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塔楼框架箱形钢结构制作质量控制

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许昌钢结构质量控制

1.前言

韶钢一钢清洁生产节能降耗改建工程塔楼下部框架位于主厂房FG跨1/7轴至12轴线之间。其中,1/7轴至12轴的钢柱为框架柱,8轴至11轴间的钢柱为箱形柱,箱形下柱的截面尺寸为口1600mmX1500mm,上柱截面尺寸为口120.mmx1100mm。箱形柱在18.69m标高处的连接采用箱形梁,箱形梁的截面尺寸为□3300mmX1700mm(见图1)。其它框架柱间的连接采用框架梁,整个塔楼下部框架钢结构主要由箱形柱(8榀)、箱形梁(4榀)、框架柱(4榀)、框架梁(2榀)及柱间支撑组成(见表1:塔楼下部框架箱形柱、梁制作工程量统计),整个塔楼下部框架钢结构总重量约为1100t。

2.箱形梁及箱形柱简介

塔楼框架箱形柱、梁由底板、顶板、腹板、隔板、加筋板和翼板组焊而成。以长度11.00m箱形梁及29.15箱形柱为例(见图2:箱形梁、柱剖面图)。梁总长11.0m,高度 3.3m,总宽度1.7m,底板尺寸1099600mmX1700mmX34mm,顶板尺寸11000mm×1700mm×34mm,腹板尺寸1096000mmX3300mmX25mm,隔板间距为1.2m,板厚20mm,材质均为16Mnq,单条梁重39.5吨。柱总长29.150m,高度1.6m,总宽度1.5m,隔板间距为0.4~1.2m不等,板厚30~45mm不等,材质均为16Mnq,单条柱梁重81.5吨。

3.制作工艺流程

在钢结构制作工程中,大型箱形钢结构构件的制作工艺较为复杂。它既具有一般钢结构构件制作的工艺特点,又具有它独特的施工工艺。考虑到箱形柱重量大,长度长。并结合箱形柱+24.290m以下部分C40素混凝土浇灌施工的需要。箱形柱EAI~1、EA2~1、EA3~2、EA4×2、EA5X1、EA6X1共8榀箱形柱采取在工厂内分3段制作、整体预拼装、分段运输的制作方案。大型箱形钢结构构件的工艺流程和一般钢结构制作工艺流程一样,主要的工艺流程为:熟悉施工图纸→提出备料预算→进料(材料必须有合格证)→材料复验→号料→切割→矫正→机械加丁→零部件组对→焊接→矫正→成品组装→焊接→矫正→修磨→交工(同时整理好必要的交工资料)。

4.质量控制的措施

4.1严格控制零部件的下料、切割

4.1.1箱形梁的起拱

理论上起拱为圆弧线,但实际制作时不易进行,也没有必要,只需用折线代替弧线,每1m为一个起折点,对于一般箱形梁来说。折线与曲线对应点的误差不超过1mm,能达到设计要求。

4.1.2严格控制零部件几何尺寸

对大型箱形钢结构构件来说,隔板、腹板是控制整个箱形几何尺寸的主要部分。两腹板对应位置的宽度、起拱值,隔板的长、宽和对角线差对箱形的成型起着决定性的作用,也对其双向弯曲,整体起拱量的控制起着关键作用。因而在下料和切割工序中要确保尺寸的准确,并留足加工余量。以1:1放样后必须复核,确认无误后方可切割加工。在放样下料时,发现超标缺陷采用补焊及砂轮机修磨方法处理。为防止因温度不均引起旁弯,采用双头、多台自动切割或切割时每隔一段距离预留约20mm不割,冷却后手工切割预留点。切割后板料的外形尺寸及质量应符合设计及规范的规定,对不合格者采用火焰局部加热或机械矫正法进行处理,保证满足设计要求。

4.1.3合理设置焊接收缩量

由于焊接会使钢材收缩,下料时应根据大型箱形钢结构构件的几何尺寸和焊接量,在构件长、宽方向增加焊接收缩量,对箱形粱来说,长度方向每1.5m加1mm;宽度方向每一条纵焊缝(角焊缝和对接焊缝)增加0.5mm。

