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1、大跨度焊接球网架空间尺寸的控制2009-09-21钢构品牌网文字大小:【大】【中】【小】 大跨度焊接球网架空间尺寸的控制上海绿地建设(集团)有限公司第一分公司吴精丹、徐永刚、徐颖、丁玉兰【摘 要】利用脚手架平台高空拼装大跨度焊接球网架时,如何找准安装基准面、如何精确地将节点球和杆件空中定位、如何减少焊接变形是减少整体网架内产生次应力,保证安装尺寸精度的关键和重要环节。【关键词】大跨度焊接球网架安装基准、焊接变形、安装尺寸精度。上海飞机制造厂国家ARJ支线飞机,整机喷漆机库设计采用的是双向正放正交型的焊接球网架结构, 其平面投影为矩形, 轴线尺寸为55.48米61.9米, 投影面积为3434.2
2、12m2。 该网架为下弦对边柱顶支承,共计16只支座,每边8只,采用橡胶垫块支座,支承柱顶高度为15.3米,设计时因考虑屋面排水坡度,故将该网架上弦沿短向跨度方向布置成两向起坡,坡度为3%,结构剖面呈变截面状,支承边处结构矢高为4米,跨中矢高为4.832米。网格尺寸约为4米4米,该网架结构形式如下图所示: 该网架结构本属于一般性的平板型网架,但由于其结构跨度大(短向单跨度达55.48米,长向单跨达61.9米),属中大跨度的网架,象这种跨度的网架一般应采用周边支承体系,但该网架受建筑要求条件的限制,在沿长跨两端(即边短跨)处无支承点,整体网架呈对边支撑状态,在大跨度的网架中这样的支承条件是比较差
3、的,同时该网架的设计荷载较大,具有不均布的集中荷载,网架中的杆件比较复杂,杆件规格在该网架不呈对称分布,局部杆件受力较大,跨中杆件最大内力(拉力)已远远超出一般普通螺栓球网架规范规定的最大规格的高强螺栓M64的极限承载能力(25663136KN),这也是该网架采用焊接球节点的原因之一,因杆件受力较大,该网架采用杆件最大规格为19412,焊接球的最大规格为D60022(双肋)。 其次,该网架下部的支承结构布置不均等,支承柱距大小不等,七个柱间共分了五档不同数据的柱距,为了保证支座的位置,只能按支承柱距的变化划分成不同尺寸的网格,同时由于结构变截面,因此组成网格的杆件的尺寸和空间角度变化较大,该网
4、架由1801根杆件组成,经放样细化设计全部杆件共分成了341种尺寸规格型号。 综上所述,该网架具有以下特点 1,该网架支承条件较差,杆件受力的敏感性较大。 2,该网架为焊接球节点网架,工厂化生产程度低,现场焊接工作量大,故控制焊接变形和焊接质量的先天条件不理想。 3,焊接球节点网架为杆件直接相焊连接,在现场杆件的空间定位尺寸难以控制。 4,因该网架为双向正交正放结构体系,实际是用球节点的一种桁架体系,整体刚度较大,待安装结束后,难以进行整体尺寸调节。 5,组成该网架的杆件尺寸规格型号种类较多,给安装过程中的整体控制增加了难度。 为了保证网架在实际使用过程中符合设计假定模式,尽量减少或消除网架安
5、装过程中因焊接球和杆件定位尺寸误差产生的次应力和内在隐患,我们采取如下几个方面的措施: 1,提高该网架构件的制作加工精度 网架各组成构件的尺寸精度是保证网架整体尺寸精度的前提条件之一,且焊接球网架是杆件与焊接球直接焊接连结,其降低安装积累误差的环节和余地不如螺栓球网架那么充裕(螺栓球网架可通过微量增减螺栓球与杆件间的套筒长短来消除或降低安装积累误),为避免该焊接球网架安装过程中产生较大的积累误差,结合该工程的具体条件故将规范规定的螺栓球网架杆件的加工尺寸误差0.1提高为0.5。 因此,杆件的加工必须在专用的割管设备上加工,不仅能保证杆件的加工尺寸精度和切割端面与杆件轴心线的垂直度,且能使割管和
6、管端倒角一次完成,为保证后续现场杆件和焊接球之间的焊接质量提供了有利条件,严禁采用手工砂轮切割机切割杆件。 2,杆件的加工尺寸中已包含了适当的焊接收缩量,焊接收缩量留多或留少都不利于焊接球网架整体尺寸的控制,故在杆件加工前必须对各种规格和壁厚的杆件进行焊接试验,得出各种规格和壁厚较为精确的焊接收缩量,以避免现场焊接时产生较大的焊接积累误差或强行安装的现象。经焊接试验,经分析和统计试验数据,我们确定:当杆件壁厚4mm时焊接收缩量为2mm,杆件壁厚4mm时焊接收缩量为3mm。 3,结合该焊接球网架的结构特点,制定完备的施工顺序和工艺。 为了避免网架常规安装中采用的从一边支承处向对边支承处逐步推进安
7、装易使安装误差形成单向积累的缺陷,该焊接球网架尽量采用结构中部向两边线推进安装,使安装误差形成两向分布,使原来形成的单向积累误差值减少一半,从而使安装后的网架整体尺寸更接近设计计算模式。 4,由于施工场地的限制和施工安全性的考虑,该焊接球网架采用高空满堂脚手架上组装的工艺和方法,其关键是在高空将待组装的焊接球和杆件在空间精确定位。我们制订定位的先后顺序为:先将待组装的下弦焊接球定好位再定位下弦杆件确定竖向腹杆和上弦球再确定上弦杆和斜腹杆。 要使待组装的焊接球和杆件在空间精确定位必须具备如下条件: A,平整的刚度较大的基准面 因在脚手架上定位网架构件,该脚手架需承受安装过程中调节网架节点位置的局
