土木工程施工

第六章鋼結(jié)構(gòu)工程

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鋼結(jié)構(gòu)工程從廣義上講是指以鋼鐵為基材，經(jīng)過機(jī)械加工組裝而成的結(jié)構(gòu)。由于鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)輕、施工周期短和精度高等特點(diǎn)，因而在建筑、橋梁等土木工程中被廣泛采用。第六章鋼結(jié)構(gòu)工程3（一）放樣

放樣是根據(jù)產(chǎn)品施工詳圖或零、部件圖樣要求的形狀和尺寸，按照1:1的比例把產(chǎn)品或零、部件的實(shí)形畫在放樣臺(tái)或平板上，求取實(shí)長(zhǎng)并制成樣板的過程。對(duì)比較復(fù)雜的殼體零、部件，還需要作圖展開?！?鋼結(jié)構(gòu)加工工藝一、鋼結(jié)構(gòu)的放樣、號(hào)料與下料4（二）號(hào)料

號(hào)料就是根據(jù)樣板在鋼材上畫出構(gòu)件的實(shí)樣，并打上各種加工記號(hào)，為鋼材的切割下料作準(zhǔn)備。5（三）切割下料

切割的目的就是將放樣和號(hào)料的零件形狀從原材料上進(jìn)行下料分離。常用的切割方法有：機(jī)械剪切、氣割和等離子切割三種方法。

氣割法——利用氧氣與可燃?xì)怏w混合產(chǎn)生的預(yù)熱火焰加熱金屬表面達(dá)到燃燒溫度并使金屬發(fā)生劇烈的氧化，放出大量的熱促使下層金屬也自行燃燒，同時(shí)通以高壓氧氣射流，將氧化物吹除而引起一條狹小而整齊的割縫。常用半自動(dòng)氣割機(jī)、特型氣割機(jī)等。

特點(diǎn)——設(shè)備靈活、費(fèi)用低廉、精度高。6

機(jī)械切割法——利用上、下兩剪刀的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來切斷鋼材，或利用鋸片的切削運(yùn)動(dòng)把鋼材分離，或利用鋸片與工件間的摩擦發(fā)、熱使金屬熔化而被切斷。

常用的切割機(jī)械有剪板機(jī)、聯(lián)合沖剪機(jī)、弓鋸床、砂輪機(jī)割機(jī)等。

特點(diǎn)——剪切法速度快、效率高，但切口略粗糙；鋸割可以切割角鋼、圓鋼和各類型鋼，切割速度和精度都較好。7

等離子切割法——

利用高溫高速的等離子焰流將切口處金屬及其氧化物熔化并吹掉來完成切割。

特點(diǎn)——

能切割任何金屬，特別是熔點(diǎn)較高的不銹鋼及有色金屬鋁、銅等。8二、構(gòu)件加工（一）矯正

變形的原因：材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力；存放、運(yùn)輸、吊運(yùn)等；加工中的操作和工藝原因；連接過程中焊接變形等。

矯正的形式——矯直、矯平、矯形三種。矯正按外力來源分——

火焰矯正、機(jī)械矯正和手工矯正等；91．火焰矯正

利用火焰對(duì)鋼材進(jìn)行局部加熱，被加熱處理的金屬由于膨脹受阻而產(chǎn)生壓縮塑性變形，使較長(zhǎng)的金屬纖維冷卻后縮短而完成的。影響火焰矯正效果的因素有三個(gè)：火焰加熱位置、加熱的形式和加熱的熱量。

火焰矯正加熱溫度——

對(duì)低碳鋼和普通低合金結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件為600℃~800℃。

102．機(jī)械矯正

鋼材的機(jī)械矯是通過專用矯正機(jī)使彎曲的鋼材在外力作用下產(chǎn)生過量的塑性變形，以達(dá)到平直的目的。鋼材的機(jī)械矯正有拉伸機(jī)矯正、壓力機(jī)矯正、多輥矯正機(jī)矯正等。拉伸機(jī)矯正適用于薄板扭曲、型鋼扭曲、鋼管、帶鋼和線材等的矯正；壓力機(jī)矯正適用于板材、鋼管和型鋼的局部矯正；多輥矯正機(jī)可用于型材、板材等的矯正。113．手工矯正

