S 曲面箱型梁加工制作技术

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热度0票  浏览166次 时间：2019年11月07日 10:29

 杨 军 许文忠 李道宾

（中通钢构股份有限公司 山东 聊城 252000）

【摘要】 钢结构具有自重轻、刚度大、强度高的特点，被广泛应用于航站楼、地铁站房等空间结构。曲面作为建筑的构成元素不仅有维护和分隔空间的作用，还以不同的方式呈现出不同的建筑语言。如曲面本身的线条美，表面材料的肌理美，变化产生的轮廓美等。曲面是建筑构成的元素之一，是建筑形式和空间创造的一种手段。钢结构的可回收性更符合绿色环保型建筑的要求。S 曲面箱型梁加工工艺的创新，有效地集更新、整合完善于一体，达到了使产品外观质量和探伤合格率同步提升目的。

【关键词】 钢结构；S 曲面；箱型梁；加工制作

doi：10.12159/j.issn.2095-6630.2019.14.0639

一、S 曲面箱型梁特点

S 曲面箱型梁跨越能力大、强度高、抗震性能好、制作简捷；箱型梁内部设置多处内隔板，内隔板与箱体四面主板之间为全熔透焊接；内隔板与箱体主板之间通过电渣熔咀焊实现全熔透焊接； S曲面箱型梁的工厂化制作，极大的缩短了施工周期。

二、S 曲面箱型梁适用范围

1、航站楼、地铁站房等大跨度 S 曲面箱型制作。 2、市政高架、匝道 S 曲面箱型制作。 3、人行桥钢箱梁制作。 4、大跨度斜拉桥、悬索桥、拱桥加劲箱梁制作。

三、S 曲面箱型梁加工工艺原理

S 曲面箱型梁制作利用腹板曲面进行定位，底板与顶板采用三辊卷板机将金属钢板材卷弯弧形，内隔板控制箱型梁截面，内隔板与箱体主板之间通过电渣熔咀焊实现全熔透焊接。

四、工艺流程及操作要点

1、工艺流程

施工准备→钢板矫正→主材下料（喷线）→坡口加工→弯曲板件成型→ U 型组立→内隔板焊接→主体焊缝焊接→隔板电渣焊焊接→基准端端头加工→主体矫正→标识、存放。

2、操作要点

2.1、施工准备：在本阶段主要做好以下工作：材料、图纸、机具、制作平台搭设、预制场地平整、检查特殊工种持证上岗率及对施工人员进行施工技术交底及安全技术交底，另外对计量器具进行复检，做到计量器具合法有效。

2.2、钢板矫正：钢板在下料前应进行滚平，使钢板的平面度不大于 1mm/m。

2.3、主材下料（喷线）： S 曲面箱型梁的制作制造需制作主材需要 1 块顶板、 1 块底板、 2 块腹板，其中底板为装配划线翼缘板，用于安装箱内隔板和电渣焊孔划线，钢板上要标明端面断线。箱内各道隔板位置线和厚度方向以及熔嘴焊的眼孔中心线等，在端面两端要标明机加工和切割余量，并在各段尺寸中加放焊接补偿值。腹板采用异形数控火焰切割机进行下料，宽度、长度方向不加减余量，底板和顶板长度方向增加 600mm 卷弧余量 ( 每端各 300mm)。

2.4、坡口加工：焊缝坡口宜采用半自动火焰切割机两边对称、同时切割，精度要求较高的零件应采用机加工刨边。构件切割边缘必须打磨清理，构件自由边如有缺陷，应用火焰局部加热至150℃后补焊并磨平。焊接坡口内的缺陷要用砂轮磨成顺凹坑，较浅的（2mm）可不补焊。板的边缘有两种坡口，气割时要保证两种坡口光顺过渡，宽板气割坡口后要送机加工钻熔化嘴焊孔，焊孔用装配划线钢板划出。所有零件切割后必须校正才能用于装配，校正应以机械冷压为主，如用火工校正，则加热温度不得超过，900℃， 600℃以上时，严禁使用强制措施（水冷）冷却，一般应以风冷或自然冷却为主。板坡口形式及两种坡口交界处的过渡箱型梁外板四道角焊缝按强度要求设计成全焊透（CP）坡口和局部焊透（PP）坡口两种形式。两种坡口交界处要进行过渡，过渡段取在PP 坡口区域内，过渡段长度为 40mm，窄板的 CP 坡口处还要凹进6mm~8mm。

2.5、弯曲板件成型：弯曲底板与顶板采用卷板机对弧度进行加工，负载运行时从轻到重，慢压渐进，注意 S 曲面折点的位置控制，成型弧度校验采用弧形样板检验，组装时对弧度偏差采用火工校正工艺进行微调。

2.6、 U 型组立：在组立机上进行组立，以一翼板为底板，核对翼板的宽、长、坡口情况和内隔板外形尺寸情况，安装各隔板，保证其位置正确。然后安装二侧腹板，组成 U 型梁，保证 U 型柱的宽度尺寸。

