許昌鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制

1.前言

韶鋼一鋼清潔生產(chǎn)節(jié)能降耗改建工程塔樓下部框架位于主廠房FG跨1/7軸至12軸線之間。其中，1/7軸至12軸的鋼柱為框架柱，8軸至11軸間的鋼柱為箱形柱，箱形下柱的截面尺寸為口1600mmX1500mm，上柱截面尺寸為口120.mmx1100mm。箱形柱在18.69m標(biāo)高處的連接采用箱形梁，箱形梁的截面尺寸為□3300mmX1700mm(見(jiàn)圖1)。其它框架柱間的連接采用框架梁，整個(gè)塔樓下部框架鋼結(jié)構(gòu)主要由箱形柱(8榀)、箱形梁(4榀)、框架柱(4榀)、框架梁(2榀)及柱間支撐組成(見(jiàn)表1：塔樓下部框架箱形柱、梁制作工程量統(tǒng)計(jì))，整個(gè)塔樓下部框架鋼結(jié)構(gòu)總重量約為1100t。

2．箱形梁及箱形柱簡(jiǎn)介

塔樓框架箱形柱、梁由底板、頂板、腹板、隔板、加筋板和翼板組焊而成。以長(zhǎng)度11．00m箱形梁及29．15箱形柱為例(見(jiàn)圖2：箱形梁、柱剖面圖)。梁總長(zhǎng)11.0m，高度 3.3m，總寬度1.7m，底板尺寸1099600mmX1700mmX34mm，頂板尺寸11000mm×1700mm×34mm，腹板尺寸1096000mmX3300mmX25mm，隔板間距為1.2m，板厚20mm，材質(zhì)均為16Mnq，單條梁重39.5噸。柱總長(zhǎng)29.150m，高度1.6m，總寬度1.5m，隔板間距為0.4～1.2m不等，板厚30~45mm不等，材質(zhì)均為16Mnq，單條柱梁重81．5噸。

3．制作工藝流程

在鋼結(jié)構(gòu)制作工程中，大型箱形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作工藝較為復(fù)雜。它既具有一般鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作的工藝特點(diǎn)，又具有它獨(dú)特的施工工藝。考慮到箱形柱重量大，長(zhǎng)度長(zhǎng)。并結(jié)合箱形柱+24.290m以下部分C40素混凝土澆灌施工的需要。箱形柱EAI~1、EA2~1、EA3~2、EA4×2、EA5X1、EA6X1共8榀箱形柱采取在工廠內(nèi)分3段制作、整體預(yù)拼裝、分段運(yùn)輸?shù)闹谱鞣桨?。大型箱形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工藝流程和一般鋼結(jié)構(gòu)制作工藝流程一樣，主要的工藝流程為：熟悉施工圖紙→提出備料預(yù)算→進(jìn)料(材料必須有合格證)→材料復(fù)驗(yàn)→號(hào)料→切割→矯正→機(jī)械加丁→零部件組對(duì)→焊接→矯正→成品組裝→焊接→矯正→修磨→交工(同時(shí)整理好必要的交工資料)。

4.質(zhì)量控制的措施

4.1嚴(yán)格控制零部件的下料、切割

4.1.1箱形梁的起拱

理論上起拱為圓弧線，但實(shí)際制作時(shí)不易進(jìn)行，也沒(méi)有必要，只需用折線代替弧線，每1m為一個(gè)起折點(diǎn)，對(duì)于一般箱形梁來(lái)說(shuō)。折線與曲線對(duì)應(yīng)點(diǎn)的誤差不超過(guò)1mm，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.1.2嚴(yán)格控制零部件幾何尺寸

對(duì)大型箱形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，隔板、腹板是控制整個(gè)箱形幾何尺寸的主要部分。兩腹板對(duì)應(yīng)位置的寬度、起拱值，隔板的長(zhǎng)、寬和對(duì)角線差對(duì)箱形的成型起著決定性的作用，也對(duì)其雙向彎曲，整體起拱量的控制起著關(guān)鍵作用。因而在下料和切割工序中要確保尺寸的準(zhǔn)確，并留足加工余量。以1：1放樣后必須復(fù)核，確認(rèn)無(wú)誤后方可切割加工。在放樣下料時(shí)，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷采用補(bǔ)焊及砂輪機(jī)修磨方法處理。為防止因溫度不均引起旁彎，采用雙頭、多臺(tái)自動(dòng)切割或切割時(shí)每隔一段距離預(yù)留約20mm不割，冷卻后手工切割預(yù)留點(diǎn)。切割后板料的外形尺寸及質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范的規(guī)定，對(duì)不合格者采用火焰局部加熱或機(jī)械矯正法進(jìn)行處理，保證滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.1.3合理設(shè)置焊接收縮量

由于焊接會(huì)使鋼材收縮，下料時(shí)應(yīng)根據(jù)大型箱形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸和焊接量，在構(gòu)件長(zhǎng)、寬方向增加焊接收縮量，對(duì)箱形粱來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)度方向每1.5m加1mm；寬度方向每一條縱焊縫(角焊縫和對(duì)接焊縫)增加0.5mm。

