H型钢梁（精选九篇）
H型钢梁 篇1
国内外也已有不少学者对波纹腹板H型钢梁进行了不少试验研究和理论分析,若设计合理,波纹腹板屈曲强度可以达到钢材的抗剪屈服强度,材料利用率高,可以节约大量钢材[1],经济效益十分显著。据统计,波纹腹板H型钢的腹板用钢量一般仅占到整个构件的25%左右,甚至可低至4%,腹板高厚比可以达到600。[2,3,4,5,6]
但波纹腹板H型钢梁并非在任何条件下的力学性能都比普通工字钢梁要优良,倘若在实际工程设计时不注意使用条件,盲目采用波纹腹板H型钢梁将为工程埋下巨大的安全隐患。
1 计算条件
本文选用普通中等宽度翼缘工字钢梁和波折(纹)腹板H型钢梁作为算例,利用大型通用有限元程序ABAQUS进行建模分析。模型的位移约束条件:
(1) 梁端铰支,支座处节点无竖向线位移和绕轴线的转动约束;
(2) 设钢梁顶端加载点与加载设备可靠连接,无面外侧向位移。
本文算例取跨度为L=6000mm 的简支梁,在其三分点位置作用分别施加竖向集中力P,普通工字钢梁的截面取300 mm×200 mm×6 mm,钢材强度fy=345MPa。钢材的材料模型当作为参数输入ABAQUS时,还需要将名义应力-应变关系,转换为真实应力-应变关系。简支梁的计算简图及波折(纹)形状如图1所示。
2 计算模型
计算采用非线性有限元软件ABAQUS进行计算。钢材的材料模型采用理想弹塑性模型,为了避免两端铰支处的应力集中,在两端建立了两个刚性垫板来模拟梁端的转动铰支座,有限元模型及网格划分如下图2所示:
3 计算结果分析
图2给出的是普通工字钢梁和波折(纹)型钢梁破坏时刻的变形,其中红色代表350MPa。钢梁两端简支,在三分点出施加两个竖向集中荷载P。由图2(a)可以看到,普通工字钢梁腹板和翼缘同厚度,破坏时,翼缘已经发生了严重局部屈曲,但腹板还没有发生较明先的局部屈曲。由图2(b)可以看到在相同情况下的波折钢梁在破坏时翼缘发生了显著的局部屈曲,主要是由于波折处的钢梁受压翼缘分布在腹板两侧的宽度不等,一侧宽度远大于另外一侧,当受压翼缘没有可靠的防屈曲构造时,宽厚比较大的受压翼缘位置首先发生局部屈曲,进而引起波折钢梁的破坏。根据钢结构中关于受压翼缘宽厚比限制的规定[7]:undefined(当考虑截面部分塑性发展时),可取受压翼缘的厚度tf=15mm,则undefined,见图2(c)和(d)。由图2(c)可以看到,当普通工字钢梁的腹板较薄时,会发生腹板局部失稳的破坏形式,而相应波折腹板钢梁腹板发生了局部失稳破坏的现象,但局部失稳的长度范围明显小于普通工字钢梁的屈曲长度。
图3给出的是不同破坏形式时有限元分析的荷载(P)-跨中位移(()曲线。由图3(a)可以看出当钢梁发生受压翼缘局部屈曲失稳破坏时,相同情况下的波折腹板型钢梁的刚度和极限承载力要远低于普通工字钢梁,这是由于波折处受压翼缘在腹板一侧的宽度远大于另一侧,使得受压区翼缘的宽厚比远大于普通工字钢梁受压翼缘的宽厚比,所以使得钢梁的刚度和极限承载力远小于普通工字钢梁。由图3(b)可以看到,当钢梁发生腹板局部屈曲破坏时相同情况下波折腹板型钢梁的极限承载力远大于普通工字钢梁的极限承载力,而两者的抗弯刚度相差不大。这是由于波折腹板型钢梁由于波折的存在使得腹板的抗剪承载力和面外稳定性得到大大改善,因此在发生腹板屈曲破坏状态时,改用波折腹板型钢梁,可以在用钢量稍微增加的情况下大大提高钢梁的极限承载力。
4 结论
本文通过有限元方法进行了普通工字钢梁和波折(纹)腹板型钢梁在不同破坏形态下的力学性能分析,通过对比分析发现:当钢梁受压翼缘没有可靠的构造措施防止面外屈曲时,可能发生受压翼缘屈曲破坏和腹板屈曲破坏的两种破坏形态,而对于前者采用波折腹板型钢梁对钢梁的承载力和刚度不但不利,反而有害;当发生腹板屈曲破坏时,则可以考虑采用波折(纹)腹板型钢梁,在用钢量略增的情况下,可以大大提高钢梁的极限承载力。以上结论可为实际工程设计时提供一些参考。
摘要：本文采用有限元的分析方法,分别建立了实腹式工字钢梁和波折腹板H型钢梁的有限元模型。通过有限元分析对比,说明了普通工字钢梁与波折腹板H型钢梁的承载力、变形曲线的差异。分析结果表明,在钢梁上翼缘(受压区翼缘)无可靠约束时,盲目采用波折腹板H型钢梁可能会带来一定的安全隐患,在实际工程设计时应予以注意。
关键词：钢梁,波折腹板,有限元,分析
参考文献
[1]张哲,李国强,孙飞飞.波纹腹板H型钢研究综述[J].建筑钢结构进展,2008,10(4):31-36.
[2]张哲,李国强,孙飞飞.波纹腹板H型钢梁变形性能[J].建筑结构,2009,39(7):27-31.
[3]Hamada Masaki.Manufacture and manufacturing roll for H-shaped steel possessing corrugated at middle part of web:Japan,54107778[P],1981.04.13.
[4]Abbas H H,Sause R,Driver R G.Analysis of Flange Trans-verse Bending of Corrugated Web I-Girders under In-Plane Loads[J].Journal of Structural Engineering,2007,133(3):347-355.
[5]常福清,张文志,吴波.波纹腹板工字钢强度数值分析[J].钢结构,2005,20(2):4-7.
[6]宋建永,任红伟,聂建国.波纹钢腹板剪切屈曲影响因素分析[J].公路交通科技,2005,22(11):89-92.
H型钢除锈防腐施工方案 篇2
目录
目录.....................................................1 一．编制依据.............................................2 二．工程概况.............................................2
三、钢结构构件的防腐蚀保护作法...........................2
四、除锈涂漆的施工工艺...................................2 4.1、所有需防腐的钢结构均须按抛丸除锈工艺进行表面处理，2 4.2、抛丸用磨料：...................................3 4.3、喷砂除锈处理后的质量标准要求及检测：............3 4.4、注意事项：.......................................3
五、高压涂漆施工工艺。...................................4
六、施工过程中的注意事项。...............................5 6.1、抛丸作业注意事项：...............................5 6.2、喷丸作业安全注意事项.............................6 6.3、涂装作业安全注意事项.............................7 6.4、涂装作业防火防爆安全注意事项.....................8 6.5、仓库和油漆房内安全注意事项.......................9
中国化学第十一建设工程有限公司 一．编制依据
《建筑结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2002）《建筑结构设计规范》（GB 50010-2002）
