箱型柱內(nèi)隔板的結(jié)構(gòu)方案與工藝

1、箱型柱內(nèi)隔板的結(jié)構(gòu)方案與工藝 箱型柱的內(nèi)隔板通常有牛腿相連內(nèi)隔板和工藝隔板，牛腿內(nèi)隔板是由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定的，具有加強柱體強度和剛度，傳遞牛腿承載后的力到柱體的作用。而工藝隔板是由制作單位技術(shù)人員在進(jìn)行詳圖設(shè)計或工藝設(shè)計時，為抵抗和減小在箱型柱制作過程中的變形，而附加的內(nèi)隔板。對于由于設(shè)計圖確定的結(jié)構(gòu)和連接要求在常規(guī)工藝條件下會失穩(wěn)變形的箱形柱，應(yīng)在審圖時向有關(guān)方面及時提出，要增加結(jié)構(gòu)內(nèi)隔板，使增加箱柱截面剛性。否則在做詳圖中加入，設(shè)計可能不予以承認(rèn)增加的重量。在詳圖中沒有，只是工人為了方便自行增加的工藝隔板，是不能被計入決算的。本文所指的內(nèi)隔板只是指牛腿內(nèi)隔板。內(nèi)隔板的四邊在箱體內(nèi)的焊接一般有四

2、種情況。第一種是三面用電弧焊，一面（蓋板的一面）用電渣焊；第二種是二面用電弧焊，二面用電渣焊；第三種是四面都用電渣焊；第四種是三面用電弧焊，一面（蓋板的一面）采用在蓋板上開塞焊孔進(jìn)行電弧焊塞焊。以上四種情況各有它的優(yōu)缺點，它應(yīng)分別用于不同的箱柱結(jié)構(gòu)。通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙的節(jié)點要求中都有指定的焊接方式要求。但在指導(dǎo)圖中沒有指定時，才能由詳圖設(shè)計進(jìn)行設(shè)計，來確定采用哪種方式，并經(jīng)設(shè)計院認(rèn)可。第一種情況主要是用在制作廠對隔板的機械加工困難，箱柱加工能力和水平較差的，電渣焊操作技術(shù)力量較差的情況。也有用于箱體截面較小，對箱柱要求不高的場合。第二種情況是規(guī)范所要求的方式，用于常規(guī)的箱形柱。第三種情況是用于

3、截面較大的箱柱，機加能力較強，是電渣焊操作技術(shù)較好，勞動力相對較貴的場合。第四種情況是用于箱柱板較薄，難以進(jìn)行電渣焊，或沒有電渣焊設(shè)備時采用。塞焊孔一般不采用通長孔，而是間斷型。另外通常采用塞焊的一側(cè)沒有牛腿等受力零部件的連接。本文主點介紹常規(guī)的即二面電弧焊，二邊電渣焊的內(nèi)隔板。這也是絕大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)制作廠所用的方案。一 二條電弧焊焊縫 箱型柱內(nèi)隔板的二條電弧焊焊縫，在十多年前的JGJ99-98民用高層鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中就有全熔透焊要求，而設(shè)計圖中有時還是一級焊縫要求。這是不合理的要求。特別在復(fù)雜的、柱外牛腿和支撐數(shù)量多的箱柱，使箱體內(nèi)的內(nèi)隔板數(shù)量多而密，全熔透焊縫的可行性更是問題。現(xiàn)實

4、中雖然是都已通過監(jiān)理的，但其實許多工廠都是沒有達(dá)到。這二條用電弧焊的焊縫是不宜用熔透焊要求，而應(yīng)用等強要求，理由如下：1。內(nèi)隔板焊縫應(yīng)該不屬于“承受動載且需要進(jìn)行疲勞驗算的構(gòu)件”。2。它也不屬于“在不需要進(jìn)行疲勞計算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強的對接焊縫應(yīng)予焊透”，因為它是對接與角接組合焊縫，在規(guī)范中是對接焊縫與對接與角接組合焊縫是分別說明的兩種焊縫。3。內(nèi)隔板與箱體的焊縫，雖其受力有部分是垂直于焊縫長度方向，但此時隔板與箱板是同一剛性體，外牛腿的翼板通過柱體再傳到內(nèi)隔板，應(yīng)力已經(jīng)衰減，已不是原來翼板傳給箱柱的力了，所以不應(yīng)該是等強焊縫。4內(nèi)隔板在U形箱體內(nèi)如要進(jìn)行全熔透焊，有兩種方案：方案一是

