側或外假，均先焊接基層。復層位于內側時，在焊復層以前應從內倒對基層焊根進行清根。復層位于外側時，應對基層最后焊道進行修磨光。焊復層時，先焊過渡層。再焊復層。當復層金屬的熔化溫度高于基層鋼的熔化溫度，而且兩種金屬在冶金上不相容時，復層金屬必須采用襯墊以保持復層的完整性。在基層焊完后，用角焊縫將襯墊與復層焊接起來。

1.3 焊接時的注意事項

1）在進行裝配的時候點焊只能在基礎層上面進行，不管是焊接還是點焊都需要對復層實施必要的保護，避免碳鋼對復層的污染。特別要注意的是，經過打磨的碳鋼砂輪不能在經復層使用。2）針對需要返修的復合層焊接或者是過渡層焊接，只能用砂輪來打磨和清除缺陷，避免不銹鋼和碳鋼的滲入。3）對焊接影響最大的就是不銹鋼復合板，因此，在裝配的時候應該嚴格控制坡口的錯位。4）對不銹鋼復合板進行焊接時最重要的一點就是碳鋼混入不銹鋼焊縫里或復層不銹鋼混入碳鋼焊縫中：在對基層進行焊接時應該注意不能使復層熔化，使用自動埋弧焊接的時候應該更加小心，把靠近復層的自動埋弧焊變為焊條電弧焊；在對過渡層進行焊接的時候要注意的是，基層和復層的結合處的熔合情況：在對過渡層進行復層焊之前要首先進行鐵離子檢測，不合格時就應該砂輪打磨再進行檢測。在焊接的同時應注意飛濺的碳鋼雜物進入到不銹鋼焊縫中。5）不能用低合金焊材和碳鋼焊材在復層焊縫、過渡層焊縫以及復層母材上面進行焊接。對過渡層進行焊接時應注意基層母材、基層焊縫、復層母材，而且要注意的是應該鋪滿基層母材和基層焊縫。

2、復合鋼板焊接接頭斷裂的原因分析

2.1 斷裂原因

1）材料不合格。分析認為，沖擊功不合格與鋼板爆炸復合后的熱處理工藝以及執行熱處理工藝過程中出現的某些偏差有關，如恒溫溫度或冷卻速度不均勻等，表現為其金相組織不均勻，有的區域珠光體呈正常的塊狀分布，而有的區域珠光體則呈網狀分布。相對于鐵素體，珠光體相的塑性韌性較低，若其連成網狀，則會降低母材組織的沖擊韌性。2）校圓時復層未焊，復層剔除深度和寬度不夠，坡口根部存在應力集中。3）施焊時的環境溫度較低，增加了材料的脆斷敏感性。

2.2、硬度問題能譜分析

按不同材料檢號及規格，共選取了18組試樣的沖擊試驗。由于筒節斷裂是在基層焊接完成后的校圓階段發生，當時20臺換熱器的筒節全部卷制完成。因此，進一步的檢驗只能在筒體兩端的開孔位置取樣，筒體上開孔的最大直徑為φ250mm，故無法進行完整的力學性能試驗。取樣前重新調整，以便對不同的材料檢號取樣。結果表明，與斷裂的2個筒節具有相同材料檢號的另外4個筒節的沖擊功全不合格，單值最高為42J，最低為17J。18組試驗中有10組合格，8組不合格，其中數量最大的（16+3）mm和（12+3）mm兩批鋼板試樣的沖擊功有合格的也有不合格的。此外，對厚度為（16+3）mm和（24+3）mm復合鋼板在不同部位取樣做沖擊試驗發現，同一張鋼板板頭位置試樣的橫向平均沖擊功幾乎是板中間部位試樣的3倍。對同一部位的縱、橫向沖擊韌性進行比較試驗，結果表明，縱向平均沖擊功大約比橫向平均沖擊功高1倍。從斷裂的筒節上取樣進行金相檢驗，基層16MnR的金相組織除帶狀組織明顯外，未見其它異常，晶粒度為8級。沖擊試樣的金相組織觀察表明，其珠光體呈網狀分布，這說明母體組織不均勻，表現為沖擊功相差較大。在掃描電鏡下觀測到的斷口形貌。從斷口的低倍形貌可以看出，裂紋起源于右側表面，即復層刨削后的坡口根部位置。且裂紋起始階段有明顯的撕裂現象，其微觀形貌為韌窩特征。其它區域主要為裂紋的快速擴展區，其微觀形貌為解理特征，宏觀上表現為光亮區域。

能譜分析結果也表明，裂紋起源于復層，擴展過程中又從復層穿入基層，最終導致斷裂。

2.3、改進措施

通常情況下，不合格的材料將被判報廢。由于該批材料不合格的主要原因是爆炸復合后的熱處理工藝及其熱處理過程不當，其力學性能中僅0℃沖擊功不合格，金相組織觀察也未發現過燒等組織缺陷，因此，采用重新進行熱處理的辦法恢復其組織與性能。正火是將材料重新加熱到完全奧氏體化后空冷的熱處理工藝，熱處理后可獲得新的先共析鐵素體和珠光體組織，能切斷材料原有組織的遺傳性，消除原材料中的粗大組織。為此，進行了正火熱處理試驗。試驗結果表明，采用正火熱處理極大地改善了材料的沖擊韌性，其各項性能均滿足標準要求。

考慮到在正火熱處理試驗后，材料的抗拉強度已達到標準要求的最低抗拉強度。因此，在制定熱處理工藝時，將恒溫階段的溫度降低了15℃，以確保材料的強度符合標準要求。對換熱器筒節的正火處理共進行了4爐，每爐帶2塊母材試板，試板從斷裂的筒節上切取。根據由隨爐試板制備的試樣所做的沖擊試驗結果，經正火處理后筒節材料的沖擊功提高了2-5倍，取得了良好的效果。