二．工程概况
本建筑场地位于连云港市灌云区内；临港前大道与苏海路，场地现为厂区预留发展用地，地形平坦，交通便利。
建设单位：江苏斯尔邦石化有限公司
监理单位：南京扬子石化工程监理有限责任公司 施工单位：中国化学工程第十一建设有限公司
三、钢结构构件的防腐蚀保护作法
钢结构基层的除锈等级Sa2.5级，刷环氧富锌底遍35漆：2+35μm，第1遍灰色，第2遍红灰色；环氧云铁中间漆：1遍60μm，深灰色；脂肪族聚氨酯防腐面漆：2遍35+35μm，均为蓝灰色。
四、除锈涂漆的施工工艺
表面处理是否符合要求是防腐施工的成败关键因素之一,所以我 们防腐人必须严把这第一道关。
4.1、所有需防腐的钢结构均须按抛丸除锈工艺进行表面处理，中国化学第十一建设工程有限公司 将构件表面的氧化皮、锈斑、铁屑、防锈涂膜、油脂、灰尘和固体污染物等彻底除净。除锈处理等级达到设计要求的Sa2.5级。如工件表面有酸、碱、盐类等腐蚀物，可用清水冲洗干净后自然风干或用压缩空气吹干；喷砂前应首先检查钢材内外壁表面，确保钢材表面无焊瘤、飞溅、针孔、飞边和毛刺等。若与要求不符，则必须通过打磨加以清除，用清洁剂或溶剂将钢材内外表面的油漆、污垢清除干净。
4.2、抛丸用磨料：
采用铸钢丸与钢丝切丸第一次使用以7：3的比例混合，不得使用被油脂、氧化皮、油漆染污过的磨料。磨料直径要求在，<φ1.2mm，以后配比按9：1的比例使用。
4.3、喷砂除锈处理后的质量标准要求及检测：
喷砂除锈后的钢材内外壁除锈标准应达到GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中的Sa2.5级以上。粗糙度达到Ra40-80μm。即：除锈后呈现金属本色。表面无油脂、污垢等附着物。质量检测：可按GB8923-88标准中相应照片或样板进行目视比照，粗糙度采用塑胶贴纸法测量。
4.4、注意事项：
钢材的表面温度低于露点3℃时应停止抛丸作业，散落或回收的钢丸应用清洁高压空气吹净残留的尘灰后在使用。
中国化学第十一建设工程有限公司 设备初次调试合格并确定工艺参数并除锈达到标准，经监理、工程师验收后、形成“抛丸除锈工法”，以后抛丸除锈的要求严格按“抛丸除锈工法”要求进行。车间底漆的施工，第一遍底漆应在除锈完成2小时内施工，以防发生二次锈蚀，第一遍底漆施工前，必须压缩空气吹净工件表面。
五、高压涂漆施工工艺。
涂料开桶：开桶时，首先应将桶外的灰尘、杂物除尽以免混入漆桶内。开桶后若发现有结皮现象，则应将漆皮整块或分成若干块取出，而不能将漆皮捣碎混入漆中，以免影响质量。严禁使用不合格或变质的涂料。
搅拌：由于漆中各成分密度的差异可能会有沉淀现象出现，在油漆使用前须将桶内的油漆及沉淀物全部搅拌均匀后才可使用。
涂装施工采用高压无气自动喷涂工艺。无气喷涂涂料挥发性成份少，现场漆雾飞扬少，涂料利用率高，漆膜质量好，工作环境得以改善。调节高压无气喷涂枪头时,应将上下两支枪头的喷涂范围分布均匀，以免造成漆膜不均。喷枪不能停顿，以防喷出涂料在一处积累太多造成流挂。遇表面粗糙、边缘、弯曲处，应特别注意。在焊缝、切痕、凸出部位等，可用手工喷涂加补一道。对喷涂不能到达的隐蔽部位可用手工喷涂补充。喷射角度可控制在30°～80°之间，一般应避免正面喷射，以防漆雾反弹；喷幅可控制在30～40厘米左右，喷枪距工件控制30～40厘米左右，以减少漆幅搭接，保持一定的漆液冲击中国化学第十一建设工程有限公司 力，达到增强漆膜附着力的效果。潮湿气候、雾天、上一遍喷涂的涂层表面未完全干透、或涂装环境中扬尘过多时，涂装作业应停止。所有清洁完毕后2小时内且保证在清洁表面次生锈发生前完成第一遍底漆。在温度、湿度偏高时，清洁后应尽量缩短完成第一遍底漆时间间隔。
涂漆应按规定的漆膜厚度进行。高压无气喷涂是目前最先进的涂装方法，涂装速度快、均匀，又可获得厚膜。使用无气喷涂需要更高的技巧，喷枪与被涂物面应维持在一个水平距离上，操作时要防止喷枪作长距离或弧形的挥动。喷涂边、角、孔、洞及焊缝等部位，应在喷涂前用漆刷预涂一遍，以确保这些部位的膜厚。
漆膜厚度的控制，为了使涂料能发挥其最佳性能，足够的漆膜厚度极其重要。因此必须严格控制漆膜的厚度。用刷涂或滚涂每道漆膜较薄，其涂装道数至少要比高压无气喷涂的喷涂道数多一倍，才能达到所规定的厚度。施工时应按用量进行涂装，经常使用湿膜测厚仪测定湿膜厚度，以控制干漆膜的厚度和保证涂层厚度的均匀。按涂布面积大小确定厚度测量点的密度和分布，然后测定干膜厚度，未达到规定膜厚，必须补涂。每一遍涂漆后室外都要铺盖，防止二次污染。
六、施工过程中的注意事项。
6.1、抛丸作业注意事项：
作业人员应严格按照抛丸机使用说明书规定的操作程序和工艺进行操作，并设专人监护。未经培训和熟悉抛丸清理机作业的人员不得单独中国化学第十一建设工程有限公司 作业。
在设备运行时不得打开抛丸室维修门，抛丸机工作时，操作人员应远离抛丸器。
在抛丸器清理区内，必须保证地板清洁，不得有丸料存在，以防人员滑倒摔伤。
检修设备和电器元件时，应关闭相应的电源开关，并通知控制台操作员。在电压配电屏前安放“正在检修，不准送电”标牌。
6.2、喷丸作业安全注意事项
严禁酒后上班及疲劳作业；身体状况不好时应休息。严禁在喷丸机上进行焊接、磨削或钻孔。压缩空气压力过高会使喷丸机爆裂。因此，压缩空气的压力千万不能超过喷丸机规定的使用压力，防止发生伤亡事故。
开机前，检查机器是否正常，如发现异常及时维修，以免对机器造成损害。
喷丸作业时一定要穿戴好合格的防护用具。压缩空气造成的噪声对听觉有害，所有在喷丸作业现场的人员都要做好对眼睛和耳朵的保护。
喷丸前打开离心风机和照明灯，保证空气流通和充足的光线。检查各接头软管，喷嘴等磨损情况，确保各接处密封，所有配件完好无损工作可靠。喷丸时应先可靠地掌握好喷枪，再打开开关喷丸。喷丸时，喷枪始终指向工作表面，枪口切勿向人。人工喷砂前先要固定好待喷砂的部件，中国化学第十一建设工程有限公司 检查脚手架是否牢靠，如有高空作业要扎好安全带，防止发生人员坠落事件。
工作中细听机器是否正常、有无异响，如发现有异常及时停机维修，防止发生意外。
喷丸作业结束后，及时清理遗落到车间外部地面上的钢丸，防止人员滑倒摔伤
6.3、涂装作业安全注意事项
苯类溶剂中毒：在造血方面的损害是先有白细胞减少，后会使血小板和红细胞降低。易引起皮肤干燥、发痒、发红，使皮肤起泡，严重时还会使皮肤脱皮。
预防措施：加强涂装作业场地的自然通风设备；对于长期接触的操作人员，必须定期检查身体，以便及时治疗。
汽油溶剂中毒：长时间与汽油接触会使人的神经和血液受到损害，特别是与皮肤接触，会使皮肤干燥，并有刺激性疼痛，严重的会使人恶心呕吐与头晕目眩。
预防措施：改善工作环境，维护好涂装作业场地的通风设施，最主要的是要戴好 防毒口罩及面具。
胺类中毒：常作为环氧树脂漆的固化剂，易引起过敏性皮炎。
预防措施：在操作场地加强通风，并采取有效防护措施。一旦出现事故，应将中毒人员迅速抬离涂装现场，加大通风，使其平卧在空气流通的地方，严重者可实施人工呼吸，急中国化学第十一建设工程有限公司 救后送医院诊治。
喷漆和打磨作业人员一定要按要求带好防毒面具、护目镜等防护用具。在容器内作业，必须采取有效通风措施或戴通风面具。打磨除毛刺时，要戴口罩和防护眼镜，要经常检查锤柄是否牢固，对面不准站人。手提式砂轮必须有防护罩，操作者要戴胶皮手套。
在装配试车地点进行工作，要间隔一定距离。严禁在运转的设备上刷漆或喷漆。操作时，必须戴好口罩或面具
如有高空作业的，要扎好安全带，且挂至上方牢固处。
6.4、涂装作业防火防爆安全注意事项