5、反面加墊板的單坡口熔透焊，這種方法施焊，箱板變形嚴(yán)重，要多加工藝隔板和支撐，增加較多成本。特別是內(nèi)隔板間距小，箱體橫截面尺寸較小的箱體的內(nèi)隔板，操作可行性很差，根部熔合難以保證。見圖1。箱柱內(nèi)內(nèi)隔板只能是垂直放置，焊工在U型槽內(nèi)焊接，人眼很難觀察到坡口部，而且操作位置窄小，易造成根部未熔合。方案二是采用開雙面坡口的熔透焊。此方法由于在箱體內(nèi)采用的只能是人工電弧焊，底層焊縫成形寬度和熔深都是不可能一致的。所以要采用反面清根的方法來保證根部的熔透性，但由于操作空間的窄小，人眼難以看到根部的熔合情況，氣刨操作難度極大，氣刨氣流在U型箱體內(nèi)回轉(zhuǎn)反向噴向操作者、氣刨后的表面難以清理和氣刨后的熔透性焊接作

6、業(yè)區(qū)難以直接觀察到。5箱柱內(nèi)的兩條電弧焊焊縫要進(jìn)行全熔透焊，按方案一，因焊縫的單側(cè)單體橫截面大，橫向收縮應(yīng)力很大，將造成箱板縱向彎曲變形，按方案二，因為要清根氣刨再焊接，失去了原鈍邊的支持，焊縫在剛性箱柱體的拘束作用下橫向收縮應(yīng)力很大，造成在臨界屈曲狀態(tài)下的殘余應(yīng)力與應(yīng)變。6在GB50661-2011鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范的條文說明中，已對焊縫計算厚度的應(yīng)用有所說明：“全焊透焊縫或部分焊透焊縫都存在著焊縫計算厚度的問題， 如果設(shè)計者應(yīng)用表中折減值對焊縫承載應(yīng)力進(jìn)行計算，即可允許采用不加墊板的全焊透坡口形式，反面不清根焊接，作為部分焊透坡口焊縫使用。施工中可不使用碳弧氣刨清根，這對提高施工效率和保障施工

7、安全等有很大好處?！痹贕B50661-2011鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范中，對承受靜荷載的節(jié)點已有用部分熔透的T接焊縫代替全熔透焊的要求，見圖2： 圖2 規(guī)范中用部分熔透焊縫代替全熔透的要求7所以作為對原圖紙要求全熔透一級焊縫的變更，可以向設(shè)計院提出在進(jìn)行詳圖設(shè)計時，運用焊縫計算厚度的原則，把內(nèi)隔板的兩條電弧焊焊縫設(shè)計成與隔板等強的焊縫。方案如下圖3和圖4。 圖3 等強雙坡口焊縫（1） 圖4 等強雙坡口焊縫（2）在箱體內(nèi)施焊條件不好時采用圖3方案，條件好時采用圖4方案。當(dāng)內(nèi)隔之間的間距較小時，背面不能進(jìn)行焊接時可按圖5方案進(jìn)行，在隔板厚度小于10mm時采用圖6角焊縫方案。 圖5 單面坡口焊縫 圖6 雙面角

8、焊縫由于目前的設(shè)計對上述觀點并不了解，所以最好是在談合同時就把此事解決。當(dāng)設(shè)計院對上述情況有疑義時，可以用以上述理由與其溝通，如設(shè)計院仍不同意可以與業(yè)主溝通與解釋。如全無效，剩下的只有和監(jiān)理進(jìn)行耐心的解釋與溝通了。所以在簽訂合同時，必須認(rèn)真對箱柱結(jié)構(gòu)了解，如箱柱截面尺寸小，隔板間距小，內(nèi)隔板要進(jìn)行全熔透焊在工藝性上更是不可能的。當(dāng)時就要向業(yè)主、甲方或設(shè)計院提出。熔透焊與等強是完全不同的兩個概念，熔透焊縫不等于與母材等強焊縫。只要有效焊縫厚度與母材相同，部分熔透的T接焊縫與全熔透焊縫其焊縫承載能力在理論上是相同的，但實際上因為施焊工藝性好，焊縫金屬的主要性能要高于全熔透焊縫。而且從應(yīng)力集中、焊接

9、殘余應(yīng)力、變形方面也好于全熔透焊縫。但前提必須是焊縫質(zhì)量等級相同。規(guī)范中已有對部分熔透焊縫不低于二級焊縫的要求，改變了過去只是外觀為二級的要求。所以當(dāng)設(shè)計提出要按二級焊縫要求時，必須按二級焊縫對熔合的焊縫金屬厚度進(jìn)行無損檢測。在質(zhì)量管理不到位的單位，即使設(shè)計沒有提出二級要求，單位內(nèi)部也要對焊縫的熔深進(jìn)行無損檢測，對強度所要求的熔深進(jìn)行控制。二兩條電渣焊焊縫在詳圖設(shè)計內(nèi)隔板時，首先要確定電渣焊的兩條邊是設(shè)計在箱柱的腹板側(cè)，還是在翼板側(cè)。這兩種方案都有其特點，考慮的因素大致有以下內(nèi)容：1 當(dāng)箱體橫截面是矩形時，一般電渣焊邊選在短邊。因為電渣焊縫的成本相對要大些，焊縫對母材的組織和性能的影響要大一些

