1、超長大直徑變截面圓管柱制作與安裝施工工法1 前言隨著建筑用鋼的逐漸加大,我國鋼鐵工業(yè)的蓬勃發(fā)展,建筑鋼結(jié)構(gòu)進入了一個快速發(fā)展的嶄新階段, 鋼結(jié)構(gòu)的型式越來越多樣化，鋼結(jié)構(gòu)的安裝難度愈來愈大，對鋼結(jié)構(gòu)的安裝要求也越來越高，技術(shù)含量也越來越大，新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備應(yīng)用越來約廣泛。國內(nèi)高層及大跨度建筑鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個較高的水平，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制作、安裝均已基本達到國際先進水平，要求我們結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點，選用合適的結(jié)構(gòu)形式，對于變截面大直徑鋼管結(jié)構(gòu)，我們在奧林匹克公園*鋼結(jié)構(gòu)工程中，結(jié)合工程實際，總結(jié)出大口徑直縫埋弧焊接工藝，形成了超長大直徑變截面圓管柱施工工法。2 特點2. 0. 1

2、 目前常用的鋼結(jié)構(gòu)圓管柱大多采用卷制的螺旋焊管或無縫鋼管，且均為等截面形式，不能滿足大跨度或高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的建筑、結(jié)構(gòu)要求，超長大直徑圓管柱施工工法就是根據(jù)目前我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的實際結(jié)合工程總結(jié)出來的圓管柱加工制作及現(xiàn)場安裝方法，對類似的工程有借鑒意義。2. 0. 2 圓管柱一般為外露構(gòu)件，對外觀要求高，加工制作難度大，鋼管為卷制直縫焊管，鋼管表面要求不得有明顯的凹面和損傷，劃痕深度不得大于0.5mm,對鋼管的不平度、圓度、坡口角度偏差等要求嚴(yán)格。鋼柱表面一般除做防腐外，僅刷面漆，對外觀的要求嚴(yán)，對鋼柱表面的平整度、圓度要求嚴(yán)。2. 0. 3 圓管柱長度長，單件重量重，一般均需要在加工廠

3、分成12m左右的分段，在現(xiàn)場組裝，要求不得看到焊縫，對焊接的要求高，安裝精度要求高，安裝難度大。2. 0. 4 上下支座為鋼結(jié)構(gòu)鉸支座、固定支座或鑄鋼節(jié)點支座，尤其是鑄鋼支座對鑄件的化學(xué)成分、力學(xué)性能、尺寸偏差、表面粗糙度等要求嚴(yán)格。2. 0. 5 圓管柱的連接方式圖2. 0. 5-11 直管間連接方式圖2. 0. 5-2 工廠管對接節(jié)點圖2. 0. 5-3 現(xiàn)場管對接連接2 直管與錐管連接方式圖2. 0. 5-43 上、下支座與錐管連接方式圖2. 0. 5-53 適用范圍該工法適用于大跨度鋼結(jié)構(gòu)、高層超高層鋼結(jié)構(gòu)等大型鋼結(jié)構(gòu)工程中：3. 0. 1 直徑較大（350mm1200mm）、管壁較厚

4、（12mm58mm）的鋼管或鋼管混凝土勁性結(jié)構(gòu)。3. 0. 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計受力要求較大、建筑截面大小及形狀要求。3. 0. 3 市場上沒有該截面的熱軋無縫無縫管。4 工藝原理4. 0. 1 根據(jù)工程實際及我國鋼鐵工業(yè)及加工企業(yè)現(xiàn)有水平，在鋼廠無縫管規(guī)格滿足不了要求的情況下，把熱軋鋼管變?yōu)榧庸S卷制直縫焊管，通過一系列焊接、矯正、輥壓等程序在加工廠生產(chǎn)出滿足工程需要的鋼管來。4. 0. 2 采用大口徑直縫埋弧焊接工藝，變截面大直徑鋼管通過在加工廠分為直管、錐管兩部分進行卷制：板材檢測銑邊預(yù)彎成型合縫預(yù)焊內(nèi)焊外焊超聲波探傷、X射線檢測擴徑水壓試驗超聲波探傷、X射線檢測平頭倒角稱重測長標(biāo)記出廠。5 工