結語

復合鋼板具有良好的耐腐蝕性，它既節約了不銹銅的材料又保證了產品的質量。因此，被廣泛的應用到實際的工作施工當中，水利、冶金、食品工業、核工業、石油化工等領域都有大量的應用。在復合鋼板爆炸焊接中，應嚴格按標準規范要求執行。用復合鋼板制造各種設備時，刨削復合層要徹底?？刂坪附迎h境溫度，使其超過5℃，以避免材料產生低溫脆斷。

參考文獻

[1] 何獎愛，王玉偉，劉云秋 離心鑄造復合鋼板力學性能及微觀組織的研究-材料科學與工藝 2009，8（4）

[2] 鐘藝謀，楊永奎，謝京華 雙相不銹鋼復合鋼板的焊接-焊接 2011（11）

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關鍵詞：焊接物理冶金；能力本位；互動與啟迪教學方法

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9132（2017）04-0014-02

DOI：10.16657/ki.issn1673-9132.2017.04.006

一、前沿

《焊接物理冶金》講授材料受焊后組織、性能、化學成分變化和產生缺陷的原因，旨在透過內在規律，探明材料受焊過程和受焊后物理、化學和微觀的變化行為，進一步提高焊接質量，防止各種焊接缺陷，具有較強的理論性和工程應用性。因此，我們以2014、2015級焊接專業的碩士研究生為對象，從能力本位出發，探索互動與啟迪教學方法，增加知識儲備、豐富知識體系，啟迪思維，開啟智慧，提供正確科學思維和方法，提高分析問題和解決問題的綜合能力，培養高層次、研究和應用型人才。

二、能力本位模式的基本理念

能力本位模式起源于二戰時的美國，用來培訓技術工人。20世紀80年代后被逐漸推廣到許多國家。20世紀90年代，我國高校進行實驗試驗。能力本位模式的內涵是以具體任務為動機，注重學習過程，以展示任務成果的教學活動為主，重視學生執行任務的能力和策略的培養，充分體現了“為用而學，在用中學”的“互動”理念，由培養專業型人才向培養應用型、創新型人才轉變。然而，傳統的研究生培養教學中還存在不足：（1）教師只是一味地“照本宣科”，研究生被動接受，懶得參與互動。（2）教材上經典理論與十多年前的工程案例相結合的教學內容，不能滿足培養研究生分析問題和解決問題能力的要求。（3）課程考試的目的性太強，啟示性較差，不能有效提高學生的學習效率。

三、能力本位模式在焊接物理冶金中的應用

（一）優化教學內容，利用互動教學提高學習積極性

在了解了往屆畢業生工作崗位、具體任務、具備技能、知識儲備等方面的情況后，我們以教材為理論基礎，優化課程內容，并以實際案例的形式，對熱點、難點、重點及爭議的問題展開講授，加強與拓寬基礎知識，讓學生掌握并靈活運用。同時，對于具有一定理論深度且不是很重要的內容，以PPT呈現給學生，這不僅培養了學生自學能力、鉆研能力、獨立分析問題和解決問題的能力，還提高了學生的積極性。目前，隨著新材料、新技術、新產品等不斷涌現，我們在以課程大綱為主要內容的基礎上，根據相關課程內容，插入焊接領域最新研究成果、國內外研究動態及焊接技術研究新進展、新熱點，使課程內容具有新穎性、現代氣息性，保證了課程一定的先進性和工程應用性，提高了學生的學習興趣和主動性。

（二）注重創新，啟迪思維

能力本位模式是讓學生由被動接受知識向主動探求知識轉變，因此，以課本為主，“教師講，學生聽”的單向知識傳授已經不適用于研究生授課模式。研究生在讀期間，不僅有課程學習，更要完成學位論文，要真正提高科研能力，將課堂教學與科研能力的培養相結合，從自位本能要求出發，要提高創新能力。因此，在組織課堂教學過程中，我們應采用互動與啟迪的教學方法，開發學生的創新性思維，使他們獨立思考，培養他們的探索研究精神，從而逐漸掌握科學的認知方法，建立科學的認知結構。因此，在授課過程中，教師不僅起到主要的引導作用，還要在PPT講授或是課堂討論階段，抓住“設疑”“析疑”“重點突破”和“難點分解”等環節，發揮民主性、組織性、生動性和教育性，對學生進行思維訓練，調動學生課堂積極性，保證學生主體地位，使學生的學習具有主動性、靈活性、實踐性和創造性，力求達到課前有復習、課上有認知、課后有復習，從而使學生產生強烈的鉆研精神和巨大的創造力。

（三）互動模式提高實踐教學主動性

為了提高學生學習主動性，讓學生參與到教學環節，教師應改變傳統的單向傳授式教學方式，以授課與研討相結合的方式，將被動學習轉變為主動學習。為了繼承經典理論，又兼顧創新知識獲取，因此，實踐教學形式應有案例教學、模擬教學、課題研究、教育調查、課堂觀摩等多種形式。而且，教師在授課時應結合教材大綱，讓學生明確課程目的、目標、內容。教師還應以精講多思為主，強調原理、方法和分析過程，結合某一案例，簡化結論，培養學生分析問題、解決問題能力，并以提出問題、查閱文獻、收集資料、分析問題、得出結論等研究方法獲得結論，再以分組討論形式，開拓解決問題的思路。最后由教師總結點評，提供教師的看法和建議，學生則根據教師建議可對結論進行修改，這樣提高了學生的自主性和學術交流能力，更培養了學術論文規范和口頭表達能力。

