浅析水泥厂网架施工中的误差控制

2011-01-05程艺兰

水泥技术 2011年6期

程艺兰

浅析水泥厂网架施工中的误差控制

Discussion on the Error Control of Grid Structure Construction in the Cement Plant

程艺兰

针对水泥厂常用的螺栓球节点网架施工中误差的形成和积累的成因进行分析,主要涉及轴向的径轴尺寸偏离和构件偏心误差，以及由于这些误差而形成的误差积累。如杆件及螺栓球等组件的加工过程、组装过程中各组件尺寸、偏心误差等。由于网架相关误差的允许范围都有非常严格的要求，而在实际施工操作中对误差的质量管理和控制没有有效切入到关键工序和环节，网架组件常常超出应许误差，从而使网架结构在成形后产生较大的附加内力，严重的还会导致网架的杆件发生形变，最终降低结构的承载力和网架的使用安全性。

水泥厂；网架；径轴偏差；偏心误差；误差积累；误差控制

1 引言

近年来，网架结构在水泥厂的应用范围日益扩大，发展迅速。网架结构具有刚度大、自重轻、施工周期短、造型美观、综合技术经济指标好的特点，是大跨度、大空间结构的主要结构形式之一。特别是螺栓球节点网架，因工艺相对成熟，已广泛应用于工业厂房、加油站、体育馆及其他公用建筑中。

螺栓球网架工程施工及质量管理主要涉及两个环节的内容：加工和安装。这种表面看似简单的两个环节却有极为严格的误差标准。如在加工过程中螺栓球、杆件的径向允许偏差在±2.0～2.2mm,成品球的相邻螺孔夹角为±30′；拼装过程中小拼单元允许偏差为±2.0mm。而实际施工过程中各工序都不同程度地受到人为因素的影响，在没有严格管控的条件下这种人为因素的影响往往会被扩大化，从而形成小拼网架单元的大偏心受力和整拼网架误差积累后不能顺利完成后续构件的安装，最终拼装成形的网架内力与原设计出入过大，降低了结构的安全性能。以下就这两方面展开论述。

2 加工过程中的误差控制

对网架杆件和螺栓球分别进行分析。

2.1 杆件径轴偏差的原因及控制

2.1.1 误差形成的原因

径轴偏差形成的原因主要在两个环节：（1）钢管的下料尺寸长短控制不力；（2）组拼成品杆件时，铆接平台不能有效控制杆件成形尺寸。

2.1.2 误差控制分析

杆件加工是网架工程施工过程中容易造成误差积累的重要环节。其中组成杆件的焊管下料尺寸、封板（或锥头）的厚度以及焊接缝的厚度决定杆件的最终长度。而受杆件长度设计值的制约，焊管下料尺寸、封板（或锥头）的厚度又决定了焊接缝的厚度，焊缝过大或过小都直接影响到杆件的连接强度。因此，在具体施工过程中应针对不同的焊接件及其焊缝厚度要求积累和控制钢管的下料尺寸，这就要求对同等规格的杆件先期制作样品杆，从而达到修正下料尺寸的目的。

2.2 杆件偏心误差的原因及控制

2.2.1 误差形成的原因

偏心误差形成的原因主要在两个环节：（1）钢管有一定的初期变形；（2）组拼成品杆件时，铆接平台不能有效控制杆件端面垂直度。

2.2.2 误差控制分析

杆件加工的另一个控制要点是端面垂直度，而端面垂直度决定杆件与螺栓球之间的接合面螺接层度。对网架中的承压杆而言，端面垂直度偏差过大的杆件，在实际承载力的作用下，杆件往往是偏心受压，这是偏心误差较为突出的一个方面。单个构件的偏心误差会使杆件无法充分发挥自身性能并产生形变，多构件情况下就会降低网架的安全性能。这就要求对焊接前的临时铆焊要加强平行检查，其中对铆接平台的检查也是必不可少的。好的铆接平台应当让组成杆件的各构件均相互自由和独立，这样就能达到较好的铆接效果。对每个杆件自身是否弯曲也要进行检查，因此铆接工作量非常大，不应盲目追求铆接速度，以免给后面工作造成隐患，或导致不必要的返工。

2.3 螺栓球偏心误差的原因及控制

2.3.1 误差形成的原因

螺栓球的铣面误差一般对径轴偏差影响不大，主要是球体圆度和直径本身的检测，而螺栓孔的偏心误差则是形成偏心误差的主要方面。产生偏心误差的主要原因有两方面：（1）毛坯球的圆度不均匀，影响到初孔成形；（2）加工车床及配套工桩模具本身的精度不足，使按工艺顺序加工的螺栓孔积累了偏心误差。

2.3.2 误差控制分析

（1）毛坯球的检测：螺栓球是因为通过钢锭锻打而成，其材质和圆度难以确保。毛坯球的检查主要为:是否有裂纹、氧化皮、球径的误差及圆度等项。其中球径过小影响铣面面积。通过打火或其他检测手段确定其硬度指标是否为45号钢。圆度偏差过大，在加工初孔时，三爪卡盘中心与球心不重合，这种偏差会由始至终积累到后续加工的螺栓孔。因此，这种圆度偏差超出规范允许偏差的毛坯球，应杜绝使用。