鋼材的手工矯正采用錘擊的方法進(jìn)行，操作簡(jiǎn)單靈活。手工矯正由于矯正力小、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低而用于矯正尺寸較小的鋼材。12（二）彎卷成型

1．鋼板卷曲

鋼板卷曲是通過旋轉(zhuǎn)輥軸對(duì)板料進(jìn)行連續(xù)三點(diǎn)彎曲所形成的。鋼板卷曲工藝包括預(yù)彎、對(duì)中和卷曲三個(gè)過程。

（1）預(yù)彎

板料在卷板機(jī)上卷曲時(shí)，兩端邊緣總有卷不到的部分，即剩余直邊。剩余直邊通過預(yù)彎消除。13（2）對(duì)中

將預(yù)彎的板料置于卷板機(jī)上卷曲時(shí)，為防止產(chǎn)生歪扭，應(yīng)將板料對(duì)中，使板料的縱向中心線與滾筒軸線保持嚴(yán)格的平行。

（3）卷曲

板料位置對(duì)中后，一般采用多次進(jìn)給法卷曲。利用調(diào)節(jié)上輥筒（三輥機(jī)）或側(cè)輥筒（四輥機(jī)）的位置使板料發(fā)生初步的彎曲，然后來回滾動(dòng)而卷曲，以達(dá)到規(guī)定的要求。142．型材彎曲（1）型鋼的彎曲

型鋼彎曲時(shí)，由于截面重心線與力的作用線不在同一平面上，同時(shí)型鋼除受彎曲力矩外還受扭矩的作用，所以型鋼斷面會(huì)產(chǎn)生畸變。彎曲半徑越小，則畸變程度越大。應(yīng)控制最小彎曲半徑。

如果曲率半徑較大，一般采用冷彎；曲率半徑較小，一般采用熱彎。15（2）鋼管的彎曲

管材在外力的作用下彎曲時(shí)，其截面會(huì)發(fā)生變形，且外側(cè)管壁會(huì)減薄，內(nèi)側(cè)管壁會(huì)增厚。使鋼管變形。彎制時(shí)通常采用：管中加填充物（裝砂或彈簧）后進(jìn)行彎曲；用滾輪和滑槽壓在管材外面進(jìn)行彎曲；用芯棒穿人管材內(nèi)部進(jìn)行彎曲。16（三）其他工藝1．折邊

折邊——把構(gòu)件的邊緣壓彎成傾角或一定形狀的操作過程。工件的彎曲折邊常利用折邊機(jī)進(jìn)行。

2．模具壓制

模具壓制——在壓力設(shè)備上利用模具使鋼材成型的一種工藝方法。模具按加工工序分，主要有沖裁模、彎曲模、拉深模、壓延模等四種。173．制孔

在鋼結(jié)構(gòu)制孔中包括鉚釘孔、普通螺栓連接孔、高強(qiáng)度螺栓孔、地腳螺栓孔等，制孔通常有沖孔和鉆孔兩種。（1）鉆孔

鉆孔是鋼結(jié)構(gòu)制造中普遍采用的方法，能用于幾乎任何規(guī)格的鋼板、型鋼的孔加工。鉆孔在鉆床上進(jìn)行。因受場(chǎng)地狹小限制或加工部位特殊，也可用電鉆、風(fēng)鉆等加工。（2）沖孔

沖孔是在沖孔機(jī)（沖床）上進(jìn)行，一般只能在較薄的鋼板和型鋼上沖孔，且孔徑一般不小于鋼材的厚度，亦可用于不重要的節(jié)點(diǎn)板、墊板和角鋼拉撐等小件加工。18§2鋼結(jié)構(gòu)的拼裝與連接一、工廠拼裝