5、藝流程及操作要點5. 1 圓管柱的制作工藝流程原材料進廠矯正，檢驗鋼管、錐管鑄鋼件下料、卷制尺寸檢驗開出坡口檢驗組裝鑄鋼件、管段焊接，矯正除銹，油漆構(gòu)件標(biāo)記包裝發(fā)運5. 2 圓管柱的制作要領(lǐng)5. 2. 1 錐管段加工 圖5. 2. 1-11 下料：按展開圖，合理排版后，數(shù)控切割下料。圖5. 2. 1-22 劃線：按上圖劃線，均布成16等分，注意留出對口處余量。3 壓制：使用油壓機按劃線壓制，每壓制一次用樣板檢查一次，使工件逐漸成形。4 去除工件余量，并氣割坡口，要求坡口表面平整，角度偏差5，鈍邊1mm。5 點焊：繼續(xù)壓制，直至工件成形，點焊牢固。6 焊接：使用埋弧自動焊焊接縱向焊縫。7 清理焊

6、縫表面，在焊縫附近打上焊工鋼印。8 探傷：對縱向?qū)雍缚p進行100%UT探傷，BII級合格。9 精整錐形。5. 2. 2 直管段直管段為卷制鋼管，我們主要控制了以下方面 1 原材料檢驗搖擺柱材質(zhì)為Q345B，厚度為25mm、35mm兩種。其質(zhì)量等級應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591和高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板YB4104-2000的規(guī)定。鋼材表面外觀質(zhì)量除應(yīng)符合現(xiàn)行國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定外，還應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)鋼材的表面有銹蝕、麻點或劃痕等缺陷時，其深度不得大于該鋼材厚度負(fù)允許偏差值的1/2。鋼材表面的銹蝕等級應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級GB8923規(guī)定的C級及C級

7、以下。鋼材端邊或斷口處不應(yīng)有分層、夾渣等缺陷。供應(yīng)方在供貨的同時，應(yīng)提供產(chǎn)品的質(zhì)量合格證明文件（包括鋼材、焊材的質(zhì)量證明書、焊縫超聲波探傷報告等），并做了原材有見證送樣復(fù)試。2 排版按詳圖中的分段尺寸，給出展開圖，每段直段僅允許縱向拼接一道焊縫，不允許環(huán)向拼接。3 氣割下料氣割下料的寬度允許偏差為3 mm，對角線差0.5L/1000mm（L為對角線長度）且5mm。4 銑坡口坡口表面要求規(guī)則、光潔并對稱。坡口銑削完畢，將距坡口邊緣20 mm區(qū)域內(nèi)的浮銹、氧化皮等異物清理干凈。5 預(yù)彎成型預(yù)彎時，應(yīng)準(zhǔn)備相應(yīng)規(guī)格的內(nèi)圓弧樣板，隨時使用樣板檢查鋼管彎曲程度，樣板不吻合間隙不得大于2mm。6 焊接縱向焊

8、縫焊接采用CO2氣體保護焊打底，埋弧自動焊蓋面，焊材為：ER50-6和H08MnA+SJ101(或HJ431)，在焊前焊劑必須烘焙。在焊接過程中，注意層間溫度的控制（不得超過250），層間焊道相互錯開，對層間徹底清理，發(fā)現(xiàn)缺陷及時返修。7 UT探傷焊接完成后，對縱向?qū)雍缚p進行100%UT探傷，BII級合格。8 在直段加工過程中，嚴(yán)禁管體被劃（摔）傷、電弧灼傷、壓坑、打磨過量等。圖5. 2. 2 圓管柱加工5. 2. 3 現(xiàn)場焊接1 本工程搖擺柱分為23段，柱與柱現(xiàn)場連接為坡口全熔透焊接。圓管柱焊接時，先用CO2半自動焊，焊到1/3板厚停焊（每層拐角錯位焊），割去固定夾具轉(zhuǎn)打底焊3層。改用CO

9、2半自動焊，焊至設(shè)計要求，焊接另兩側(cè)余下部分焊縫。先由兩名焊工分段焊接，由于耳板阻礙必須?；r，接頭處上下層要錯開，每道焊完要清除焊渣和飛濺物。如有焊瘤要鏟除磨掉，焊完1/3厚用氧-乙炔焰割去耳板，接著焊至坡口填滿。加強高要達到要求，焊接過程中要注意檢測和保持層間溫度。圖5. 2. 32 圓管柱對接焊接本工程所用鋼材截面大，鋼板厚，坡口深，需多層施焊，容易產(chǎn)生扭曲變形和裂縫，必須采用有效的措施來克服，對焊條、焊絲的干燥，工藝順序和方法，焊接溫度的控制，都有嚴(yán)格要求。本工程主要采用厚鋼板的手工電弧焊和半自動氣體保護焊工藝的特點、適用范圍、原理焊接工藝、材料設(shè)備、勞動組織、質(zhì)量檢驗。本工程選用手工

