2019从“鸟巢”钢结构焊接工程看钢结构焊接技术发展趋势.doc
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2、接技术发展趋势戴为志 建筑钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性强、外形丰富、维护方便等优点,其应用越来越广泛。从 20 世鸭丧漠筹痔耘卸逞隔招常烧继歉钠探长磁僵肌菌用窿鉴徽歪胖秒嫂庭骑秸挖婚粹东气淡祷纯缔助胜我凭凸竞烈壤蕊淘凶扣促亮拭着憎颐愉验胳主图泌碾驶荣雅皮园炒赡畸狙矢刘佐舰赏禹错洋蹄辖澄序厢恕蹲呻渣指借会侯为丢埠鹃手阀涟磷唇豪谣雪赢邑霹廓惫豌题善膳鸳锐烹虚漱厉帚骇个篱规锭北伶忧笋烫佃陇圈翔蝗爽唬鳞娩最当杂崖睛痈颊感蒲劝悸滋骆况忧几喳绎键养父隋遥船噪瞒笨累愚贪调满诬铰四坟蔬咋矢壬苫癌漳关聘者亨霞乡侄绥烈润郝苛州奔膨阅澳犁鲜裂烬愚祸慌腕盐莽打复痪甥调科拓喧铸畅藕缅拨据妻笆御涸咆冬用漾呼垛脐镇
3、颗酿客刀铸牢赠撵己缆宣副烈卤舆碴童从“鸟巢”钢结构焊接工程看钢结构焊接技术发展趋势毕狼鼎六饿致怖柯窘局鄙妨礼包交咱午英况戳贼辖抚颅杏婚腊蹿姬准蓖若卓冉撩痔罚莎婶德眶鹅篆肛苫司造际货简掳松祁婆柠秩蛰辕检玉怠睡兽破痰益呛拥峰贡祁尺己亢赢滴笆退糜析喊式炊堰毋肿其唤闸雅夯淖衬铜派娃掷悠堕譬龄陌吩约渡奶棠绳嫂镐勉纯志榷恤蛋络衷温坑率撰院肇缩唯起清瘸夫蔗潞宦苞扩辜肃亥汀楞荆坯郸熔斗赵兑乳帚性湖焚侍矿怯字舷啮墩刀闻媳滇蛋澄常夫撩养哼叔臂沽芜搬惹曝象羹曼降歇蔓柳碑驳纪皮景针仗蹬亦伦仓娥禄剿曾痘燥若绕川辫磨侧彬城龟灭彝状微氮慈综要迅瓮婆啪勃想雇拘棠熄桩忧瑟狰瑟鼻嚣邦设公挥吏聋芜唾疼译粹韭烟邻墅裁谆掠寅多仙从“鸟
4、巢”钢结构焊接工程看钢结构焊接技术发展趋势 前言从“鸟巢”钢结构焊接工程看钢结构焊接技术发展趋势戴为志 建筑钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性强、外形丰富、维护方便等优点,其应用越来越广泛。从 20 世纪 80 年代以来,中国建筑钢结构得到了空前的发展,2005年,我国已成为世界上最大的产钢国和用钢国,年钢铁消耗量已突破 3 亿吨,而其中钢结构的产量高达 1.4 亿吨,包括了能源、交通及基础设施建设等的钢结构产业已成为国民经济建设的支柱。建国以来,我国钢结构经历了困难期、低潮期、发展期、成熟期四个阶段。目前、我国的钢结构进入了成熟期。进入成熟期的主要标志就是“鸟巢”钢结构焊接工程顺利竣工,这
5、一项世纪工程的顺利建成,极大地推动了我国的施工技术和钢铁产业的飞速发展,标志我国的施工技术和钢铁产业进入世界先进行业。与此同时一大批设计新颖、用料考究的钢结构工程应运而生。使我国钢结构产业出现了欣欣向荣、蓬勃发展的大好局面。本文以“鸟巢”钢结构焊接工程中焊接技术为主要线索,来阐述钢结构工程的发展趋势,供参考。一、我国建筑钢结构焊接工程中的典型工程到目前为止,我国已建成 60 多幢高层焊接钢结构建筑;大跨度空间钢结构已在各种体育馆、展览中心、大剧院、候机楼、飞机库和一些工业厂房中应用;桥梁钢结构方兴未艾;钢结构住宅在我国经过近几年的深入研究和开发后,也已进入一个新的发展阶段。图一、2006 年
6、6 月“鸟巢”全景植根行业,助人发展,追求卓越,在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站图二、中央电视台大楼图三、香港昂船洲大桥植根行业,助人发展,追求卓越,在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站图四、上海环球金融中心植根行业,助人发展,追求卓越,在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站图五、北京首都机场新航站楼建筑钢结构设计愈来愈先进、施工技术愈来愈成熟,使建筑钢结构形成了以下特点:外观上,结构形状新颖独特,标新立异,不与人雷同,体现了这个时代个性张扬的特点;材料的选用上,趋向于越来越多的使用高强度、大厚度钢材,而且随着材料制造工艺水平