1.4.1、生产和施工场地严禁吸烟，不准携带火柴、打火机和其他火种进入工作场地。涂装作业中，擦拭涂料和被有机溶剂污染的废物布、棉球、棉纱、防护服等应集中并妥善存放，特别是一些废弃物要存放在储有清水的密闭桶中，不能放置在灼热物体附近，避免引起火灾。在油漆作业场所10米以内，不准进行电焊、切割等明火作业。带电设备和配电箱周围一米以内，不准喷漆作业。
1.4.2、各种电气设备，如照明灯、电动磨光机、电气开关等，都应有防爆装置。要定期检查电路及设备、绝缘有无破损，电源盘漏电保护器是否正常，电动机有无超载，电气设备是否可靠接地等。
中国化学第十一建设工程有限公司 1.4.3、涂装作业过程中，尽量避免敲打、碰撞、冲击、摩擦铁器等动作，以免产生火花，引起燃烧。严禁穿有铁钉皮鞋的人员进入工作现场，不用铁棒启封金属漆桶等。1.4.4、涂装作业场所必须具备足够数量的灭火机具及其他防火工具，施工人员应熟练使用各种灭火器材。
6.5、仓库和油漆房内安全注意事项
1.5.1、油漆库房严禁烟火，油漆库必须具备足够数量的灭火器材。操作者应熟悉灭火器材的位置和使用方法。库房要放置消防器材“严禁烟火”标志
1.5.2、各种油漆、腻子、稀释剂等化学物品和汽油易燃物品，应分开存放，密封保存，要有专人负责，妥善保管，放在阴凉的地方。并明确标识。
1.5.3、汽油和有机化学配料等易燃物品，只能领取当班的用量。用不完时，下班前退回库房，统一保管。
1.5.4、工作结束后，应及时将各种漆类易燃辅料及棉纱、破布等清理集中，妥善存放。毛刷、喷枪、工夹具洗净，放回原处，不得乱扔乱放，更不能放在暖气管、烘干箱和电器等热源地方。
大跨度弧形H型钢桁梁制作工艺 篇3
关键词:大跨度 弧形H型钢 桁架梁 制作工艺
0 引言
随着我国铁路跨越式发展的需要,加大新建高铁、客专的建设力度势在必行,高速列车的检修、整备成为关系列车运行安全至关重要的环节,为了满足检修整备的要求,目前在国内主要大城市如北京、上海、广州、武汉相继建设了动车检修基地,随之会出现越来越多的大跨度弧形H型钢桁架梁结构形式的动车检修、整备库等大型钢结构厂房,本文通过对武汉动车段检查库屋架的制作工艺进行研究与探讨,为同类型的大型钢结构厂房的制作提供经验。
1 工程概况
武汉动车段检查库工程中的钢柱为焊接H型钢柱,钢梁为H型钢桁架梁,钢梁的上、下弦杆及腹杆均采用热轧H型钢。厂房横向分为4轴三跨,第一跨(AB跨)为17.5米,二、三跨(BC、CD跨)均为31.5米左右。本文仅介绍31.5m大跨度弧形H型钢桁梁制作工艺。
本工程难点在于如何解决如下问题:
1.1 重点控制上下弦杆的弯制以保证上下弦弯弧后的线形。
1.2 因桁架梁的各直、斜腹杆不对称,所以各个圆弧过渡节点也不相同,而且节点腹板规格多、数量大,需采取措施实现同种规格节点腹板的互换性。
1.3 圆弧过渡节点与各直、斜腹杆对接时需平滑过渡,防止出现折线状影响美观。
1.4 因桁架梁与钢柱连接接头为现场螺栓连接,需保证桁架梁上下弦螺栓孔群与钢柱柱头上下牛腿上螺栓孔群的位置偏差。
2 为解决上述工程难点,通过技术攻关,制定如下工艺来进行加工
2.1 审查设计图,按1:1绘制实体模型,找出设计不合理以及工艺上无法实现的问题,积极与设计单位沟通。
2.2 解决图纸疑问后,进行深化设计(包括构造设计和构造连接节点设计),根据放样图绘制各构件、节点的加工分解图,为保证焊接成型后各构件长度,上、下弦杆下料时应考虑焊缝收缩量。
2.3 深化设计完成后,编制工艺规程,包括焊接工艺评定和进行焊接时的加工设备及用以保证构件外观尺寸和焊接变形的工艺装备。
2.4 工艺规程编制后,各个工序均需严格按照工艺规程进行,并按下述工艺流程实施:预处理——下料——零部件加工——拼装——焊接——涂装——编号——出厂
2.4.1 预处理:为保证工程质量,全部采用喷砂除锈。①各弦杆先喷砂除锈、涂刷底漆,然后再进行组焊;②各弦杆交汇处圆弧过渡节点先进行组焊,然后再进行喷砂除锈、涂刷底漆。
2.4.2 下料:①H型钢下料:由于各根杆件长度均不相同,将各种长度、数量汇总后统一排料,用此种方法材料综合利用率可达到97%以上,可节省大量材料,降低成本。②圆弧过渡节点下料:a为实现圆弧过渡节点与各直、斜腹杆对接时的平滑过渡,制作圆弧过渡节点时将过渡节点与各直、斜腹杆对接处延长50mm,即弧形翼缘板两端各有50mm直线段,可以保证平滑过渡,达到美观效果。b圆弧过渡节点下料成翼缘板(弧形板先下料成矩形板再采用电动液压千斤顶顶弯成弧形)和腹板(异型板),然后将翼缘板和腹板组焊即可。c异型腹板制作:因各个圆弧过渡节点均不相同,节点腹板规格多且数量大,为满足下料精度和生产能力要求,采用AutoCAD对所有种类节点腹板精确放样后,再将放样图导入数控下料机的专业配套软件进行统一排版下料,既保证了节点腹板的精度和生产需求,又节省了大量材料。
2.4.3 关键部位制作:①上下弦杆制作:a弦杆弯弧:上下弦杆在拼装前均需弯弧,先利用AutoCAD放样,再利用液压冷弯技术对热轧H型钢进行顶弯,保证顶弯后H型钢的弧线度和平面度。b热轧H型钢顶弯后,根据设计要求将定尺型钢(12m)对焊成整跨上下弦杆长度后,再根据设计长度分段,可以有效避免某个节段接头过多而消弱构件承载力。②圆弧过渡节点制作:a各块钢板在进行组装时,先在平台上对每块钢板都设置定位工装、马板用以保证同种规格节点组焊后完全相同(在误差范围内),即可实现各个节点的互换性:b因圆弧过渡节点种类、数量较多,为避免出错,节点板组焊完毕后,必须做好编号标记。③屋架梁组装、焊接:a制作桁架梁的样板平台:搭设平台,使得各个节点与平台的接触点在同一水平面上,抄平后在平台上绘出设计轴线及各弦、腹杆的边线。b复核弦杆的曲率半径是否合乎设计要求,校正时仍采用液压顶弯,严禁火焰校正。c上、下弦杆对接后进行制孔,先精确划线定位,然后制作钻模,钻孔时每块钻模使用次数不得超过5次,防止钻模使用过多产生扩孔引起孔群偏位。d将各节点板点焊在桁架梁的上、下弦杆上,再连接各腹杆并进行定位焊。e设置各腹杆定位工装。f按照设计要求制作梁柱连接节点模型,并点焊梁梁、梁柱连接板。g将梁柱连接节点模型与梁段匹配,用节点连接模型上点焊的梁柱连接板做钻模,在梁柱、梁梁连接接头处钻孔,钻孔后拆下连接板,用铁丝与其相匹配的屋架梁绑在一起,以免在运输过程中发生混乱。h梁柱连接匹配及梁段各零配件定位无误后,在焊缝两侧焊马板,防止焊缝焊接时构件变形,然后将屋架梁进行全面焊接,焊接顺序如下:先焊各节点板与上、下弦杆的焊缝,焊接时需由多名电焊工同时、多点施焊避免局部温度过高而引起屋架梁变形。一面全部焊完后翻转焊接另一面。i焊接完毕后,对各屋架梁进行涂装、编号、出厂。
3 结语
武汉动车段检查库工程大跨度H型钢桁架梁采用上述方法制作,加工过程中重点控制弦杆弧度、节点外形、焊接顺序及质量,同时加大了焊缝超声波检测力度,成品外形和焊缝质量均完全达到设计要求,且各个节段外形尺寸偏差均控制在误差范围内,可实现互换性,为现场安装提供了便利条件;各个构件、节点均可批量生产,为保证施工工期打下了坚实的基础;提高了工效,同时节省了大量材料;为今后同类型工程提供了经验。
参考文献:
[1]中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册第200页.中国计划出版社.2002.
[2]图集编绘组.工程建设分项设计施工系列图集-钢结构工程.中国建材工业出版社.
[3]中国建筑标准设计研究所.多、高层民用建筑钢结构节点构造详图(01
SG519).
[4]中华人民共和国建设部.钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001).