4.2矯正構(gòu)件

4.2.1部件矯正

零件經(jīng)組裝焊接，形成部件，焊接后存在不同程度的變形，變形系焊接應(yīng)力所致，故矯正時(shí)主要是對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力釋放?？捎脵C(jī)械滾壓及火焰加熱方法矯正，可用乙炔烤槍沿蓋板與腹板焊接區(qū)在蓋板外表面進(jìn)行火焰加熱，加熱要均勻，可反復(fù)進(jìn)行，直至蓋板平整。對(duì)蓋板與腹板角度大于90°的一側(cè)進(jìn)行火焰矯正，方法是在大于90°這一側(cè)沿焊角根部靠近腹板處用火焰均勻加熱，可反復(fù)進(jìn)行直至角度樣板檢查合格為止。加熱區(qū)箱形梁中有人孔的隔板在焊后易發(fā)生扭曲，主要是焊接應(yīng)力所致，矯正方法是，沿焊縫火焰加熱，逐步釋放應(yīng)力。零部件矯正合格后即可進(jìn)行下道工序。

4．3嚴(yán)格零部件的組裝配工序

將箱形結(jié)構(gòu)底板平鋪于平臺(tái)上，鋪平并用鋼卡扣固定在地梁上。然后，確定各零部件定位尺寸線。先將構(gòu)件的中心線在底板上劃出，然后以中心線向外分別標(biāo)出腹板、隔板定位尺寸線，隔板之間加1mm～1.5mm的焊接收縮余量。工序檢查合格后，開(kāi)始組裝隔板。組裝時(shí)，要確保隔板與腹板頂緊。隔板組裝定位后，應(yīng)檢查，正確無(wú)誤后，開(kāi)始裝配另外一側(cè)的腹板。裝配前，在腹板上劃出中心線及各隔板的定位線，再將腹板吊裝就位到底板上的腹板定位線處(注意要多設(shè)幾個(gè)吊裝點(diǎn)，以免腹板發(fā)生局部硬彎)。將底板與腹板中心線對(duì)齊后開(kāi)始定位，要注意定位的順序，必須從構(gòu)件中心向兩長(zhǎng)度方向同步定位腹板和隔板。組裝頂板時(shí)，先在頂板上劃出中心線及腹板位置線，然后組裝就位，待整個(gè)箱形梁組裝成型后，檢查箱形斷面尺寸及構(gòu)件的長(zhǎng)、寬、各面對(duì)角線，其中對(duì)角線差值不大于4mm。各幾何尺寸合格后，在焊接前，要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行整體加固。

首先將箱體內(nèi)板單元和加強(qiáng)T型鋼組對(duì)，然后將組焊好后的T型鋼組對(duì)到板單元上，焊接完畢后并矯正板單元。箱形結(jié)構(gòu)的組對(duì)順序(見(jiàn)圖3：箱形結(jié)構(gòu)組裝順序圖)：T型鋼①→箱體底板②→箱體翼板③→橫向加勁隔板④→箱體翼板⑤→箱體頂板⑥→T型鋼縱向加勁板。

箱體翼板與隔板組對(duì)時(shí)，每隔1m復(fù)核1次對(duì)角線尺寸，確保組對(duì)產(chǎn)生的誤差在允許范圍之內(nèi)；T型鋼組裝前將T型鋼翼緣板的定位中心線和裝配邊線劃好。打上樣沖眼，在組裝架上進(jìn)行組裝。組裝時(shí)采用手工電弧點(diǎn)焊定位，定位焊縫高度2~3mm，點(diǎn)焊長(zhǎng)度50mm左右，間距200~300mm為宜。

4.4控制焊接變形

4.4.1焊接順序

設(shè)計(jì)合理的箱形結(jié)構(gòu)焊接順序 (見(jiàn)圖4：箱形結(jié)構(gòu)焊接順序示意圖)，有利于控制箱形結(jié)構(gòu)的焊接變形。

4.4.2焊接技術(shù)控制

箱體四條主焊縫的焊接嚴(yán)格按焊接規(guī)范及焊接技術(shù)規(guī)程的要求施焊，焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊打底，埋弧自動(dòng)焊填充蓋面。背面清根后采用CO2氣體保護(hù)焊焊接，在焊縫的兩端設(shè)置引弧和引出板，其材質(zhì)和坡口形式和焊件相同。埋弧焊的引弧和引出焊縫應(yīng)大于50mm。焊接完畢后用氣割切除引弧和引出板，并打磨平整，不得用錘擊落。為減少焊接變形，箱體的四條主焊縫焊接順序始終保持一致。

橫向加勁(橫隔板)與板單元 (翼緣板、腹板)，縱向加勁 (T型加勁)與橫向加勁 (橫隔板)的連接采用CO2氣體保護(hù)焊接與手工電弧進(jìn)行焊接，采取四人同時(shí)在四個(gè)方向施焊，減少焊接過(guò)程中受熱不均產(chǎn)生的變形。

針對(duì)板單元所產(chǎn)生的焊接變形主要為收縮變形和角變形的問(wèn)題，收縮變形采用預(yù)留焊接收縮余量的方法進(jìn)行解決，長(zhǎng)度方向按5/10000進(jìn)行預(yù)留(預(yù)拼裝時(shí)長(zhǎng)出部分采用半自動(dòng)切割機(jī)割除)，寬度方向每個(gè)接口預(yù)留1mm。

5結(jié)束語(yǔ)

總之，大型箱形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作盡管工藝復(fù)雜，但有章可循。主要控制關(guān)鍵零部件的幾何尺寸，如隔板、腹板等，其次是組裝配順序和焊接矯正順序。在箱形結(jié)構(gòu)制作過(guò)程中遵循正確的施工工藝，對(duì)箱形結(jié)構(gòu)的制作質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。