谷尚波
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摘要:钢结构在建筑工程建设中应用比较广泛,自身强度比较高,并且就具有良好的塑性特点。但是就实际施工现状来看,在钢结构焊接时经常会因为截面与厚度因素影响,而出现变形累加问题,在加上施工材料与技术限制,将会在根本上限制结构框架施工效果。在进行施工优化时,需要就钢结构特点进行分析,确定变形原因,并基于此来选择合适的措施进行优化,本文就此方面内容进行了简要分析。
关键词:建筑工程;钢结构;焊接变形
建筑工程结构复杂程度不断提高,钢结构框架应用量也在不断增加,为全面提高工程建设效果,必须要针对常见的焊接变形问题进行分析,在确定变形原因的基础上来选择对应的措施进行优化,争取不断提高工程施工效果。造成钢结构焊接变形的因素很多,对于不同的原因,在处理时就需要有针对性的来选择对应的技术,消除存在的质量隐患。
一、建筑钢结构焊接变形分析
钢结构焊接为建筑工程施工中重要环节,但是受各项因素影响,很容易出现变形质量问题,必须要选择合适的措施进行优化。针对焊接残余对结构影响程度不同来进行划分,可以分为局部变形与整体变形两种;按照变形特征进行分析,则可以分为角变形、收缩变形、波浪变形、弯曲变形、错边变形以及扭曲变形等[1]。其中,角变形与波浪变形为结构局部变形,而建筑钢结构焊接变形大多为结构整体变形。想要有效改善钢结构焊接变形问题,就需要从实际情况出发,从整体角度来对各项因素进行分析,并基于此来选择合适的措施进行优化,并编制合理的方案对施工技术进行约束。
二、建筑钢结构焊接变形种类与原因分析
1.焊接变形种类
1.1角变形
角变形即钢结构在焊接后,构建平面围绕着焊缝所产生的角位移,是比较常见的一种质量问题,主要是因为沿着板厚方向出现了不同收缩变形量,并及时采取措施处理。
1.2纵向收缩变形
钢结构焊接施工后,观察轴向方向是否存在收缩变形,若存在即为将纵向变形,而如果在焊缝垂直方向出现收缩变形则为横向变形[2]。其中,结构焊接横向变形主要是因为焊缝肉熔点热膨胀影响较大,与周围低温金属产生冲击作用。
1.3波浪变形
波浪变形主要是因为薄板钢结构焊接施工时,受焊缝内应力影响,产生波浪形收缩变形情况。
1.4错边变形
建筑钢结构焊接施工时,经常会存在两件钢结构一同焊接的情况,这时如果两侧钢结构受热不均,很有可能会造成焊件在高度与长度上出现错位情况,影响结构施工效果。
2.变形原因
2.1焊接温度
如果焊接时温度控制不当,很容易出现变形质量问题,当温度达到金属熔点或者超过金属熔点时,会造成金属出现不同程度的膨胀问题[3]。这样对于不同的金属结构来说,会存在明显的不协调,形成不同程度的形变。另外,如果某类金属达到熔点膨胀后,金属结构本身会具有一个温度,对周围金属产生一定影响,一旦出现膨胀即形成焊接变形。
2.2结构材料
不同金属材料熔点不同,这样在一定的焊接温度下,就会对不同钢结构产生不同程度的影响,钢结构膨胀度存在一定的差别。对于不金属材料,其膨胀度过大或者过小,均会诱发钢结构出现焊接变形问题,对最终焊接质量产生影响。
2.3焊接顺序
不同部位的钢结构在焊接时所对应的顺序不同,如果顺序出现错误,极有可能会诱发结构出现焊接变形问题。钢结构焊缝承载力不同,当优先焊接承载力较小的钢结构时,较大的重量就会造成钢结构扭曲,形成结构焊接变形。
2.4结构刚性
在面对相同的承载力时,钢结构刚性越大则变形程度越小,因此在焊接施工时,还需要做好此方面的研究。施工人员应选择较大刚性的钢结构来承载较大的重力,选择较小的刚性结构来承载较小的重力,减少钢结构焊接焊接变形问题的产生。
