減少焊接應(yīng)力和焊接變形的措施

1、7.3、減少焊接應(yīng)力和焊接變形的措施由于本項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)單層網(wǎng)殼體量巨大，且不能設(shè)置溫度伸縮縫，而結(jié)構(gòu)的連接又全部采用焊 接；施工過(guò)程中焊接變形如何控制、焊接應(yīng)力如何消除是保障工程結(jié)構(gòu)安全使用的重要因素。 7.3.1、焊接變形的控制措施7.3.1.1構(gòu)件焊接工廠化因工廠的焊接環(huán)境、設(shè)備及器具等條件比現(xiàn)場(chǎng)好，在滿足運(yùn)輸限制的條件下，最大限度地在 工廠完成焊接工作。確定主梁構(gòu)件的加工長(zhǎng)度最長(zhǎng)16m,次梁連接牛腿帶在主梁節(jié)點(diǎn)上，如圖1 所示；大型鑄鋼節(jié)點(diǎn)分兩段鑄造，但在工廠完成拼裝焊接工作，如圖2所示。7.3.1.2總裝焊接控制圖2鑄鋼節(jié)點(diǎn)示意圖采取“以構(gòu)件組合成塊、成片吊裝為主，以散件吊裝為輔”的吊裝方

2、法，在地面最大限度地 進(jìn)行構(gòu)件組合，如下圖所示；盡可能地減少高空拼裝焊接量。總體安裝工藝采取平面上從一邊向另一邊擴(kuò)散安裝，如下圖所示，立面上從下向上逐步安裝的工藝流程，減少各種誤差的集中積累。7.3.1.3焊接順序的控制總體焊接順序隨安裝進(jìn)度次第跟進(jìn)；調(diào)整校正好一個(gè)主梁結(jié)構(gòu)平面后，再進(jìn)行該主梁結(jié)構(gòu) 面的焊接；每個(gè)正在焊接的主梁結(jié)構(gòu)面順結(jié)構(gòu)安裝的方向無(wú)約束，焊接應(yīng)力可順結(jié)構(gòu)安裝方向 自由釋放；結(jié)構(gòu)的整體安裝焊接是結(jié)構(gòu)不斷逐步向一個(gè)自由拓展的過(guò)程?？傮w焊接順序如下圖歌劇院外殼安裝焊接順序木意圖0一ZK所覃布酬i-2-z表示主梁與主梁的悍按就擺與瞬瞬*梁與凝瞬耕好與叫她單元主梁結(jié)構(gòu)面焊接順序示意圖序

3、號(hào)控制事項(xiàng)控制方法描述1焊接方法米用組合焊接方式：CO2氣體半自動(dòng)保護(hù)焊+藥芯焊絲及手工焊接2焊接工藝加大焊接能量密度，減少熱輸入；采用小電流、快速度、多層、多道焊接工藝措施3焊接材料選用小直徑的焊條、焊絲；所有使用的焊材具有在大電流密度下保持電弧持續(xù)穩(wěn)定的特性7.3.1.5焊接坡口MC-TL-B1原尺寸與角度調(diào)整后的尺寸與角度b6mmb5mmp01p01a35。a300b6mmb5mmp01p01a350a300符梁上翼緣與柱MC-TL-B1梁下翼緣與柱r ,1, /11梁上翼緣與梁上翼緣t W40mmb6mmb5mm一. Xj*卜r1p01p01a350a300r ,1：11X梁下翼緣與梁

4、下翼緣t W40mmb6mmb5mmp01p01I_a350a300箱形結(jié)構(gòu)上下壁焊接收縮變形示意圖7.3.2焊接應(yīng)力的消除單元主梁結(jié)構(gòu)面的焊接順序，先焊主約束， 后焊次約束的方法；即先焊主梁拼接段，后焊主 梁與鑄鋼節(jié)點(diǎn)的連接；再焊主梁與次梁的連接節(jié) 點(diǎn)；最后焊接次梁與次梁的連接節(jié)點(diǎn)。7.3.1.4焊接施工方法上的控制從以下幾點(diǎn)進(jìn)行控制:焊前嚴(yán)格按照工藝試驗(yàn)確定的坡口尺寸認(rèn)真組裝，特別對(duì)鑄鋼節(jié)點(diǎn)的坡口尺寸檢查，要比現(xiàn)行規(guī)范嚴(yán)格23倍。同時(shí)，為減少熱輸入量，在工藝試驗(yàn)取得成功的前提下，適當(dāng)減少焊縫坡口尺寸。7.3.1.6接頭全位置各種角度的焊接接頭拼裝后，考慮工件尺寸，采取兩人對(duì)稱焊，都以 仰焊