（四）校企互動與啟迪，提高教學質量

為了讓學生得到更多的實踐鍛煉和能力的提升，學校應與企業聯合，建立校內、校外實踐基地，把學生儲備理論知識與生產結合起來，去分析和解決實際問題。這樣不僅提高了學生的學習興趣，也為學生適應社會打下了基礎。例如，在講授力學行為分析時，關于夾緊力的位置及大小確定問題，教師可以結合于某單位聯合建立的實驗室，讓學生接觸多種企業使用的焊接夾具，了解了夾緊力。這樣結合某汽車上臂手弧焊接夾具，根據焊件夾緊位置、夾緊裝置及實際變形情況，理論知識學以致用，學生就能很快掌握知識點。此外，學生結合焊接熱源特點，可以拓寬到焊接夾具作業性、結構設計的合理性、安全性等知識面。由此可見，通過校企合作，檢驗了知識儲備量，參與了企業生產、研發環節，檢驗了研究生的工程技術應用能力，培養和鍛煉了研究生操作能力、軟件的應用能力，還為研究生獲得了直觀的職業信息和機會。因此，加強校企合作，充分挖掘和利用企業培養資源，能提高碩士研究生的培養質量。

四、結語

科技飛速發展對人才所具備的能力提出了更高的要求，培養創新性、高素質、實用型的專業技術人才成為教學的目標。因此，我們應以能力本位模式為基礎，不斷總結、探索、優化教學內容，改進教學方法，讓學生成為主動參與者，并結合校企合作，促進創新精神、強化工程實踐能力及團隊寫作能力等，達到培養學生的目的。

參考文獻：

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外星人乘UFO降落在地球上，在結束了對西方的公事訪問日程后來到東亞。外星人召集起中國、韓國、日本三國人，問他們最喜歡的單詞是什么。

中國人答的是“中心”，認為自己是世界文明的中心；日本人回答說“最新”；韓國人答“第一”，認為大韓民國無論何時都是“第一”。也就是說，中國說自己是中心，韓國說它是第一，日本雖不及它們，但也能開發出世界最新的產品了。

當然這故事純屬我虛構，通過這個笑話，也可以窺視各國的民族文化。

中國的“中心主義”

中國以世界中心自處是眾所周知的事情。所謂的“中華思想”，也是本國中心主義觀念根深蒂固的體現，中國的國名也體現了這一點。中國是世界的中心，世界各民族都圍繞在中華民族的周圍，這就是長期形成的夜郎自大的優越意識。

在漫長的歲月里，受以自我為中心的大國意識的影響，歷史上的中國人輕視周邊的民族與國家，并曾發展到閉關鎖國，拒絕交往。以自我為中心的思想還認為，西方無論有多發達，其所使用的先進東西中國也都有；日本無論擁有多么高級的技術，也只不過是中國的孫子而已。沒有中國文化就沒有日本文化。中國人總愛說日本文化只不過是中國文化的支流而已。

《世界之最》這本書在中國最暢銷，其中記述了紙、火藥、指南針等都是中國發明的。也就是說，所有的發明都源于中國，甚至英國的現代足球也起源于中國古代的蹴鞠，這無疑是極端的自我夸耀，與日本人強烈的自我反省意識形成鮮明的對照。

中國是萬物之源的思想阻礙了學術的發展和思想的進步，使之處于停滯狀態。凡事都要考證，因此考古學尤為發達，但同時卻總是缺乏創造性，個性的發展也受到了極大的限制。這使得中國近代思想和學術都處于半停滯狀態。

日本的“最新主義”

與中國形成鮮明對比的是日本。所謂“最新主義”，就是選定一個對象之后，將其消化、吸收，形成自己東西的一系列文化再創造過程。日本和中國最大的差異就在于日本沒有過于濃厚的自我中心主義思想，而是認為自身沒有深厚的文化底蘊，所以必須吸收先進文化來強化自己的文化。

在文化吸收方面，日本有獨特的技巧。它在吸收先進文化的過程中，先照搬，然后再創造出比原來的文化更為先進的文化。

日本的傳統藝術體現了一種“守”“破”“離”的原則?！笆亍保侵富竟σ轿?，“破”是在“守”的基礎上打破原有模式，“離”是“破”之后通過脫離原本而達到的更高境界。

708年左右，日本從中國引進銅焊接技術，并于749年在奈良成功地修建了大佛像。當時教給日本銅鑄造技術的中國和朝鮮也沒有制造過如此之大的銅像。步槍于1543年進入日本種子島，40年后的1583年，日本的步槍制造技術已堪稱世界一流。中國通過葡萄牙商人比日本早10多年接觸到步槍，但直到1620年還是造不出一支步槍。

如今日本制造出世界一流產品也是同樣的道理。以生產冰箱為例，歐美為此需要5～10年，而日本只需2～3年，并且，即使是生產相同質量的冰箱，日本也會在外觀方面稍加改進，制造出有特色的“Made in Japan”商品。這就是日本的“最新主義”。

韓國的“第一主義”

我頻繁出入韓國，幾乎踏破韓國門檻，也見到過無數的各種類型的韓國人，我發現幾乎所有的韓國人都愛用“我國第一”的口頭禪。

在中國或東南亞，韓國游客時常和當地人發生矛盾，原因是韓國人總是貶低當地人而一味地夸耀“大韓民國第一”。

我以前交往過的韓國朋友B，因為韓國經濟得到了長足發展而有輕視中國的傾向。他認為韓國文化比中國文化更優秀，并且一再說韓國人也比中國人優秀。

只要我一提起韓國也是中國漢字文化的受益者，B 就馬上高談闊論起韓國金屬活字的發明、世宗大王創造的韓文、打敗豐臣秀吉的李舜臣以及20世紀80年代韓國人創造的“漢江奇跡”。其實像他這樣口若懸河的人又何止他一個。