10、，對箱柱的殘余應(yīng)力也大。2 當(dāng)箱體橫截面是矩形時，短邊一般作翼板，長邊作腹板，這樣電渣焊邊就在翼板上。3 當(dāng)箱體橫截面是方形時，在一般情況下，電渣焊邊宜選在翼板側(cè)，四條縱縫打底焊后，進(jìn)行電渣焊，焊后要把腹板坡口內(nèi)的引、熄弧段用氣刨剔除。最后焊完四條縱縫。4 如箱板厚度相對較大時，電渣焊邊可選在腹板上，先把箱體的縱縫先焊好，焊縱縫時熱輸入要適當(dāng)控制，防止腹板焊接變形（腹板中部向外凸起）后與電渣焊襯板的造成間隙。然后在翼板上鉆電渣焊孔。引、熄弧帽要略長，割除后有縮孔及雜質(zhì)要刨凈后補焊。箱型柱的電渣焊通常分熔嘴是電渣焊和絲極電渣焊。在設(shè)計院進(jìn)行箱柱設(shè)計時，有的已確定了內(nèi)隔板的焊接是采用熔嘴電渣焊，還

11、是絲極電渣焊。有的沒有明確要求。但不管如何，都要根據(jù)本公司內(nèi)的設(shè)備來確定。如公司只有熔嘴電渣焊，就要在設(shè)計圖和詳圖設(shè)計時把此問題提出。熔嘴電渣焊可焊隔板厚在14-60mm，絲極的單絲可焊隔板厚在14-100mm（雙絲或加擺動）。但通過電渣焊接頭的孔形設(shè)計，也可進(jìn)行更薄的隔板電渣焊，但成本要相對要增加。熔嘴電渣焊設(shè)備成本較低，維修簡單成本低，但焊接成本較高。而絲極電渣焊則相反。由于鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)多數(shù)采用熔嘴電渣焊，本文只介紹熔嘴電渣焊工藝的內(nèi)隔板。熔嘴電渣焊接頭的設(shè)計主要根據(jù)目前熔嘴電渣焊機用的熔嘴外徑有8、10、12三種，按圖紙確定的主隔板的厚度，其襯板和焊縫截面的尺寸可參考圖7。在實際生產(chǎn)中還要

12、應(yīng)依據(jù)焊接工藝評定。圖8 內(nèi)隔板斜置時的電渣焊縫截面當(dāng)內(nèi)隔板與箱板斜置時，電渣焊縫宜設(shè)置在斜面上，見圖8。為避免焊縫截面的銳角處難以熔透，把襯板的焊縫面作特殊加工，使焊道成五邊形。此類焊縫必須進(jìn)行電渣焊的焊接工藝評定，評定要以焊縫橫截面鋸斷檢查焊縫金屬是否熔透為主。在規(guī)范中沒有對電渣焊的工藝評定作要求。但這是為保證焊接質(zhì)量必須進(jìn)行的工作。才能確定焊縫截面形狀和尺寸，和保證焊縫的焊接參數(shù)的可行。 圖7 熔嘴電渣焊接頭參考圖表 電渣焊的內(nèi)隔板的尺寸與形位要求的精度決定了箱形柱的截面精度和電渣焊縫的質(zhì)量，為此內(nèi)隔板的尺寸和形位要求的精度一定要嚴(yán)格控件制。這樣才能在正確的箱柱裝配工藝條件下，使電渣焊襯板與箱板的間隙控制在1mm以內(nèi)。電渣焊襯板的材料牌號應(yīng)與箱板、主隔板相同，襯板的加工精度參照圖8的要求。襯板的長度尺寸按內(nèi)隔板總成的要求，但精度要高于總成裝配尺寸精度。加工方法原則上先用氣割下料毛坯，再進(jìn)行機加工。也可用精密切割的方法加工，然后進(jìn)行打磨成所要的精度。主隔板的加工也同襯板，但厚的板還要制坡口，坡口加工可用半自動氣割。內(nèi)隔板的長寬尺寸W、L的確定要依據(jù)圖紙中箱柱的名義尺寸，并考慮到箱板厚度負(fù)公差，要考慮到內(nèi)隔板