三、钢结构焊接变形优化要点分析
1.结构设计优化
第一,焊缝尺寸与数量优化。面对钢结构焊缝数量比较多的情况,如果尺寸也比较大,则会使得钢结构输入热量增大,加大了结构焊接变形问题产生的概率。因此需要做好对焊缝尺寸与数量的控制,提高其设计合理性。第二,焊接方式选择。从焊缝尺寸与形状等方面进行分析,在保证结构具有足够承载力的同时,合理选择坡口形状与尺寸,最大程度来减少焊缝截面面积,对结构焊缝变形问题进行优化。第三,焊接操作简单。建筑钢结构框架数量众多,焊接工程量巨大,在进行施工时,不但要确保质量,同时还应尽量提高施工效率,因此在设计时还应做好操作便利性分析。即应尽量避免焊缝焊接位置处于仰面,在无法避免仰面焊接的时候,需要采取其他措施进行优化。
2.焊接技术优化
总结以往钢结构焊接经验,应尽量选择对称焊接的方式,尤其是对于刚度较小的结构材料,先行焊接焊缝很容易出现结构变形问题。因此焊接施工时要确保焊缝位置的对称性与均匀性,如果焊缝不对称,则应先行焊接焊缝比较少的一侧。对于部分结构在焊接完成后会出现角变形问题,应选择在焊接之前进行反变形的方式。在满足设计标准的情况下,焊接施工时应尽量选择纵向焊接与横向加强肋的方式处理。另外,对于T形接头板厚度比较大的情况,可以选择用开破口角的方式进行焊接施工。
3.钢结构材料优化
钢结构用途存在差异,则其所需承载重力也各不相同,这样在进行焊接施工时,就需要根据钢结构实际用途来选择相应的材料。并根据焊缝位置来选择合适的熔点金属,来完善钢结构焊接时,受承载力以及熔点等因素影响出现的变形问题。另外,在选好钢结构材料后,还应做好对焊接温度的控制,例如在焊接焊缝位置金属时,要最大程度降低对周围金属造成影响,并在焊接完成后迅速进行降温处理,避免温度过高使得周围金属结构产生变形。
四、建筑钢结构焊接变形控制实例分析
1.工程概述
以某建筑工程为例,其结构主要采取巨型框架、核心筒以及伸臂桁架抗侧力组合体系,结构主要材料为钢-混凝土,整个结构钢用量大约在1100t,具有构件重大、节点复杂特点,因此在进行焊接施工时,变形问题控制难度大,必须要编制严格的优化方案。
2.优化措施
2.1焊接工艺
对于厚板焊接施工,可以选择用多层多道焊接的方式,利用小电流来抑制钢结构的变形。注意在每次焊缝收头位置处理时,应熔至上一道焊缝顶端部位50mm左右位置,将两道焊缝错开大约50mm距离,避免出现接头集中的情况[4]。
2.2安装顺序
需要提高接点装配焊接顺序的合理性,如下图1所示,节点1,3现场焊接变形问题比较严重,在进行优化处理时,就需要线完成结构两端的焊接施工,然后在对腹杆连接进行焊接,最后进行中间螺栓的施工。另外,在对结构中间螺栓节点进行临时固定处理时,可以选择临时连接板包夹腹板与翼缘在临时连接板上选择长圆孔,或者开扩打孔方式处理,并投入一定量临时螺栓,缓解结构变形问题。最后对按照工程实际测量数据制作连接板结构进行替换,提高对节点施工质量的控制。
图1环带桁架与巨型柱连接
结束语:
面对建筑钢结构焊接变形问题,为提高工程施工总体效果,因此必须要对变形原因进行分析,并结合钢结构焊接施工特点,选择合适的施工技术,对每个环节进行优化,降低各因素对焊接效果的影响,避免出现变形问题。
参考文献:
[1]熊文.建筑钢结构焊接变形控制措施之初探[J].中国城市经济,2011,17:306.
[2]薛晓林.钢结构焊接变形控制措施研究[J].硅谷,2014,02:119+121.
[3]高传孝,李灵芝.浅析钢结构焊接变形的成因与控制策略[J].中国建筑金属结构,2013,10:6-7.
[4]程君.平台钢结构焊接变形控制措施[J].今日科苑,2009,04:81-82.