8、部集中附加力,故安装该网架所需的脚手架的支撑力和刚度必需比一般安装网架所需的脚手架的支撑力和刚度要大,至少在需支撑调节网架下弦节点处部位进行局部加强处理,我们采用的脚手架如下图所示: 然后在脚手架面板上,用经校验过的钢圈尺划定待安装的下弦焊接球节点的水平面位置,在该位置处放置一个高度调节器,如下图所示: 根据下弦焊接球的大小,通过焊接球调节器,将同一条中心线上的下弦焊接球的对接焊缝置于同一水平面上(用水平仪进行测定),然后在每两个下弦焊接球之间配置待装的下弦杆,用杆件调节器将其调节成水平(可用水平仪测定),相邻两下弦杆互相垂直(用经纬仪测定)并观察下弦杆轴线与下弦焊接球的对接焊缝是否处于同一水
9、平面,如有偏差,则需进行反复调节,确保呈水平状的下弦杆的轴线与下弦焊接球的对接焊缝处于同一水平面,并复核网格的中心长度是否符合图纸尺寸要求,确定无误后,将下弦焊接球与下弦杆件点焊起来,将点焊起来形成的下弦网格再检测一边其纵横向(X轴和Y轴)的水平尺寸及同一网个中的下弦焊接球的对接焊缝与下弦杆的轴线是否在同一平面上,确定无误后,再开始将下弦杆与下弦焊接球焊接起来,使下弦杆中心线与下弦焊接球的水平中心线形成一个后续安装上弦杆,上弦焊接球和腹杆的安装基准面,这样就将原先不够标准的脚手架面板安装平面通过上述安装调节器的调整传换成由下弦焊接球的水平中心线与下弦杆中心线组成的较为合格的安装基准面。 在已成
10、形的下弦平面的基础上安装每排的竖向腹杆和上弦球,由于该网架的结构矢高较大,上,下弦高差达4米多,故安装员在下弦位置处无法调节和安装上弦球,因此,我们先在脚手架平台上,先将上弦球与竖向腹杆焊接起来,焊接时确定好两者间的相对位置,确保竖向腹杆与上弦球的连接焊缝对称分布在上弦球对接焊缝两边,再在相应的安装位置处设置一带有吊钩的组合钢脚手平台,其高度与该安装位置处的网架矢高高度一致,一安装人员在下弦位置处,另一人登上组合钢脚手平台,用手动牵引葫芦将焊接好上弦球的竖向腹杆吊起,吊点设置在上弦球上,利用上弦球与竖向腹杆的自重,使竖向腹杆自动垂直于下弦球顶部,上下两施工人员,相互配合,进行局部微调,确定好竖
11、向腹杆位置后,下部的施工员,立即将其点焊定位,(参见附图1和附图2),并同时安装两排平面网架之间的斜腹杆,利用该斜腹杆微调竖向腹杆与球面的垂直度,并利用该斜腹杆稳定住竖向腹杆和上弦球,再安装上弦杆,在这起始的两两相对的四个支承座范围内从中间网格开始向两边一排一排向前有序拼装推进。 在拼装上弦杆,上弦焊接球和腹杆时不能强行拆除支撑在下弦焊接球和下弦杆下的调节器,以免破坏了形成的安装基准面,只有当数行网格一起形成整体后,已安装好的部分网架产生一定的刚度后,自行挺立起来使下弦焊接球和下弦杆与调节器脱离接触,不再对下部支撑的调节器产生压力时,方可将调节器取出。 B,控制好焊接变形量 由于网架杆件与焊接
12、球之间的连接焊缝是环状的,不同于一般的直线焊缝,必须由焊接经验丰富的焊工施工操作,在施焊中必须严格按制定的要求施工,根据待焊接的杆件的规格和壁厚,确定焊道数量,电流强度和焊接速度,确保焊缝质量,同时控制好杆件的焊接变形量,为了控制住杆件的焊接变形量,在焊接时,在同一根杆件的两端同时施焊,在施焊人员充裕时,我们将施焊人员安排在同一条轴线上的杆件的焊缝同时施焊,使得同一条轴线上的杆件的焊缝变形收缩量均衡。我们加强对焊工的质量管理,在其本人焊接的焊缝上打上自己的编号,以便质量追溯.我们要求焊工在焊接时务必要保证水平弦杆与焊接球的连接焊缝对称分布在下弦球对接焊缝两边,如附图3所示,这不仅改善了焊接球的
13、受力状况,而且能帮助施工人员检测焊接球与和其相焊接的水平弦杆的相对位置是否正确。在安装过程中,我们勤检测,当一个网格焊接完成后,必需检测一次,观测其尺寸误差的正负值,要在相邻网格组装焊接时将误差值反向补偿过来,同样,当一行网格焊接完成后,也必需检测一次该行网格的总体尺寸, 观测其尺寸误差的正负值,要在相邻行的网格组装焊接时将误差值反向补偿过来,以防已形成较大安装积累误差后,网架已基本成型,但球节点已偏离理论计算位置,无法进行校正,只能采用截短或加长杆件来凑合已形成的不合格的球节点间距,强行安装,这样一来,势必在已安装完的网架杆件产生不可估量的次应力,给今后网架的使用带来不可预见的隐患。 因该网架采用了前述的施工工艺和方法,最后一根杆件未作任何修整顺理焊接组装结束,经竣工验收时测量整体网架的尺寸均在国家规范许可范围内,网架子重下的挠度值仅为设计挠度值的1/3,完全符合理论计算的要求。虽然该工程中焊缝要求为二级,但通过100%的焊缝超声波无损探伤, 焊缝全部合格。付图4为该网架全部安装结束后的立面雄姿。
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