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确定合理制作工艺有效控制钢柱制作变形

日期:2017-4-24作者:佚名编辑:wangli点击次数:254
销售价格:免费论文论文编号:lw201011110957276095论文字数:3354 
论文属性:职称论文论文地区:中国论文语种:中文 

[摘要]五棵松体育馆幕墙钢支撑体系的钢柱截面高,由薄钢板焊接制作而成。常规工艺焊接变形大且复杂,矫正困难。通过试验研究,确定合理制作工艺,有效控制了钢柱制作变形,保证了质量,提高了成品率。

五棵松体育馆为第29届奥运会篮球比赛主场地,其幕墙工程在标高9?8m以上的钢支撑体系由钢柱和钢横梁等主要构件组成。钢柱截面近似等腰梯形,下底宽250mm,上底为50mm半圆弧,高1 500mm,用6mm厚Q235B钢板焊接成型,总长度27?5m。分3节制作。钢柱作为玻璃幕墙受力支撑结构,也作为装饰构件,制造要求精度高。

1 制造难点分析1)设计要求高 钢柱不仅作为幕墙竖向受力支撑结构,也是装饰柱,设计要求表面光洁,大面平整。2)钢柱制作难度大 截面高度有1 500mm,板厚只有6mm,且如此形状的柱子目前没有设备可以进行校正,全部依靠人工作业。

2 钢柱制作初步改进1)按照原设计,腹板与架立钢板满焊,试制了4榀钢柱,焊接变形远超设计和规范要求,全部为废品。腹板平面两个方向的变形大多在20~70mm,焊接应力释放后最大达150mm,且无规律。2)为减少和消除焊接变形,曾将腹板A、B与翼板C一起下料后折弯,以期解决问题,但折弯角度不好控制,翼板变形不满足设计要求,腹板的焊接变形也没有得到有效控制。3)采用对称分层焊接 第1步跳焊,焊接长度50mm,间距150mm,对称的两道焊缝同时施焊;第2步将跳焊间距分3次焊接,每次接着上次焊缝焊50mm,直至完成。翼板、钢管与腹板之间的焊接变形得到较大改进,但腹板与架立钢板的焊接变形仍然没控制住。

3 新制作工艺研究如果不能有效控制钢柱腹板焊接变形,不仅加工时间不允许,因腹板焊接变形过大钢柱报废损失就要超过百万元。
1)钢柱受力分析 根据设计,钢柱受力垂直方向为幕墙挂上去后的重量;水平方向为通过幕墙单元传递的风荷载;钢柱侧向刚度很小,地震时依靠幕墙单元框传递荷载。钢柱垂直受力时,架立钢板与腹板焊接点的应力与变形是完全一样(协调)的,焊接处与钢柱不存在应力传递。钢柱完全隐在室内,非地震状态下没有侧向受力。通过幕墙单元传递的水平风荷载,将使架立钢板与腹板的焊接点产生应力和变形。根据幕墙、钢柱截面及受力特性可以判断,架立钢板主要起截面成形作用,风荷载引起的架立钢板与腹板之间焊接点的应力和变形都比较小。
2)根据焊接变形规律推断,减少焊接量,变形将减小。将架立钢板与腹板的焊接长度逐渐减少,根据减少量的不同分别试制了几榀钢柱,发现架立钢板焊接长度越少的构件变形越稳定。经人工整修后满足设计与规范要求,加工时间也缩短很多。
3)将钢柱制作和试验情况、受力特点分析如实和设计沟通,同意减少架立钢板与腹板焊接量的考虑。同时也提出,钢柱架立钢板与腹板焊接量减少了,实际上钢柱正常受力时焊点的应力会有多少,焊点是否会撕裂(架立钢板能否起到架立作用)等问题,应该进行模拟力学试验,用准确可信的数据来证明。

4 试验设计1)钢柱不利分析及风荷载取值 根据设计,钢柱在29?550m标高以上支点间距只有5?8m,而29?550m至17?600m支点间距近12m,是钢柱最不利情况。偏安全考虑,试验取钢柱支撑间距最大处,即17?600~29?550m标高段。风荷载按规范计算,从略。2)风压试验 首先制作支架,支架间距为12m。将试件大头朝上模拟风压试验,在设计位置施加荷载,试验进行3次,第1次按设计荷载施加,第2、3次分别按1?5倍、2倍设计荷载进行试验。3)风吸试验 将试件小头朝上模拟风吸试验,过程同风压实验。4)测点布置 应变测点根据设计要求,在前腹板与架立钢板D1、D2、D3焊接点中间,横向每隔1m布置一组,共布置15个测点;后腹板与前腹板对应位置一样布置15个测点。

5 试验结果和结论通过1倍、1?5倍、2倍3级设计荷载试验,测量钢柱最大受力区段焊接点的应力及钢柱卸载后的残余应变值。结果证明,钢柱在设计荷载作用下应力较小(见表1)。模拟力学试验证明,前后腹板焊接点应力变化规律基本一致,数据差异不大,在2倍设计荷载下,焊点的实测应力最大为54kPa。实测应变值亦远小于钢板的极限应变值。各测点相对残余应变均不大于15%证明新工艺制作的钢柱力学性能符合设计受力要求。本试验报告及相关数据经设计院见证和核算,认为符合设计及规范要求,同意按此工艺设计。

6 钢柱制作(以1榀为例)1)制作平整的加工平台,钢板按图纸尺寸下料、接长、平整。2)腹板A整平,划架立钢板位置线,将架立钢板D1、D2、D3和端板分别与腹板点焊定位,调整位置准确后与腹板间断焊接。架立钢板与腹板采用间断熔透焊接。3)腹板B整平,划架立钢板位置线,在线上打12mm圆孔。与腹板A合片,腹板B与架立钢板D1、D2、D3塞焊。如图3b所示。4)将钢柱翻身,放在架子上,小头朝下。在翼板C和腹板上划加劲板线,先将垂直于翼板的加劲板与翼板组合,再焊接与柱截面垂直方向加劲板;然后将翼板与腹板A和B点焊定位。如图3c所示。5)拼装50mm×5mm圆管。钢管切割、对接、调直。将钢柱翻身,使小头朝上,钢管与两腹板A及B点焊定位。如图3d所示。6)翼板C与腹板、钢管与腹板采用熔透焊,两侧同时对称分层施焊。7)平整和弯曲不合格部位用火焰校正,焊缝打磨平整。打安装孔,焊接连接耳板。8)制作一个28m长的拼装平台,将一根钢柱的3节柱子进行预拼装,编号、现场即按此编号安装。9)钢柱抛丸除锈,达到除锈等级后油漆、验收,入库待发。

7 结语
根据构件截面和受力特点,试验研究确定可行的加工制作方法,控制了焊接变形,成品率由原先的75%左右提高到98%以上。钢柱于2007年1月完成安装,质量符合设计与规范要求。

参考文献:
[1] 冶金工业部建筑研究总院.GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范[S].北京:中国计划出版社,2001.
[2] 北京钢铁设计研究总院.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,2001.
[3] 中冶集团建筑研究总院. JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[4] 湖北省发展计划委员会.GB50018-2002冷弯薄代写论文壁型钢结构技术规范[S].北京:中国计划出版社,2002.
[5] 方军,江少平,崔振源,等.高强、超原钢板、复杂截面钢柱制作[J].施工技术,2006,35(9):6-9.

 


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