鋼框架結(jié)構(gòu)焊接施工中的變形控制

1、鋼框架結(jié)構(gòu)焊接施工中的變形控制In the Steel Portal Frame Construction Welding ConstructionDistortion ControlsLUO Hong-ge(Southwest scientific and technical university basic construction department Mianyang 621010, China):Along with our country steel structure construction market development, more and more is also h

2、igh to the high-level steel portal frame construction construction technology request, promotes the high-level steel portal frame construction construction technology with the aid of the modern technology the level to become the time the need.This article introduced just the portal frame constructio

3、n welding distortion control method, raised the steel portal frame construction welding deformation analysis technical level by the time, was advantageous in the steel structure promotion and the application, also was advantageous to our country architecture industry sustainable development.1高層鋼結(jié)構(gòu)安裝

4、允許偏差為分析和控制焊接變形等，高層鋼結(jié)構(gòu)施工應(yīng)按首先明確規(guī) 范要求的鋼結(jié)構(gòu)安裝各項(xiàng)誤差要求，并嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行。鋼結(jié)構(gòu)安裝各項(xiàng)誤差除了主要的主控尺寸和分項(xiàng)控制尺寸 兩部分外，還包括支承面、地腳螺栓（錨栓）的允許偏差等。1.1主控尺寸1.2分項(xiàng)控制尺寸1.3支承面、地腳螺栓（錨栓）的允許偏差鋼結(jié)構(gòu)安裝前需對(duì)建筑物的定位軸線、基礎(chǔ)軸線標(biāo)高、地腳 螺栓位置等進(jìn)行檢查，并應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)檢測(cè)和辦理交接驗(yàn)收。基礎(chǔ) 頂面直接作為柱的支承面和基礎(chǔ)頂面預(yù)埋鋼板或支座作為柱的 支承面時(shí)，其支承面、地腳螺栓（錨栓）的允許偏差。鋼墊板 面積根據(jù)基礎(chǔ)混凝土的抗壓強(qiáng)度、柱腳底板下細(xì)石混凝土二次澆 灌前柱底承受的荷載和地腳螺栓

5、（錨栓）的緊固拉力計(jì)算確定。 墊板設(shè)置在靠近地腳螺栓（錨栓）的柱腳底板加勁板或柱肢下， 每根地腳螺栓（錨栓）側(cè)應(yīng)設(shè)1-2組墊板，每組墊板不得多于5 塊。墊板與基礎(chǔ)面和鋼柱底面的接觸應(yīng)平整緊密。當(dāng)采用成對(duì)斜 墊板時(shí)，其疊合長(zhǎng)度不應(yīng)小于墊板長(zhǎng)度的2/3。二次澆灌混凝土 前墊板間應(yīng)焊接固定。工程上常將無收縮砂漿作為座漿材料，柱 子吊裝前砂漿試塊強(qiáng)度應(yīng)高于基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度一個(gè)等級(jí)。為保證 結(jié)構(gòu)整體性，鋼結(jié)構(gòu)安裝在形成空間剛度單元后，及時(shí)對(duì)柱底板 和基礎(chǔ)頂面的空隙采用細(xì)石混凝土二次澆灌。2鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形種類及成因分析焊接變形產(chǎn)生的主要原因是由于焊接過程中對(duì)焊件進(jìn)行了 局部的不均勻加熱，以及隨后的不均勻冷

6、卻作用和結(jié)構(gòu)本身或外 加的剛性拘束作用，通過力、溫度和組織等因素的變化，從而在 焊接接頭區(qū)產(chǎn)生不均勻的收縮變形，焊縫的縱向和橫向縮短是引 起各種復(fù)雜變形的根本原因1。2.1結(jié)構(gòu)剛度剛度就是結(jié)構(gòu)抵抗拉伸和彎曲變形的能力，它主要取決于結(jié) 構(gòu)的截面形狀及其尺寸大小。如桁架的縱向變形，主要取決于橫 截面面積和弦桿截面的尺寸；再如工字型、丁字型或其它形狀截 面的彎曲變形，主要取決于截面的抗彎剛度。2.2焊縫位置和數(shù)量在鋼結(jié)構(gòu)剛性不大時(shí)，焊縫在結(jié)構(gòu)中對(duì)稱布置，施焊程序合 理，則只產(chǎn)生線性縮短；當(dāng)焊縫布置不對(duì)稱時(shí)，則還會(huì)產(chǎn)生彎曲 變形；焊縫截面重心與接頭截面重心在同一位置上時(shí)，只要施焊 程序合理，則只產(chǎn)生線