2.7、内隔板焊接： S 曲面箱型梁内腔需要增设隔板，这些隔板有些是由于次梁连接处，需要加强而设计的，也有的是制造工艺所需增设的。隔板与 4 块壁板焊接时，应采用电渣焊隔板及衬板全熔透焊缝，隔板与两侧壁板连接时，可采用手工 C02 气体保护焊，气体保护焊要求隔板开 K 形坡口，当两隔板间距小于 200 mm，隔板间焊缝不便于施焊时，也可采用单边 V 形坡口、背面加垫板， K 形坡口和 V 形坡口都必须保证熔透焊。

2.8、主体焊缝焊接： S 曲面箱梁焊缝主焊缝呈曲线形，为更有效保证焊缝的焊接质量，主焊缝尽可能使其处于平焊位置焊接。焊接前应清理焊接区域内的水分、油污、氧化皮等影响焊接质量的物质，并打磨露出良好金属光泽。焊前必须按规定预热，焊接中要多次翻身，对称施焊并随时测量变形情况，包括弯曲、扭转、角尺度变形等，以便随时校正。焊后对焊缝进行探伤检验。

2.9、隔板电渣焊焊接：箱型梁内的熔化嘴焊隔板是箱型梁制作中的关键，隔板电渣焊焊道也为全熔透，电渣焊上、下焊孔要求在焊缝正中位置，焊剂、熔嘴要求烘干温度为 200 ～ 250℃，焊丝伸出熔嘴 20 mm 左右，同一个隔板两侧的电渣焊应同时施焊以避免构件焊接变形。

2.10、基准端端头加工：根据端头余量位置的基准线，对端头进行切割加工划线，然后利用半自动火焰切割机对端头进行火焰切割，加焊垫板条。控制梁长尺寸，由于梁与柱对接时，焊缝要收缩，故一般梁长公差应取其正值。

2.11、主体矫正： S 曲面箱梁主体矫正主要有扭曲变形和弯曲上拱变形。扭曲变形校正时，除火焰校正外，还需施加外力协助。

加热温度 750℃～ 850℃，加热宽度为板厚的 1 ～ 2 倍，深度是板厚的 1/2 ～ 2/3。斜线的斜坡在 35°～ 50°之间，斜坡越大，校正量越大。箱形梁的弯曲上拱变形主要采用火焰校正方法来校正，上拱面上用火焰线状加热法，侧面用三角形加热法而成的火焰校正的方法，而且在同一部位采用拱面与两侧面应同时加热。加热温度为750℃～ 850℃，箱形梁弯曲度越大，则加热三角形的高度应越大，相对应的上拱面加热宽度就越宽。

2.12、标识、存放： S 曲面箱梁在装配、焊接、探伤合格后，在各端口、封板位置打上端口编号钢印或者使用油漆笔做好明显标识，对于没有封板的则在端口内侧下翼板位置打上端口编号钢印。

构件叠放时，构件层与层之间必须放置垫木，垫木应放置在一条垂直线上，最大高度不宜大于 2.2 米。

五、质量要求

执行规范《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-2001）。在制作平台铺设时其水平度控制在 0.06mm/m 之内。 S 曲面箱梁拼装时，其平整度控制在 1mm/m 之内。

六、效益分析

1、最大限度满足客户要求和保证产品质量。随着钢结构技术的充分发展，钢结构建筑在我国各地遍地开花，用户对产品的要求越来越高。为了最大限度地满足不同客户的要求，我们要不断征求各方客户对产品的意见和建议，加以综合、汇总分析整理，不断根据其中反映的问题，结合实际对工艺标准进创新行修订，以满足客户提出的要求。 2、根据生产力诸因素性能和要求，满足现场制作生产在制定和修订工艺技术时要充分考虑生产现场人、设备、材料、环境等生产力因素，过硬措施，确保产品质量提高和制作顺利进行。 3、以安全环保、经济适用、科技进步为方向。尽最大努力确保安全环保，压减各种费用支出，降低制作成本。尽最大努力调动好技术、操作人员的生产积极性，充分发挥设备、场地等生产力的潜能，减少人工、材料、设备消耗以及能源和各种辅材的支出；在制作现场，要根据设备情况科学合理设置材料的放置位置和倒运线路，确保倒运线路畅通，倒运过程无脱钩、碰损、断裂等问题，对人员、设备和制作构件本身产生损害，并应尽可能克服困难，采用科学方式，用无吊痕吊具进行吊装吊卸作业。作业中要科学布置，实现环境保护和可持续发展。同时，要在构件加工制作生产实践中，把大胆创新和周密设计紧密结合起来，把持续改进和谨慎操作紧密结合起来，采用新技术、新工艺新方法和新材料，不断提高构件质量和加工制作效率。

参考文献：

[1] 贺明玄 . 李文杰、曹洁华，等上海虹桥综合交通枢纽箱桥体制作工艺 [J]. 施工技术 ,2010.39（8）

[2] 刘迪 . 钢结构箱型柱的制作 [J]. 科技风 ,2010.08[3] 李柯成 . 钢结构箱型柱加工制作工法 . 城市建设理论研究，2013（31）