钢管柱安装及焊接变形质量控制技术探讨论文_文琳清

钢管柱安装及焊接变形质量控制技术探讨论文_文琳清

广州珠江工程建设监理有限公司

摘要:对通过对高层建筑的叠构柱施工工艺的关键技术重点、难点进行全面技术研究分析,以及介绍实际采取的有效监测措施,并总结在监测过程的体会。

关键词:钢管柱、变形、监测

1.工程概况

某项目为以办公为主导,融合底层商业街铺的大型综合商业体,总用地面积约3.9万㎡,总建筑面积327578㎡,其中地下室面积107357㎡,地上建筑面积220221㎡,包括二栋办公塔楼(A-2栋33层,150m;A-1栋53层,250m),五栋创意写字楼(5层约24m),一栋公寓(15层,60m)。

2.钢管柱监控要点分析

钢管柱具有构件大、混凝土强度高,钢管长度大等特点,从而造成钢管吊装到位及柱内混凝土浇筑困难,需要对钢结构深化设计、加工、预埋件施工、钢管柱吊装、焊接及管内混凝土浇筑采取科学合理的监控,确保钢管柱施工质量合格,其中最关键一环节就是焊接过程中的变形控制。

3.钢管柱安装监控要点

工艺流程:安装埋设预埋件及柱脚螺栓→检查预埋件标高及水平度→安装柱脚段,将钢管柱焊在柱脚上→验收现场焊缝→焊接并验收→逐段安装上段→找正→焊接并验收→成品检验→交工验收。

钢管柱安装控制要点:

1)钢管柱的制作质量和焊缝质量很重要,因此,须委托一个有经验、有能力的制作安装单位以及资质信誉过硬的检测单位。

2)钢管柱的安装过程中,要注意垂直度的检测。须每层利用吊线锤方法或者经纬仪两面测量去校核钢管的轴线有没有偏离。对于偏离的柱子,要及时作出调整。

用2台经纬仪在相互垂直的两个方向观测,为方便观测,先行安装角部钢管柱。观测时,经纬仪对中于柱轴线,十字竖丝对准柱脚处柱外边线点,观测者由柱脚从下向上观测柱身母线,同时指挥安装人员调整顶拉杆,直至柱顶母线与经纬竖丝重合。另外,对接环缝焊接好后,卸去卡板,对柱身垂直进行复核,并做好垂直度偏差值记录,以便下次安装调整,防止出现累积误差。

3)工序要清楚按设计图样绘出柱位图,并按顺序编号,核对图样,确定每根柱的节点标高和节点做法,然后制订工艺方案及焊接工艺规程,指导施工。

4)加工好的钢管柱运达现场后,进行尺寸、外观的二次检验,符合要求方可安装。

4.钢管柱焊接变形误差问题分析

1)浇筑混凝土放大焊接变形累计误差

钢柱内灌注混凝土,独立钢柱混凝土浇筑产生振动,也会影响顶部自由端定位,放大焊接变形累积误差。混凝土浇筑工序穿插安排是重点。柱内混凝土浇筑作业的穿插应在框架约束或端口约束已经形成后进行。

2)焊接作业条件影响大

钢管柱高处焊接需要拉设防风围布、竖向拉设焊接用线等,焊接作业条件复杂。且广州地区地区天气炎热,夏令时气温高,在防风布内焊接作业时温度更达到近60 ℃,焊接作业条件十分恶劣,工人难免会怠慢对待。

3)长焊缝需要分段焊

长焊缝的变形控制不宜采用连续一次成型逐步退焊的方法施焊。施工中应设置防变形约束及实施分段焊工艺,控制收缩量。

4)厚板变形需要加强控制

厚板焊接变形控制需要制定合理的焊接工艺及顺序,明确预热及层间温度控制、分层多道焊缝清理、箱型拐角搭头长度等。

5)可利用坡口间隙消除累积变形

累积变形误差应在钢柱安装后利用坡口间隙进行消除,构件加工长度应做负公差以预留可调空间。

6)不对称的焊接造成偏侧变形

钢管柱的现场焊接,应安排双人(当直径超大时应四人)沿管径对称焊接或分段焊接,避免因连续焊接而引起温度过高导致钢管柱偏侧。

5.钢管柱焊接变形控制探讨总结

(1) 焊接工艺选择

针对钢柱焊接施工特点,结合以往工程的施工监控经验和焊接技术水平,采用CO2气体保护半自动焊焊接工艺来完成钢构焊接。

(2) 采取焊前临时固定措施

钢柱对接端口设置临时连接耳板,焊前拧紧耳板螺栓进行对接口防变形约束。

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(3) 焊前预热及层间温度控制

焊前预热是保证焊接质量的工艺措施,预热应在焊接接头的坡口两侧进行,预热宽度应大于或等于1.5倍板厚,且单侧坡口宽度应不小于100 mm。

采用氧气与乙炔气体中性焰加热方法,焊接过程中层间温度应控制在90~200 ℃之间,焊接过程中使用红外线测温仪随时进行监控,当焊缝温度低于工艺要求时应立即加热,温度达到工艺要求后再焊接。每个单节点焊缝应一次连续完成,中途不得无故停焊。如遇特殊情况中途停止焊接,应立即对焊缝进行后热保温处理,当再次焊接时应对焊缝进行重新预热,预热温度应比焊前预热温度提高10~20 ℃[2]。

