摘要：弧形钢板加强型工字型钢梁施工技术通过在工字型钢梁腹板处设置“L”形抗力板，抗力板与工字型钢梁通过栓焊结合连接；在相对设置的两个抗力板和工字型钢梁上翼缘之间布置弧形钢板，弧形钢板顶部与上翼缘通过螺杆连接，端部置于抗力板上。由此，对工字型钢梁施加一个与其承受荷载相反的反向力矩，减轻工字型钢梁的变形及受力，提高整体强度。
关键词：弧形钢板；工字型钢梁；施工技术
Key words：Curved steel plate，I-shaped steel beam；Construction technique
1 前言
现有加强钢梁的主要方法是利用钢梁容易焊接的特点，在跨中设置侧向支撑或者加大原有构件的翼缘和腹板厚度等。前者通过在工字钢梁跨中设置中间加劲肋或者支撑加劲肋，设置较多的加劲肋焊接施工难度较大，对工字钢梁也具有一定的影响，耗材较多；后者则不适用于荷载变化比较大的情况。针对上述情况开发弧形钢板加强型工字型钢梁施工技术，有效的解决了上述难题。
2 工艺原理
2.1 弧形钢板加强工字型钢梁工艺原理
在工字型钢梁腹板处设置弧形钢板，并对弧形钢板施力，使其与上下翼板完全接触，再通过设置L形抗力板对弧形钢板的弧度进行锁定，同时采用螺栓及挡板进一步加固，由此弧形钢板对工字钢梁上下翼板产生一个与其承受荷载相反的反向力矩，使得加强型工字钢梁与普通工字钢梁在承受相同的外部压力产生更小变形，即具有更高的强度。弧形钢板加强型工字型钢梁结构如图1所示。
图1 弧形钢板加强型工字型钢梁结构示意图
2.2 在焊接前进行焊接工艺评定和焊接性能试验，确定施工过程中的焊接参数，确定焊接顺序及工序，采取先焊收缩量大的再焊收缩量小的焊接方法，最大限度减少焊接缺陷，选择合理的焊接设备，确保了焊接质量，提高了焊接速度。
3 施工工艺流程
弧形钢板加强型工字型钢梁施工工艺流程如图2所示：
图2 弧形钢板加强型工字型钢梁施工工艺流程图
4 操作要点
4.1 施工准备
1. 选择适宜的钢构件加工场地，绘制各施工环节轮廓，对可能影响施工操作及施工安全的物品进行彻底清理并制定、实施可靠的安全防护措施。
2. 编制详细的施工方案和施工进度计划。
3. 施工材料运送到现场后应摆放整齐，各种钢结构零部件按规格、类别分别存放，且应存放在干燥、通风的库房，不允许露天存放。
4. 根据钢结构形式、重量及现场实际情况，选择起重机械，且满足下列条件：所有起重机械额定起重量之和，必须大于被吊装的单件最大的钢构件重量。
4.2 工字型钢梁临时固定
1. 工字型钢梁临时固定前，应严格校验工字型钢梁的翼缘板、腹板的宽度及长度尺寸是否符合要求，同时，检查其结构表面有无锈蚀、油污等，若表面存在影响焊接施工的污染物，须进行清理，并保持表面干燥。
2. 工字型钢梁若存在垂直度偏差等现象，应先采用型钢调直机对上、下翼缘板平面度进行机械校正，达到相关规范要求。
3. 将工字型钢梁临时固定于钢支架操作平台上，钢支架根据工字型钢梁规格制作，如图3所示。施工采取多个操作平台、多根工字型钢梁同时加工的方式。工字型钢梁临时固定后，安排相关技术员进行安装检查，确保工字型钢梁底面及侧面与操作平台完全接触固定，以防在焊接操作时出现滑移，影响施工。
图3 工字型钢梁临时固定施工图
4.3 磁座钻机钻孔
钻孔时将钻头慢慢落下，直至顶针顶起，等待冷却液流出后方可打开电机开关，进行钻孔作业
4.4 抗力板焊接及螺栓连接
1. L型抗力板与工字型钢梁采用焊接连接及螺栓连接，其中抗力板与型钢梁接触面满焊，抗力板底板与型钢梁下翼板在焊接的基础上通过螺栓连接进一步加固。
2. L型钢板在工字型钢梁腹板两侧对称设置，焊接间距严格按照设计图纸要求。焊接前，应对焊接位置进行校验并标记，同时对抗力板及工字型钢梁进行预热，清除抗力板及型钢梁表面存在的锈斑、油污、氧化皮等，钢构件断面不能出现撕裂现象。
4.5弧形钢板螺栓连接
1.弧形钢板连接前，进行抗弯、抗拉性能检验，合格后进场安装[1]。
2.弧形钢板通过轻微变形卡入左右两块L型抗力板中，安装后，弧形钢板顶部应与工字钢梁上翼板相切，内断面与腹板完全贴合，不能有松动空间，并通过高强螺栓锚固。