H型钢梁 篇4
近几年来, 随着科学技术的迅速发展, H梁因具有优越的结构形式和良好的力学性能而成为钢结构的主要架构模式, 广泛应用于工业及民用建筑中。如工业建筑钢结构工程中的吊车梁、平台梁多为焊接“H”型梁, H型钢梁在制作过程中由于装配质量不好或焊接工艺、焊接顺序不当, 尤其是受热大均会发生一定程度的变形, 轻则需投入一定的人力、物力、工时进行修校;重则造成结构件报废。
因此, 在工业建筑钢结构制造中, 对焊接变形的控制是工程技术人员目标之一。
2 H形钢梁焊接变形的种类及原因分析
2.1 H型钢梁焊接的一般技术要求
工业建筑中钢吊车梁、高炉承重平台、平台梁、连铸平台平台梁多为H型, 根据其自身受力特点和使用要求, 在设计时, 腹板与上翼缘连接, 要求全长范围内开坡口焊接, 下翼缘与腹板连接在距端部L/8的长度范围内, 要求开坡口焊接, 焊缝等级为一级焊缝, 如图1所示。
2.2 H型钢梁焊接过程中的变形原因分析
H形钢梁焊接过程中产生焊接变形的根本原因是焊接热场的不均匀性, 在高温焊接区产生压缩塑性变形, 焊后该区要收缩, 而其他部位又阻止其收缩, 因而产生焊接残余应力和变形。由于焊接结构的焊缝分布不同等因素可产生收缩变形、角变形和波浪变形等, 在H梁结构中主要产生挠曲变形和角变形。
2.2.1 角变形
角变形发生的根本原因是横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布。焊缝面的变形大, 背面的变形小, 这样就造成了构件平面的偏转, 即形成翼板角变形。
T形接头的角变形包括两个内容:筋板与主板的角度变化和主板本身的角变形前者相当于对接接头的角变形, 对于不开坡口的角焊缝来说, 它的角变形就相当于坡口为900时的对接焊缝的角变形。而对主板来说, 它就相当于在平板上进行堆焊时引起的角变形, 即角变形的大小取决于压缩性变形的大小和分布情况, 同时也取决于板的刚度, 压缩塑性变形的大小与板宽度上的温度分布有关, 高温区越宽, 变形量越大, 压缩变形越大。塑性变形在板的厚度上的分布与温度在厚度上的分布有关。对于同一板厚, 随着线能量的增加, 正反两面塑性变形量的差值将增加, 角变形也增加, 但当线能量到达某一值时, 角变形不在增加, 如果进一步增加线能量, 角变形反而会减小, 这是因为线能量的进一步提高, 虽然能够提高塑性变形量, 但板背面温度随之提高, 正反面塑性变形量的差值反而降低,
2.2.2 挠曲变形
产生挠曲变形与构件偏心距及刚度有关, 偏心距与焊缝的位置有关, 刚度与构件截面积相关, 焊缝位置对称或接近于截面中心轴线, 则挠曲变形小。
在焊接时, 焊缝及其附近的金属温度很高, 而越远离焊缝的金属温度越底, 直至室温。因此, 焊缝金属的自由变形受到周围金属的约束, 产生了压缩塑性变形区, 塑性变形区的存在位构件相当于受到一个外加压力Pf的作用而缩短或弯曲。
Pf的数值可表达为:
焊接时, 构件产生纵向收缩△L:
△L=PfL/E·F=L·E乙Fρερ·dF/F (式2)
式中:
F———构件的截面面积;
Fp———塑性变形区面积;
E———构件材料的弹性模量;
L———构件的长度 (焊缝贯穿全长) ;
εp———塑性应变。
△L取决与构件的长度、截面面积和压缩塑性变形乙Fρερ·dF。后者与焊接参量、焊接方法、焊接顺序及材料的热物理参量有关。
在各种工艺因素中焊接线能量是主要, 在一般情况下他与焊接能量成正比。由此可以看出:
⑴多层焊所引起的纵向收缩比单层焊小, 分的层数越多, 变形也就越小:
⑵一般情况下, 工件原始温度的提高, 相当于加火线能餐, 使焊接塑性变形区扩人, 焊后纵向收缩变形增人:
⑶间断焊的纵向收缩变形比连续焊小。
在生产中, 一般H形钢的纵向收缩量按0.2～0.5mm/m来控制。当焊缝在工件中的位置不对称时, 焊缝所引起的假想力Pf是一个偏心力, 它不但会使构件缩短, 同时还使构件弯曲, 从而造成挠曲变形。
H梁截面对称, 焊缝分布也对称, 一般来说是不会发生挠曲的。发生挠曲主要是因为焊接装配时工件摆放不平整、焊接方向不合理等原因。如果能有针对性地注意提高焊接装配质量, 采用合理的焊接方向和焊接顺序, 挠曲变形是完全可以控制在规定范围内的。
2.3 H型钢梁焊接变形对质量的影响
H型钢梁变形, 若在标准规定允许范围内, 则不会影响钢梁使用;若变形超过标准规定允许范围, 不仅影响钢梁安装质量, 更重要的是在外荷载作用下, 会产生应力集中和附加应力, 使钢梁安全性降低, 以至影响其使用功能。因此, 必须采取必要措施, 尽可能减少焊接过程中的变形现象。
3 H型钢梁焊接过程中变形的控制措施
3.1 确保加工精度和装配质量
3.1.1 确保下料加工精度是防止钢梁在制作中变形的首要条件
在板材下料误差超过允许偏差时, 必然导致零件、部件装配时进行强力组对, 从而使构件整体产生应力和变形, 焊接时又增加焊接变形, 构件整体变形会更大。当钢梁腹板零件加工尺寸超差时导致较大变形;翼缘板拼接零件加工尺寸超差时, 会产生不均匀变形, 都使组焊成的H型梁出现下挠和扭曲。
3.1.2 保证加工质量和装配质量
主要措施有:下料加工前原材料要进行平直矫正, 然后进行划线, 划线必须检验纵横线的垂直。切割时采用自动切割机, 并据板材厚度匹配相应地割嘴。对一个零件来讲, 要两边对称切割, 使两边受热相同, 变形相同。多个零件在一块板上下料, 采用多嘴头切割, 既可提高切割速度, 又可减小切割变形, 从而保证零件尺寸加工精度。在此基础条件下, 装配时将设专用工装胎具, 提高装配质量, 从而达到减小应力集中和变形的目的。
3.2 采用合理可靠的焊接工艺、焊接顺序来控制变形
焊接H型钢梁, 在制作中变形的大小与焊接工艺、焊接顺序有很大关系。所以, 在焊接H型钢梁前, 必须根据材料厚度、材质、设计坡口形式及焊缝等级, 来确定恰当的焊接工艺、焊接顺序, 才能有效地减小变形。
3.2.1 通常的的焊接工艺
通常的焊接工艺、焊接顺序为: (1) 下翼缘一面焊缝加熔剂垫→ (2) 下翼缘另一面焊缝焊接→ (3) 下翼缘加熔剂垫一面清焊根→ (4) 下翼缘清焊根的一面焊缝焊接→ (5) 上翼缘一面焊缝处加熔剂垫→ (6) 上翼缘另一面焊缝焊接→ (7) 上翼缘加熔剂垫一面清焊根→ (8) 上翼缘清焊根后的一面焊缝焊接一 (9) 层间焊见图2, 工艺参数见表1, 清焊根工艺参数见表2。
从该工艺过程可看出, 用碳弧气刨清焊根, 由于电路中电流、电压波动 (电器群在网内争电) , 直接影响封底焊的质量, 表现在熔剂、熔渣不能彻底熔敷在表面, 形成焊缝夹渣, 清焊根后焊道深浅不均, 焊接时受热程度、次数不均, 随受热增大, 弯曲程度增大。同时, 熔剂垫用石棉绳, 清根用碳棒以及人工消耗也大, 工期延长且弯曲变形后, 只有用火焰校正效果佳, 从而氧气、乙炔消耗增加。
3.2.2 将通常焊接工艺和焊接顺序进行改进
在组对H型时, 翼缘与腹板连接处垫4mm间隙垫, 保证装配间隙均为4mm (间隙垫设置间距为600mm) , 如图3所示。用CO2气体保护焊实施封底焊, 封底厚度4mm, 焊接工艺参数见表3。
改变后焊接顺序: (1) 下翼缘CO2气体保护焊封底焊→ (2) 上翼缘CO2气体保护焊封底焊→ (3) 埋弧自动焊多层焊。
比较更改工艺前后可看出, 由于CO2气体保护焊焊丝较细, 产生热能较小, 且可两边对称均匀施焊, 变形微小, 且焊接时无熔剂, 不产生夹渣现象;同时也省去碳弧气刨清焊根的工序, 使梁焊道减少受热变形, 也无需加熔剂垫。封底后直接由埋弧自动焊按多层焊工艺进行焊接。H型钢梁多层焊接顺序如图4。图中1～4为第一层焊序; (5) ～ (8) 为第二层焊序。
H型钢梁上加劲板焊接顺序采用焊工均匀对称分布、对称施焊、焊速近似、同步且不间歇焊完, 顺序见图5。
通过采用以上焊接工艺可以在一定程度上控制和减少H型钢梁焊接过程中的变形。
3.3 预做反变形进行变形控制
H型钢梁焊接中, 翼缘倾斜 (角变形) 、下挠有时无法校正, 虽然强制校正, 但产生内应力较大, 局部有死角, 外观质量差如图6所示。虽校正了翼缘边缘, 但腹板与翼缘连接处形成折弯状, 不能再校正。所以, 对焊缝高度较大的H型钢梁, 将翼缘板预做反变形, 即根据翼缘板宽度、厚度不同预制相应反变形b/100, 根据梁跨度、翼缘板厚度预做起拱h/2000, 克服成型后的下挠 (b为翼缘宽, h为梁截面高度) 。
3.4 采用刚性固定限制变形
此外, 在没有采用反变形的情况下将构件加以固定可以限制变形。利用这种方法来防止H型钢梁的角变形、扭曲变形效果不错。工程应用中经常采用下面二种方式来实现刚性固定, 如图7、8所示。
图7中, 将一对H梁背靠背点固后, 再焊接, 能够达到满意的效果。图8采用了三角筋板和长筋板。三角筋板的作用在于控制焊后翼板所发生的转动, 同时加强腹板的刚度;长筋板的作用在于阻止翼板发生角变形。长筋板可采用活动式, 筋板两边卡在翼板上, 中间用楔铁打紧的方法。这样在翼板两侧产生一个向上的装配应力, 这个力与内应力相反, 从而可以进一步减少焊接应力和变形。同时H梁施焊完毕冷却后, 打掉楔铁, 活动筋板还可以重复使用。
4 H型钢梁焊接变形的矫正
H型钢梁焊接后残余变形的矫正方法可以分为加热矫正和外力矫正及两种方法的综合应用。
4.1 机械矫正
利用外力使H梁产生与焊接变形方向相反的塑性变形, 使两者相互抵消。通常采用的办法为碾压翼板两侧矫正板产生的角变形。除压力外, 还可用锤击法来延展焊缝及其周围压缩塑性变形区域的金属, 达到消除焊接变形的目的.