5、部位起孤，以平焊部位收孤；按照仰焊一一側(cè)爬 焊一一側(cè)立焊一一立平焊一一平焊的順序進(jìn)行。對(duì)接頭水平方向的焊接變形控制，采用雙人對(duì)稱均 速、多層、多道焊接。對(duì)接頭垂直方向的焊接變形控制，因先后焊接對(duì)各部 位的收縮量不同，一般上壁比下壁收縮量大1.52.3mm， 端頭中心下降約0.5mm1.2mm，這樣，可在拼裝時(shí)預(yù)先 將安裝標(biāo)高提高2mm3mm來(lái)進(jìn)行控制。7.3.2.1焊前母材檢查焊接前用超聲波和磁粉對(duì)母材焊道周邊200mm范圍內(nèi)進(jìn)行探傷檢查，防止因母材缺陷，在 焊接過(guò)程中出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。7.3.2.2溫度作用構(gòu)件加工時(shí)的環(huán)境溫度與安裝焊接時(shí)的環(huán)境溫度，每相差20C時(shí)，構(gòu)件長(zhǎng)度考慮溫度效 應(yīng)土3

6、mni4mm。(見制作與安裝溫度效應(yīng)分析)7.3.2.3焊中應(yīng)力消除焊接過(guò)程中，用電動(dòng)風(fēng)鏟振動(dòng)敲擊焊道，消除焊接應(yīng)力。7.3.2.4焊后熱處理焊接完成后，為保證焊縫中的擴(kuò)散氫有足夠的時(shí)間得以逸出及焊接產(chǎn)生的應(yīng)力得以釋放， 從而避免延遲裂紋出現(xiàn)，焊后立即進(jìn)行后熱、保溫處理。后熱時(shí)用氧一乙煥中性火焰在焊縫兩側(cè)lOOmni范圍內(nèi)，全位置均勻烘烤，用溫度計(jì)在焊縫 80mm 100mm處測(cè)得溫度為200C250C后，用4層以上的石棉布裹緊，保溫4個(gè)小時(shí)以上； 然后自然風(fēng)冷至環(huán)境溫度。7.3.3制作與安裝溫度效應(yīng)分析7.3.3.1制作與安裝溫度比較廣州典型年月平均溫度月份123456789101112月平

7、均干球溫度(C)13. 914. 218. 322. 426. 127. 228. 828. 027. 424. 320. 115. 4杭州典型年月平均溫度7.3.3.2溫度變形計(jì)算1、荷載選取選擇參考溫5. 2度，計(jì)算溫度26. 1度。2、截面選取計(jì)算截面選擇焊接箱型梁1000X300X10X12,計(jì)算長(zhǎng)度為1米。材質(zhì)為Q345GJB的鋼材。3、模型建立根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸，建立胎架的空間三維模型作為計(jì)算模型；鋼材料為Q345GJB,彈性 模量E=2. 06X 105,屈服強(qiáng)度f(wàn)y=295MPa,泊松比為0.3；材料本構(gòu)關(guān)系采用理想彈塑性模型， 屈服準(zhǔn)則采用Von Mises屈服準(zhǔn)則，計(jì)算時(shí)屈

8、服強(qiáng)度取值為345MPa。圖1構(gòu)件模型圖4、計(jì)算分析利用ANSYS有限元分析軟件計(jì)算構(gòu)件的溫度變化。采用三維實(shí)體單元BEAM4單元進(jìn)行計(jì)算。構(gòu)件的變形圖如下：圖2構(gòu)件變形圖結(jié)論：計(jì)算時(shí)取參考溫度5. 2度，加載的溫度是26. 1度，從計(jì)算結(jié)果可以看出構(gòu)件變形為0. 25mm/mo因此按照構(gòu)件分段長(zhǎng)度16m左右，制作與安裝溫度差異產(chǎn)生的構(gòu)件變形為34mni。7.3.4結(jié)構(gòu)合攏溫度分析7.3.4.1歌劇院外殼鋼結(jié)構(gòu)合攏時(shí)溫度分析1、荷載選取選擇參考溫度25度，計(jì)算溫度32. 8度。2、截面選取計(jì)算截面選擇合攏時(shí)的結(jié)構(gòu)面框架，材質(zhì)為Q345GJB的鋼材。3、模型建立根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸，建立胎架的空間