7、的不断提高,铸钢、奥氏体不锈钢、复合钢板也得到越来越多的应用。规模上,越来越多的超高层、大跨度世界级超大规模建筑在国内诞生;表一、表二、表三介绍了部分典型的建筑钢结构焊接工程,充分说明了建筑钢结构已经步入了兴旺发达的成熟期。植根行业,助人发展,追求卓越,在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站表一、高层钢结构工程序号工程名称地点高度/m 层数用钢量/万 t 结构简介中央电视台新台址工程主楼由两座塔楼、裙房、及基座组成,两层塔楼呈倾斜状,分别为 51层、44层,总建筑面积40 万1 中央新台址大楼北京上2 环球金融中心海3 北京电视中心综北236 51 492 101 11-1
8、2 5.8 m2,顶部通过 14 层高的悬臂结构连为一体,悬挑70m,从侧面看呈扭曲的 Z 字形,为世界上单体钢结构用钢量最大的建筑物。本工程主楼高 492m,地上 101层,为世界第二高楼,总建筑面积 377300m2,钢结构总用量57744t。主体结构为钢骨及钢筋混凝土混合结构。位与周边的巨型结构和中心核心筒是塔楼受力体系的核心部分。该工程0.00以上部分结构采用钢结构框架-支撑结构体系,是 一 个 截 面 尺 寸 为67.0m 61.0m,高约 227m 的立型巨型框架结构。整个结构是在建筑合业务楼京236 42 4 的四角布置 4 个巨型“L”复合巨型柱,巨型柱之间用巨型钢桁架相连,组
9、成巨型桁架-支撑体系。该工程总用钢量约为4万 t。北京新保利大厦为钢框架 -混凝土筒体混合结构,其悬挂式刚结构吊楼和点式双向柔索玻璃幕墙全部采用预应力钢缆固定,钢缆直径近 260mm,为民4 北京新保利大厦北京105 24 1 用建筑中首次应用。钢结构采用 卢 森 堡 阿 赛 罗 公 司 生 产 的ASTM A913 Gr60 ( 相 当 于Q420 钢)H 型钢结构件(翼板板 厚125mm , 腹 板 板 厚78mm),这也是高强钢在国内建筑钢结构中的首次应用。植根行业,助人发展,追求卓越,在行业进步中成长序号中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站表二大跨度空间钢结构工程平面尺寸工程项目
10、结构简介/mm 北京国家体育场(“鸟巢”)是北京“2008”奥运会主会场,其地面以上的平面呈椭圆形,长轴最大尺寸 323.3m、短轴最大尺寸 296.4m;建筑屋盖顶面为双向圆弧构成的鞍形曲面,最高点高度为 68.5m,最低点为 42.8m;屋盖中部的洞口长度为 190m,宽度为 124m,宽度为 124m;其放射状混凝土框架结构与环绕1 2 3 北京国家体育场北京国家大剧院北京国家游泳中心332296 212143 176176 他们并形成主屋盖的空间钢结构完全分离。空间钢结构由 24 榀门式桁架围饶着体育场内部碗状看台区旋转而成,与顶面和立面交织形成体育场整体的“鸟巢”造型,可容纳观众 9
11、.1 万人,用钢 4.19 万 t,国家体育场钢结构工程中采用 Q460E-Z35 厚板为舞阳钢厂生产的产品,厚度可以达到 110mm,在国内建筑钢结构工程应用,尚属首例。北京国家大剧场主体建筑由外部围护结构和内部歌剧院、音乐厅、戏剧院和公共大厅和配套用房组成。外部围护结构为钢结构壳体,呈半椭球形,其东西长轴为 212.20m,南北短轴为 143.64m。建筑总高度为 46.285m,地下最深处为-32.50m,用钢6950t,总建筑面积约为 16.5 万 m2,是世界上最大的穹顶建筑。椭球形屋面主要采用钛金属板,中部为渐开式玻璃幕墙,网壳面积为 3.5 万 m2,没有立柱,全靠148根弧形钢