4.2矫正构件

4.2.1部件矫正

零件经组装焊接,形成部件,焊接后存在不同程度的变形,变形系焊接应力所致,故矫正时主要是对其进行应力释放。可用机械滚压及火焰加热方法矫正,可用乙炔烤枪沿盖板与腹板焊接区在盖板外表面进行火焰加热,加热要均匀,可反复进行,直至盖板平整。对盖板与腹板角度大于90°的一侧进行火焰矫正,方法是在大于90°这一侧沿焊角根部靠近腹板处用火焰均匀加热,可反复进行直至角度样板检查合格为止。加热区箱形梁中有人孔的隔板在焊后易发生扭曲,主要是焊接应力所致,矫正方法是,沿焊缝火焰加热,逐步释放应力。零部件矫正合格后即可进行下道工序。

4.3严格零部件的组装配工序

将箱形结构底板平铺于平台上,铺平并用钢卡扣固定在地梁上。然后,确定各零部件定位尺寸线。先将构件的中心线在底板上划出,然后以中心线向外分别标出腹板、隔板定位尺寸线,隔板之间加1mm~1.5mm的焊接收缩余量。工序检查合格后,开始组装隔板。组装时,要确保隔板与腹板顶紧。隔板组装定位后,应检查,正确无误后,开始装配另外一侧的腹板。装配前,在腹板上划出中心线及各隔板的定位线,再将腹板吊装就位到底板上的腹板定位线处(注意要多设几个吊装点,以免腹板发生局部硬弯)。将底板与腹板中心线对齐后开始定位,要注意定位的顺序,必须从构件中心向两长度方向同步定位腹板和隔板。组装顶板时,先在顶板上划出中心线及腹板位置线,然后组装就位,待整个箱形梁组装成型后,检查箱形断面尺寸及构件的长、宽、各面对角线,其中对角线差值不大于4mm。各几何尺寸合格后,在焊接前,要对构件进行整体加固。

首先将箱体内板单元和加强T型钢组对,然后将组焊好后的T型钢组对到板单元上,焊接完毕后并矫正板单元。箱形结构的组对顺序(见图3:箱形结构组装顺序图):T型钢①→箱体底板②→箱体翼板③→横向加劲隔板④→箱体翼板⑤→箱体顶板⑥→T型钢纵向加劲板。

箱体翼板与隔板组对时,每隔1m复核1次对角线尺寸,确保组对产生的误差在允许范围之内;T型钢组装前将T型钢翼缘板的定位中心线和装配边线划好。打上样冲眼,在组装架上进行组装。组装时采用手工电弧点焊定位,定位焊缝高度2~3mm,点焊长度50mm左右,间距200~300mm为宜。

4.4控制焊接变形

4.4.1焊接顺序

设计合理的箱形结构焊接顺序 (见图4:箱形结构焊接顺序示意图),有利于控制箱形结构的焊接变形。

4.4.2焊接技术控制

箱体四条主焊缝的焊接严格按焊接规范及焊接技术规程的要求施焊,焊接采用二氧化碳气体保护焊打底,埋弧自动焊填充盖面。背面清根后采用CO2气体保护焊焊接,在焊缝的两端设置引弧和引出板,其材质和坡口形式和焊件相同。埋弧焊的引弧和引出焊缝应大于50mm。焊接完毕后用气割切除引弧和引出板,并打磨平整,不得用锤击落。为减少焊接变形,箱体的四条主焊缝焊接顺序始终保持一致。

横向加劲(横隔板)与板单元 (翼缘板、腹板),纵向加劲 (T型加劲)与横向加劲 (横隔板)的连接采用CO2气体保护焊接与手工电弧进行焊接,采取四人同时在四个方向施焊,减少焊接过程中受热不均产生的变形。

针对板单元所产生的焊接变形主要为收缩变形和角变形的问题,收缩变形采用预留焊接收缩余量的方法进行解决,长度方向按5/10000进行预留(预拼装时长出部分采用半自动切割机割除),宽度方向每个接口预留1mm。

5结束语

总之,大型箱形钢结构构件的制作尽管工艺复杂,但有章可循。主要控制关键零部件的几何尺寸,如隔板、腹板等,其次是组装配顺序和焊接矫正顺序。在箱形结构制作过程中遵循正确的施工工艺,对箱形结构的制作质量起到决定性作用。