中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
摘 要：隨著鋼結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)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)的制作難度、技術(shù)含量也越來越大。其中大直徑錐管在大跨度鋼結(jié)構(gòu)、大型機(jī)場鋼結(jié)構(gòu)等大型鋼結(jié)構(gòu)工程中，運(yùn)用得越來越廣泛，本文從深圳機(jī)場T3航站樓的大直徑厚壁錐管柱的卷制成型、節(jié)點(diǎn)裝焊及精度控制方面進(jìn)行介紹，以探討這類柱的標(biāo)準(zhǔn)化制作技術(shù)。
關(guān)鍵詞：大直徑；厚壁；錐管柱；標(biāo)準(zhǔn)化
深圳機(jī)場是中國的第四大機(jī)場，T3航站樓建成后將與本區(qū)域的香港、廣州、澳門及珠海機(jī)場形成一個規(guī)模宏大的珠三角機(jī)場群，將對本地區(qū)的社會與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。T3航站樓以空氣動力學(xué)曲線為布局的屋面，既蘊(yùn)涵航空工程學(xué)的最佳原理，又引發(fā)了深圳這座年輕的濱海城市所帶給人們的浪漫體驗(yàn)和詩情畫意，是建筑、設(shè)計(jì)和技術(shù)融合為一的藝術(shù)珍品，不僅充滿了未來氣息，還顯示出真正的抵達(dá)之感。
圖1 深圳機(jī)場T3航站樓整體效果圖
1 工程概況
深圳寶安國際機(jī)場T3航站樓位于深圳市寶安區(qū)寶安國際機(jī)場擴(kuò)建區(qū)域，總用鋼量約四萬噸，鋼材材質(zhì)主要為Q345B、Q345C和Q345GJC。本工程主要由主樓大廳和十字指廊兩個區(qū)域及登機(jī)橋組成。其中大廳屋頂為帶加強(qiáng)桁架的斜交斜放網(wǎng)架，加強(qiáng)桁架設(shè)置在屋頂支承結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)上，大部分間距為36mm，在體形變化處加強(qiáng)桁架也相應(yīng)調(diào)整。屋頂支承結(jié)構(gòu)由鋼管柱、核心筒、過渡區(qū)的拱形加強(qiáng)桁架組成。其中，鋼管柱有兩種類型，第一種類型為下端鉸接、上端與加強(qiáng)桁架剛接的倒錐形鋼管柱，與加強(qiáng)桁架形成框架體系，為屋頂?shù)闹饕箓?cè)力體系之一；第二種類型為搖擺柱，包括落在市政橋上的搖擺柱和支承拱形加強(qiáng)桁架的搖擺柱以及大廳內(nèi)較短的兩根懸臂鋼管柱。
倒錐形鋼管柱用量大約3900t，且均為大直徑厚壁管焊接管，最大直徑2200mm,最小直徑1200mm，壁厚42、36、32mm三種。最大長度30.5m，共82根。
圖2 深圳機(jī)場大廳整體軸測圖
圖3 深圳機(jī)場大廳局部軸測圖(深圳機(jī)場大直徑厚壁錐管柱制作技術(shù))
2 加工制作方案分析及選擇
2.1 方案分析
根據(jù)本工程所用鋼管的規(guī)格及材質(zhì)，同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和我國鋼結(jié)構(gòu)加工企業(yè)的實(shí)際狀況，目前鋼管的制作（冷加工）成型工藝主要有二種，即卷制成型工藝和壓制成型工藝，以下為本工程鋼管成型工藝的分析和選擇說明。
壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范（DL5017-2007）中規(guī)定，當(dāng)鋼材屈服強(qiáng)度≤350N/mm2時(shí)，鋼管徑厚比必須大于33方可進(jìn)行冷卷，否則應(yīng)熱卷或冷卷后進(jìn)行熱處理。分析本工程所用的七種鋼管柱徑厚比均大于33，完全滿足冷卷的工藝要求。鋼板經(jīng)過壓制或卷制以后，其力學(xué)性能將發(fā)生變化，壓制、卷制的過程，實(shí)際就是在外力作用下，使鋼板的外層纖維伸長、內(nèi)層纖維縮短而產(chǎn)生塑性彎曲變形。冷彎時(shí)變形越大，材料的冷加工硬化越嚴(yán)重，在鋼板內(nèi)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也越大，甚至?xí)l(fā)生表面裂紋。壓制或卷制構(gòu)鋼管的表面硬度、冷作硬化層深度將隨著壓制（或卷制）壓力和次數(shù)的增加而增大。
2.2 方案選擇
根據(jù)本工程鋼管柱規(guī)格（主要是徑厚比）、材質(zhì)、受力狀態(tài)和構(gòu)件類別，考慮到卷制和壓制制管工藝上各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，以及工廠的實(shí)際加工設(shè)備和各自的加工效率。通過綜合比較分析，本工程所有鋼管柱均采用卷板機(jī)進(jìn)行卷制成型。
3 加工制作關(guān)鍵工藝
3.1 余量加放要求
1）管體內(nèi)有加勁隔板處加放1mm的焊接收縮余量。
2）錐管單節(jié)分段時(shí)要考慮焊接余量，每根錐管的上端為余量端，具體余量要求為20~30mm，如下圖B段大頭端為余量端，A段不放余量，AB對接焊縫處收縮余量，每條對接焊縫考慮3mm的收縮量。
