異形雙曲面管桁架制作工藝

康 猛,姜殿忠,陳 飛,張強勇

（1.江蘇中南建筑產業集團山東錦城鋼結構有限責任公司，山東淄博255100；2.湖北精工鋼結構有限公司，湖北武漢430311；3.徐州工程機械技師學院，江蘇徐州221116）

異形雙曲面管桁架制作工藝

康 猛1,姜殿忠2,陳 飛1,張強勇3

（1.江蘇中南建筑產業集團山東錦城鋼結構有限責任公司，山東淄博255100；2.湖北精工鋼結構有限公司，湖北武漢430311；3.徐州工程機械技師學院，江蘇徐州221116）

隨著建筑鋼結構行業的迅猛發展，工業廠房、體育館、展覽館、影劇院、機場航站樓等屋蓋的結構已不僅僅滿足于一般的功能，而是此前提下逐步向美觀、新穎、獨特的方向發展，跨度越來越大，外形由單一的平面規則形狀向復雜的三維空間造型邁進，工藝制作較傳統制作相比難度更大。以上海世博會西班牙館為例，針對曲面桁架的制作工藝進行簡要剖析、闡述，為類似構件的加工制作起引導和借鑒作用。

鋼結構；曲面桁架；制作工藝

0前言

近年來，隨著我國鋼鐵產量的不斷增長，鋼結構以其自身的優勢在建筑中所占比例越來越大，鋼管結構也取得較大的突破。鋼管結構的最大優點是能將人們對建筑物的功能要求、感觀要求以及經濟效益要求完美地結合在一起。鋼管結構中的管桁架結構以其外形美觀、三維空間立體效果新穎而備受人們青睞，但是由于曲面管桁架圓管管徑大小不一、桁架長短不定等多方面因素導致曲面管桁架在制作過程中難度加大。在此以上海世博園西班牙場館為例，對曲面管桁架的彎制方法及管桁架的制作過程進行剖析，為類似構件的加工制作提供參考。

1曲面管桁架彎制方法及其特點

（1）曲面桁架單根彎曲弧度的控制：利用大型水平彎管機能有效解決大弧度的圓管彎曲弧度。

（2）曲面部分桁架由于彎曲半徑小、圓管長度短，利用機械彎曲無法完成，應采取自制彎曲工裝設備用火焰熱彎方法進行彎制。

（3）曲面桁架的焊接熱變形控制：采用熱輸入

較小的高效焊接方法及合理的焊接順序，減小管桁架的焊接變形。

（4）對于超長構件的管桁架，由于運輸原因只能工廠分段制作和焊接，現場整體合攏焊接。

（5）分段管桁架在車間分段制作和焊接，應事先進行預拼裝控制及測量。

2技術控制方法

（1）曲面S型桁架的彎曲：曲率半徑R≥3m時，采用彎管機冷彎成型；曲率半徑R＜3 m時，采用火焰熱加工成型，再輔以胎架及加工檢測樣板保證彎管精度。

（2）管子對接焊接后有少量焊接變形，采用氧氣-丙烷火焰加熱校正，溫度控制在800℃以下。

（3）嚴格控制焊接順序。管子壁厚10 mm采用3層焊道完成焊接，管子壁厚20 mm采用6層焊道完成焊接，要求單面焊雙面成型，坡口45°預留間隙3 mm。

（4）采用六軸相貫線切割機可以有效保證相貫口的三維尺寸。

（5）制定合理的焊接順序及焊接工藝可以有效保證焊接質量，控制焊接變形。

（6）嚴格控制彎管時的火焰溫度，能夠有效保證彎管的弧度尺寸和熱影響區的母材物理性能。

（7）自主制作一種檢測模板，保證桁架預拼時的整體尺寸，有效保證現場安裝的一次成功率。

3施工流程及操作要點

3.1切割下料

（1）針對圖紙給定的尺寸開始相貫線切割下料，檢查下料后的零部件，復核下料尺寸，如圖1所示。

圖1 按圖紙加工下料現場

3.2彎管機圓勢

按照鋼管直徑選擇相匹配的壓輥，并對壓輥進行調整；按照圖紙給定的尺寸和弧度，用彎管機對圓管進行圓勢；在彎管過程中，利用自制模具對彎管的弧度進行檢查，將弧度控制在圖紙設計的公差范圍之內，如圖2所示。

圖2 檢查彎管弧度

3.3內外弦桿上胎架定位

（1）根據胎架底線制作胎架（見圖3），胎架模板宜設置在兩檔直腹桿之間，且必須牢固，兩檔胎架間距不超過1.5 m，胎模高度為0.6 m，不宜過高；如果因內外弦桿的管徑不同而形成高低差，須對管徑較小的一側弦桿加高胎模，以保證內外弦桿中心線水平度公差控制在±1 mm以內。