9、三維模型作為計(jì)算模型；鋼材料為Q345GJB,彈性 模量E=2. 06X 105,屈服強(qiáng)度f(wàn)y=295MPa,泊松比為0.3；材料本構(gòu)關(guān)系采用理想彈塑性模型， 屈服準(zhǔn)則采用Von Mises屈服準(zhǔn)則，計(jì)算時(shí)屈服強(qiáng)度取值為345MPa。模型如圖3O圖3構(gòu)件模型圖4、計(jì)算分析利用ANSYS有限元分析軟件計(jì)算構(gòu)件的溫度變化。采用三維實(shí)體單元BEAM4單元進(jìn)行計(jì)算。構(gòu)件的變形圖如下：圖4構(gòu)件X方向變形圖（25度）圖5構(gòu)件X方向變形圖（32.8度）1MODAL SOLUTIONSTEP=1SUE： =1TIME=1UZ(AVG：iRSYS=0DMX =10.-5-52SI-DJ =-10.-551SIK

10、 =.008799JUL 20 200614:31:25圖8構(gòu)件Z方向變形圖（25度）圖9構(gòu)件Z方向變形圖（32.8度）圖10構(gòu)件單元應(yīng)力圖（25度）圖11構(gòu)件單元應(yīng)力圖（32.8度）結(jié)論計(jì)算時(shí)取的溫度25度，從計(jì)算結(jié)果可以看出支座處在X方向最大變形為6. 7mm,在Y方 向的最大變形為0. 9mm,在Z方向的位移為0,最大應(yīng)力30. 9MPao在32. 9度時(shí)，從計(jì)算結(jié)果 可以看出支座處在X方向最大變形為10. 8mni,在Y方向的最大變形為1. 4mm,在Z方向的位移 為0,最大應(yīng)力50MPao因此選擇溫度為25度的時(shí)段進(jìn)行結(jié)構(gòu)合攏。7.3.4.2多功能廳外殼鋼結(jié)構(gòu)合攏時(shí)溫度分析1、荷載選

11、取選擇參考溫度25度，計(jì)算溫度32. 8度。2、截面選取計(jì)算截面選擇合攏時(shí)的安裝面。材料全部用Q345GJB的鋼材。3、模型建立根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸，建立胎架的空間三維模型作為計(jì)算模型；鋼材料為Q345GJB,彈性 模量E=2. 06X 105,屈服強(qiáng)度f(wàn)y=295MPa,泊松比為0.3；材料本構(gòu)關(guān)系采用理想彈塑性模型， 屈服準(zhǔn)則采用Von Mises屈服準(zhǔn)則，計(jì)算時(shí)屈服強(qiáng)度取值為345MPa。模型如圖lo圖1構(gòu)件模型圖4、計(jì)算分析利用ANSYS有限元分析軟件計(jì)算構(gòu)件的溫度變化。采用三維實(shí)體單元BEAM4單元進(jìn)行計(jì)算。構(gòu)件的變形圖如下:NODAL SOLUTIONSTEP SUB =1 TIME

12、=1 TO RSYS DMX 51W S1CANJUL 20 200615:39:26(AVG：i-.082373-.035303.011768 0588381.197 -.105909 ,105909 105909圖2構(gòu)件X方向變形圖（25度）圖3構(gòu)件X方向變形圖（32.8度）1NODAL SOLUTIOMSTEP=1SUB =1TIMETUZ (AVG：iRSY5=0DMX =1.197SMI =-1.192SIK =.001-543ANJUL 20 2006 15:40:02-1.192-.926592-.661411-.396229131048-1.059-.794002-.52882-.263639.001543圖6構(gòu)件Z方向變形圖（25度）圖7構(gòu)件Z方向變形圖（32.8度）圖8構(gòu)件單元應(yīng)力圖（25度）圖8構(gòu)件單元應(yīng)