圖4 焊接余量 (深圳機(jī)場大直徑厚壁錐管柱制作技術(shù))
3.2 零件放樣、下料與切割
1）零件放樣與號料時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及工藝要求加放焊接收縮余量、壓頭余量、切割寬度留量等；
2）工廠放樣、下料、裝配用尺應(yīng)與驗(yàn)收用尺核對一致；
3）零件下料前應(yīng)仔細(xì)核對材料材質(zhì)與規(guī)格，做到專材專用，不得隨意代換，若需代換，需征得原設(shè)計(jì)的同意。
4）零件切割下料后，應(yīng)在每一零件的明顯部位標(biāo)識（打鋼印）零件編號。
5）下料后必須對外形尺寸進(jìn)行復(fù)測，尺寸必須滿足精度要求，否則會影響接頭錯位，并彈出兩端加工壓頭需要的中心線和加工線。
圖5 單節(jié)管體放樣展開圖 (深圳機(jī)場大直徑厚壁錐管柱制作技術(shù))
3.3 錐管卷制工藝
1）為了消除兩端剩余直邊，卷管前制定專用壓模對零件兩端進(jìn)行壓頭，壓頭長度為1/2L+（30~50）mm（L為下輥中心距），考慮到材料的反彈，壓模的曲率半徑要比錐管半徑R小2%左右。
2）零件兩端壓頭后，采用專用檢測樣板進(jìn)行檢測，樣板弦長B=0.5D（且不小于500mm），樣板與瓦片間的間隙應(yīng)小于1.5mm。壓頭檢測合格后，切割兩端余量，同時(shí)開坡口。
3）卷制時(shí)采用快速進(jìn)給法和多次進(jìn)給法滾彎，直至達(dá)到規(guī)定的要求，由于鋼板的回彈，卷制時(shí)必須施加一定的過卷量，在卷制過程中應(yīng)采用樣板不斷檢查彎板兩端的半徑。
圖6 錐管卷制實(shí)例圖 (深圳機(jī)場大直徑厚壁錐管柱制作技術(shù))
4）在數(shù)控卷板機(jī)上進(jìn)行反復(fù)滾壓，同時(shí)注意變形控制，直至成型，成型后由專人檢查加工精度，否則進(jìn)行再次滾壓矯正。
3.4 錐管縱縫的焊接工藝
1）錐管縱縫采用半自動埋弧焊進(jìn)行焊接，焊接前應(yīng)進(jìn)行縱縫拼接定位焊，定位焊焊縫長度宜大于40mm，間距宜為500～600mm，定位焊焊縫厚度不宜超過設(shè)計(jì)焊縫的2/3。焊接時(shí)應(yīng)注意板邊錯變量和焊縫間隙。
2）焊接前必須對焊縫兩側(cè)100mm范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱采用陶瓷電加熱板進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度100～150℃，加熱時(shí)需隨時(shí)用測溫儀和溫控儀測量控制加熱溫度。
3）先焊內(nèi)側(cè)，后焊外側(cè)面。內(nèi)側(cè)焊滿2/3坡口深度后進(jìn)行外側(cè)碳弧氣刨清根，并焊滿外側(cè)坡口，再焊滿內(nèi)側(cè)大坡口，使焊縫成型。完全冷卻后進(jìn)行焊縫無損檢測。
3.5 錐管縱縫的焊接工藝
1）對接接長前單節(jié)錐管節(jié)必須進(jìn)行校正，特別是橢圓度必須滿足規(guī)范要求。
2）相鄰管體拼裝組裝時(shí)，縱縫應(yīng)相互錯開120°，并必須保證兩端口的橢圓度、垂直度以及直線度要求，符合要求后定位焊，定位焊要求同前。
圖7 錐管節(jié)段縱縫錯開示意圖(深圳機(jī)場大直徑厚壁錐管柱制作技術(shù))
3）整段管體拼接后，定出管體上、下兩個端面的中心點(diǎn)，然后用水平儀或全站儀檢測整段管體的同心度。如果上、下兩端面的中心點(diǎn)在一條直線上，說明管體的同心度滿足要求，否則重新拼接、矯正，直到同心度滿足要求。
4）將拼接好的管體吊入滾輪焊接胎架上用埋弧焊進(jìn)行環(huán)縫的焊接，焊接要求同縱縫要求。
圖8 環(huán)縫焊接實(shí)例圖(深圳機(jī)場大直徑厚壁錐管柱制作技術(shù))
5）焊后校正，冷卻后探傷。
4 錐管裝焊精度要求
精度要求見表1。
表1 錐管裝焊精度要求
4.結(jié) 語
T3航站樓設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)，是將高質(zhì)量的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和實(shí)用需求完美結(jié)合，內(nèi)部空間高大寬敞，旅客身臨其間，透過玻璃幕墻，四周美景一覽無遺。行云流水般的屋面設(shè)計(jì)以及變換無窮的光影空間，使得人們的旅程沐浴在繽紛之中。因此，如何保證錐管的制作精度滿足設(shè)計(jì)的要求，成為本項(xiàng)目加工制作的難題。在項(xiàng)目全體技術(shù)人員的不懈努力下，成功解決了此類型構(gòu)件加工過程中的精度控制、變形控制等問題。構(gòu)件最終的制作質(zhì)量獲得了業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理的高度認(rèn)可，也為今后類似構(gòu)件的加工制作積累了經(jīng)驗(yàn)、奠定了基礎(chǔ)。
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