10、電弧焊和半自動CO2氣體保護焊的單v形坡口多焊道焊接。CO2氣體保護焊是用滾輪送絲機構(gòu)送給的焊絲通過導(dǎo)電嘴給電，在焊絲與母材之間產(chǎn)生電弧，來進行熔焊結(jié)合。3 焊接工藝焊接材料和焊接設(shè)備的技術(shù)條件應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，性能優(yōu)良。清渣、加熱、氣刨、打磨、焊條烘烤保溫、溫度測量等裝置應(yīng)齊全有效。焊條應(yīng)在高溫干燥箱中烘干，低氫型焊條烘烤制度為：焊條在高溫箱中加熱到360后保溫1.5h，再在高溫箱中降溫至110后移至保溫箱內(nèi)保存。使用時從保溫箱中取出應(yīng)立即放入100110的焊條保溫桶，并在2h之內(nèi)用完。剩余焊條則須烘干后才可使用，但焊條烘干次數(shù)不得超過兩次。電焊機的電壓應(yīng)正常，底線壓緊牢固接觸可靠，電纜及

11、焊鉗無破損，送絲機構(gòu)應(yīng)能均勻送絲，氣管應(yīng)無漏氣或堵塞現(xiàn)象。6 材料與設(shè)備6. 1 主要材料6. 1. 1 鋼材1 搖擺柱材料材質(zhì)采用Q345B。2 樓梯材質(zhì)為采用Q345B、Q235B。3 鑄鋼支座材質(zhì)為GS20-Mn5。原牌號（德國）GS-20Mn5，焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件DIN17182-1985，相當(dāng)于中國牌號ZG275-485H，焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件GB7659-1987。6. 1. 2 連接材料1 焊接材料1）手工焊接用焊條：Q235鋼采用低氫型焊條型號為E4315、E4316，應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)碳鋼焊條（GB/T5117）的規(guī)定。Q345鋼采用的低氫型焊條型號為E5015、E5016，應(yīng)符合現(xiàn)行

12、國家標(biāo)準(zhǔn)低合金鋼焊條（GB/T5118）的規(guī)定。2）自動焊或半自動焊采用的焊絲和焊劑，應(yīng)與主體金屬強度相適應(yīng)，且其熔敷金屬的抗拉強度不應(yīng)小于相應(yīng)手工焊條的抗拉強度。Q235、Q345鋼采用的焊劑、焊絲應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)熔化焊鋼絲(GB/T14957)、氣體保護焊用焊鋼低合金鋼焊絲（GB/T8110）、碳鋼藥芯焊絲（GB/T10045）、低合金鋼芯焊絲（GB/T10045）及低合金鋼藥芯焊絲（GB/T17493）的規(guī)定。 3）現(xiàn)場安裝焊縫要求圓管柱現(xiàn)場對接接口采用有墊板坡口全熔透焊縫，焊完后要求焊縫打磨與母材平。 鋼樓梯現(xiàn)場對接接口全熔透焊接。全熔透焊縫如不設(shè)襯板，則必須反面清根。4）焊縫等級一級焊

13、縫：圓管柱現(xiàn)場對接焊縫。三級焊縫：所有角焊縫。2 連接材料鋼柱與鋼柱現(xiàn)場對接臨時連接螺栓采用10.9級高強螺栓。6. 2 主要機具設(shè)備6. 2. 1 加工制作表6. 2. 1編號名稱規(guī)格數(shù)量備注1直流焊機ZX-5102交流焊機BX-500103CO2半自動焊X3-500PS154碳弧氣刨電源ZX-63035空壓機ZHK-10036剪板機QC12Y27多頭氣割機2500 x160028仿型氣割機OG2-15029數(shù)控切割機SXE-P210搖臂鉆床Z3080411端面銑床X912412調(diào)直機315T213油壓機250-1000T214埋弧焊機MZ1000815拋丸除銹機116噴涂機ZQL-2000

14、217遠紅外線烘干箱300-500218電焊條保溫桶1419電動角向砂輪100-15056. 2. 2 現(xiàn)場安裝表6. 2. 2編號名稱規(guī)格數(shù)量備注一工裝設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)安裝用鋼柱焊接平臺5套鋼結(jié)構(gòu)安裝用鋼柱爬梯約600m15套安全防護欄桿20只起重工專用工具箱2只氣瓶垂直運輸專用筐2套6只二大型機械設(shè)備塔吊H3/36BSP4臺汽車吊160t1臺履帶吊50t1臺三構(gòu)件安裝用吊索具、工具吊具卡環(huán)13t8只卡環(huán)3t10只卡環(huán)1t20只花籃螺栓1t12套索具鋼絲繩套12m長1.2吋3付6根鋼絲繩套6m長1吋4付8根鋼絲繩套9m長0.6吋6付12根鋼絲繩套12m長0.6吋4付8根鋼絲繩套3m長0.4吋10根