最近韓國在“愛國主義”“愛我國家”的口號下緊追日本，韓國人也自詡為東方第一富國，并且存在著一種“世界第一”的錯覺。

在亞洲金融風暴中，韓國曾有過反省的傾向，但是始終沒有根除“韓國第一”的思想。韓國詩人K曾提倡“21世紀既不是日本人的，也不是中國人的，而是韓國人的世紀”，也就是說，中國走入近代后，思想的脈絡就中斷了，而日本是沒有獨創性的“無根文化”，因此，具有獨創性的韓國文化將支配21世紀。

可是，如今口口聲聲說獨創性的韓國人到底在世界上創造了多少值得自豪的文化呢？

話又說回來，對處在大陸和列島夾縫中的、危急時刻顯示旺盛生命力的韓國人來說，這種生命力是值得自豪的。從某種意義上講，它是國家、民族生存和發展的源泉所在。

篇6

關鍵詞：鋼框架震害節點設計襯板

1．前言

1994年1月17日發生在美國加州圣費南多谷地的北嶺地震（NorthridgeEarthquake）和正好一年后1995年1月17日發生在日本兵庫縣南部地區的阪神地震(Hyogoken-NanbuEarthquake)是兩次陸域型強震，都導致了焊接鋼框架梁-柱附性連接節點的廣泛破壞。震后兩國進行了大量的調查和研究，揭示了破壞的原因，在此基礎上提出了改進鋼框架節點設計的技術措施。兩國在此期間都發表了不少論文，所作的討論開拓了人們的眼界，提供了對鋼框架的節點設計的更多了解，對今后鋼框架節點設計有深遠的影響。我們受中國建筑科學研究院抗震所委托，對有關資料進行了搜集、整理和歸納，現將其主要內容在此作一介紹。

2．美日兩國鋼框架節點的破壞情況

兩國鋼框架破壞情況的報導，主要集中在梁柱混合連接節點上，因此本文也以梁柱混合連接為主要對象。混合連接是一種現場連接，其中梁翼緣與柱用全熔透坡口對接焊縫連接，梁腹板通過連接板與柱用高強度螺栓連接。美國慣常采用焊接工字形柱，日本則廣泛采用箱形柱，僅在一個方向組成剛架時采用工字形柱。在梁翼緣連接處，工字形柱腹板上要設置加勁肋(美國稱為連續板)，在箱形柱中則要設置隔板。

美、日兩國梁杠混合連接節點的典型構造。在節點設計上，兩國都采用彎矩由翼緣連接承受和剪力由腹板連接承受的設計方法，美國還規定，當梁翼緣承受的彎矩小于截面總彎矩的70％或梁腹板承受的彎矩大于截面總彎矩的30％時，要將梁腹板與連接板的角部用角焊縫焊接。日本則規定腹板螺栓連接應按保有耐力即框架達到塑性階段時的承載力設計，螺栓應設置2-3列，也是為了考慮腹板可能承受的的彎矩。梁翼緣處的柱加勁肋，美國過去根據傳力的需要由計算確定，其截面較小。日本根據構造要求采用，其截面較大。

2.1美國北嶺地震后對剛框架節點破壞的調查

從70年代以來，美國采用高強螺栓聯接鋼框架已很普遍，北嶺地震后出現破壞的有100多幢[3](有的報導說90多幢[7]、150多幢[1]或200多幢[5])。為了弄清破壞的原因，北嶺地震后不久，在美國聯邦應急管理局(FEMA)資肋下，有加州結構工程協會(SEAOC)、應用技術研究會(ATC)和加州一些大學的地震工程研究單位(CU)等組成了被稱為SAC和聯合動機構，對此開展了深入調查和研究，以便弄清破壞原因和提出改進措施。

美國的鋼框架梁-柱連接，在50年代多采用鉚釘連接，60年代逐步改用高強度螺栓連接。為了評估栓焊混合連接的有效性，曾進行過一系列試驗，這種由翼緣焊縫抗彎和腹板螺栓連接抗剪的節點，美國以前規定其塑性轉角應達到O．015rad(≈1／65)，但大量試驗表明，塑性轉角的試驗結果很離散，且出現了早期破壞，總的說來性能很不穩定。北嶺地震前，德州大學教授Engelhardt就曾對這種連接在大震時的性能產生疑問，指出在大震時要密切注意，對它的的設計方法和連接構造要進行改進[7]。

北嶺地震證實了這一疑慮，為此SAC通過柏克萊加州大學地震工程研究中心(EERC)等4個試驗場地，進行了以了解震前節點的變形響應和修復性能為目的的足尺試驗和改進后的節點試驗。對北嶺地震前通常做法的節點及破壞后重新修復節點的試驗表明全部試驗都觀察到了與現場裂縫類似的早期裂縫，試驗的特性曲線亦與以前的試驗結果相同，梁的塑性轉動能力平均為0.05弧度，是SAC經過研究后確定的目標值0．03弧度的1／6，說明北嶺地震前鋼框架節點連接性能很差，這與地震中的連接破壞是吻合的。而且破壞前沒有看到或很少看到有延性表現，與設想能發展很大延性e6鋼框架設計意圖是違背的。焊接鋼框架節點的破壞，主要發生在梁的下翼緣，而且一般是由焊縫根部萌生的脆性破壞裂紋引起的。裂紋擴展的途徑是多樣的，由焊根進入母材或熱影響區。一旦翼緣壞了，由螺栓或焊縫連接的剪力連接板往往被拉開，沿連接線由下向上擴展。最具潛在危險的是由焊縫根部通過柱翼緣和腹板擴展的斷裂裂縫。

