钢管桁架结构焊接质量控制分析

2021-08-26彭冲

工程技术研究 2021年12期

彭冲

湖南省第四工程有限公司，湖南长沙 410000

钢管桁架结构的焊接质量直接影响建筑工程施工质量以及施工成本。在钢管桁架结构焊接中，变形问题比较常见，不仅会影响钢结构外观，同时会对其使用性能造成不良影响，甚至导致焊件报废，造成巨大的经济损失。为了提高钢管桁架结构的焊接质量，有必要对具体的质量控制措施进行分析，以提高施工效率。

1 钢管桁架结构焊接工艺

1.1 焊前准备

（1）钢管桁架焊接施工技术要求比较高，要求焊工通过专业考试，并持证上岗。在焊接施工中，焊工必须严格依据焊接施工规范，遵守施工规章制度。

（2）焊工应秉持认真、负责的工作态度，在钢管桁架焊接施工中加强焊接细节质量控制。

（3）在钢管桁架焊接施工中，如果发现焊接构件质量不合格，则焊工可拒绝焊接，并及时通知相关负责人。

1.2 焊前清理

根据施工方案确定焊缝，对焊缝区域30mm范围进行清理，清除水、油污、锈蚀、油漆等。

1.3 焊前预热

在铸钢节点焊接施工前，需提前预热，根据焊接施工工艺试验确定预热温度。

1.4 钢管桁架相贯线焊接

（1）如果钢管桁架重量超载，则可在地面根据构件质量进行分类，然后依据施工图进行组装和焊接施工，在各段时间，均需应用连接板进行连接处理。在分组、安装和焊接施工完成后，要求立即对焊接质量进行检验，确保焊缝、焊接尺寸符合施工规定，再拆除连接点，采用吊车将构件运输至安装位置进行焊接。

（2）在钢管桁架拼装施工中，必须对各单元尺寸结构准确性进行控制，严格控制误差，避免在高空拼装过程中尺寸不准确，进而造成资源浪费；在单元拼装施工中，按照从中间向两边、从下至上的拼装顺序。在局部处理方面，先处理大管和主管，后处理小管和支管，降低变形率。拼装完成后，根据施工规定标号，划分定位线。需注意的是，在单元拼装以及焊接施工中，可将胎架作为施工平台，以加强结构形状控制。

（3）在钢管桁架拼装方面，必须严格依据施工规定，尽量减小拼装误差。

2 工程概况

某乙级综合体育馆由体育馆和游泳馆两部分组成，其中体育馆包括体育馆屋顶钢桁架结构、20.4m标高楼面钢结构、21.2m标高钢结构；游泳馆包括游泳馆屋顶钢桁架结构、14.7m标高钢结构。体育馆和游泳馆效果图如图1所示。体育馆及游泳馆屋顶钢桁架采用倒三角形空间钢管桁架结构体系。体育馆平面尺寸为92.1m×126m，游泳馆平面尺寸为48m×72m，其他标高层钢结构为热轧或焊接H钢结构。体育馆及游泳馆屋顶钢桁架材质为Q420B钢材，其他标高层钢结构材质为Q345B钢材。

图1 体育馆和游泳馆效果图

在该工程施工中，桁架与网壳跨度的范围在72～84m，高度范围为2～6m。很多桁架杆件的厚度比较小，因此容易发生变形，制作精度控制以及运输难度比较大。另外，中庭双曲网壳以及倒三角钢管桁架节点比较复杂，加工和拼装难度比较大。

3 钢管桁架结构焊接质量控制

3.1 安装精度控制措施

（1）设计阶段精度控制。对于复杂节点，需做好工艺评定分析。在加工前，采用Auto CAD软件创建三维模型，然后将模型转换为DXF文件，再输入至WIN3D设计软件中进行计算分析，在获得构件角度、长度等参数后，即可输入至PIPE-COAST软件的切割数据单中，据此进行切割和加工处理。

（2）拼装阶段精度控制。在构件拼装中，定位控制难度比较大，故在该工程施工中，各类构件统一在工厂制作，然后运输至施工现场拼装和焊接。在此过程中，需根据施工方案做好定位处理，保证焊接精度。①对于钢管桁架以及网壳架，均可在工厂预拼装，要求对杆件、各节点之间的焊接缝隙以及桁架尺寸进行检查，同时根据安装要求做好标记，便于提高现场安装效率。②在胎架安装施工前，对施工场地进行整平和硬化处理，根据计算设计符合拼装要求的支撑结构体系。③在将桁架结构运输至施工现场后即可焊接，如果天气条件恶劣，需搭设防护棚。同时，在焊接过程中做好跟踪测量，对焊接顺序进行调整，保证焊接质量。④测量定位时，需利用三维坐标进行定位，以中庭双曲网壳模型为依据，对胎架支撑点位进行严格控制，同时采用全站仪进行跟踪定位，保证桁架拼装完成后节点坐标与模型坐标保持一致。⑤对于屋盖钢管桁架，可在地面分段拼装，然后进行整体吊装，对于每榀分段桁架与已安装完成的结构，需利用码板做好固定处理，以保证整体结构的稳定性。

3.2 焊接应力应变控制

（1）焊接应力控制措施。在钢管桁架焊接质量控制方面，应力控制的作用是有效减小应力峰值，保证应力分布均匀。对此，可采取以下几种措施：①控制焊缝约束力。如果约束力比较大，则焊接应力也比较大，因此应尽量减小焊缝约束力，然后再焊接。在构件拼装完成后，采用码板对主弦杆进行临时固定，相贯口处需预留间隙，使钢管桁架处于自由状态，然后进行焊接处理。②调整焊接顺序。部分节点位置焊接工艺比较复杂，需综合考虑贯口形状以及焊缝调整焊接顺序。首先对收缩量、约束力比较大的焊缝进行焊接，然后对收缩力及约束力比较小的焊缝进行焊接。③合理应用补偿加热法。在钢管桁架焊接施工中，可能会出现冷裂纹，如果管壁厚度比较大，则应提前预热，降低裂缝发生率。④对于大尺寸构件，可采用分段焊接施工技术，在焊接完成后进行矫正验收，再拼装焊接。

（2）焊接变形控制措施。在钢结构焊接质量控制方面，应注意对于不同节点构造，需采用不同的焊接工艺，有效控制焊接变形。①采用合理的拼装焊接顺序。在该工程施工中，空间倒三角钢管桁架拼装和焊接施工顺序如图2所示。在实际施工中，需根据图2中的编号拼装腹杆并焊接，保证拼装焊接施工顺序科学合理。在中庭网壳片状桁架拼装焊接过程中，首先要做好上、下主弦杆定位，然后进行拼装和焊接。在拼装焊接施工中，应注意在标准水平面进行钢结构拼装。对于相贯口形状、焊缝布置形式，必须保证对称性，如果焊缝不对称，则应先对焊缝比较少的一侧进行焊接，再完成另一侧焊接。如果管径比较大，则可分段焊接，同时根据实际情况对焊接方向进行调整。②码板固定。在钢管桁架焊接施工中，部分构件在自身重力以及焊接应力的影响下固定难度比较大。对此，需确定胎架固定位置并拼装，然后利用码板对夹紧固定位置，尽量避免出现焊接变形。③选择适宜的焊接方式以及焊接工艺。根据焊接工艺选择焊接方式以及焊接工艺参数，然后进行焊接施工，严格控制焊接变形。