火焰校正法在大型钢构件变形校正中的应用浅析

赵霄剑

（太原市建设工程质量安全站，山西 太原 030009）

0 引言

钢结构延展性好、塑性形变能力强，具有良好的抗震等级和抗冲击性能，可提升建筑的安全稳定性，在剧院、体育场馆、大型堆场（棚）等公共建筑和工业建筑中尤为常见。在对钢构件进行焊接过程中，局部不均匀的加热使钢构件内部产生热应力，进而产生残余塑性变形和残余应力，由此引起钢结构的变形，从而使钢构件的刚度、强度、稳定性降低，最终降低整个结构的承载力；另外，对那些较长的结构钢梁，运输、吊转也有可能引起变形。项目建设中，构件的变形需要校正。在丁果仙大剧院改扩建项目中，众多焊接预制的钢构件存在焊接变形，采用火焰校正法对钢构件进行了校正。本文结合该项目，对火焰校正法在大型钢构件变形校正中的应用进行分析。

1 火焰校正法概述

金属材料存在热胀冷缩的特点，当材料局部加热时，被加热部分的材料受膨胀，但由于周围环境温度低，因此受热处材料受到膨胀的限制，材料受到压缩，即此加热处受到压缩应力，当停止加热发生冷却时，就发生加热部分的材料会比原来材料的长度减短的情况。火焰矫正就是利用金属这种特性，用火焰加热的方式在适当位置对构件进行加热，从而当构件冷却时产生压缩应力，用来起到校正变形的作用。

在焊接过程中，因为对钢构件进行局部不均匀的加热，使钢构件内部产生热应力，进而产生残余塑性变形和残余应力，由此引起钢结构的变形，从而使钢构件的刚度、强度、稳定性降低，最终降低整个结构的承载力。因此，需要对构件焊接中出现的变形进行校正。校正方式主要有机械方式、加热方式，其中，火焰校正是通过加热的方式达到构件校正的目的。火焰校正须注意，一旦温度的控制不符合要求，相应的热循环必然被材料受热部分所承受，从而材料的结构性能会受到一定程度的影响。不同校正温度的适用范围见表1所示。

表1 不同校正温度的适用范围（材质为低碳钢）

针对钢结构焊接变形常用的火焰校正法主要有三角形加热法、线状加热法、点状加热法。影响火焰校正效果的主要因素包含以下几个方面：一是加热的形状；二是加热的位置；三是加热的速度；四是加热区的大小；五是冷却速度。

2 工程应用实例

丁果仙大剧院改扩建项目总建筑面积20320.9m2，建筑层数地上2层，地下3层，其中地上面积为7080.8m2，地下面积为13240.1m2。主体设计为型钢混凝土结构。屋面工程为钢结构体系，该项目中运用了大量的火焰校正方法。

2.1 火焰校正法工艺流程

（1）提前做好校正前的准备工作，检查乙炔、氧气、设备与工具的状态，选用火焰校正对应的烤枪、焊嘴。

（2)采用石笔进行钢梁中线的放样，确定钢梁是否变形，并分析变形的类别。

（3）确认校正件的材质，了解其相关的塑性、结构特性、技术条件及装配关系等，从而确定其构件的变形类型[1]。常见的主要构件变形类型有：纵向和横向收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形，见图1所示。

图1 构件变形类型

（4）先确定加热顺序和加热位置，再考虑是否需要增加外力。通常从刚性大的方向和变形大的部位开始校正，然后在钢梁变形处进行标记。

（5）确定校正方式，一般对于变形大的构件，其加热温度为610～830℃。

（6）检查火焰校正的质量，对不能满足工程质量要求的须进行二次的火焰校正。如果存在校正量过大的情况，应该从反方向进行火焰校正，直到火焰校正能达到技术要求。

（7）除了针对专门技术规定的校正件需要做退火处理，通过退火处理消除校正应力[2]外，一般构件经过火焰校正后是不需要进行退火处理的。

（8）具体的施工工艺流程见图2所示。

图2 施工工艺流程

2.2 主要施工机具设备及材料

配备的设备见表2所示，需要的材料主要为氧气和乙炔。

表2 主要机具设备

2.3 质量控制规范

质量控制依据《钢结构施工质量验收规范》（GB50205-2020）、《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）与《钢结构工程施工规范》（GB50755-2012）。

2.4 安全措施

该工程进行火焰校正的安全绳按照《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80）布置。工程中为保证工人在其过程中高空行走，在每根钢框架梁中拉设两道安全绳；边梁位置两股。次梁安装时，工人通过次梁两头主梁上的安全绳悬挂安全带进行安装。上、下钢梁时工人通过十字柱上的爬梯上下。钢柱间边梁位置上方安全绳布置示意如图3所示。

图3 钢柱间BGL边梁位置上方安全绳布置示意图

钢梁焊接用Φ14圆钢制作，在挂钢梁的整个位置进行加强（即双排钢筋），进人深度不低于1400mm，吊笼主要受力为受拉，为3.3t，满足使用要求。

在施工前必须加强施工人员的班前安全教育，做好安全技术交底，未经三级教育的施工人员不得上岗。所有机具设备的操作人员必须经过严格训练，持证上岗，并严格遵守操作规程，严禁违章作业。临时设施及变压器等供电设施，应采取防护措施，并增设屏障、遮栏、围栏、保护网[3]。

2.5 环保措施

光污染控制：合理安排施工作业时间，尽量避免在夜间施工。在保证满足施工要求下，调整灯光的照射方向，减少对周围居民的影响。焊接作业必须在具有遮光措施的平台内，施工人必须在面罩内操作。

固体废弃物控制：在工作安排时须明确固体废弃物收集，安排专人负责日常管理。有毒有害类的废弃物不与无毒无害的废弃物混放现场，并按标识分类堆放。

2.6 经济效益分析

采取传统机械校正工法时，需要将变形的钢构件进行返厂，采用大型机械进行冷加工，从而满足设计要求。使用火焰校正方法，在施工现场可以很高效地进行处理，缩短了工期、保证了构件质量，同时减少了资源的浪费[4]。

丁果仙大剧院改扩建等项目均采用了火焰校正法进行钢构件的校正，与传统的机械校正施工工艺相比，减少了材料投入，明显加快施工进度、提高了劳动效率等，满足房建工程对施工的要求。经济效益分析见表3所示。

表3 经济效益对比分析（单位：万元）

3 结束语

综上所述，火焰校正法可行可靠，是进行钢梁校正的一种有效方法，该方法可采用多个烤枪进行平行作业，可有效缩短工期。实际应用证明，火焰校正法进行钢构件的校正，与传统的机械校正施工工艺相比，减少了材料投入，明显加快施工进度、提高了劳动效率；其施工机械简单，易操作，施工噪音较低，有利于环境保护。