康 猛,姜殿忠,陳 飛,張強(qiáng)勇

（1.江蘇中南建筑產(chǎn)業(yè)集團(tuán)山東錦城鋼結(jié)構(gòu)有限責(zé)任公司，山東淄博255100；2.湖北精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司，湖北武漢430311；3.徐州工程機(jī)械技師學(xué)院，江蘇徐州221116）

異形雙曲面管桁架制作工藝

康 猛1,姜殿忠2,陳 飛1,張強(qiáng)勇3

（1.江蘇中南建筑產(chǎn)業(yè)集團(tuán)山東錦城鋼結(jié)構(gòu)有限責(zé)任公司，山東淄博255100；2.湖北精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司，湖北武漢430311；3.徐州工程機(jī)械技師學(xué)院，江蘇徐州221116）

隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)廠房、體育館、展覽館、影劇院、機(jī)場(chǎng)航站樓等屋蓋的結(jié)構(gòu)已不僅僅滿足于一般的功能，而是此前提下逐步向美觀、新穎、獨(dú)特的方向發(fā)展，跨度越來越大，外形由單一的平面規(guī)則形狀向復(fù)雜的三維空間造型邁進(jìn)，工藝制作較傳統(tǒng)制作相比難度更大。以上海世博會(huì)西班牙館為例，針對(duì)曲面桁架的制作工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要剖析、闡述，為類似構(gòu)件的加工制作起引導(dǎo)和借鑒作用。

鋼結(jié)構(gòu)；曲面桁架；制作工藝

0前言

近年來，隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)，鋼結(jié)構(gòu)以其自身的優(yōu)勢(shì)在建筑中所占比例越來越大，鋼管結(jié)構(gòu)也取得較大的突破。鋼管結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是能將人們對(duì)建筑物的功能要求、感觀要求以及經(jīng)濟(jì)效益要求完美地結(jié)合在一起。鋼管結(jié)構(gòu)中的管桁架結(jié)構(gòu)以其外形美觀、三維空間立體效果新穎而備受人們青睞，但是由于曲面管桁架圓管管徑大小不一、桁架長(zhǎng)短不定等多方面因素導(dǎo)致曲面管桁架在制作過程中難度加大。在此以上海世博園西班牙場(chǎng)館為例，對(duì)曲面管桁架的彎制方法及管桁架的制作過程進(jìn)行剖析，為類似構(gòu)件的加工制作提供參考。

1曲面管桁架彎制方法及其特點(diǎn)

（1）曲面桁架單根彎曲弧度的控制：利用大型水平彎管機(jī)能有效解決大弧度的圓管彎曲弧度。

（2）曲面部分桁架由于彎曲半徑小、圓管長(zhǎng)度短，利用機(jī)械彎曲無(wú)法完成，應(yīng)采取自制彎曲工裝設(shè)備用火焰熱彎方法進(jìn)行彎制。

（3）曲面桁架的焊接熱變形控制：采用熱輸入

較小的高效焊接方法及合理的焊接順序，減小管桁架的焊接變形。

（4）對(duì)于超長(zhǎng)構(gòu)件的管桁架，由于運(yùn)輸原因只能工廠分段制作和焊接，現(xiàn)場(chǎng)整體合攏焊接。

（5）分段管桁架在車間分段制作和焊接，應(yīng)事先進(jìn)行預(yù)拼裝控制及測(cè)量。

2技術(shù)控制方法

（1）曲面S型桁架的彎曲：曲率半徑R≥3m時(shí)，采用彎管機(jī)冷彎成型；曲率半徑R＜3 m時(shí)，采用火焰熱加工成型，再輔以胎架及加工檢測(cè)樣板保證彎管精度。

（2）管子對(duì)接焊接后有少量焊接變形，采用氧氣-丙烷火焰加熱校正，溫度控制在800℃以下。

（3）嚴(yán)格控制焊接順序。管子壁厚10 mm采用3層焊道完成焊接，管子壁厚20 mm采用6層焊道完成焊接，要求單面焊雙面成型，坡口45°預(yù)留間隙3 mm。