圖3 胎架制作

（2）吊上內外弦桿進行定位，定對地面基線，內弦桿加以板條固定，外弦桿暫不固定，為組裝斜腹桿留出活動空間，如圖4所示。

圖4 內外弦桿定位

（3）吊裝桁架內外弦桿間的直腹桿、斜腹桿。組裝斜腹桿時，因兩直腹桿間的斜線尺寸已固定，而

斜腹桿兩端均為相貫口，所以斜腹桿不易放入，此時須移動外弦桿以調節內外弦桿間寬度，待斜腹桿放入后，外弦桿再復位，進行點焊固定。

（4）檢查組對好的桁架，主要檢查曲率和各零部件之間尺寸以及整體尺寸，合格后進入焊接工序。

3.4焊接

以2010年上海世博會的西班牙展館工程為例，本工程管桁架材質以Q235及Q345為主，焊接方法采用氣保焊，焊絲為φ1.2 mm ER50-6。

對組裝完工的桁架進行定位固定并焊接，焊接按先后順序先內外弦桿對接縫、再焊直腹桿、最后焊斜腹桿，待正面焊接結束后，撤除定位并翻身進行反面焊接。焊接結束后桁架重新復位，如有變形進行火工校正，劃出余量并切割，做好現場焊定位標記。

（1）鋼管通過彎管機彎到一定弧面，拼裝成S形管焊接，采用標準板校正符合要求后，放地樣按1∶1裝配S形管與直管拼裝，焊接完成后要保證管子角度的正確性，平整度好壞會影響后續組裝。

（2）單面焊接雙面成型坡口形式。

適當切割修正管子的內口上下每一部位的坡口角度大于45°～50°，滿足熔透一級焊縫的要求，裝配時要對坡口內側進行打磨，裝配間隙控制在3mm，用碼板點焊固定管子，以三處固定（相對等分），管子對接采用同樣規格坡口45°～50°，間隙4 mm，板厚大于等于20 mm時，間隙5±1 mm；部分直管采用鋼襯墊焊接，如圖5所示。

圖5 焊接形式

（3）管子壁厚10 mm時，采用3層焊道完成焊接（見圖6a）；管子壁厚20 mm采用6層焊道完成焊接（見圖6b）；單面焊雙面成型，坡口45°，無鈍邊間隙3 mm。焊接時熔透坡口底部逐步向上勻速焊接，在準備停焊之前，焊速增快，減少填充量，使坡口停頓處形成一個大于坡口間隙的熔孔，便于在焊接部位冷態情況下重新起弧，保證反面焊縫熔透成型，確保焊接接頭熔透。

圖6 不同壁厚焊接

（4）對接焊縫適當修磨后，進行桁架組裝。組裝完全放在胎架上，保證水平基準面在尺寸校正定位后，安裝水平腹桿、斜腹桿，裝配形成一個剛性固定構架，隨后安裝柱底板。桁架栓在胎架上焊接時，為了控制焊接熱變形，應先焊一側的水平腹桿和斜腹桿，采用跳躍法，先焊1、3、5；后焊2、4、6，一側焊完后再焊另一側。用此焊接順序保證最小變形量，焊接順序如圖7所示。

圖7 桁架組裝焊接示意

（5）完成的管子焊接24 h后進行UT檢測，必須滿足GB11345標準的BI級要求。

（6）對于管板焊接，法蘭板是盲板，裝配定位用碼板固定（見圖8）；全位置焊接技術難度增加，在焊接時盲板的熱量需求量大，坡口前端薄容易熔化，鋼管坡口和盲板熔化需要的熱量不一樣，在焊接時電弧中心溫度和熔化金屬要偏向于盲板，從打底到蓋面都需要掌握此原則。焊接時運條兩邊停頓，盲板處要多停頓、給予充分熱量，且掌握好焊絲移動速度，焊縫表面平整或焊縫中間稍內凹為佳，便于多層焊縫的層間熔透，否則焊縫中間高兩邊低，兩側形成夾角就容易使焊縫內部產生缺陷，探傷合格率低。

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Truss fabrication technology of curved pipe

KANG Meng1，JIANG Dianzhong2，CHEN Fei1，ZHANG Qiangyong3
（1.Jiangsu Zhongnan Building Industry Refco Group Ltd.，Shandong Jincheng Steel Co.，Ltd.，Zibo 255100，China；2.Hubei Jinggong Steel Strucrure Co.，Ltd.，Wuhan 430311，China；3.Xuzhou Construction Machinery Technician College，Xuzhou 221116，China）

With the rapid development of construction steel structure industry，roof structure of industrial workshop，stadium，exhibition halls，theaters，and airport terminal building，is not only required to satisfy general function，but on the premise of meet the requirements of general function，gradually to develop in the direction of beautiful，novel，unique，span is more and more big，the rules of appearance by a single plane shape to the complex three-dimensional modelling，compared with the traditional craft production. This paper mainly takes Spain pavilion as an example，in view of the surface truss makes a brief analysis and elaboration，to make a guidance and reference for the machining of the similar components.

steel structure；curved truss；making process

TG457.4

B

1001-2303（2016）11-0111-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.11.24

獻

康猛，姜殿忠，陳飛，等.異形雙曲面管桁架制作工作[J].電焊機，2016，46（11）：111-113+122.

2015-08-20；

2016-02-26

康猛（1982—），男，湖北宜昌人，工程師，學士，主要從事建筑鋼結構制作工藝、焊接技術以及焊接培訓方面的工作。