（2）成孔处理：钢球的成孔加工虽属于粗牙加工，也应按照机械产品加工要求加工，特别是丝锥锥入深度要满足后期螺栓安装深度的要求。其主要控制指标一是铣面要确保套筒的接触面；二是各球孔应保证统一指向球心，车床的三爪卡盘中心、钻头的钻芯以及工装的中心位置要对准，三心合一是保证球的螺栓孔同心的必要条件，这需要不定期在加工过程中进行核对；三是成孔角度要符合设计要求，在加工前要理清加工工序，其中对于成品球的抽检工作可利用图纸上相近的螺栓球对比检查角度，评定误差大小。

成品球的螺栓孔偏差是偏心误差的另一个主要方面，这主要取决于车床及相关模具的精度，对不能满足加工精度要求的机具应严禁使用。球孔角度和杆端倾角会共同作用在连接两者之间的高强螺栓上，使螺栓处于附加剪切内力状态，处于拉杆状态时，对螺栓的危害尤大；同时在两者的共同作用下，这种偏心误差形成的偏心内力偏离杆件的径向，处于压杆状态时，对杆件的杆中截面危害尤大。

综上所述，网架的加工过程决定了网架最终质量的好坏，各作业工种都要做到精细操作。各作业班组应针对自身特点严格控制、规范操作。相同的作业班组应加强经验交流，取长补短，统一认识，以便行之有效地提高网架的加工质量。

3 安装过程误差控制

水泥厂网架工程安装造成的误差和误差积累的原因是多方面的，涉及到由构件加工时带来的误差，安装初期网架各跨轴线测量的误差，网架安装过程中，部分成形跨因自重带来的沉降变形影响到后续跨网架的安装等等。直接结果是后续节点不能顺利安装完成，或即使勉强安装完成时，螺栓拧入长度严重不足，其间接的结果是导致网架产生较大的附加内应力，这些都会使后期网架的承载力下降。

3.1 安装方案对网架安装的影响

首先要求熟悉施工图纸，同时在安装前做好必要的设计交底，对于不同的网架形式应采取不同的安装工艺。水泥生产线中网架的形式一般有平面网架和曲面网架，其边界支撑方式分为多点支撑、两边支撑、周边支撑，对平面网架又分上弦球节点支撑和下弦球节点支撑等。平面网架可就两端对应的单元组视为一个混凝土梁结构，其上弦杆一般为压杆（轴压构件），而下弦杆一般为拉杆，因而网架从整体上看上弦杆较下弦杆组合规格要大，主要由于其中间受弯变形和两端的剪切变形。网架安装过程中因自重引起的变形往往会给后续安装带来不利，特别是大跨度的平面网架，因此，这种类型的网架安装不应提倡滑移施工。满堂脚手架是最有利的网架施工平台，它在确保施工安全的同时，又能承担部分网架重量，有效防止网格下沉变形，必要时，对多节点采用液压千斤顶进行可调控顶升，安排施工起拱，以调整网架安装过程中的误差积累和支座与预埋件之间的偏离。曲面网架相当于拱结构，其整个网架径向杆件都应是压杆（仅指上曲面形），压杆安装相对于拉杆难度大，在未安装完毕前，不应使压杆处于受力状态，防止后续安装工作无法进行。

3.2 误差积累的预控

网架安装的质量控制主要体现在控制安装误差，防止误差积累。

（1）对土建预埋件进行抄平和弹轴线，保证支座满足设计条件下的安装要求，对不满足安装要求的预埋件及时处理。

（2）要在操作平台上给予足够的网架支承点，防止整体网架在成型前出现沉降，达不到理想的安装条件。

（3）加工过程中出现的误差也体现在安装时形成积累，所以每安装一个单元体或多个单元体后，都要逐级复核网格尺寸，并做好记录。若网架安装过程中发现误差积累过大，影响到后续安装，就要停止安装并分析原因，及时予以纠偏整改。其中对大跨度的网架，在安装单跨时，不应一次性将螺栓拧死，以便后期调整因误差积累或脚手架平台支撑不到位引起的支座偏离。调整平台支撑高度可利用千斤顶调节，但要保证脚手架的强度和稳定性。

3.3 整体轴线控制和网架沉降观测

单元跨及整拼网架基本安装成形后，需分别对支座节点的轴线尺寸进行复核，发现偏离超出允许偏差时，应及时检查安装节点及调整施工起拱高度。在网架结构总拼完成后及后续其他荷载施工完成后，分别对跨中挠度进行测量，并做好相关记录；对后续荷载相对较大的，如设备荷载等，应先期做等效替代堆载试验，确认网架的挠度在许应范围内，满足安全性能后方可加设。

综上所述，在水泥厂网架安装过程中要具备切实有效的安装平台，利用平台等条件使受压杆不处在受压状态，安装过程中复核网格尺寸，防止误差积累。