（4）采用六軸相貫線切割機(jī)可以有效保證相貫口的三維尺寸。

（5）制定合理的焊接順序及焊接工藝可以有效保證焊接質(zhì)量，控制焊接變形。

（6）嚴(yán)格控制彎管時(shí)的火焰溫度，能夠有效保證彎管的弧度尺寸和熱影響區(qū)的母材物理性能。

（7）自主制作一種檢測(cè)模板，保證桁架預(yù)拼時(shí)的整體尺寸，有效保證現(xiàn)場(chǎng)安裝的一次成功率。

3施工流程及操作要點(diǎn)

3.1切割下料

（1）針對(duì)圖紙給定的尺寸開始相貫線切割下料，檢查下料后的零部件，復(fù)核下料尺寸，如圖1所示。

圖1 按圖紙加工下料現(xiàn)場(chǎng)

3.2彎管機(jī)圓勢(shì)

按照鋼管直徑選擇相匹配的壓輥，并對(duì)壓輥進(jìn)行調(diào)整；按照?qǐng)D紙給定的尺寸和弧度，用彎管機(jī)對(duì)圓管進(jìn)行圓勢(shì)；在彎管過程中，利用自制模具對(duì)彎管的弧度進(jìn)行檢查，將弧度控制在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的公差范圍之內(nèi)，如圖2所示。

圖2 檢查彎管弧度

3.3內(nèi)外弦桿上胎架定位

（1）根據(jù)胎架底線制作胎架（見圖3），胎架模板宜設(shè)置在兩檔直腹桿之間，且必須牢固，兩檔胎架間距不超過1.5 m，胎模高度為0.6 m，不宜過高；如果因內(nèi)外弦桿的管徑不同而形成高低差，須對(duì)管徑較小的一側(cè)弦桿加高胎模，以保證內(nèi)外弦桿中心線水平度公差控制在±1 mm以內(nèi)。

圖3 胎架制作

（2）吊上內(nèi)外弦桿進(jìn)行定位，定對(duì)地面基線，內(nèi)弦桿加以板條固定，外弦桿暫不固定，為組裝斜腹桿留出活動(dòng)空間，如圖4所示。

圖4 內(nèi)外弦桿定位

（3）吊裝桁架內(nèi)外弦桿間的直腹桿、斜腹桿。組裝斜腹桿時(shí)，因兩直腹桿間的斜線尺寸已固定，而

斜腹桿兩端均為相貫口，所以斜腹桿不易放入，此時(shí)須移動(dòng)外弦桿以調(diào)節(jié)內(nèi)外弦桿間寬度，待斜腹桿放入后，外弦桿再?gòu)?fù)位，進(jìn)行點(diǎn)焊固定。

（4）檢查組對(duì)好的桁架，主要檢查曲率和各零部件之間尺寸以及整體尺寸，合格后進(jìn)入焊接工序。

3.4焊接

以2010年上海世博會(huì)的西班牙展館工程為例，本工程管桁架材質(zhì)以Q235及Q345為主，焊接方法采用氣保焊，焊絲為φ1.2 mm ER50-6。

對(duì)組裝完工的桁架進(jìn)行定位固定并焊接，焊接按先后順序先內(nèi)外弦桿對(duì)接縫、再焊直腹桿、最后焊斜腹桿，待正面焊接結(jié)束后，撤除定位并翻身進(jìn)行反面焊接。焊接結(jié)束后桁架重新復(fù)位，如有變形進(jìn)行火工校正，劃出余量并切割，做好現(xiàn)場(chǎng)焊定位標(biāo)記。

（1）鋼管通過彎管機(jī)彎到一定弧面，拼裝成S形管焊接，采用標(biāo)準(zhǔn)板校正符合要求后，放地樣按1∶1裝配S形管與直管拼裝，焊接完成后要保證管子角度的正確性，平整度好壞會(huì)影響后續(xù)組裝。

（2）單面焊接雙面成型坡口形式。

適當(dāng)切割修正管子的內(nèi)口上下每一部位的坡口角度大于45°～50°，滿足熔透一級(jí)焊縫的要求，裝配時(shí)要對(duì)坡口內(nèi)側(cè)進(jìn)行打磨，裝配間隙控制在3mm，用碼板點(diǎn)焊固定管子，以三處固定（相對(duì)等分），管子對(duì)接采用同樣規(guī)格坡口45°～50°，間隙4 mm，板厚大于等于20 mm時(shí)，間隙5±1 mm；部分直管采用鋼襯墊焊接，如圖5所示。