4.6 挡板焊接
在抗力板与弧形钢板安装完成后，需在弧形钢板与抗力板接触点加焊挡板，防止在工字型钢梁受力过程中，弧形钢板因变形而侧移，从而降低型钢梁整体受力性能。挡板与抗力板须满焊连接，焊接过程中应始终保持挡板垂直，垂直度须达到《焊接结构的一般尺寸公差和形位公差》（GB 19804-2005）中的角度公差A级要求[2]。
4.7 工字型钢梁吊装
1.加强型工字型钢梁吊装前应进行构件质量检查和稳定性验算，变形、缺陷超出允许偏差时，处理后才能吊装，同时清除表面油污、泥沙、灰尘等杂物[3]。
2.工字型钢梁吊装至设计位置时，通过起吊机并借助地面辅吊点调整构件的安装角度，将工字型钢梁精确接入连接端，再利用高强螺栓临时固定，保证型钢构件的侧向及竖向稳定性。现场施工操作如图4所示。
图4 工字型钢梁吊装施工图
4.8 工字型钢梁螺栓连接
采用摩擦型高强螺栓，螺栓安装就位后，应立即进行校正、固定，使形成空间刚度单元。
5 效益分析
5.1 经济效益分析
本技术操作快捷，结构简单，较大幅度减轻工字型钢梁的变形及受力，保证了工字型钢梁结构的整体强度。一方面，通过提高单根工字型钢梁的受力能力，减少工程中工字钢的设置数量，节约钢材用量，从而降低工程总造价[4]；另一方面，相比与传统工字型钢梁，弧形钢板加强型工字型钢梁可大跨度设置，从而能提高场地的利用率[5]。
5.2 社会效益分析
采用弧形钢板加强型工字型钢梁技术施工时，钢构件采取地面安装、焊接，可大幅减少高空作业量，从而降低施工安全风险，且所采用的施工材料均为常规材料，取材方便，无污染，可免除对操作工人的身体危害和对环境的污染。采用本技术施工，大幅提高工字型钢梁结构性能的同时，施工简单，施工时安全可靠，该技术推进了工字型钢梁加固技术的进步，具有一定的社会效益。
6 结论
弧形钢板加强型工字型钢梁施工技术，适用于各种建筑结构、桥梁、车辆、支架、机械等所采用的工字型钢梁的加固施工，尤其适用于跨度大，且对强度和变形控制要求较高的工字钢梁加固施工。经过实际工程应用得到如下结论：
1 在工字型钢梁腹板设置多组弧形钢板，即对工字型钢梁施加一个与其承受荷载相反的反向力矩，减轻工字型钢梁的变形及受力，从而提高工字钢梁的整体强度。
2 弧形钢板两侧设置一组抗力板，抗力板呈“L”型，一端与工字型钢梁腹板焊接，一端与工字型钢梁下翼缘通过螺杆牢固连接，即可固定拱形钢板的位置，还可起到横向加劲肋的作用。
3 抗力板处设置挡板，可有效避免拱形钢板在施工过程中出现倾斜、偏移等问题。
4 工字钢构件现场焊接严格按焊接工艺要求的技术参数和焊接工序进行焊接，并最大限度地在地面进行，减少高空焊接量，提高了钢结构焊接质量。
参考文献：
[1] 惠存，曹万林，董宏英，et al. 底部加强型工字形钢管混凝土柱抗震性能研究[J]. 地震工程与工程振动，2013，04（01）：097-105.
[2] 魏振豹. 热轧普通工字钢对接焊缝连接加强钢板的选取研究[J]. 科技创新与生产力，2013（3）：91-93.
[3] 惠存，曹万林，王元清，et al. 底部加强型工字形截面钢管混凝土柱抗震性能数值分析[J]. 工程力学，2015，32（7）：88-94.
[4] 刘学春，林娜，张爱林，et al. 工字型双板装配式钢结构自复位-预应力防屈曲支撑：CN104005486A [P]. 2014.
[5] 陈华婷，迟啸起，黄艳. 正弦波形波纹腹板工字型钢板梁的抗剪强度[J]. 公路交通科技，2013，30（5）：38-46.
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论文作者:叶澄1,徐东明2,蔡小宝3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/19
标签：钢梁论文; 工字型论文; 弧形论文; 钢板论文; 抗力论文; 腹板论文; 螺栓论文; 《基层建设》2019年第6期论文;