摘要：科技在不断的发展，社会在不断的进步，建筑行业的得到了快速的发展，随着建筑钢结构的迅猛发展，造型艺术的唯美态颇受青睐。尤其在场馆结构中，异形复杂多曲面结构不仅对构件精度要求较高，而且采用常规的方法加工较困难。以襄阳科技馆工程五边曲面异形箱体结构为例，从构件装配及焊接等方面着手优化工艺方法，系统控制构件的精度，保证构件的加工满足设计要求。
关键词：钢结构；箱体；焊接
引言
井架是摩擦式提升机的主要部件之一，其安装质量关系到整个提升系统的安全。目前国内多采用传统的单抱杆稳车起吊工艺安装大型钢结构箱体井架，虽然该工艺比较成熟，但存在施工设备多、占用场地面积大及井口施工作业时间长等缺点，因此，有必要寻求一种新施工工艺来克服传统工艺的缺点，从而实现井架的科学高效安装。
1程重难点
1.1复杂箱体构件和钢柱复杂节点的加工制作
1）钢柱结构板厚均较大，大部分板厚60～100mm，最大板厚达100mm。钢柱、钢牛腿焊接坡口均为全熔透焊缝，节点数量多，杆件角度变化大，组装精度要求高，大量的构件需要采用端部铣平、精密制孔，工厂组装焊接后的构件内应力大。2）钢柱与桁架、钢梁连接处，由于结构体系以及节点构造要求，节点受力较大且构造非常复杂，钢柱与上述部位连接的节点不管是外形尺寸、节点重量、还是复杂程度均是本工程最难处理的地方。钢柱与矩形连接节点处构造难处理且厚板焊接工作量极大，焊接变形难以控制；另外钢柱与上述部位的连接节点大部分属三超构件，加工制作还要考虑到节点的运输外形尺寸满足要求。
1.2安装现场布置
预设2台300t汽车吊和2台50t汽车吊位置，先将副斜架预置到起吊位置，再将主斜架预置到起吊位置并安装好主斜架底脚铰链，在主斜架侧挖设主起吊稳车和主起吊滑车地锚，为主斜架起吊提供主提升拉力；在副斜架侧挖设后扳稳车和滑车地锚，将稳车和滑车固定好。穿好主起吊钢丝绳和后扳钢丝绳，把主斜架各起吊点的吊车吊钩挂好，将2台300t汽车吊和2台50t汽车吊开到预设的位置，前期准备就绪。
1.3焊接残余应力的消减
由于厚板焊接多为封闭的箱形结构，焊接填充量大、应力相当集中；但高层建筑结构构件从制作到安装一般周期仅为15d左右，使得构件内大量的焊接残余应力无处释放。若构件的大量残余应力得不到释放，将会对构件的承载能力、抗疲劳强度产生极大的影响，易造成结构脆性断裂。所以，如何采取经济合理的工艺措施，来消除（降低）构件内的残余应力是本工程加工制作的一大难点。
2解决措施
2.1控制焊接变形和残余应力工艺措施。
a.本工程箱体部分板件之间存在自然坡口加上板厚较薄，自然坡口完全可以满足主焊缝的焊接质量要求，部分焊缝无需再开设坡口。b.采用多层多道焊接，严禁宽幅摆动焊接。该操作方法不仅对焊缝和热影响区组织有一定的改善作用，而且降低了焊接拘束度，使内应力均匀分布，避免施焊时因母材拘束力大而产生凝固裂纹。此外，在起弧和收弧时，要求每道焊缝接头应错开25～50mm，起弧应采用回焊手法，熄弧应填满弧坑。（2）由于构件外形轮廓为五边异形，为了便于各主板的摆放制作，部分腹板之间设计成“边碰边”的形式，此种设计存在一定缺陷会导致构件制作无真正意义上的轮廓尺寸，精度难以控制。c.控制热输入与冷却速度。焊接过程中焊接电流、电压及焊接速度等参数影响熔敷金属800℃～500℃的冷却时间，进而诱导氢致裂纹产生。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此焊接过程中适当提高热输入、增加t8/5冷却时间、减少冷裂倾向是保证构件焊接质量的关键。d.采取合理的焊接顺序。由于面板较薄，且内部隔板较多，在焊接前在隔板与内箱型内侧加设刚性固定支撑，防止在焊接隔板时箱型面板产生变形。箱形5条主焊缝非对称分布且箱形为曲面，采用两名焊工从中间向两侧同步对称退焊方法。