圖5 焊接形式

（3）管子壁厚10 mm時(shí)，采用3層焊道完成焊接（見圖6a）；管子壁厚20 mm采用6層焊道完成焊接（見圖6b）；單面焊雙面成型，坡口45°，無(wú)鈍邊間隙3 mm。焊接時(shí)熔透坡口底部逐步向上勻速焊接，在準(zhǔn)備停焊之前，焊速增快，減少填充量，使坡口停頓處形成一個(gè)大于坡口間隙的熔孔，便于在焊接部位冷態(tài)情況下重新起弧，保證反面焊縫熔透成型，確保焊接接頭熔透。

圖6 不同壁厚焊接

（4）對(duì)接焊縫適當(dāng)修磨后，進(jìn)行桁架組裝。組裝完全放在胎架上，保證水平基準(zhǔn)面在尺寸校正定位后，安裝水平腹桿、斜腹桿，裝配形成一個(gè)剛性固定構(gòu)架，隨后安裝柱底板。桁架栓在胎架上焊接時(shí)，為了控制焊接熱變形，應(yīng)先焊一側(cè)的水平腹桿和斜腹桿，采用跳躍法，先焊1、3、5；后焊2、4、6，一側(cè)焊完后再焊另一側(cè)。用此焊接順序保證最小變形量，焊接順序如圖7所示。

圖7 桁架組裝焊接示意

（5）完成的管子焊接24 h后進(jìn)行UT檢測(cè)，必須滿足GB11345標(biāo)準(zhǔn)的BI級(jí)要求。

（6）對(duì)于管板焊接，法蘭板是盲板，裝配定位用碼板固定（見圖8）；全位置焊接技術(shù)難度增加，在焊接時(shí)盲板的熱量需求量大，坡口前端薄容易熔化，鋼管坡口和盲板熔化需要的熱量不一樣，在焊接時(shí)電弧中心溫度和熔化金屬要偏向于盲板，從打底到蓋面都需要掌握此原則。焊接時(shí)運(yùn)條兩邊停頓，盲板處要多停頓、給予充分熱量，且掌握好焊絲移動(dòng)速度，焊縫表面平整或焊縫中間稍內(nèi)凹為佳，便于多層焊縫的層間熔透，否則焊縫中間高兩邊低，兩側(cè)形成夾角就容易使焊縫內(nèi)部產(chǎn)生缺陷，探傷合格率低。

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Truss fabrication technology of curved pipe

KANG Meng1，JIANG Dianzhong2，CHEN Fei1，ZHANG Qiangyong3
（1.Jiangsu Zhongnan Building Industry Refco Group Ltd.，Shandong Jincheng Steel Co.，Ltd.，Zibo 255100，China；2.Hubei Jinggong Steel Strucrure Co.，Ltd.，Wuhan 430311，China；3.Xuzhou Construction Machinery Technician College，Xuzhou 221116，China）

With the rapid development of construction steel structure industry，roof structure of industrial workshop，stadium，exhibition halls，theaters，and airport terminal building，is not only required to satisfy general function，but on the premise of meet the requirements of general function，gradually to develop in the direction of beautiful，novel，unique，span is more and more big，the rules of appearance by a single plane shape to the complex three-dimensional modelling，compared with the traditional craft production. This paper mainly takes Spain pavilion as an example，in view of the surface truss makes a brief analysis and elaboration，to make a guidance and reference for the machining of the similar components.

steel structure；curved truss；making process

TG457.4

B

1001-2303（2016）11-0111-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.11.24

獻(xiàn)

康猛，姜殿忠，陳飛，等.異形雙曲面管桁架制作工作[J].電焊機(jī)，2016，46（11）：111-113+122.

2015-08-20；

2016-02-26

康猛（1982—），男，湖北宜昌人，工程師，學(xué)士，主要從事建筑鋼結(jié)構(gòu)制作工藝、焊接技術(shù)以及焊接培訓(xùn)方面的工作。