4.2 火焰加热矫正
在施工中采用火焰加热矫正的加热温度一般住600～800℃, 利用火焰局部加热时产生的压缩塑性变形, 使较长的金属冷却后收缩, 来达到矫正变形的目的。矫正应遵循如下两个原则: (1) 矫正位置要正确。须分析构件变形的原因及构件的内在联系, 搞清各部件相互间的制约关系。 (2) 矫正顺序要正确。先矫正主要变形, 后矫正次要变形, 多种矫正方法并用时要注意几种方法的先后顺序。
具体矫正方法是: (1) 挠曲变形的矫正:采用三角形加热, 对水平板进行矫正, 加热位置选在水平板外凸的一侧, 如图9中1处。 (2) 角变形的矫正:在梁背面的两道焊缝的对应位置作线状加热, 加热宽度应小于焊角宽度, 加热深度不应超过板厚, 冷却后角变形即可消失, 如图9中2处。
5 工程应用效果
通过采用以上几个方面的具体措施来防止H型钢梁焊接过程中变形取得了良好的实际效果。如:湘钢轨梁厂:60m×6.6m吊车梁, 焊缝100%无损检测合格, 无变形超允许偏差, 无火焰校正。涟源钢厂薄板连铸连轧厂房吊车梁、连铸平台梁焊缝无损检测 (100%) 一次合格率98.3%, 无火焰校正, 无变形超允许偏差。湖南某无缝钢管厂厂房吊车梁焊缝无损检测一次合格率100%, 无变形超允许偏差, 无火焰校正。
6 结语
综上所述, 尽管H型钢梁焊接过程的变形经常发生, 但只要采取切实可行的控制和防范措施, 就能最大限度地控制变形现象, 满足工程质量要求。
摘要：本文结合笔者多年工业建筑钢结构焊接施工实践, 详细分析了H型钢梁焊接过程中产生变形的具体原因, 并从下料、焊接工艺、焊接顺序、预做反变形及刚性固定等方面针对性提出了具体的变形控制方法和措施, 对发生焊接后残余变形的矫正方法进行了阐述。实践证明, 以上措施对防止H型钢梁焊接过程中产生变形具有良好的效果。
关键词：H型钢梁,焊接工艺,焊接变形,挠曲变形,控制措施
参考文献
[1]《建筑钢结构焊接技术规程》 (JGJ81-2002) [S];北京, 中国建筑工业出版社, 2002.
[2]《钢结构工程施工质量验收标准》 (GB50205-2001) [S];北京, 中国建筑工业出版社, 2001.
H型钢梁 篇5
烟台潮水机场航站楼钢结构最大跨度55.5 m, 为单梁结构体系。钢梁均采用波纹腹板H型钢梁。钢梁截面最大3.5 m, 波纹腹板厚度达14 mm, 屋盖钢结构约7500 t。
2 施工难点
普通波纹腹板H型钢成型及制作方法只能加工截面高度1 m以内, 腹板厚度5 mm以内的构件, 且腹板波形较少, 在本工程波纹腹板H型钢制作中无法应用。
3 关键技术及操作要点
3.1 施工工艺流程
钢板入库→钢板切割下料→钢板精裁、开坡口→波纹腹板模压成型→波纹腹板拼接焊接→波纹腹板H型钢梁组立→波纹腹板H型钢梁焊接→上标准钢平台整形→焊接成型中检→精磨、钻孔→工厂内预拼装→抛丸除锈→防腐油漆涂装→构件包装出厂。
3.2 关键技术及操作要点
3.2.1 施工准备
施工前熟悉设计图纸, 制定各工序作业指导书, 对所有操作人员进行交底, 明确设计意图和要求。用Tekla软件建立结构三维模型, 进行施工图纸细化。制作前进行焊接工艺评定, 确定焊接工艺参数。
3.2.2 钢板数控等离子切割下料
(1) 钢板切割下料。
(1) 切割前应清楚母材表面的油污、铁锈和潮气, 切割后表面应光滑无裂纹, 在切割过程中考虑割缝补偿。 (2) 为保证下料精度、消除切割变形和应力, 厚度小于或等于20 mm的钢板采用数控等离子水下切割。 (3) 钢板厚度大于20 mm的采用数控火焰切割。
3.2.3 钢板精裁、开坡口
(1) 各规格的翼缘板、腹板、劲板、连接板等, 根据焊接工艺和现场安装时的要求, 采用数控等离子开设所需坡口。 (2) 厚板切割下料后, 去除切割淬硬层有利于厚板的Z向性能保证和防止厚板层状撕裂。
3.2.4 波纹腹板无牵制模压成型
(1) 无牵制模压机组压制波纹钢腹板。 (2) 波纹腹板成型采用无牵制模压法, 在同一横断面上同时不超过两个受压牵制区, 且模压时两侧钢板不受牵制, 可自由伸缩。 (3) 压制之前必须对钢板进行准确的定位与固定, 确保压制后波纹钢板与设计要求一致。 (4) 压制过程中, 注意钢板的压制方向与定位, 确保坡口方向与工艺要求一致。 (5) 压制过程中, 必须考虑到后续工艺的加工余量与焊接变形, 并考虑到弯曲变形的回弹。折弯半径按设计图要求, 折弯半径宜大于15倍腹板厚。 (6) 压制成型的波纹钢腹板不应有冷弯裂纹、趋势性断裂、浪边、角部裂纹、角部褶皱、纵向弯曲、扭曲等缺陷。
3.2.5 波纹腹板拼接焊接
波纹腹板模压成型后按腹板竖直方向进行拼接焊接, 焊接采用埋弧焊, 焊缝质量达到全熔透一级焊缝质量要求。
3.2.6 波纹腹板H型钢梁组立、焊接
(1) 组立在专门的胎架上进行, 先进行纵向卧式胎架的搭设, 胎架的刚度大于梁的刚度, 胎架水平度控制在2 mm以内并检查合格后方可使用。
(2) 胎架搭设。
(1) 组装胎架:在较平整的水泥地面上铺设钢板, 一侧弹出一条纵向直线, 并根据直线每间隔2.5 m竖直放置一根12#槽钢, 垂直于平面外侧加一支斜撑, 距竖直槽钢15 cm放置一根50 cm截面的H型钢, 另一支H型钢视梁大小确定。另一侧竖直槽钢要考虑到顶翼缘板用千斤顶的尺寸。 (2) 焊接胎架:为采用14#槽钢搭设, 两边45°角的胎架, 组立完的H型波纹腹板梁放入该胎架内进行焊接。
4 组立方法与步骤
(1) 根据组装图在钢平台上画地样。 (2) 在先组立的胎架内吊入上翼缘板, 并用竖直槽钢垂直定位点焊牢固, 以防侧翻伤人。点焊采用50×50×10钢板与槽钢点焊。 (3) 将已拼接成型的波纹腹板吊入胎架内定位, 并与上翼缘板进行定位。 (4) 吊入另一侧的下翼缘板, 并与腹板进行定位, 下翼缘板外侧采用千斤顶顶紧并与腹板吻合, 可用3~4只千斤顶同时顶紧, 在腹板上面采用配重压制及千斤顶顶紧即可。当全部点焊完毕后将该波纹腹板钢梁吊入焊接胎架内进行焊接。
5 焊接
(1) 除节段与节段等必需的现场焊接之外, 所有焊接作业应采用工厂焊接, 每个施工节段的波纹腹板梁应在工厂内整体制作, 工厂焊接宜采用全自动或半自动装备焊接。 (2) 波纹腹板H型钢梁的焊接, 包含连接件的焊接和节段之间的焊接。所有焊接均应在施焊之前进行焊接工艺检验及评定。 (3) 波纹腹板接高焊接应按照一级焊缝标准执行, 与剪力平行方向的焊接和其他焊接按照二级焊缝标准要求执行, 尚需满足设计要求。 (4) 正式焊接前, 应进行与实际条件相似的焊接实验, 并按经评定的焊接工艺指导书, 采用适宜的焊接时间、电流和相关工艺参数。
5.1 波纹腹板H型钢梁整形控制
(1) 成形后的波纹腹板H型钢梁需采用专用的标准钢平台、工装设备进行整形, 以满足波纹腹板的尺寸和整体结构要求, 波纹腹板和相关连接件, 采用机械整形矫正, 不得采用锤击等其他人工方法。 (2) 钢梁矫正一般采用冷矫, 冷矫正时环境温度不得低于-12℃, 矫正后的钢材表面不得有超过标准要求的凹痕和其他损伤。 (3) 个别部位确需采用热矫时, 热矫温度应控制在600℃~800℃, 严禁过烧。矫正后零件温度应缓慢冷却, 降至室温以前, 不得锤击钢材工件或用水急冷。 (4) 钢梁整形后尺寸允许偏差应符合设计和钢结构验收规范要求。
5.2 预拼装
(1) 钢梁预拼装应按设计文件和现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》的有关规定进行验收。 (2) 预拼装场地应平整、坚实;预拼装所用的临时支撑架或平台应经测量准确定位, 预拼装所用的临时支撑结构应进行结构安全计算。 (3) 钢梁预拼装应按设计图的控制尺寸定位, 对有预起拱、焊接收缩等的构件, 应按预起拱值或收缩量的大小对尺寸定位进行调整。
5.3 抛丸除锈及涂装
(1) 涂装前采用抛丸工艺, 对波纹腹板梁表面进行二次除锈, 将表面氧化皮和铁锈以及其他杂物清除干净, 油污脱脂采用化学分解去除, 不建议采用灼烧法。 (2) 抛丸处理达标后4 h内应进行涂装作业, 否则应再次进行前处理。
5.4 包装出厂
涂装完成后的波纹腹板H型钢构件注意成品保护, 出厂前包装好, 并注意装卸车及运输过程中的保护。
6 效益分析及结语
H型钢焊接变形的控制 篇6
大庆石化公司加氢装置钢架部分钢柱型钢的制造焊接工作量大, 设计制造精度高, 焊接变形控制是型钢制造质量的关键, 控制型钢焊接变形不仅是加氢装置改造的需要, 而且对于拓展型钢制造市场, 参与市场竞争都具有非常重要的实际意义.