從破壞的程度看，可見裂縫約占20-30％，大量的是用超聲波探傷等方法才能發現的不可見裂紋。裂紋在上翼緣和下翼緣之間出現的比例為1：5-1：20，在焊縫和母材上出現的比例約為1：10到1：100。一般認為，混凝土樓板的組合作用減小了上翼緣的破壞，也有人認為上翼緣焊縫根部不象下翼緣那樣位于梁的最外側，因此焊根中引起的應力較低，減少了上翼緣破壞的概率[1]。

美國斯坦福大學Krawinkler教授對北嶺地震中幾種主要連接破壞形式作了歸納，由下翼緣焊縫根部開始出現的這樣或那樣的破壞，最多的是沿焊縫金屬的邊緣破壞，另有沿柱翼緣表面附近裂開的剝離破壞，也有沿腹板板切角端部開始的梁翼緣斷裂破壞，或從柱翼緣穿透柱腹板的斷裂破壞。

北嶺地震雖然沒有使鋼框架房屋倒塌，也沒有因鋼框架節點破壞引起人身傷亡，但使業主和保險公司支付了大量的修復費用。僅就檢查費用而言，不需挪動石棉時為每個節點800-1000美元，需挪動石棉時為每個節點1000-2000美元，對于有石膏抹灰和吊頂的高級住宅，每個節點達2000-5000美元，修復費用更高211。更重要的當然是對過去長期沿用的節點在抗震中的安全問題提出了疑問，必須認真研究和解決。

2．2日本販神地震后對鋼框架節點破壞的調查

阪神地震后，日本建設省建筑研究所成立了地震對策本部，組織了各方面人士多次參加的建筑應急危險度和震害的調查，民間有關團體也開展了各類領域的震害調查，但因鋼結構相對于其它結構的震害較少，除新發現了鋼柱脆斷或柱腳拔起外，鋼框架節點的破壞主要表現在扇形切角(scallop)工藝孔部位，但因結構體被內外裝修所隱蔽，一般業主、設計或施工人員對此震害調查不太積極，對鋼框架系統震害的調查遇到一定困難。僅管如此，日本學者還是就腹板切角工藝孔方面的問題進行了探索，如日本建筑學會結構連接委員會和鋼材俱樂部等單位，專就工藝孔破壞狀態等問題作了系統深入的研究。

日本對于混合連接的研究，早在1978年以后的石油危機中，就曾利用建筑處于低潮機會結合自屏蔽電弧焊的出現和應用，系統地開展過。進入90年代后，隨著高層、超高層和大跨度鋼結構建筑的增多，梁柱截面增大，若采用過去的梁懸臂段形式，由于運輸尺寸上的限制，懸臂長度大致不能超過1m；另一方面，由于梁翼緣板厚增大，拼接螺栓增多，結果梁端至最近螺栓的距離只有500mm左右，截面受到很大削弱，對保證梁端塑性變形很不利。這樣，在大型鋼結構工程中，現在較多采用梁與柱的混合連接。圖1是采用箱形柱時的混合連接示意圖梁翼緣與箱形柱隔板直接焊接[7]。

日本在美國北嶺地震前不久，曾對此種連接進行了試驗研究，結果表明，梁端翼緣焊縫處的破壞幾乎都是在梁下翼緣從扇形切角工藝孔端開始的，沒有看到象在美國試驗中和地震中出現的沿焊縫金屬及其邊緣破壞的情況，通過試驗和版神地震觀察到的梁端工藝孔處的裂縫發展情況。

日本鋼材俱樂部研究了扇形切角工藝孔帶襯板及底部有焊縫的兩種節點試驗。

美、日兩國鋼框架在地震中的梁柱節點破壞形式是有區別的，北嶺地震中的裂縫多向柱段范圍擴展，而阪神地震中的裂縫則多向梁段范圍發展。對兩國節點破壞情況的這種差異與其與構造差異的關系，還有待進一步探討。

3．節點破壞原因與分析

北嶺地震后，美日兩國學者就節點破壞原因，通過現場調查、室內試驗和現場檢驗，進行了結構響應分析、有限元分析、斷裂力學分析等，還作了很多補充試驗，結合震前研究，對節點破壞原因提出了一些看法。首先認為節點破壞與加勁板、補強板腹板附加焊縫等的變動，并沒有什么直接關系，也并不是僅由設計或施工不良所能說明的，而是應從節點本身存在根本性缺陷方面去找原因。有以下幾方面因素，被認為是決定和和影響節點性能而導致了破壞。

3．1焊縫金屬沖擊韌性低[3]

美國北嶺地震前，焊縫多采用E70T-4或E70T-7自屏蔽藥芯焊條施焊，這種焊條提供的最小抗拉強度480MPa，恰帕沖擊韌性無規定，試驗室試件和從實際破壞的結構中取出的連接試件在室溫下的試驗表明，其沖擊韌性往往只有10-15J，這樣低的沖擊韌性使得連接很易產生脆性破壞，成為引發節點破壞的重要因素。在北嶺地震后不久所作的大型驗證性試驗，對焊縫進行十分仔細的操作，做到了確保焊接質量，排除了焊接操作產生的影響。焊縫采用E70T-4型低韌性焊條，盡管焊接操作的質量很高，連接還是出現了早期破壞，從而證明了焊接縫金屬沖擊韌性低,是焊接破壞的因素之一。

3．2焊縫存在的缺陷[3]

對破壞的連接所作調查表明，焊接質量往往很差，很多缺陷可以看出明顯違背了規范規定的焊接質量要求，不但焊接操作有問題，焊縫檢查也有問題。很多缺陷說明，裂縫萌生在下翼緣焊縫中腹板的焊條通過孔附近，該處的下翼緣焊縫是中斷的，使缺陷更為明顯。該部位進行超聲波檢查也比較困難，因為梁腹板妨礙探頭的設置。因此，主要的連接焊縫中由于施焊困難和探傷困難出現了質量極差的部位。上冀緣焊縫的施焊和探傷不存在梁腹板妨礙的問題，因此可以認為是上翼緣焊縫破壞較少的原因之一。