7、性縮短；當(dāng)焊縫截面重心偏離接頭截面重 心時(shí)，則還會(huì)產(chǎn)生角變形。2.3焊接工藝焊接電流大，焊條直徑粗，焊接速度慢，都會(huì)造成焊接變形 大；自動(dòng)焊接的變形較小，但焊接厚鋼板時(shí)，自動(dòng)焊比手工焊的 焊接變形稍大；多層焊時(shí)，第一層焊縫收縮量最大，第二、三層 焊縫的收縮量則分別為第一層的20%和5%10%，層數(shù)越多焊接 變形也越大；斷續(xù)焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量?。粚?duì)接焊縫的橫向 收縮比縱向收縮大2倍4倍；焊接次序不當(dāng)或未先焊好分部構(gòu) 件，然后總拼裝焊接，都易產(chǎn)生較大的焊接變形。所以在施工時(shí) 要制定合理的焊接工藝措施。3預(yù)防和減少鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的方法3.1放樣和下料措施為了補(bǔ)償施焊后焊縫的線性收縮，梁、桁架等受

8、彎構(gòu)件放樣 時(shí)要起拱，放樣下料時(shí)要留出收縮余量。收縮量與很多因素有關(guān)， 實(shí)際生產(chǎn)時(shí)要依靠工藝試驗(yàn)來確定。放拼裝臺(tái)時(shí)要放出收縮量， 一般受彎構(gòu)件長(zhǎng)度不大于24m時(shí)放5mm,長(zhǎng)度大于24m時(shí)放8mm。3.2裝配和焊接順序鋼結(jié)構(gòu)制作拼裝的平臺(tái)應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)的水平面，平臺(tái)的鋼度應(yīng) 保證構(gòu)件在自重壓力下，不失穩(wěn)、不下沉，以保證構(gòu)件的平直。 小型結(jié)構(gòu)可一次裝配，用定位焊固定后，以合適的焊接順序一次 完成。如截面對(duì)稱的構(gòu)件，裝配焊接順序是先整體裝配后焊接， 焊接時(shí)應(yīng)采用對(duì)角焊接法的順序以平衡變形，同時(shí)應(yīng)采用翻轉(zhuǎn)架 或轉(zhuǎn)動(dòng)胎具，以便形成船形位置焊縫，否則可由兩個(gè)或四個(gè)焊工 分別采用平焊和仰焊，由中間向兩端焊接。大

9、型鋼結(jié)構(gòu)如大型桁 架，盡可能先用小件組焊，再總體裝配和焊接。桁架和屋架端部 的基座、屋架的天窗架支承板應(yīng)預(yù)先拼焊成部件，以矯正后再拼 裝到屋架和桁架上，屋架和桁架的焊接順序是:先焊上、下弦連 接板外側(cè)焊縫，后焊上、下弦連接板內(nèi)側(cè)焊縫，再焊接連板與腹 桿焊縫，最后焊腹桿、上弦、下弦之間的墊板。桁架一面全部焊 完后翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行另一面焊接，其焊接順序相同。手工焊時(shí)，應(yīng)采 用四個(gè)焊工同時(shí)從上、下弦中間向兩端對(duì)稱焊接。拼裝時(shí)，為防 止構(gòu)件在拼裝過程中產(chǎn)生過大的應(yīng)力和變形，應(yīng)使不同型號(hào)零件 的規(guī)格或形狀符合規(guī)定的尺寸和樣板要求，同時(shí)在拼裝時(shí)不宜采 用較大的外力強(qiáng)制組對(duì)，以防構(gòu)件焊后產(chǎn)生過大的拘束應(yīng)力而發(fā) 生

10、變形。構(gòu)件組裝時(shí)，為使焊接接頭均勻受熱以消除應(yīng)力和減少 變形，應(yīng)做到對(duì)接間隙、坡口角度、搭接長(zhǎng)度和T形貼角連接的 尺寸正確，其形式、尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)和焊接規(guī)范要求。3.3焊接工藝措施焊接施工時(shí)，應(yīng)選擇合適的焊接電流、速度、方向、順序， 以減少變形。焊接金屬構(gòu)件時(shí)，應(yīng)先焊短，后焊長(zhǎng)；先焊立，后 焊平；先焊對(duì)接縫，再焊搭接縫，應(yīng)從中間到兩邊，從里到外焊 接。集中的焊縫應(yīng)采用跳焊法，長(zhǎng)焊縫采用分段退步焊和對(duì)稱焊 接法。3.4反變形法拼裝時(shí)，根據(jù)工藝試驗(yàn)和施工經(jīng)驗(yàn)，使構(gòu)件向焊接變形相反 方向作適量的預(yù)變形，以控制焊接變形。這種方法需要預(yù)先進(jìn)行 試驗(yàn)，根據(jù)焊縫的設(shè)計(jì)要求，調(diào)整好焊接規(guī)范，選用材質(zhì)和規(guī)格 相