(4) 焊后保温处理

每个焊接接头焊接完毕应进行后热保温处理,后热保温方法与焊前预热方法相同,焊缝后热消氢处理温度必须达到250~300 ℃,并立即用双层石棉布包扎保温,保温时间为每25 mm板厚不小于0.5 h,且不少于1 h[3]。

(5)焊缝接头及搭接要求

为了减小焊接应力,焊接过程中必须采用匀速、窄摆幅、薄层多道的焊接方法,每层焊道的摆幅不能超过25 mm。特别是厚板、超厚板必须两人或两人以上匀速对称焊接,焊接时严格控制焊接线能量,每层每道的接头必须错开80~100 mm,并且每层每道的接头处必须用碳弧气刨或角向磨光机对焊接接头进行处理,确认接头处无焊接缺陷后再焊接。整个接头必须一次性连续完成,中途不得停止焊接。如遇特殊情况需停止焊接必须进行后热保温处理,当再次焊接时必须重新预热,预热温度应比首次焊接温度高10 ℃左右。

(6)减小应力集中与层状撕裂措施

先焊接收缩余量较大的节点,后焊接收缩余量小的节点。使应力得以有效散失,从根本上减少层状撕裂源。厚板、超厚板及箱型柱焊接时,均采取由两名或两名以上焊接速度相近的熟练焊工,匀速对称焊接,保持连续施焊。尽量减少碳弧气刨的使用量,碳弧气刨后,焊缝表面会有一层高碳晶粒,是产生裂纹的根本原因,必须用角向磨光机磨去表面的高碳晶粒,以免产生层状撕裂。同时应尽量控制焊缝余高减少应力集中,焊缝余高应控制在0~4 mm以内。后热及保温是防止应力集中、层状撕裂的关键,温度应控制在250~300 ℃[4]。每个节点焊接完毕,外观检查合格后,应进行后热消氢及保温处理,能有效消除焊接应力并保证扩散氢的及时溢出,从根本上解决由于应力集中及扩散氢含量过高而产生的层状撕裂。

(7)焊后坡口清理

每个节点焊缝焊接完毕,必须把焊缝表面的飞溅、氧化物、焊瘤等清理干净,使焊缝表面外观保持整洁、美观。并检查焊缝表面是否有夹渣、气孔、咬肉、未融合及凹陷等缺陷存在,如有上述缺陷之一存在,应用碳弧气刨或角向磨光机进行处理,确认无焊接缺陷后立即补焊,补焊过的焊缝接头应用角向磨光机或碳弧气刨修理平整,使焊补接头保持圆滑过渡。

(8)焊缝的检测

全熔透焊缝在完成外观检查,确认外观质量符合标准后,按要求进行超声波无损检测。对不合格的焊缝,根据超标缺陷的位置,采用刨、砂磨等方法去除,修补焊缝焊接与正式焊缝相同的工艺方法进行补焊,同样的标准核验。同一焊缝的修补不能超过两次。另外连接板和马板等切除后应进行磁粉探伤,确保母材不受损。

(9)焊接质量控制程序

坚持每道工序均进行自检、互检、专检三检制度进行严格控制。全熔透焊缝检验等级均按照美标全熔透焊接检测。通过以上焊接变形控制方法,整体无梁大堂钢柱群结构质量控制成果:1)收缩变形1.5 mm;2)扭转变形(单柱最大)2.5 mm;3)顶端平面定位变形差3 mm。

6.结束语

钢管柱施工具备一定的复杂性和特殊性,施工中根据工程实际情况分析,对每部施工工艺进行严格控制,通过制定其标准,控制本项目施工实践证明钢管柱施工的技术可行、安全可靠、确保进度目标,保证了施工质量和安全,且取得了良好的经济和社会效益,才能使钢管柱得到进一步发展利用。通过对高层建筑的叠构柱施工工艺的关键技术、难题的研究,形成技术标准文件,为业主的进度控制、质量控制服务。并组织技术交流会,提高全公司从业人员的技术水平,增强公司在行业的该项技术优势和竞争力。

参考文献:

《钢结构工程技术手册》(华中理工大学出版社出版)

《钢结构制作安装手册》(中国建筑工业出版社)

论文作者:文琳清

论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期

论文发表时间:2018/5/18

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