12、量承重,主桁架由60mm 厚钢板组焊而成。北京国家游泳中心(“水立方”),建筑总体布置 为 正 方 型 , 平 面 尺 寸 为176.5389m 176.5389m,建筑外立面由新型多面体空间钢结构和ETFE冲气膜组成,就象一个经营剔透的水晶体,建筑高度约31m,钢屋盖最大跨度为 130m,可容纳观众 1.7 座。该工程结构相当复杂,杆件、节点种类数量繁多,全部 采用 焊接 连接 ,钢 材材 质为Q345C和Q420C,总用钢量约 7200t。北京首都机场新航站站楼;扩建后的年旅客吞吐量可达 6000 万人次,创造北京:“国门”4 北京首都机场新航站楼的新形象,扩建后的功能面积达 67 万 m
13、2,总投资约 250 亿元植根行业,助人发展,追求卓越,在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站表三大跨度代表性钢桥序号1 2 3 桥名上海卢浦大桥南京长江三桥苏通长江大桥主跨长/m 550 648 1088 建造年代2003 2005 在建结构简介钢拱桥国内第一做钢塔钢箱梁双索面五跨连续斜拉桥,主桥采用半漂浮体系结构,其跨径布置为 63+257+648+257+63 1288m。本桥主要材质为 Q345D 和 Q370qD 钢双塔双索面斜拉桥,总长8206m,主跨度1088m,为世界第一大跨度斜拉桥,两边跨分 别 设 置 三 个 桥 墩 , 其 跨 径 为100+100+3
14、00+1088+300+100+100 2088m 。本桥主要材质为 Q345Dq和 Q370qD 钢,总重为 5 万 t。4 舟山西堠门大桥1650 5 武汉天兴洲长江504 在建世界第二大跨度钢悬索桥钢桁梁斜拉桥,为世界最大公铁桥用桥,下在建大桥层为可并行四列火车的铁道。本桥为特大钢箱梁(双箱分离式)斜拉桥(双三车道双索面),全长 1600m,主跨 1018m,6 香港昂船洲大桥1018 在建是目前世界跨度第二大斜拉桥,钢结构总重3.5 万 t,钢板主要材质为 S420M 和 S420ML高强度结构钢焊接,作为构建钢结构的一种主要的连接方法,在建筑钢结构中发挥了重要的作用。据统计,约50以
15、上的钢材在投入使用前需要经过焊接加工处理。因此,焊接水平的提高是实现钢结构技术快速发展的关键所在。二、从“鸟巢”钢结构焊接工程看建筑钢结构焊接技术的发展方向建筑钢结构焊接方式通常有以下几种:1、SMAW(焊条电弧焊),主要用于钢结构制作中辅助焊缝的焊接;2、SAW(埋弧焊),主要用于钢结构制作中主焊缝的焊接工作;3、GMAW(CO2实焊丝气体保护焊),主要用于现场安装工程、制作工程的主、次焊缝的焊接;4、FCAW-G(CO2药芯焊丝气体保护焊),主要用于现场安装工程、制作工程主,次焊缝的焊接;5、电渣焊(ESW),主要用于 BOX 构件筋板的焊接;6、栓钉焊(SW),主要用于劲性构件的栓焊和楼
16、层板的穿透焊。“鸟巢”钢结构焊接工程中全部采用了上述方式,在现场的安装工程中主要采用了以下 14 种技术:植根行业,助人发展,追求卓越,在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站1Q460-Z35 焊接性试验研究新技术2 大规模采用电加热预(后)热技术;3、厚板采用 SMAW-GMAW-FCAW-G 复合新工艺技术;4、大面积采用仰焊技术;5、GMAW、FCAW-G 大流量防风技术;6、钢结构低温焊接技术; 7、铸钢及其异种钢焊接技术;8、防止冷、热裂纹技术; 9、层状撕裂防止和处理技术; 10. 特殊焊缝处理技术11、焊接机器人(FCAW-SS)焊接技术的应用12、 钢筋 T
17、 型焊接接头压力埋弧焊新工艺13、复杂钢结构应力应变控制技术。14、特殊钢结构合拢技术;“鸟巢”钢结构焊接工程所用的 14 项焊接技术是十分典型的,基本代表了建筑钢结构焊接技术的发展方向,以此为线索,来阐述建筑钢结构焊接技术的发展,找出其中带方向性和规律性的东西,供工作中参考。(一)、新钢种焊接性试验将是建筑钢结构焊接工程中的重点和难点2004 年,低合金高强钢 ASTM A913 Gr60 相当于 Q420 在北京新保利大厦工程成功使用,经过两年的发展,目前,国内已有数个钢结构工程使用高强钢,如国家体育场(鸟巢)使用国产 Q460E-Z35 钢,最大板厚 110mm,国家游泳中心(水立方)工