11、同的鋼板預(yù)先做一個(gè)試件進(jìn)行焊接，使焊縫形式、焊角高度符 合設(shè)計(jì)要求，焊完冷卻到環(huán)境溫度后測(cè)量翼板的變形量，把所測(cè) 量的數(shù)值作為壓制反變形的參數(shù)，壓力機(jī)在翼板中心線上壓出變 形量的數(shù)值，使翼板的兩端預(yù)先呈上翹狀態(tài)，抵消焊接變形量， 焊后正好持平。采用這種方法需要一臺(tái)相應(yīng)噸位的液壓壓力機(jī)。3.5剛性固定法焊接時(shí)在平臺(tái)上或在重疊的構(gòu)件上設(shè)置夾具固定構(gòu)件，增加 剛性后，再進(jìn)行焊接，這樣焊接中的加熱和冷卻的收縮變形，被 固定夾具等外力所限制，但這種方法只適應(yīng)塑性較好的低碳結(jié)構(gòu) 鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，不適應(yīng)中碳鋼和可焊性更差的鋼材，因?yàn)楹?接應(yīng)力常使焊件產(chǎn)生裂紋。4焊接變形矯正方法構(gòu)件發(fā)生彎曲和扭曲變形的程度

12、超過現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范和設(shè) 計(jì)要求時(shí)，必須進(jìn)行矯正。變形矯正的方法有:機(jī)械矯正法、火 焰矯正法和混合矯正法。施工時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況合理選用， 矯正時(shí)要遵守以下原則：先總體，后局部；先主要，后次要；先 下部，后上部；先主件，后副件2。4.1機(jī)械矯正法機(jī)械矯正法是利用機(jī)械力的作用，以矯正焊接變形，常采用 撐直機(jī)、壓力機(jī)、千斤頂及各種小型機(jī)具頂壓矯正構(gòu)件變形。矯 正時(shí)，將構(gòu)件變形部位放在兩支撐之間，對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件凸出部位緩慢 施力，即可矯正變形。4.2 火焰矯正法采用火焰矯正的原理與焊接變形的原理相同，只是反其道而 用之，通過給金屬輸入熱量，使金屬達(dá)到塑性狀態(tài)，從而產(chǎn)生變 形，構(gòu)件被局部加熱后，依靠加熱區(qū)的

13、膨脹與收縮差，使構(gòu)件按 照預(yù)定的方向發(fā)生變形，從而達(dá)到矯正的目的。用火焰加熱矯 正構(gòu)件時(shí)，一定要讓構(gòu)件處于自由狀態(tài)，一些自重較大的構(gòu)件加 熱后要用吊具提起離開平臺(tái)，以免自重產(chǎn)生的摩擦力阻礙變形， 影響矯正效果。采用火焰矯正法，20m長(zhǎng)的鋼柱其側(cè)向彎曲和起 拱量可以矯正在6mm之內(nèi)，翼板下?lián)隙瓤煽刂圃?mm內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低 于規(guī)范要求。但是用火焰矯正，在實(shí)際施工中很難定量地確定加 熱部位、加熱溫度、時(shí)間、區(qū)域長(zhǎng)度等，主要靠積累經(jīng)驗(yàn)，因此， 在準(zhǔn)備矯正構(gòu)件時(shí)，要選擇有一定矯正經(jīng)驗(yàn)的人員擔(dān)任此項(xiàng)工 作，并且人員要相對(duì)固定。利用火焰矯正方便快捷，但必須注意 幾項(xiàng)基本要領(lǐng)。首先加熱溫度要掌握好，一般控制在650C 850C之間，溫度太低效果不明顯，溫度太高易使材質(zhì)發(fā)生變化； 要掌握在不同環(huán)境和不同氣溫情況下的加熱溫度；變形量較大的 構(gòu)件一次加熱不能完全清除變形時(shí)，應(yīng)錯(cuò)開原來的加熱點(diǎn)進(jìn)行第 二次加熱矯正；采取合理的矯正順序，先矯正翼板的不