【正确答案】有关焊缝质量等级的选用,是新版《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)的新增条文。焊缝质量等级是原《钢结构工程施工及验收规范》(GBJ 205—1983)首先提到的,不过它只提到一、二、三级焊缝的质量标准,并未提到哪种情况需要采用哪级焊缝;而原《钢结构设计规范》(GBJ 17—1988)也没有明确规定,导致一些设计人员对焊缝质量等级提出不恰当的要求,影响工程质量或者给施工单位造成不必要的困难。
对接焊缝受力时,应力集中现象小,可以认为与母材有相同的应力状态。焊缝金属的强度一般高于母材,所以对接焊缝的破坏,通常不会在焊缝金属部位,而是在母材或焊缝附近的母材区域。不过,由于焊接技术问题,焊缝中可能存在气孔、夹渣、咬边、未焊透等缺陷,这些缺陷对受压和受剪强度影响不大,但对受拉强度的影响却较为显著。当缺陷面积与焊件截面积之比超过5/%时,对接焊缝的抗拉强度将明显下降。因此,《钢结构设计规范》规定:一级、二级焊缝的抗拉强度与母材相等;而三级焊缝允许存在的缺陷较多,其抗拉强度取为母材强度的85/%。
关于焊缝质量级别的具体选用,《钢结构设计规范》第7.1.1条作出了明确规定:
(1)在需要计算疲劳结构中的对接焊缝(包括T形对接与角接组合焊缝),受拉的横向焊缝应为一级,纵向对接焊缝应为二级,这在《钢结构设计规范》附录E表E第2、3、4项中已有反映[见《钢结构(第二版)》附录2]。
(2)在不需要计算疲劳的构件中,凡要求与母材等强的对接焊缝受拉时不应低于二级。因为一级或二级对接焊缝的抗拉强度与母材强度相等,而三级焊缝为母材强度的85/%。
(3)重级工作制和Q>50t的中级工作制吊车梁腹板与上翼缘之间以及吊车桁架上弦杆与节点板之间的T形接头应予焊透,质量等级不低于二级。上述焊缝处于构件的弯曲受压区,主要承受压应力和轮压产生的局部压应力,没有受到明确的拉应力作用,正常情况下不会产生疲劳破坏;但是,由于承担轨道偏心等带来的不利影响,国内外均发现连接处及其附近经常开裂。所以,我国《钢结构设计规范》(TJ 17—1974)规定该种焊缝“应予焊透”,即不允许采用角焊缝;而《钢结构设计规范》(GBJ 17—1988)又补充规定“不低于二级质量标准”。现行《钢结构设计规范》对该内容专门组织一条,以示明确。
(4)对角焊缝以及不焊透的对接与角接组合焊缝,由于内部探伤困难,不能要求其质量等级为一级或二级。因此,对需要验算疲劳结构的该种焊缝只能规定其外观质量标准应符合二级,该内容在规范附录E表E第5项中已有反映[见《钢结构(第二版)》附录2]。
(5)需要验算疲劳结构中的横向对接焊缝受压时应为二级;不需要计算疲劳结构中与母材等强的受压对接焊缝宜为二级。这是根据过去工程实践和参考国外标准规定的。例如美国《钢结构焊接规范》(AWS)中,对要求熔透的与母材等强的对接焊缝,不论承受动力荷载或静力荷载,也不论受拉或受压,都要求无损探伤;而我国对三级焊缝是不要求进行无损探伤的。由于对接焊缝中存在很大残余拉应力,而外部压力往往不能完全抵消此拉应力。在某些情形下,比如吊车梁上翼缘中的对接焊缝,常常会有偶然偏心力的作用,如由吊车轨道偏移引起等,从而使名义上为受压的焊缝受力情形变得复杂,难免有拉应力的存在,故而作此规定。
【答案解析】