由于受運(yùn)輸、吊裝等條件的限制，有時(shí)構(gòu)件要分成兩段或若干段出廠，為了保證安裝的順利進(jìn)行，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程序和設(shè)計(jì)要求，在出廠前進(jìn)行預(yù)拼裝。二、鋼結(jié)構(gòu)的連接

構(gòu)件的連接方法，通常有焊接、鉚接和螺栓連接三種。19（一）焊接施工

焊接是將需要連接的構(gòu)件在連接部分加熱到熔化狀態(tài)后使它們連接起來的加工方法；有時(shí)也在半熔化狀態(tài)下加壓力使它們連接，或在其間加入其他熔化狀態(tài)的金屬使它們冷卻后連成一體的加工工藝方法。

按焊接的自動(dòng)化程度一般分為手工焊接、半自動(dòng)焊接及自動(dòng)化焊接。20（二）焊接施工

電弧焊是工程中應(yīng)用最普遍的焊接形式。

1．電弧焊焊接接頭

按焊接方法分為熔化接頭和電渣焊接頭兩大類。熔化接頭根據(jù)焊件的厚度、使用條件、結(jié)構(gòu)形狀的不同又分為對(duì)接接頭、角接接頭、T形接頭、搭接接頭、坡口焊等形式。焊接接頭形式見表6-3所示。21表6-3焊接接頭的形式222．焊縫形式（1）按施焊的空間位置分可分為平焊縫、橫焊縫、立焊縫及仰焊縫四種（圖6-5）。a）平焊縫；b）橫焊縫；c）立焊縫；d）仰焊縫圖6-5焊縫形式（按施焊的空間位置分）23

（2）按結(jié)合形式分

焊縫可分為對(duì)接焊縫、角焊縫和塞焊縫三種，如圖6-6所示。a）對(duì)接焊縫；b）角焊縫；c）塞焊縫圖6-6焊縫形式（按結(jié)合形式分）243．焊接工藝參數(shù)的選擇

手工電弧焊的焊接工藝參數(shù)主要有焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接層數(shù)、電源種類及極性等。

（1）焊條直徑

焊條直徑的選擇主要考慮的因素：焊件厚度、接頭形式、焊縫位置和焊接層次等因素。25（2）焊接電流

焊接電流選擇的依據(jù)：焊條的類型、直徑、焊件的厚度、接頭形式、焊縫空間位置等。其中焊條直徑和焊縫空間位置最為關(guān)鍵。（3）電弧電壓

根據(jù)電源特性，由焊接電流決定相應(yīng)的電弧電壓。此外，電弧電壓還與電弧長(zhǎng)有關(guān)。26（4）焊接層數(shù)

焊接層數(shù)應(yīng)視焊件的厚度而定。除薄板外，一般都采用多層焊。焊接層數(shù)過少，每層焊縫的厚度過大，對(duì)焊縫金屬的塑性有不利的影響。施工中每層焊縫的厚度不應(yīng)大于4～5mm。274．焊接前的準(zhǔn)備