二、产生变形的原因
发现型钢在制造过程中影响变形的主要因素是焊接热应力变形, 因此, 关键是要解决焊接热应力变形的问题.影响焊接变形的主要因素及采取的措施影响焊接变形的主要因素有焊接设备, 焊接工艺, 焊接人员操作水平及装配质量.针对不同的影响因素, 采取了不同的措施:对于焊接设备, 为保证焊接设备完好, 使焊接能够顺利进行, 焊接时采用了自制防变形夹胎具, 焊接滚胎加固, 自制焊接翻转胎, 更换计量不准的电流表, 电压表等方法;在焊接工艺方面, 为获得最佳焊接参数, 减小因焊接参数不合理引起的焊接变形, 采用焊前进行焊接模拟工艺试验, 坡口处预热等方法;在装配质量上, 采用半自动切割机下料, 刨边机加工坡口, 保证了工件装配直线度要求, 再点焊固定, 焊点间距为200, 还采用了按坡口焊接三级尺寸检查等方法;同时在焊接操作方面, 为提高全员产品质量意识和操作技能水平, 组织焊工学习产品质量法, 对施工作业人员进行工艺方案交底, 严肃工艺纪律。
三、控制H型钢焊接变形的具体实施
1、焊接工艺为获得较好的焊缝成形及
力学性能, 减小因焊接工艺不当引起的变形, 采用与正式产品同材质等厚板材进行埋弧焊, 对型钢的焊接工艺和焊接顺序进行试验优化.正式产品材质为235, 焊接性好, 但因板材厚, 因此在坡口处需预热, 温度为100℃.其优化后的焊接参数:优化施焊顺序、减小焊缝长度.每道焊口焊前由专人检查坡口的清理, 预热严格按照焊接工艺要求执行。为防止由于焊接时间过长而产生造成焊接变形, 采用2人对称焊接, 先点焊再段焊, 坚持1根型钢1次连续焊完。
2、自制防变形夹胎具为防止型钢焊
接过程中的翼缘板产生热应力变形, 自制了防变形夹胎具.焊前用楔铁将缘板压紧, 用50×50×5角钢将焊接滚胎加固牢靠, 同时将计量不准的电流表, 电压表更换.为了控制焊接变形, 保持焊接的连续性和短时间的变换焊接部位, 根据现场环境自制型钢焊接翻转胎, 型钢在胎架上可进行360度翻转.
3、装配质量型钢板材下料采用半自动
切割机, 为确保结构尺寸准确, 误差小, 每块板在下料时各边预留20胁加工余量;在型钢翼板, 腹板下好料后再经刨边机齐边, 刨出焊接坡口, 坡口形式为形, 角度为3., 钝边为5, 然后经质量检查合格才能进行铆工装配.装配前对所有对接坡口用砂轮机磨平, 其间应仔细认真检查装配质量, 确保装配尺寸不超过允差范围, 这样就为在焊接过程中控制焊接变形打下了良好的基础。
四、消除焊接应力及焊接变形的矫正
1、目前常用的消除应力方法有:自然
时效、振动时效和热处理去应力, 它们各有自身的特点。自然时效简单易行, 无需任何设备, 只需一块适当的空地就行, 几乎不发生任何费用。但自然时效周期较长, 且不能完全消除残余应力;振动时效因其设备简单、操作简单、生产周期短 (通常不超过30分钟) 、减小应力效果好等诸多优点得到了越来越多的应用。但振动时效只能减小残余应力的峰值而不能消除残压应力, 故振动时效对减少现存变形的效果不大但对防止以后使用中将会产生的变形能起到较好地预防作用。热处理整体消除焊接应力的效果最好, 在适当的温度下停留适当时间, 几乎可将焊接残余应力完全消除。它对重要的小型重要的焊接件来说是行之有效的;对大型对焊接件, 由于受加热炉尺寸的限制通常不能整体加热消除应力。在焊件变形处局部加热消除焊接应力和应变亦能取得较好效果, 但应注意加热温度要严格按国家有关碳钢、低合金钢的标准规定的热处理温度进行。实际生产中局部加热温度较难精确控制, 通常用测温计监控工件的实际受热温度。
2、对大型焊接结构件的焊接变形通常
采用机械矫正和热处理矫正两种方法。用机械矫正法矫正焊接变形是目前生产中广为采用的一种矫正方法, 它是通过对焊件变形施加反方向的机械作用力来达到矫正变形的目的。不需要复杂的设备, 操做起来亦很简单, 效果往往不错。缺点是对消除焊接残余应力的效果不明显, 在使用过程中随着残余应力的释放会产生新的变形。热矫正是在焊件局部变形处对处于拉伸部分进行局部加热, 使其冷却时收缩产生反变形从而达到矫正变形的目的。目前常用的加热方法有火焰加热和电加热两种。热矫正的优点是矫正变形彻底, 对任何复杂形状的工件都能取得很好的效果。缺点是对矫正温度要求严格, 实际操作中矫正温度不易控制。生产中常把上述几种方法综合使用, 如在机械矫正前先进行振动时效处理, 对局部变形大的地方辅助于热矫正处理。
五、结论
H型钢埋弧焊焊接变形控制 篇7
焊接H型钢在我公司主要应用于石油钻机井架、底座、导轨等产品中, 其作为受力基础件, 焊接H型钢的几何尺寸及焊接质量很大程度上影响着整个产品的精度及组装质量。在采用埋弧焊工艺焊接H型钢过程中, 如果控制不严、焊接顺序不合理、焊接方法不当, 就会产生较大的变形, 甚至难以矫正从而造成报废。因此, 在焊接H型钢制造过程中需要采取合理的工艺措施, 有效控制焊接变形。
1 生产现状
目前, 我厂所生产的焊接H型钢多要求全熔透焊缝, 为提高生产效率, 采用免清根的埋弧焊焊接工艺, 坡口形式为:双面50°坡口, 钝边3 mm, 在型钢组立机上组成H形, 然后在船型位置按图1所示焊接顺序焊接成。焊接角变形情况如图1所示 (△1>△2) 。以7 m长400×400×14×20/Q345D规格的H型钢为例, 焊后翼板角变形△1≈8 mm, △2≈4mm, 直线度为8mm。由于H型钢矫正机仅能矫正翼板的平面度, 无法矫正翼板与腹板的垂直度, 因此在生产中需待机械矫正使翼板变形量较小一侧与腹板垂直后, 再沿H型钢长度方向按图2所示位置线状加热进行热矫正, 直至角变形达到工艺要求;采用三角形加热法矫正挠曲变形。
热矫正的缺点在于:1) 热矫正需要有丰富的矫形经验, 否则易出现多次矫正或“矫枉过正”的现象, 尤其对于有挠度要求的工件, 热矫正角变形可能使挠度超差;2) 不恰当的热矫正产生的内应力可能与焊接内应力和负载应力迭加, 导致承载能力下降;3) 热矫正耗时耗力耗气, 增加生产成本。所以应尽量避免沿长度方向线状加热矫正角变形。
2 焊接变形原因分析
H型钢翼板角变形由两部分组成:翼板相对腹板产生的转动变形及翼板本身产生的相当于平板堆焊引起的角变形[1]。对于免清根的全熔透双面对称坡口焊缝, 较后焊侧 (焊道3、4) 而言, 先焊侧 (焊道1、2) 翼板因刚性较差在焊接时产生转动变形, 这是焊接后翼板两侧变形量不等的主要原因, 故在机械矫正后需要增加热矫正工序。
H型钢挠曲变形主要由于工件装配质量差、焊接方法不当等原因造成, 扭曲变形主要由于角变形在焊缝长度方向逐渐增大, 加上纵向收缩不均引起, 只要提高装配质量、采用合理的焊接方向和焊接顺序, 即可将挠曲变形和扭曲变形控制在工艺要求的范围内。下面着重介绍角变形的控制措施。
3 焊接角变形控制措施
3.1 增加工艺板
采用埋弧焊工艺焊接H钢时, 按图3所示点焊工艺板, 工艺板的作用在于:可防止翼板相对于腹板发生转动, 减小角变形量, 同时增加了结构刚性[2], 可防止或减小H钢产生扭曲变形。即当施焊焊道“1”时, 应在焊道“3”侧点焊工艺板, 同理, 当施焊焊道“2”时应在焊道“5”侧点焊工艺板。在施焊其余焊道时, 可不再点焊工艺板。
3.2 多层多道焊法
采取多层多道焊法, 可减少热量的集中输入, 对控制焊接变形较为有利。
3.3 优化焊接顺序
合理的焊接顺序可减少焊接变形量。在焊接H型钢时, 应采用交替焊法。经多次实验验证, 可采取图3所示焊接顺序施焊, 与图1焊接顺序相比较, 在焊接参数相同、焊接变形量基本相等的情况下可减少2次翻面, 提高了生产效率。
3.4 冷加工方式清除定位焊缝
对于免清根的全熔透焊缝, 定位焊缝必须清除, 采用碳弧气刨等热加工方式, 不仅增大坡口截面, 降低接头刚度, 并且增加热输入量, 对控制焊接变形不利, 因此可采取砂轮打磨的冷加工方式清除定位焊缝。
3.5 选取合理的焊接参数
对于免清根工艺的全熔透焊缝来说, 打底焊非常重要。一般情况下, 焊接件70%的变形量来自焊接接头的第一道焊缝, 即打底焊接, 打底焊的热输入越小, 焊后的变形量越小。因此打底焊应在保证根部熔透的情况下选择尽可能小的电流、电压和较快的焊接速度[3]。生产中, 打底焊缝应在焊接工艺规程允许的范围内尽量采用小热输入焊接。连续焊接时, 待焊处温度不能高于焊接工艺规程规定的层间温度的最大值。