3．3坡口焊縫處的襯板和引弧板造成人工縫[4]

實際工程中，往往焊接后將焊接襯板留在原處，這種做法已經表明，對連接的破壞具有重要影響。在加州大學進行的試驗表明，襯板與柱翼緣之間形成一條未熔化的垂直界面，相當于一條人工縫，在梁翼緣的拉力作用下會使該裂縫擴大，引起脆性破壞。其它人員的研究也得出相同結果。

1995年加州大學Popov等所作的試驗，再現了節點的脆性破壞，破裂的速度很高，事前并無延性表現，因此破壞是災難性的。研究指出,受拉時切口部位應力最大，破壞是三軸應力引起的，表現為脆性破壞，外觀無屈服。他們還通過有限元模擬計算，得出最大應力集中系數出現在梁緣焊接襯板連接處中部，破壞時裂縫將從應力集中系數最大的地方開始,此一結論已為試驗所證實。研究表明：大多數節點破壞都起源于下部襯板處。引弧板同樣也會引發裂縫。

3.4梁翼緣坡口焊縫出現的超應力[3]

北嶺地震后對震前節點進行的分析表明，當梁發展到塑性彎矩時,梁下翼緣坡口焊縫處會出現超高應力。超應力的出現因素有：當螺栓連接的腹板不足以參加彎矩傳遞時，柱翼緣受彎導致梁翼緣中段存在著較大的集中應力；在供焊條通過的焊接工藝孔處，存著附加集中應力；據觀察，有一大部分剪力實際是由翼緣焊縫傳遞，而不是象通常設計假設的那樣由腹板的連接傳遞。梁翼緣坡口焊縫的應力很高，很可能對節點破壞起了不利影響。Popov[4]采用8節點塊體單元有限元模擬分析發現，節點應力分布的最高應力點，是在梁的翼緣焊縫處和節點板域，節點板域的屈服從中心開始，然后向四周擴散。嶺前進行的大量試驗表明,當焊縫不出現裂紋時，節點受力情況也常常不能滿足坡口焊縫近處梁翼緣母材不出現超應力的要求。日本利用震前帶有工藝孔的節點，在試驗荷載下由應變儀測得的工藝孔端點翼緣內外的應變分布，應變集中傾向出現在翼緣外側端部，內側則在工藝孔端部，最大應變發生在工藝孔端點位置上.應變集中的原因,不僅大于工藝孔造成的不連續性，還在于工藝孔部分梁腹板負擔的一部分剪力由翼緣去承擔了，使翼緣和柱隔板上產生了二階彎曲應力。這些試驗與分析均指出，今后對節點性能的改進，不僅應改善焊縫，而且還應降低梁翼緣坡口焊縫處的應力水平。

3．5其它因素[3]

有很多其它因素也被認為對節點破壞產生潛在影響，包括：梁的屈服應力比規定的最小值高出很多；柱翼緣板在厚度方向的抗拉強度和延性不確定；柱節點域過大的剪切屈服和變形產生不利影響；組合樓板產生負面影響。這些影響因素可能還需要一定時間進行爭論,才能弄清楚。

4．改進節點設計的途徑

4．1將塑性鉸的位置外移[2][3][4]

在北嶺地震之前，美國UBC和NEHRP兩本法規對節點設計的規定，都是根據在柱面產生塑性鉸的假定提出的。由于在北嶺地震中發現梁在柱面并沒有產生塑性變性，卻出現了裂縫。切口處的破壞是由三軸應力引起的，從而導致了脆性破壞。過去采用的焊接鋼框架節點標準構造，不能提供可靠的非彈性變形。試驗表明，其節點轉動能力不超過O．005rad，大大小于SAC建議的最小塑性轉動能力0．03rad。另一方面，從受力情況看，塑性鉸出現在柱面附近的梁上，還可能在柱翼緣的材料中引起很大的厚度方向應變，并對焊縫金屬及其周圍的熱影響區提出較高的塑性變形要求，這些情況也可能導致脆性破壞。因此，為了取得可靠的性能，最好還是將梁柱連接在構造上使塑性鉸外移。將塑性位置從柱面外移有兩種方法，一種是將節點部位局部加強，一種是在離開柱面一定距離處將梁截面局部削弱。鋼梁中的塑性鉸典型長度約為梁高的一半，當對節點局部加強時，可取塑性鉸位置為距加強部分的邊緣處梁高的1／3。節點局部加強固然也可使塑性鉸外移，但應十分注意不要因此出現弱柱，有背強柱弱梁的原則。

也有一部分專業技術人員認為，在構造上采取某些措施仍可使塑性鉸出現在柱面附近，這些措施包括限制構件的截面，控制梁柱鋼材的有關強度，使母材和焊縫金屬有足夠的沖擊韌性，在節點構件上消除缺口效應等。但是由于沒有足夠的研究來肯定這些建議，使得這種建議在美國遲遲未能落實。而將塑性鉸自柱面外移的建議，試驗已表明是可行的和行之有效的。目前，美國對節點局部加強及梁截面減弱，都已提出了若干構造方案。實際上，將梁截面減弱使塑性鉸外移的方法，早在北嶺地震以前即有學者提出過，北嶺地震后又作了研究，在技術上己較成熟[4]，從近期在美國鹽湖城建造的25層辦公樓中采用的犬骨式(dog-bone)連接，就可以看到它的構造細節。目前，美國雖未提出今后在抗震框架中推薦采用何種節點形式，但從實際情況看，上述犬骨式連接已成為主導形式[3]。因它制作方便、省工，由美國公司設計的我國天津國貿大廈鋼框架中也已采用了這種節點形式。

