鋼結構彎扭構件制作技術研究

◎王光 曹鳴習

鋼結構彎扭構件制作技術研究

◎王光 曹鳴習

如今現在建筑的造型越來越多變，常規的造型已經不能滿足大眾對建筑的需求。在現代建筑中，新型建筑結構和造型越來越來普遍，建筑的造型也變得越來越新穎，結構也越來越復雜。因此傳統的鋼筋混凝土結構無法滿足這種特殊的結構要求，所以只能由鋼結構工程來實現這一特點。本文就對鋼結構工程中彎扭構件的制作工藝進行了簡單的討論。

鋼結構彎扭構件加工及時是鋼結構制造業的高難度技術， 近幾年隨著計算機技術的普及，空間彎扭鋼結構制作工藝水平得到進一步提升，雖然鋼有計算機輔助，但是其制作工程存在著很多的難點，尤其是彎扭構件的制作更是鋼結構工程的一個重點和難點。

關鍵工藝

彎扭構件的裝配工藝。彎扭構件的裝配工藝環節是鋼結構彎扭構件加工的重要環節，在這一環節，首先需要明確彎扭構件的結構特點，然后根據特點在平臺上標出相關的投影線，且需要在控制點打上樣沖眼，然后按照投影線標注的位置和設計所提供的各尺寸控制點坐標來旋轉胎架。需要注意的是，要盡可能在保證裝配及焊接可操作性的前提下，降低胎架的高度。其次是下翼板就位，對下翼板進行檢測并且合格后，將其吊到胎架上，且需要保證各重要控制點和胎架相接觸。經檢測，重要控制點坐標全部合格，再對下翼板與胎架進行剛性固定。固定后，按照隔板下翼板上表面的噴粉線以及空間形位尺寸來對隔板進行裝配工藝。此時，下翼板就位后，裝配隔板與腹板，在組立腹板時需要以隔板作為內側靠模，而裝配外側的整體腹板和內側節點處腹板分段，通過線錘與地面投影點的吻合和水準儀對Z值的控制，調節實測重要控制點空間坐標與理論重要控制點空間坐標使其相吻合，從而進行腹板精確定位。以上工作全部完成后，需要進行整體裝配工作。為了減少焊接變形，提升制作速度，可以先牛腿小拼，經檢查合格后，再將其與構件整體拼裝到一起。

胎架。由于彎扭架構件幾何尺寸各不相同，因此必須對構件進行切割、放樣、制作，根據不同標高、彎度、角度等要求進行搭設各異的胎架，之后還需進行預拼裝，制作胎架費時費材料費場地為加工難點之一。

首先在平臺上劃出構件各控制點的投影點，用樣沖打出各定位點樣沖眼標識，用白色油性筆做出明顯標記。然后根據地樣線和控制點的高度搭設胎架，為保證胎架剛度，胎架使用的條料選用 25mm厚以上的條料。鋼結構胎架必須經過拼裝，在各部分預拼裝檢查合格后，再焊接。焊接時應注意焊接順序，一般應首先焊接中間節點，再向胎架兩端節點擴展的焊接順序，以避免由于焊縫收縮向一端累積而引起的節點間尺寸誤差。焊縫坡口的根部間隙大于標準值1.5mm以上，應按超標間隙值增加焊腳尺寸。但間隙大于5mm時應事先用堆焊和打磨方法修整端頭或在接口處堆焊焊道，以減少焊縫間隙。

下料。由于彎扭構件的各點空間三維坐標的至少要有兩個基本點變量的特殊性，就很難通過平面來表示，且對于指導生產實踐也有一定的難度，所以可以采用專業化的軟件來控制其精確度。

零件板可以根據深化圖的指示采用數控切割機下料，對零件板的寬度方向預留0余量，長度方向則按照零件板的長度留余量，每1m的長度設置1mm的縱向焊縫收縮余量；對于弧度大的零件板，可以在編程的時候進行分段，下料后在拼接成形；下料后對板件方向及時做標記，對于比較容易組裝的板件要快速辨別弧形板的方向。

板件成型。制作彎扭構件是一項復雜而重要的工作，而板件成型則是這項工作的一道極為關鍵的工序。本文結合了構件的特點和工廠設備的條件，在保障板件成型的精度和外觀的前提下，選用了強制成型、卷圓成型和火焰加工裝設備強制成型三種方式。

強制成型：適用于長度較長、彎度較小、板厚較薄的零件板，直接在工裝胎架上壓制到位，強制成型；

卷圓成型：適用于彎度較大的零件，要達到降低組裝難度，減少應力的目的，可以利用卷板機初步卷制，將零件的彎弧貼近加工要求的彎度；

火焰加工裝設備強制成型：適用于牛腿或者長度較短、彎扭較大的零件。

焊接與反彈變形的控制。由于彎扭構件是強制彎扭到位，所以構件下胎架后反彈變形是時有發生的情況，況且構件的形狀非常復雜多樣，焊接工藝和焊接順序不一，都會造成各種各樣的焊接變形，所以有必要對此作出合理的對策。

從焊接順序上進行規范化合理化控制。同時，構件組合焊縫的焊接盡量在胎架上進行，順序上按照先焊接彎扭較大的部位，后焊接彎扭小的部位的原則進行。如有部分焊縫需要進行翻身焊接，則可以在卸胎架后焊接，焊接順序及原則同上。

局部加熱退火法消除應力。在構件下胎架之前，盡可能的采用局部加熱退火法，以達到降低強制到位構件的應力高峰值的目的，并最終對構件下胎架后的反彈變形量進行有效控制。

嚴格控制焊接工藝。由于隔板與腹板的連接均采用了焊接處理，所以就需要對構件的焊接變形進行必要的控制措施，從焊接工藝上進行嚴格的把關與控制是最有效的辦法。首先，在焊接之前，對焊接區域內的水、油污、氧化皮等可能會影響到焊接質量的物質進行徹底的清楚，并對其進行打磨，露出良好的金屬光澤。而彎扭構件的焊縫大多數都是呈曲線起伏形，所以盡可能的使需要焊接的位置處于水平位置，如果無法翻身或受限于操作空間，可采用橫焊或立焊位置焊接，堅決不能采用仰焊位置焊接。同時在焊接時還要對焊接順序做合理的規劃，盡可能的采用對稱施焊的方法，避免構件的整體變形，降低焊接應力。

通過工程實例，我們總結出一套硬件設施有限的條件下制作彎扭構件的制造技術，通過以上對鋼結構彎扭構件的制作及精度控制的分析，我們可以制作出良好的彎扭構件，且制作精度高，工效較高，實施性強。

（作者單位：上海建工（江蘇）鋼結構有限公司）