采取以上措施, 焊接材料采用准4 H10Mn2 SJ101, 按表1工艺参数焊接400×400×14×20/Q345D规格的H型钢, 翼板角变形△1≈△2≈4 mm, 仅通过机械矫正即可达到工艺要求。
4 结论
通过增加工艺板、采取合理的焊接方法等一系列行之有效的措施, 可有效控制H型钢焊接变形, 降低机械矫正难度, 避免热矫正角变形现象, 提高生产效率。
摘要：H型钢在焊接过程中易产生焊接变形, 其几何尺寸及焊接质量对产品整体质量影响较大, 分析了变形产生的原因, 结合生产实际介绍了H型钢的焊接变形控制措施。
关键词：H型钢,埋弧焊,焊接变形,控制
参考文献
[1]贾安东.焊接结构与生产[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[2]孟凡力.大型H钢的焊接变形及其防止措施[J].建筑机械, 2001 (8) :59-60.
H型钢桁架的结构设计 篇8
H型钢桁架是采用焊接H型钢作为桁架主要杆件的一种结构形式。相对于传统的采用双角钢作为主要杆件的桁架, 具有以下优点:①选用H型钢作为桁架杆件, 桁架的承载力更大, 允许建筑物的跨度也更大;②杆件节点连接采用无节点板的形式, H型钢杆件直接等强焊接, 加工制作更为方便;③桁架杆件截面较大, 可以较为方便的采用螺栓现场拼接, 远距离运输及安装都很方便;④桁架上下弦杆之间的巨大空间可以用来安装各种设备管道, 施工检修更加方便。
2工程设计实例
2.1 工程概况
某厂房为单层排架结构, 厂房长为108 m, 宽为25 m, 基本柱网为7.2× (8.0+9.0+8.0) , 因业主担心漏雨不予采用轻钢屋面, 必须采用钢筋混凝土屋面, 经方案论证, 屋盖最终采用H型钢桁架, 混凝土屋面板采用H型钢檩条支撑在H型钢无节点板桁架上。H型钢檩条间距为2.5 m, H型钢檩条所承担的屋面荷载设计值以节点荷载的形式作用于桁架节点上, 屋架下弦管道等吊挂荷载直接作用于下弦节点上, 或者通过吊架作用于下弦节点上。屋架平面布置如下图1所示。
2.2 桁架形式选择
桁架根据其外在形状, 可以分为抛物线形桁架, 三角形桁架, 平行弦桁架, 梯形桁架, 梭形桁架。抛物线形桁架结构形式优美, 弦杆受力均匀, 腹杆受力较小, 截面选择基本为构造, 但设计和施工有一定难度;三角形桁架是早期应用较为广泛的桁架结构形式, 但弦杆受力过分集中于端部, 受力极不理想, 重心较高, 承担的荷载相对较小;平行弦桁架在托架结构中应用较多;梯形和梭形屋架桁架高度小, 稳定性好, 上弦能顺应屋面坡度的要求, 是较为理想的桁架形式。
本项目中, 因结构跨度较大, 设计荷载也较大, 采用传统的梭形桁架。支撑方式为上承式, 因此种支撑方式传递给排架柱的荷载直接、明确, 而且桁架的重心较低, 且不会在纵向形成很高的悬墙, 对于结构的抗震较为有利。腹杆布置方式采用平行弦杆下降式, 相对于平行弦杆上升式而言, 此种方式将使大部分斜腹杆受拉, 能充分发挥钢材受拉的性能, 最大程度的利用钢材。
桁架端部高度为2 400 mm, 中部高度为3 020 mm, 上弦坡度为5%, 刚好为建筑的排水坡度。桁架跨中高度为总跨度的1/8.3, 斜腹杆与上弦杆的夹角最小为47°, 最大为52°, 且腹杆的布置能使所有的屋面荷载都作用在桁架节点上。桁架立面图如图2所示。
2.3 桁架结构设计
桁架所受的恒荷载有:①预制板自重;②保温材料自重;③防水材料自重;④120厚钢筋混凝土屋面板自重;⑤檩条自重;⑥桁架自重合计约6.0 kN/m2。
桁架所受的活荷载有:不上人屋面:0.50kN/m2
下弦吊挂活荷载:2.5kN/m2
基本风压:0.3kN/m2
地震基本烈度为7度, 0.1 g, 设计地震分组为第一组。
所有上述荷载都以节点荷载作用于桁架节点上, 采用PKPM软件的STS模块进行分析, 所有杆件均以柱杆件输入, 针对节点为铰接和刚接两种情况进行了比较, 比较结果如表1所示。
注:轴力拉为正, 压为负;弯矩顺时针为正, 逆时针为负。
由以上表格分析比较可以看出, 两种不同的节点形式对于杆件的受力影响较小, 轴力的偏差只有4～9%左右, 位移的偏差也仅仅9%, 因此, 对于本项目, 完全可以按照传统的节点铰接的桁架模型进行分析计算。
两种不同节点形式下杆件应力比如图3所示。由图3我们可以看出次弯矩的一些变化趋势:由于次弯矩的影响, 使得刚接模型的杆件主应力都较铰接模型有所提高, 对于上弦杆件, 本项目中增加的的幅度为12～20%, 对于下弦杆件增加的幅度为15～25%, 而且增幅大的杆件都是受力较小的杆件。由这些变化可以看出次弯矩对于杆件应力的影响还是很大的。本项目中跨度较小, 影响相对小一些, 可以想像, 随着跨度的增大, 杆件截面必然会增大, l/h (杆件长度和高度之比) 必然也会增大, 节点的刚性会更强, 随之产生的次弯矩也将随之增大, 对于杆件受力的影响更是不容忽视, 否则, 将会造成严重的后果。
2.4 杆件截面选择
由于桁架荷载大, 杆件内力也较大, 杆件截面应该具有较高的强度和较大的回转半径, 相应的满足强度和稳定的要求。综合考虑, 选择焊接H型钢 (Q345B) 作为桁架的主要材料。与工字型或T型截面相比, 焊接H型钢的翼缘较宽, 可以很好的满足桁架平面外稳定的要求, 减少平面外支撑的用钢量。
根据桁架受力及加工制作的方面, 弦杆和腹杆分别选用了两种不同的H型钢截面, 上下弦杆选用H250×250×10×14, 腹杆选用了H200×200×8×10, 弦杆平面内最大长细比为23, 平面外最大长细比为40, 斜腹杆平面内最大长细比为45, 平面外最大长细比为77, 均能够满足构件受压受拉的要求。
由前面所得应力图, 杆件截面应力比都很小, 截面选择最主要的是出于桁架平面外稳定以及杆件局部稳定的需要, 基本上都不是由强度要求所决定的。此外, 从所选择的截面可知, 桁架上弦杆件l/h=10, 符合钢结构设计规范 (GB50017-2003) 中由经验确定的可以不考虑次弯矩影响限值的规定, 而经过本文两种节点形式计算模型的比较, 也得出了相同的结论。
2.5 支撑布置
本建筑上下弦平面沿横向均匀设置三道支撑, 纵向仅在下弦平面内布置支撑, 同时在檐口及屋脊处设置三道通长系杆, 在对应横向平面支撑的桁架间设置三道纵向垂直支撑, 以提高屋盖结构的整体刚度, 保证整个屋盖结构的空间工作。
2.6 节点形式
本项目采用传统的板铰支座, 整个桁架铰接于柱顶。柱顶上有一短柱, 用于传递荷载及施工安装方便。腹杆与弦杆的连接采用全熔透的对接剖口焊, 焊缝质量等级为二级, 并在腹杆与弦杆连接处在腹杆翼缘的对应位置设置弦杆的加劲肋, 以利于节点荷载的传递。
此外, 下弦左右两端的杆件在建模时候因为是零杆而没有建立, 实际汇施工图的时候都是将此下弦杆补充上去, 并采用水平方向长椭圆孔和预埋在柱子上的连接板连接, 这样既能保证杆件不受力, 同计算模型保持一致, 同时在安装及使用的时候对桁架的限位发挥较好的作用。
3结论及建议
(1) H型钢桁架采用H型钢杆件直接相连, 结构形式简单, 加工方便, 受力合理, 用钢量经济, 是一种新颖的、合理的桁架结构形式, 可以在荷载较大的工业建筑及大跨度结构中得到广泛应用。
(2) 桁架结构腹杆主要是受拉和受压, 为了节约钢材, 尽量多布置拉杆少布置压杆, 较长的杆件布置为拉杆, 较短的杆件可以布置为压杆, 内力较大的杆件布置为拉杆, 内力较小的杆件可以布置为压杆。
(3) 桁架次弯矩对于杆件的受力有一定影响, 且随着荷载及跨度的增大而增大, 型钢几何特征l/h (杆件长度与截面高度之比) 对于次弯矩的产生具有重要作用。通过本文工程实例, 钢结构设计规范 (GB50017-2003) 中关于由经验确定的可以不考虑次弯矩影响的l/h限值的规定是较为合理的。
(4) 板铰支座通过螺栓和牛腿锚固连接, 具有传力可靠, 构造简单, 施工安装便利, 造价低廉和易于维护等优点, 是一种非常实用的支座形式, 在工业建筑排架结构中应用得较为广泛。
参考文献
[1]钢结构设计手册 (第3版) [M].