日本阪神地震后，沒有象美國采用將塑性鉸外移的方案。日本1996年發表的《鋼結構工程技術指針》和1997年發表的《鋼結構技術指針》JASS6等，僅提出了鋼框架梁柱連接節點的構造改進形式，對節點構造特別是扇形切角工藝孔作了不少規定，目的也是消除可能出現的裂縫，保證結構的非彈性變形。也就是說，日本與美國分別采用了不同的避免脆性破壞的途徑。

4.2梁冀緣焊縫襯板缺口效應的處理[11][6]

在北嶺地震前，美國鋼框架節點施工中，通常將襯板和引弧板焊接后留在原處，這種做法，如前所述存在缺口效應，會導致開裂，現在則在焊后將下翼緣的襯板和引弧板割除，同時對焊縫進行檢查[11]。正如前面曾指出的，在下翼緣的焊縫中部由于焊條通過切角困難，焊接和探傷操作都要被迫中斷，通常存在缺陷，割除襯板后可以目視觀察，從而減少在此部位不易查看到的裂紋。襯板和引弧板可用氣刨割除后再清根補焊，但費用較高，操作不慎還可能傷及母材。研究表明，襯板也可不去除，而將襯板底面邊緣與柱焊接，缺點是無法象去除襯板后能對焊縫進行仔細檢查。

由于上翼緣焊縫處襯板的缺口效應不嚴重，而且它對焊接和超探也沒有妨礙，出于費用考慮，割除上翼緣襯板可能不合算，如果將上翼緣襯板邊緣用焊縫封閉，試驗表明并無利影響，因此美國現時做法是上翼緣襯板仍然保留并用焊縫封口。

坡口焊縫的引弧板，在上下翼緣處通常都切除，因為引弧和滅弧處通常都有很多缺用氣切切除后還需打磨，才能消除潛在的裂縫源。

在消除襯板的缺口效應方面，日本是非常重視的。在阪神地震后發表的技術規定中,對采用H型鋼梁、組合梁，以及采用組合梁時梁預先焊接或與襯板同時裝配，不論是否切角，均采用襯板，對其構造包括引弧板，分別作了詳細規定。

4．3扇形切角構造的改進[8][9]

在日本阪神大地震中，由于扇形切角工藝孔的端部起點存在產生裂縫的危險，是否設置形切角以及如何設置，已成為關系到抗震安全的一項重要問題。日本震后發表的技術規范中，對扇形切角的設置也提出一系列規定，包括不開扇形切角和開扇形切角兩大類，并規定扇形切角可采用不同形狀；對于柱貫通形和梁貫通形節點分別規定了不同的構造形式。柱貫通型節點的扇形切角形式有兩種，其特點是將扇形切角端部與梁翼緣連接處圓弧半徑減小，以便減少應力集中。日本早就研究不設扇形切角以提高梁變形能力的方案，在最近公布的技術規定中，根據目前的焊接技術水平已將此種方案付諸實施[8][9]。

4．4選用有較高沖擊韌性的焊縫[2][6]

如前所述，焊縫沖擊韌性不足會引起節點破壞。那么焊縫究竟要有多大的沖擊韌性才能防止裂紋出現呢?美國提出，焊縫的恰帕沖擊韌性(CVN)最小值取-29℃時27J(相當于-200F時20ft-1bs)是合適的，可以發展成為事實上的標準。在最近美國的實際工程中，采用E71T-8型和E70TG-K2型焊條的普通手工焊電弧焊已表明焊縫最小沖擊韌性可滿足上述要求，而采用E7018型藥芯焊條的''''貼緊焊''''焊縫沖擊韌性值更高，但都必須按AWS規定的焊接和探傷方法操作。

4．5將梁腹板與柱焊接[3]

美國SAC在采用犬骨式連接時建議：將以往的腹板栓接改為焊接，用全熔透坡口焊縫將梁腹板直接焊在柱上或通過較厚連接板焊接。在北嶺地震前，就已有很多研究指出腹板焊接比栓接性能好，它能更好地傳力，從而減小梁冀緣和翼緣坡口焊縫的應力。日本在阪神地震前的研究也已指出，梁端腹板用高強度螺栓連接時，與焊接相比抗彎能力變小，塑性變形能力有明顯差異，但在日本新規定中尚未看到與美國提出的相類似的要求。

5.美、日節點構造的比較、根據美、日鋼框架梁-柱節點構造及震后的改進情況，可以看到下列差異：

1)美國認為梁端不能產生塑性變形，采取了將塑性鉸外移的基本對策，提出將節點局部加強或將梁局部削弱的方法，雖然目前尚無定論，但從實際發展情況看，因削弱梁截面的方法省工、效果好，已在某些工程中采用。但日本卻沒有采用將塑性鉸外移的方法，而是采取在原構造的基礎上消除裂縫的病灶的方法。

2)兩國都注意到了梁翼緣坡口焊縫的焊接襯板邊緣存在的缺口效應所帶來的嚴重后果，在北嶺地震和阪神地震后都采取了相應對策。美國SAC建議，下翼緣焊縫的襯板宜割除，然后清根補焊；考慮上翼緣焊縫缺陷一般較少，受力條件較有利以及費用等原因，可對襯邊緣用焊縫封閉。而日本則對H型鋼梁和焊接組合梁(包括梁先焊好和梁與襯板同時裝配兩種情況)以及節點為柱貫通型或梁貫通型時襯板的設置，作了詳細規定。

