浅谈小箱型钢结构变形控制方法

浅谈小箱型钢结构变形控制方法

陈刚,陈学才,陈磊

中建新疆建工集团第一建筑工程有限公司 新疆 乌鲁木齐830000

摘要：近年来钢结构在建筑行业获得了极大的应用，但是焊接施工中出现变形，严重阻碍了钢结构行业更广泛的应用。众所周知，焊接技术要借助高温才能达成焊接效果，加热期间，要先达到焊接金属的熔点，之后再降到室温，从而完成金属的焊接过程。在升至熔点时，金属会急剧膨胀，但是周边却没有达到同样的温度，两者之间发生相互的融合，金属的焊接处就会因为膨胀不均出现变形，这种看起来在焊接中必然出现的现象，会大大影响工程的进度和质量，同时，钢结构的负载能力也会大大降低，因此，对于变形的原因进行探讨，并找到应对措施，就能使得工程的质量得到保证。

关键词：小型箱柱加工，变形控制；特点；内容分析

引言

随着大跨度超长结构、大空间结构形式公共建筑的出现，在机场项目的应用尤为显著，乌鲁木齐国际机场改扩建项目为自治区重点项目，各方关注度较高，对于结构物施工质量要求较为严格，且拥有大量钢结构施工，为保证项目保质保量完成，对于快速高质量完成小型箱柱的原因进行分析，从钢板施工全周期逐一制定解决措施，通过此项目实施经验为后续相关工程提供参考借鉴实际意义。

1  工程背景

乌鲁木齐国际机场北区改扩建工程航站楼项目位于乌鲁木齐新市区地窝堡乡乌鲁木齐国际机场内部，航站楼总建筑面积约50万㎡，包含航站楼、交通中心、停车库、跑道、滑行道、货运等配套设施。可满足年旅客吞吐量6300万人次、货邮吞吐量100万吨、年飞机起降44.6万架，飞行等级4F，建成后为西北地区最大综合性机场，全国第7大机场。

航站楼项目全长418m，建筑高度19.5m，总建筑面积79775.82㎡，为满足结构使用功能，主体纵向最大跨度228m，横向最大跨度为125.5m，为超长结构；

2  变形控制思路

总体控制思路是通过分析箱形梁柱制作过程的一些关键工序及作业点，从减少或控制箱形梁柱的变形方面进行研究，以求在实际作业时减少变形的发生，减少校正的工作量，进而保证箱形梁柱制作质量。

根据箱形构件特点及制作经验，我们经过分析总结，按以下的工艺原理来达到控制变形的目的:采用双侧火焰切割的方法，让钢板在下料或是开坡口时，两长直边同时受热，同时冷却收缩，减少两边的不平衡收缩，避免旁弯的产生;通过下料前的钢板拼接，让焊缝及热影响区充分自由地收缩，避免焊接应力的残留;采用顺序焊接（或是跳焊）的方法，减少焊接时的热量聚积，从而减少变形;通过在组立时的变形测量及校正，在前期消除变形因素，减少变形的叠加，避免后续工序的变形超限问题。

3  工艺原理

1、原材料下料时通过使用等离子智能数控切割机床，导入钢板下料排版图，在一张整板同时进行钢板的切割，避免钢板单侧切割时钢板左右受热不均匀发生形变；

2、制作钢板应力变形控制装置，将箱型柱固定在装置内，通过使用机械应力固定抵消焊接过程产生的热收缩形变应力，从而达到防止形变的目的。

3、改变焊接施工顺序，制定合理的焊接流程方案，在不影响整体施工周期的情况下，通过焊接热应力对称消除的方式，阻止钢结构板材发生热形变及侧弯。

4施工工艺流程及操作要点

4.1施工工艺流程

钢板下料→接板→钢板变形控制操作台制作→箱型柱组立→内隔板焊接及箱体校正→侧板及底板焊接→箱柱顶板焊接校正

4.2钢板下料

板材下料切割使用智能数控切割机床，首先绘制CAD钢板切割图，将钢板坡口在图中标出，将排版切割CAD图导入至数控电脑中，清除下料操作平台上的杂物，将钢板吊至平台，因箱型柱小截面较多，所以可将一块整板同时进行多块用料的切割，确保切口处左右两边同时受热且温度相同，此种方法会保证钢板下料过程中不会因受热不均匀而产生形变；

