鋼管桁架結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制分析

彭 沖

湖南省第四工程有限公司，湖南 長沙 410000

鋼管桁架結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量直接影響建筑工程施工質(zhì)量以及施工成本。在鋼管桁架結(jié)構(gòu)焊接中，變形問題比較常見，不僅會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)外觀，同時(shí)會(huì)對其使用性能造成不良影響，甚至導(dǎo)致焊件報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了提高鋼管桁架結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，有必要對具體的質(zhì)量控制措施進(jìn)行分析，以提高施工效率。

1 鋼管桁架結(jié)構(gòu)焊接工藝

1.1 焊前準(zhǔn)備

（1）鋼管桁架焊接施工技術(shù)要求比較高，要求焊工通過專業(yè)考試，并持證上崗。在焊接施工中，焊工必須嚴(yán)格依據(jù)焊接施工規(guī)范，遵守施工規(guī)章制度。

（2）焊工應(yīng)秉持認(rèn)真、負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，在鋼管桁架焊接施工中加強(qiáng)焊接細(xì)節(jié)質(zhì)量控制。

（3）在鋼管桁架焊接施工中，如果發(fā)現(xiàn)焊接構(gòu)件質(zhì)量不合格，則焊工可拒絕焊接，并及時(shí)通知相關(guān)負(fù)責(zé)人。

1.2 焊前清理

根據(jù)施工方案確定焊縫，對焊縫區(qū)域30mm范圍進(jìn)行清理，清除水、油污、銹蝕、油漆等。

1.3 焊前預(yù)熱

在鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接施工前，需提前預(yù)熱，根據(jù)焊接施工工藝試驗(yàn)確定預(yù)熱溫度。

1.4 鋼管桁架相貫線焊接

（1）如果鋼管桁架重量超載，則可在地面根據(jù)構(gòu)件質(zhì)量進(jìn)行分類，然后依據(jù)施工圖進(jìn)行組裝和焊接施工，在各段時(shí)間，均需應(yīng)用連接板進(jìn)行連接處理。在分組、安裝和焊接施工完成后，要求立即對焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，確保焊縫、焊接尺寸符合施工規(guī)定，再拆除連接點(diǎn)，采用吊車將構(gòu)件運(yùn)輸至安裝位置進(jìn)行焊接。

（2）在鋼管桁架拼裝施工中，必須對各單元尺寸結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性進(jìn)行控制，嚴(yán)格控制誤差，避免在高空拼裝過程中尺寸不準(zhǔn)確，進(jìn)而造成資源浪費(fèi)；在單元拼裝施工中，按照從中間向兩邊、從下至上的拼裝順序。在局部處理方面，先處理大管和主管，后處理小管和支管，降低變形率。拼裝完成后，根據(jù)施工規(guī)定標(biāo)號，劃分定位線。需注意的是，在單元拼裝以及焊接施工中，可將胎架作為施工平臺，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)形狀控制。

（3）在鋼管桁架拼裝方面，必須嚴(yán)格依據(jù)施工規(guī)定，盡量減小拼裝誤差。

2 工程概況

某乙級綜合體育館由體育館和游泳館兩部分組成，其中體育館包括體育館屋頂鋼桁架結(jié)構(gòu)、20.4m標(biāo)高樓面鋼結(jié)構(gòu)、21.2m標(biāo)高鋼結(jié)構(gòu)；游泳館包括游泳館屋頂鋼桁架結(jié)構(gòu)、14.7m標(biāo)高鋼結(jié)構(gòu)。體育館和游泳館效果圖如圖1所示。體育館及游泳館屋頂鋼桁架采用倒三角形空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)體系。體育館平面尺寸為92.1m×126m，游泳館平面尺寸為48m×72m，其他標(biāo)高層鋼結(jié)構(gòu)為熱軋或焊接H鋼結(jié)構(gòu)。體育館及游泳館屋頂鋼桁架材質(zhì)為Q420B鋼材，其他標(biāo)高層鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q345B鋼材。

圖1 體育館和游泳館效果圖

在該工程施工中，桁架與網(wǎng)殼跨度的范圍在72～84m，高度范圍為2～6m。很多桁架桿件的厚度比較小，因此容易發(fā)生變形，制作精度控制以及運(yùn)輸難度比較大。另外，中庭雙曲網(wǎng)殼以及倒三角鋼管桁架節(jié)點(diǎn)比較復(fù)雜，加工和拼裝難度比較大。

3 鋼管桁架結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制

3.1 安裝精度控制措施

（1）設(shè)計(jì)階段精度控制。對于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，需做好工藝評定分析。在加工前，采用Auto CAD軟件創(chuàng)建三維模型，然后將模型轉(zhuǎn)換為DXF文件，再輸入至WIN3D設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行計(jì)算分析，在獲得構(gòu)件角度、長度等參數(shù)后，即可輸入至PIPE-COAST軟件的切割數(shù)據(jù)單中，據(jù)此進(jìn)行切割和加工處理。