3)美國在梁腹板端部襯板通過處采用矩形切角(端部呈半圓形)，而不象日本采用圓弧形切角，由于腹板受彎矩較大時將連接板與腹板焊接，從有關震害情況報導看，沒有發現這種形式的切角引發多少裂縫。日本為消除梁端扇形切角端部的應力集中，作出一系列規定，包括不作扇形切角、梁腹板用直線切剖不設扇形切角的方法以及允許采用不同形式的切角等，如在與梁翼緣連接處將曲率半徑變小和采用類似美國采用的切角形式。

4)美日兩國都規定，節點按翼緣連接受彎矩和腹板連接受剪力的要求設計。美國附加規定了當梁翼緣的受彎承載力小于截面受彎承載力的70％或梁腹板受彎承載力大于截面受彎承載力的30％時，在柱連接板角部應將梁腹板與連接板焊接。日本過去在梁端混合連接中，采用彎矩由翼緣連接承受，剪力由腹板連接承受的設計方法，螺栓一般配置一列。在94年的文獻[5]中指出，"現在該處的連接必需滿足保有耐力連接的條件，考慮腹板高強螺栓連接也要部分地承受彎矩，要求布置2列到3列，與以前的連接相比，抗彎承載力儲備提高了，這是結構設計上的一個特點。"這些都是北嶺和阪神地震前的情況，震后基本上沒有改變。只是北嶺地震后，美國建議將梁腹板直接與柱焊接或與連接板焊接，以便減小梁翼緣焊縫處的焊縫應力，日本則尚無此規定。

5)與梁翼緣對應位置的柱加勁肋(美國叫做連續板)，日本一貫規定應比對應的梁翼緣厚度大一級，認為這是關鍵部位，為此多用一點材料是很值得的。美國過去根據傳遞梁翼緣壓力的需要確定，考慮一部分內力由柱腹板直接傳遞，加勁肋厚度顯著小于梁翼緣厚度。而且曾有一些設計規定，例如可取厚度等于梁翼緣厚度的一半。有的文獻認為，太厚了可能產生較大殘余應力，最好用試驗確定。北嶺地震中，有些加勁肋屈曲了，有的學者己提出改為與梁翼緣等厚的建議。

6)美國強調焊縫沖擊韌性的重要性，規定了節點翼緣焊縫的沖擊韌性指標，嚴格焊接工藝的探傷要求。日本一貫重視焊接質量，還沒有看到在這方面有什么新的規定。

7)美國認為，鋼材屈服點高出標準值較多是鋼框架震害的重要原因之一，這也許在美國特別突出。美國鋼材屈服點超過標準值很多，過去就有報導，如低碳鋼A36的屈服強度可高達48ksi，抗拉強度可高達701Csi，它使連接實際要求的承載力大大提高，當按設計不能滿足時，就要出現破壞。根據美國型鋼生產商研究會所作調查和建議，AISC于97年規定將框架連接計算中的強度增大系數由過去的1.2提高到1.5(對A36)和1.3(對A572)，其它鋼號仍保留1.2，強柱弱梁條件式中柱的抗彎承載力也作了相應提高。

6．我國采取的對策

我國早期的高層建筑鋼結構基本上都是國外設計的，我國的設計施工規程是在學習國外先進技術的基礎上制訂的。由于日本設計的我國高層鋼結構建筑較多，我國的設計、制作和安裝人員對日本的鋼結構構造方法比較熟悉，設計規定特別是節點設計，大部分是參照日本規定適當考慮我國特點制訂的，部分規定吸收了美國的經驗。美國北嶺地震和日本阪神地震后所發表的報導，對我們有很大啟示，在我國抗震規范中對高層鋼結構的節點設計擬提出如下建議：

1)將梁截面局部削弱，可以確保塑性鉸外移，這種構造具有優越的抗震性能。根據美國報導，梁翼緣削弱后可將受彎承載力降至0．8Mp，因鋼材用量要增多，結合我國情況作為主要形式推廣將難以接受，可將此方案列入了條文說明，必要時可參考采用。

2)參考日本新規定，將混合連接上端扇形切角的上部圓弧半徑改為10-15mm，與半徑35mm的切角相接；同時，規定圓弧起點與襯板外側焊縫間保持10-15mm的間隔，以減小焊接熱影響區的相互影響。至于日本采用的不開切角以及直通式不設切角的構造，因為我們沒有經驗，不敢貿然采用，有持今后對其性能進行驗證后再作取舍。

3)在消除襯板的缺口效應方面，考慮割除襯板弄得不好會傷及母材，且費用較高，故采用角焊縫封閉襯板邊緣的方法。上翼緣襯板影響較小，暫不作處理。下翼緣襯板邊緣建議用6mm角焊縫沿下翼緣全寬封閉。因仰焊施工不便，角焊縫最多只能做到6mm；為了更好地消除缺口效應，應要求焊沿翼緣全寬滿焊。

4)在翼緣焊接腹板栓接的混合連接中，按照彎矩僅由翼緣連接承受和剪力僅由腹板連接承受的原則設計時，在某些情況下是不安全的，因為當腹板的截面模量較大時，腹板要承受一部分彎矩?？拐鹨幏缎抻啿莅赋幎ǜ拱迓菟ㄟB接應能承受梁端屈服時的剪力外，還規定當梁翼緣截面模量小于梁截面模量70％時，腹板螺栓不得少于2列，每列的螺栓數不得少于采用一列時的數量。

5)我國在梁翼緣對應位置設置的柱加勁肋，從一開始就注意到了日本的經驗，規定了與梁翼緣等厚，北嶺地震表明這樣規定是適合的。

6)翼緣焊縫的沖擊韌性要滿足-30℃時27J的要求，這種試驗我國過去沒有做過，對于我國鋼結構制作單位是否可以做到，需待調查后再確定是否列入。

這時要附帶說明，美國SAC的有關規定是適用于美國3、4類地區，大體相當于7度強、8、9度地區，我國6度地區可適當放寬。

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