该焊接方法能够有效地控制焊接变形，如图7所示。e.焊后变形矫正。通过下料、拼装、焊接等工序预防箱体变形，箱体整体焊接后可能发生轻微变形，主要采取火焰局部加热矫正。矫正时选用有经验的技师，矫正温度700~800℃，加热位置选择在变形最大处的对称两侧，先选择小火候对称加热部位，测量稍有效果后再一步步推进，同时在箱体上加设钢架及千斤顶或楔块固定增加外力，实践证明效果明显。（3）箱型面板板件下料及成型。①箱型面板在下料时不规则板件采用数控切割机进行下料，为了防止板件在数控切割时因不对称受热产生变形，在切割时留点切割，待数控切割完成后再采用手工割刀切开留点区域。②扇形弧形板件的弯弧。根据板件的移植信息，利用三辊卷圆机对扇形板件进行弧形卷制。板件上卷圆机时，确保卷圆及辊道的边缘线（或中心轴线）与板件卷圆线平行。
2.2应力消减
1、设计阶段1）复杂的节点能最大限度的解体成施工部件。2）各施工部件能最大限度的利用机械化设备进行组装。3）各施工部件在焊接时能最大限度的减少焊接拘束度。4）部件组装时各部件结合面尽可能为一个平面内，焊接时不存在二个方向且相互影响的焊接收缩变形。5）组成各部件的若因钢板厚度不同而需拼装时，其拼接缝必须贯穿钢板整个宽度方向，不可形成凹槽形的拼接缝。2、加工制作阶段1）提高零件切割精度。2）钢板切割后进行整平处理，及时消除热切割应力。3）提高部件组装精度，减小焊缝间缝偏差。4）部件组装焊接完成后及时消除焊接变形和焊接应力。3、焊接阶段1）扩大构件在焊接过程中自动焊和CO2气体保护焊的使用范围。2）根据本项目焊接工艺评定试验所确定的焊接工艺参数编制科学合理的焊接工艺文件，含施工顺序、每条焊缝的焊层与焊道的划分及每条焊道的焊接方向。3）箱型构件厚板焊接采用小角度坡口，以减少焊接热输入量及减小焊接残余应力。2.3安装过程及关键点控制启动2台300t汽车吊，把主斜架头部吊离地面0.2～0.5m后停止起吊，对各起吊关键点进行全面检查，确认无误后进行正式起吊。2台300t汽车吊将主斜架吊起，主斜架主起吊稳车同时启动，起吊速度要控制在适当范围，使各稳车钢丝绳保持半绷紧状态。当主斜架起吊到30°后，随着主斜架起吊角度的增大，逐渐增加主起吊稳车的拉力，使其跟随汽车吊起吊，以减少汽车吊的负荷，增加起吊的安全性。待主斜架起吊到位后，用2台主起吊稳车拉住主斜架。采用2台50t汽车吊把人员通过载人吊笼吊至主斜架的吊点处，将2台300t汽车吊的吊钩摘下。
2.4重型组装平台
为保证组装精度，特别是组装间隙的控制，必须采用专用组装胎架进行组装。根据构件、节点的外形特点、制作工艺要求，在重型平台上制作重型整体组装胎架。组装胎架上口水平度必须保证≯0.5mm，超差必须进行修正。
结语
本文对复杂箱型构件、钢柱复杂节点的加工制作、厚钢板的焊接质量、焊接残余应力的消减的解决措施进行了论述分析，总的原则是优化组装方法和焊接工艺，控制组装精度及焊接整体变形。
参考文献：
[1]GB50661-2011，钢结构焊接规范[S].
[2]刘子祥，戴为志.国家体育场鸟巢钢结构工程施工技术[M].北京：化学工业出版社，2011.
[3]戴为志，高良.钢结构焊接技术培训教程[M].北京：化工工业出版社，2009.
[4]戴为志，刘景凤，高良.建筑钢结构焊接工程应用技术及案例[M].北京：化工工业出版社，2016.
[5]GB50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范[S].
论文作者:王松
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/6
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