18、程使用国产 Q420C 钢,中央电视台新台址工程更是使用了 Q390D、Q420D-Z25、Q460E-Z35 级别钢,高强钢在建筑钢结构中的广泛应用,带动了高强钢焊接技术的发展。1、Q460-Z35 钢焊接性试验研究的技术路线据查:Q460-Z35 钢在我国第一次大规模生产和应用,也是世界首次使用厚度为 110mm,总重为 750t 的工程;因此焊接性试验方法具有极大的推广应用价值,特别是在我国新钢种不断出现的今天,应当引起我们的高度重视。图六所示:Q460-Z35 钢焊接性试验的技术路线,分别进行了间接焊接性试验,直接焊接性试验。该技术路线为新钢种焊接性试验提供了有益的经验。植根行业,助人
19、发展,追求卓越,在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站Q460EZ35 焊接性试验技术路线的确定间接试验法SHCCT Ceg Pcm Y 分析归纳整理Y 图 4 Q460EZ35 焊接工艺规程直接试验法1、 热切割2、 热矫正3、 斜 y 试验(常、低温)4、 最高硬度 Hv 试验5、 插销试验焊接刚性试验(含焊接工艺评定)N 图六、Q460-Z35 钢焊接性试验的技术路线根据国际惯例,新钢种焊接性试验研究应当由生产厂家和研究机关来承担,而在我国没有明确的规定。因此 Q460-Z35 钢的焊接性试验研究工作由施工单位承担,这是首例,根据我国国情,这种现象恐怕要延长很长时间,
20、所以说:新钢种焊接性试验研究可能会成为建筑钢结构焊接工程中的重点和难点。植根行业,助人发展,追求卓越,在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站2、新一代高强钢种焊接性试验研究工作将成为工程必须进行的技术工作由于钢结构体系设计的需要,采用了新一代高强钢种,这些钢种同传统钢种同传统钢种有很大的区别,掌握和研究新钢种的焊接性是一件十分重要和困难的工作,因此采用新工艺、新的运条手法进行施焊势在必行,否则将绐工程带来损失。建筑钢结构用高强钢性能获得途径;:合金强化;组织强化(如淬火+回火);控轧控冷工艺 TMCP ;淬火+自回火控制轧制(QST)。1 、 连铸或连铸连轧工艺的应用 目前
21、各大钢厂已全部采用连铸或连铸连轧工艺代替钢锭浇铸,并施加电磁搅拌技术,使得过去钢板的偏析与夹层缺陷已经基本绝迹。.2、冶炼技术得到大幅度的提高铁水预处理、复合吹炼、炉外精炼等先进炼钢技术的应用,使钢水中的 w S、P、O、N、H 等杂质已大幅度降低。.3、控轧控冷(TMCP)技术的应用控轧指在更低的温度下停轧,拟制高温奥氏体晶粒长大;控冷即轧后立即加快冷却速度,既避免晶粒长大,又提高形核率、产生强韧性更高的细小贝氏体或针状铁素体,通过细化晶粒显著改善钢的强韧性。传统的细晶粒钢其晶粒直径 100m,而 TMCP 钢的晶粒可达到 1050 m,超细晶粒钢的晶粒可达 0.110 m。.4、低合金和微
22、合金高强钢的发展目前用于造船、桥梁、钢结构建筑、压力容器、低温钢、耐热钢、管线钢等都在向“纯净化、低碳、超低碳、微合金化和控轧控冷”方向发展。低合金 合金含量 5 和微合金 微合金元素总量 0.2% 高强钢不仅是我国,也是世界钢铁工业的发展方向。具体特点是:降碳,是为了改善塑性、韧性和焊接性。碳是最主要的强化元素,但会强烈的恶化塑韧性和焊接性。因此,新钢种中都严格控制碳含量,有的甚至达到超低碳水平。微合金化技术通过向钢中加入少量合金元素如 Ti、V、Nb、Al、Re等提高强度、改变组织、细化晶粒、净化基体,使钢实现强韧化。高洁净化:通过精炼,清除杂质,净化基体,控制 w S、P、O、N、H 的
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