15、鋼絲繩套2m長0.4吋20根四工具倒鏈3t6臺螺旋式千斤頂10t4臺螺旋式千斤頂15t2臺扳手、撬棍、棕繩、手錘、線墜、角尺、靠尺、合尺、30m鋼尺、過眼沖子等若干對講機12臺五測量儀器全站儀GTS-111臺光學(xué)水平儀DS32臺電子經(jīng)緯儀DJ22臺六焊接、切割用設(shè)備機具CO2氣體保護焊機6臺500A直流電焊機2臺交流電焊機2臺空氣壓縮機2臺焊把線50100300m烤槍、割槍各2把氧氣乙炔表各4塊電焊鉗10把氧氣乙炔帶8*30各100m焊帽20只七小型電動工具坐式砂輪機1臺手電鉆3臺手砂輪10把無齒鋸1臺配件八氣動、手動工具若干扳手鉗子改錐風(fēng)鏟氣管九安全、消防專用設(shè)備安全防護欄桿400根安全帽2

16、0頂安全帶20條滅火器8個防火布100m2消防桶十施工用材料安裝用臨時高強螺栓100套高強螺栓3000套焊絲500kgCO220瓶氧氣40瓶乙炔20瓶7 質(zhì)量要求7. 0. 1 加工制作加工制作允許偏差：1 鋼管表面質(zhì)量應(yīng)符合GB50205-2001的要求，鋼材表面不應(yīng)有明顯的凹面和損傷，劃痕深度不得大于0.5mm，且不應(yīng)大于該鋼材厚度負(fù)允許偏差的1/2。2 圓管尺寸檢驗公差直管段的直徑和管口的圓度： D/500且不超過5mm。筒體長度方向不平直度：L/1500且不超過5mm。直段長度方向尺寸偏差： 0+3mm。直段接口處坡口角度偏差： 0+5。加工對接焊縫余高： 0+3mm,加工完成后要求磨

17、平焊縫。3 鑄鋼件組裝前須檢查部件的外形尺寸，劃出鑄件的中心線，以及銷軸孔中心線與鑄鋼件軸心線的垂直度。鑄鋼件絲孔檢查無誤后可以與鋼管進行組裝。4 整體組裝時，必須保證：鑄件底座與鋼管軸線的垂直度，偏差應(yīng)控制在D/500且不超過3mm；柱長度偏差應(yīng)控制在0+3mm；鑄鋼節(jié)點、錐段、直管段中心線同心；外形整修、清除焊疤、飛濺、并打磨光潔，包括外露切割邊緣。7. 0. 2 現(xiàn)場安裝1 在平臺上彈出搖擺柱的軸心線，以柱的軸心線為基準(zhǔn)可彈出鋼管的邊線，并以此做出靠山；將鋼管吊入胎架，用墊鐵加以固定后將鑄鋼件放到胎架上，注意控制接口的平齊；在鑄鋼件軸板孔與直管段連接板孔、鋼管軸心線同心的前提下，方可沿圓

18、周向進行均勻定位焊。2 錐管與直管相連處，打上定位耳板，調(diào)整對口位置后點焊。3 錐段與直段組焊時，注意將縱向焊縫相互錯開至少200mm。4 整體組裝時，必須保證：鑄件底座與鋼管軸線的垂直度，偏差應(yīng)控制在D/500且不超過3mm；柱長度偏差應(yīng)控制在0+3mm；鑄鋼節(jié)點、錐段、直管段中心線同心。5 為了保證轉(zhuǎn)動焊接時及堆放及運輸過程中發(fā)生碰撞，導(dǎo)致鑄件節(jié)點位置變化，將鑄件節(jié)點加焊固定架，同搖擺柱構(gòu)件一同發(fā)至安裝現(xiàn)場；6 焊接并進行適當(dāng)矯正后，對對接焊縫按焊接工藝要求進行UT檢查。柱身縱向拼接焊縫及環(huán)向拼接焊縫要求全熔透，質(zhì)量等級為一級，100%UT探傷，BII級合格。7 外形整修、清除焊疤、飛濺、并打磨光潔，包括外露切割邊緣。7. 0. 3 圓管柱焊縫表面處理要求圓管柱表面焊縫要求全部打磨至與母材表面平齊并圓滑過渡，肉眼不可見焊縫。7. 0. 4 圓管柱的驗收公差1 柱子的長度： 2.0mm2 柱身彎曲矢高： H/1500且5.0mm3 管面對管軸的垂直度： D/500且不超過3mm4 對口錯邊： t/10且不大于3.07. 0. 5 涂裝構(gòu)件應(yīng)進行噴砂除銹處理，除銹等級為Sa2.5級。圓管柱涂裝：以鑄鋼件下底