焊前準(zhǔn)備：坡口制備、預(yù)焊部位清理、焊條烘干、預(yù)熱、預(yù)變形及高強(qiáng)度鋼切割表面探傷等。

5．引弧

碰擊法——將焊條垂直于工件進(jìn)行碰擊，然后迅速保持一定距離；劃擦法——將焊條端頭輕輕劃過工件，然后保持一定距離。286．運(yùn)條方法

焊條運(yùn)條有三種運(yùn)動(dòng)方向，三個(gè)方向的動(dòng)作應(yīng)密切配合。（1）沿其中心線向下送進(jìn)——

焊條被電弧熔化變短，為保持弧長(zhǎng)，須使焊條沿其中心線向下送進(jìn)，以防止斷弧。（2）沿焊縫方向移動(dòng)——

為形成線形焊縫，焊條要沿焊縫方向移動(dòng)，移動(dòng)速度應(yīng)適當(dāng)。（3）橫向擺動(dòng)——

為了獲得一定寬度的焊縫，焊條必須橫向擺動(dòng)。297．焊接完工后的處理

焊接結(jié)束后的焊縫及兩側(cè)，應(yīng)徹底清除飛濺物、焊渣和焊瘤等。焊后熱處理——

根據(jù)接頭的殘余應(yīng)力、組織狀態(tài)、熔敷金屬含氫量和力學(xué)性能等確定。30三、螺栓連接施工（一）普通螺栓

1．普通螺栓的種類和用途

常用的普通螺栓有六角螺栓、雙頭螺栓和地腳螺栓等，其用途和分類如下：（1）六角螺栓按其頭部支承面大小分大六角頭與六角頭兩種；按制造質(zhì)量和產(chǎn)品等級(jí)則分為A，B，C三種。

A級(jí)螺栓——精制螺栓；

B級(jí)螺栓——半精制螺栓；

C級(jí)螺栓——粗制螺栓。31（2）雙頭螺栓（螺柱）

多用于連接厚板和不便使用六角螺栓連接的地方，如混凝土屋架、屋面梁懸掛單軌梁吊掛件等。（3）地腳螺栓

分為普通地腳螺栓、直角地腳螺栓、錘頭螺栓和錨固地腳螺栓。地腳螺栓和直角地腳螺栓一般為預(yù)埋方式固定；錘頭螺栓一般在通過特制模箱（錨固板）預(yù)埋固定；錨固地腳螺栓一般在鉆孔中錨固。322．普通螺栓的施工

（1）連接要求

普通螺栓在連接要求：①螺栓頭和螺母的下面應(yīng)放置平墊圈。墊置在螺母下面的墊圈不應(yīng)多于2個(gè)，墊置在螺栓頭部下面的墊圈不應(yīng)多于1個(gè)。②對(duì)傾斜面上的螺栓連接，放置斜墊片墊平。③對(duì)于動(dòng)荷載或重要部位的螺栓連接，應(yīng)在螺母的下面按設(shè)計(jì)要求放置彈簧墊圈。④螺栓伸出螺母的長(zhǎng)度應(yīng)不小于兩個(gè)完整螺紋的長(zhǎng)度。33

34（3）緊固軸力

螺栓緊固必須從中心開始，對(duì)稱施擰；緊固軸力應(yīng)不超過相應(yīng)的規(guī)定（采用錘敲或用力矩扳手檢驗(yàn)）；對(duì)接表面高差（不平度）不應(yīng)超過0.5mm。35（二）高強(qiáng)度螺拴

高強(qiáng)度螺栓按照連接形式分，可分為抗拉連接、摩擦連接和承壓連接三種。

1．高強(qiáng)度六角頭螺栓

鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓為粗牙普通螺紋，分為8.8S和10.9S兩種等級(jí)。一個(gè)連接副為一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母和兩個(gè)墊圈。高強(qiáng)度螺栓連接副應(yīng)同批制造，保證扭矩系數(shù)穩(wěn)定。362．扭剪型高強(qiáng)度螺栓

鋼結(jié)構(gòu)用扭剪型高強(qiáng)度螺栓一個(gè)螺栓連接副為一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母和一個(gè)墊圈，它適用于摩擦型連接的鋼結(jié)構(gòu)。373．高強(qiáng)度螺栓的施工（1）施工的機(jī)具①手動(dòng)扭矩扳手常用的有指針式、音響式和扭剪型三種（見圖6-7）。a）指針式；b）音響式；c）扭剪型圖6-7手動(dòng)扭矩扳手1—千分表；2—扳手；3—主刻度；4—副刻度38②電動(dòng)扳手電動(dòng)扳手——

適用于大六角頭高強(qiáng)度螺栓施工的初擰、終擰；扭剪型高強(qiáng)度螺栓的初擰等對(duì)螺栓緊固件的扭矩或軸力有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。扭剪型電動(dòng)扳手——

用于扭剪型高度螺栓終擰緊固。39（2）高強(qiáng)度螺栓的施工①施工程序鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓施工程序流程見圖6-8。40②質(zhì)量保證措施a．螺栓的保管防止扭矩系數(shù)（K）發(fā)生變化