焊接H型钢变形矫正的施工方法 篇9
当前钢结构已在建筑工程、装饰工程中得到广泛的应用。钢结构的主要受力构件是焊接H型钢柱 (包括格构式钢柱) 、梁以及稳定系统。这些构件在制作过程中都存在焊接变形问题, 如果焊接变形不予以矫正, 则不仅影响结构整体安装, 还会降低工程的安全可靠性。
对于焊接结构应采取各种有效措施以防止或减小变形, 当这些变形超过现行规范的规定时必须加以矫正。使其达到符合产品质量要求。实践证明, 多数变形的构件是可以矫正的。矫正的方法都是设法造成新的变形来达到抵消已经发生的变形。
在生产过程中普遍应用的矫正方法, 主要有机械矫正、火焰矫正和综合矫正。在钢结构制造中常用的有机械矫正法和火焰矫正法两种。
1 钢结构焊接变形的火焰矫正
火焰矫正法就是把焊接变形相对部位的金属局部加热到热塑状态, 利用不均匀加热引起的变形来矫正焊接结构已经发生的变形, 这种方法只需普通气焊所用的工具和设备。但火焰矫正是一门较难操作的工作, 方法掌握、温度控制不当还会造成构件新的更大变形。因此, 火焰矫正要有丰富的实践经验。下面对钢结构焊接变形的种类、矫正方法作一个粗略的分析。
钢结构的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑。焊接变形经常采用以下三种火焰矫正方法: (1) 线状加热法; (2) 点状加热法; (3) 三角形加热法。下面介绍解决不同部位的施工方法。
以下为火焰矫正时的加热温度 (材质为低碳钢)
低温矫正500℃600℃冷却方式:水
中温矫正600℃700℃冷却方式:空气和水
高温矫正700℃800℃冷却方式:空气
注意事项:火焰矫正时加热温度不宜过高, 过高会引起金属变脆、影响冲击韧性。16M n在高温矫正时不可用水冷却, 包括厚度或淬硬倾向较大的钢材。
1.1 翼缘板的角变形
矫正H型钢柱、梁、撑角变形。在翼缘板上面 (对准焊缝外) 纵向线状加热 (加热温度控制在650℃以下) , 注意加热范围不超过两焊脚所控制的范围, 所以不用水冷却。线状加热时要注意: (1) 不应在同一位置反复加热; (2) 加热过程中不要进行浇水。这两点是火焰矫正一般原则。
1.2 柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲 (1) 在翼缘板上, 对着纵长焊缝, 由中间向两端作线状加热, 即可矫正弯曲变形。
为避免产生弯曲和扭曲变形, 两条加热带要同步进行。可采取低温矫正或中温矫正法。这种方法有利于减少焊接内应力, 但这种方法在纵向收缩的同时有较大的横向收缩, 较难掌握。 (2) 翼缘板上作线状加热, 在腹板上作三角形加热。用这种方法矫正柱、梁、撑的弯曲变形, 效果显著, 横向线状加热宽度一般取20m m 90m m, 板厚小时, 加热宽度要窄一些, 加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人同时操作进行, 再分别加热三角形三角形的宽度不应超过板厚的2倍, 三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形从顶部开始, 然后从中心向两侧扩展, 一层层加热直到三角形的底为止。加热腹板时温度不能太高, 否则造成凹陷变形, 很难修复。
注:以上三角形加热方法同样适用于构件的旁弯矫正。加热时应采用中温矫正, 浇水要少。
1.3 柱、梁、撑腹板的波浪变形
矫正波浪变形首先要找出凸起的波峰, 用圆点加热法配合手锤矫正。加热圆点的直径一般为50m m一90m m, 当钢板厚度或波浪形面积较大时直径也应放大, 可按d= (43+10) m m (d为加热点直径;8为板厚) 计算得出值加热。烤嘴从波峰起作螺旋形移动, 采用中温矫正。当温度达到600℃一700℃时, 将手锤放在加热区边缘处, 再用大锤击手锤, 使加热区金属受挤压, 冷却收缩后被拉平。矫正时应避免产生过大的收缩应力。矫完一个圆点后再进行加热第二个波峰点, 方法同上。为加快冷却速度, 可对Q 235钢材进行加水冷却。这种矫正方法属于点状加热法, 加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。注意温度不要超过750℃。
总之, 火焰矫正引起的应力与焊接内应力一样都是内应力。不恰当的矫正产生的内应力与焊接内应力和负载应力迭加, 会使柱、梁、撑的纵应力超过允许应力, 从而导致承载安全系数的降低。因此在钢结构制造中一定要慎重, 尽量采用合理的工艺措施以减少变形, 矫正时尽量可能采用机械矫正。
当不得不采用火焰矫正时应注意以下几点:
(1) 烤火位置不得在主梁最大应力截面附近;
(2) 矫正处烤火面积在一个截面上不得过大, 要多选几个截面;
(3) 宜用点状加热方式, 以改善加热区的应力状态;
(4) 加热温度最好不超过700℃。
2 钢结构焊接变形机械矫正
机诚矫正法就是利用机械力的作用来矫正变形, 常用的工具有千斤顶、螺旋拉紧器和压力机等。
2.1 矫正型钢
在焊接施工前, 要对单料用翼缘调直机进行矫正, 矫正完成后, 目测及直尺检查。其端部应进行平头切割, 所用设备为端头铣床, 端部铣平。
2.2 钢柱校正
钢柱垂直度校正用经纬仪或吊线锤检验, 当有偏差时采用千斤顶进行校正, 标高校正用千斤顶将底座少许抬高, 然后增减垫板厚度, 柱脚校正无误后立即紧固地脚螺栓, 待钢柱整体校正无误后在柱脚底板下浇筑细石混凝土固定。
2.3 钢梁校正
钢梁轴线和垂直度的测量校正, 校正采用千斤顶和倒链进行, 校正后立即进行固定。
3 钢结构综合矫正
综合矫正是把机械矫正、火焰矫正以及施工前准备工作和施工中的一些技巧的综合。例如, 钢梁吊装时随吊随用经纬仪校正, 有偏差随时纠正。钢结构吊装过程严格执行 (G B 50205—95钢结构施工及验收规范》及 (G B 50221—95钢结构工程质量检验评定表标准》等。
摘要：根据工厂制作经验, 结合国内外相关资料, 简述钢结构变形的主要种类, 分析焊接变形的施工方法。
关键词：钢结构,焊接,变形,施工
参考文献
[1]李国强.钢结构框架体系弹性及弹塑性分析与计算理论[M].上海科学技术出版社.1998.