将下料过程中产生的焊渣消除；

对坡口以及坡口两侧20mm范围内的钢板进行打磨，确保割纹深度小于0.3mm，局部缺口深度1.0mm，对超标缺陷进行焊补打磨;

4.3接板

对于长度不满足使用要求的钢板进行接板，钢材接缝处需做坡口，以保证对接的牢固性；

4.4钢板变形控制操作台制作

首先准备两根截面为600*600*20mm，长1500mm的成品方管，横向摆放在地面上，间距为7500mm，方管上方纵向放置一根长15m的60型H型钢，作为做操平台的底座；

准备11块150*1000*20mm的钢板作为固定夹板，在钢板上方切割两个洞口，直径为20mm，距离顶部40mm，两口之间间距100mm，作为螺栓固定口，再准备11块150*300*20mm钢板作为可调节夹板，钢板上开洞间距与固定夹板尺寸间距相同，每块可调节甲板上焊接一块50*100*15mm卡板，作为固定件，将焊好的可调节夹板下端通过螺栓与固定夹板相固定，制作11个完整的夹板，将做好的11个夹板以1500mm的间距均匀排列在在H型钢梁左侧，通过焊接的方式固定在型钢上，所选用钢板材质为Q235B或以上。

型钢顶部根据夹板间距相同的部位设置固定垫板，规定垫板尺寸为150*400*12mm，垫板中间开洞作为可调节孔，固定在型钢顶部。根据箱柱尺寸焊接固定立板，背部做三角支撑，立板上焊接一个螺帽，调节把手通过螺丝松紧来加固箱柱，调节把手为600mm的螺杆，尾部做弯折处理方便人工操作；

立板与箱柱之间使用楔形垫块调节最后的松紧；

所有固定支座安装完成后，此装置制作完成，开始箱柱组立工作；

4.5箱型柱组立

将切割好的钢板放置在变形控制操作台上，根据图纸要求，选取整齐的一端划出封头板的基准线，以封头板位置线为基准线划出内隔板、工艺隔板的位置线;

先将内部横隔板根据位置点焊固定，再将侧板与底板点焊起临时加固作用；

4.6内隔板焊接及箱体校正

箱柱一侧使用螺杆向里不断收紧，确保钢板没有富余活动空间，顶部将右侧固定夹板扣在箱柱上方卡紧，使用楔形垫块不断向里嵌入，保证最后微调紧度满足要求；使用仪器测量侧板是否弯曲，如有弯曲情况发生，不断调节螺杆，固定完毕后开始将各个部位点焊牢固；

4.7侧板及底板焊接

将加固好的箱体吊至埋弧焊机机床上，将底板和侧板使用埋弧焊焊接牢固，两侧电流需根据是否在节点处进行调整，否则会出现焊缝不满的情况。

4.8箱柱顶板焊接校正

侧板及底板埋弧焊焊接后会发生小量的形变，箱柱垂直度及侧弯度此时达不到使用要求，因此再将箱体吊运至第二步操作架上，此处的操作架只将箱柱的固定牢固，然后使用仪器测量侧弯及垂直情况，不满足要求的部位使用液压千斤顶调节；

校正完毕后将内隔板焊接牢固，三检单位超声波探伤合格后，对箱柱顶板进行临时加固，再一次检查垂直度是否满足，不满足继续校正，校正完成后将顶板使用埋弧焊焊接牢固。

参考文献

1]袁蒙.石家庄开元广场箱形钢柱制作技术[J].科学与财富,2013

(12):51-54.

2]李文宝,曹开彬,高著海.四惠交通枢纽大型钢析架焊接技术[J].市政技术,2014(S1):136-138.

3]张保德.钢结构箱形公路桥梁板块的焊接及变形控制[J].工业建筑，2005(S1):790-792.

4]姜殿忠,张发荣,何志涛,等.复杂组合钢柱节点焊接工艺探究及应用[J].金属加工:热加工,2016(12):68-70.