（2）拼裝階段精度控制。在構(gòu)件拼裝中，定位控制難度比較大，故在該工程施工中，各類構(gòu)件統(tǒng)一在工廠制作，然后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場拼裝和焊接。在此過程中，需根據(jù)施工方案做好定位處理，保證焊接精度。①對于鋼管桁架以及網(wǎng)殼架，均可在工廠預(yù)拼裝，要求對桿件、各節(jié)點(diǎn)之間的焊接縫隙以及桁架尺寸進(jìn)行檢查，同時(shí)根據(jù)安裝要求做好標(biāo)記，便于提高現(xiàn)場安裝效率。②在胎架安裝施工前，對施工場地進(jìn)行整平和硬化處理，根據(jù)計(jì)算設(shè)計(jì)符合拼裝要求的支撐結(jié)構(gòu)體系。③在將桁架結(jié)構(gòu)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場后即可焊接，如果天氣條件惡劣，需搭設(shè)防護(hù)棚。同時(shí)，在焊接過程中做好跟蹤測量，對焊接順序進(jìn)行調(diào)整，保證焊接質(zhì)量。④測量定位時(shí)，需利用三維坐標(biāo)進(jìn)行定位，以中庭雙曲網(wǎng)殼模型為依據(jù)，對胎架支撐點(diǎn)位進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時(shí)采用全站儀進(jìn)行跟蹤定位，保證桁架拼裝完成后節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)與模型坐標(biāo)保持一致。⑤對于屋蓋鋼管桁架，可在地面分段拼裝，然后進(jìn)行整體吊裝，對于每榀分段桁架與已安裝完成的結(jié)構(gòu)，需利用碼板做好固定處理，以保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2 焊接應(yīng)力應(yīng)變控制

（1）焊接應(yīng)力控制措施。在鋼管桁架焊接質(zhì)量控制方面，應(yīng)力控制的作用是有效減小應(yīng)力峰值，保證應(yīng)力分布均勻。對此，可采取以下幾種措施：①控制焊縫約束力。如果約束力比較大，則焊接應(yīng)力也比較大，因此應(yīng)盡量減小焊縫約束力，然后再焊接。在構(gòu)件拼裝完成后，采用碼板對主弦桿進(jìn)行臨時(shí)固定，相貫口處需預(yù)留間隙，使鋼管桁架處于自由狀態(tài)，然后進(jìn)行焊接處理。②調(diào)整焊接順序。部分節(jié)點(diǎn)位置焊接工藝比較復(fù)雜，需綜合考慮貫口形狀以及焊縫調(diào)整焊接順序。首先對收縮量、約束力比較大的焊縫進(jìn)行焊接，然后對收縮力及約束力比較小的焊縫進(jìn)行焊接。③合理應(yīng)用補(bǔ)償加熱法。在鋼管桁架焊接施工中，可能會(huì)出現(xiàn)冷裂紋，如果管壁厚度比較大，則應(yīng)提前預(yù)熱，降低裂縫發(fā)生率。④對于大尺寸構(gòu)件，可采用分段焊接施工技術(shù)，在焊接完成后進(jìn)行矯正驗(yàn)收，再拼裝焊接。

（2）焊接變形控制措施。在鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制方面，應(yīng)注意對于不同節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，需采用不同的焊接工藝，有效控制焊接變形。①采用合理的拼裝焊接順序。在該工程施工中，空間倒三角鋼管桁架拼裝和焊接施工順序如圖2所示。在實(shí)際施工中，需根據(jù)圖2中的編號拼裝腹桿并焊接，保證拼裝焊接施工順序科學(xué)合理。在中庭網(wǎng)殼片狀桁架拼裝焊接過程中，首先要做好上、下主弦桿定位，然后進(jìn)行拼裝和焊接。在拼裝焊接施工中，應(yīng)注意在標(biāo)準(zhǔn)水平面進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)拼裝。對于相貫口形狀、焊縫布置形式，必須保證對稱性，如果焊縫不對稱，則應(yīng)先對焊縫比較少的一側(cè)進(jìn)行焊接，再完成另一側(cè)焊接。如果管徑比較大，則可分段焊接，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況對焊接方向進(jìn)行調(diào)整。②碼板固定。在鋼管桁架焊接施工中，部分構(gòu)件在自身重力以及焊接應(yīng)力的影響下固定難度比較大。對此，需確定胎架固定位置并拼裝，然后利用碼板對夾緊固定位置，盡量避免出現(xiàn)焊接變形。③選擇適宜的焊接方式以及焊接工藝。根據(jù)焊接工藝選擇焊接方式以及焊接工藝參數(shù)，然后進(jìn)行焊接施工，嚴(yán)格控制焊接變形。

圖2 空間倒三角鋼管桁架拼裝焊接順序

4 結(jié)束語

文章主要結(jié)合實(shí)例，對建筑工程鋼管桁架拼裝焊接施工質(zhì)量控制措施進(jìn)行了詳細(xì)探究。在鋼管桁架焊接施工中，部分節(jié)點(diǎn)焊接工藝比較復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)要求，選擇適宜的焊材及焊接施工方式，同時(shí)對焊接工藝進(jìn)行評定分析，加強(qiáng)焊接應(yīng)力變形控制，進(jìn)而提高焊接施工質(zhì)量。