直縫焊管在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用前景課件

1、直縫焊管在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用前景 番禺珠江鋼管有限公司 2008.05目 錄前言 鋼管的分類及特點直縫焊管在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用現(xiàn)狀及前景直縫焊管制造工藝關(guān)于鋼級關(guān)于標準結(jié)語及建議1 前言 自然界中的許多例子顯示了圓管形狀在受壓、受扭以及多方向受彎下的卓越的結(jié)構(gòu)性能，人們受到啟發(fā)，鋼結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)設(shè)計理念得到突破，將圓管結(jié)構(gòu)與建筑外形相結(jié)合，形成極具魅力的鋼管結(jié)構(gòu)。 大空間、大跨度建筑如體育館、展覽館、機場航站樓、地鐵站、大型工業(yè)廠房等不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、砌筑結(jié)構(gòu)等很難實現(xiàn)這種大跨度空間結(jié)構(gòu)形式。1 前言2008年奧運會在北京召開，以鳥巢為首的大批鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)典之作精彩展現(xiàn)，極大地帶動國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)

2、行業(yè)的發(fā)展。 鋼材產(chǎn)量的快速增長、國家政策導(dǎo)向以及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、科研、施工隊伍日益強大等諸多有利因素。應(yīng)用范圍幾乎涉及所有結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，包括房屋建筑、橋梁、堤壩、海洋平臺和塔桅結(jié)構(gòu)等。2 鋼管的分類及特點2.2 鋼管的特點 無縫鋼管:壁厚可以較厚，徑厚比較小，這是其優(yōu)點，但管徑受到限制，大口徑無縫鋼管成本相對較高。高頻焊鋼管：高頻焊管管形好，壁厚均勻，自動化程度很高，生產(chǎn)成本低廉，但壁厚相對較薄，管徑相對較小，鋼結(jié)構(gòu)中特別適合制作管桁架結(jié)構(gòu)。2 鋼管的分類及特點2.2 鋼管的特點直縫埋弧焊管：采用雙面埋弧焊焊接工藝，在靜態(tài)條件下焊接，焊縫質(zhì)量高，焊縫短，產(chǎn)生缺陷的幾率很小，鋼管通過全長擴徑，管形好，

3、尺寸精確，鋼管壁厚范圍和管徑范圍寬，自動化程度較高，相對于無縫鋼管，生產(chǎn)成本較低，適合建筑、橋梁、堤壩、海洋平臺等鋼結(jié)構(gòu)承載用立柱、超大跨度建筑結(jié)構(gòu)以及要求抗風抗震的電桿塔桅結(jié)構(gòu)。2 鋼管的分類及特點2.3 鋼管結(jié)構(gòu)的特點截面具有雙軸對稱、截面形心和剪心重合等特點，截面慣性矩對各軸相同，作為受彎和受壓構(gòu)件的優(yōu)勢突出。截面閉合，抗扭剛度大、板件局部穩(wěn)定好。尤其是圓管截面，抵抗扭轉(zhuǎn)特別有效。外觀簡捷、平滑，桿件可直接焊接于同一點，可不用節(jié)點板，以節(jié)省鋼材。相比開口截面而言，截面具有表面平整、無死角以及外表面積小等特點，有利于節(jié)省防腐和防火涂料，也便于除塵。2 鋼管的分類及特點2.3 鋼管結(jié)構(gòu)的特點

4、鋼管截面的風阻力系數(shù)小，當暴露在流體（如風、水流）中時有著顯著的優(yōu)點。鋼管結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間可利用。鋼管內(nèi)填充混凝土（鋼管混凝土結(jié)構(gòu)）不僅能提高構(gòu)件的承載力，而且還能延長構(gòu)件的耐火極限（平均可達2h）；管內(nèi)注水，可利用內(nèi)部水循環(huán)進行防火；傳輸液體，如輸油管線，排雨水管等；管內(nèi)還可以放預(yù)應(yīng)力索，施加體內(nèi)預(yù)應(yīng)力。 1947年第一個現(xiàn)代化的鋼管結(jié)構(gòu)海洋平臺在墨西哥海灣建成,拉開了應(yīng)用鋼管結(jié)構(gòu)的序幕；德國Stuttgart機場候機大廳采用鋼管構(gòu)件鑄鋼節(jié)點的樹形支承結(jié)構(gòu)，具有造型獨特、簡捷明快的特點； 日本大阪Kansai機場航站樓屋面結(jié)構(gòu)，采用了圓管截面的曲線三角桁架；3 直縫焊管在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

5、3.1 國外應(yīng)用現(xiàn)狀3 直縫焊管在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用現(xiàn)狀及前景3.1 國外應(yīng)用現(xiàn)狀英國倫敦布什來恩宮，外露式的圓管截面桁架把立面荷載傳遞到立柱里，管截面內(nèi)注入水用于防火，正好彌補了鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火性差的弱點；加拿大多倫多Skydome的開合屋蓋、法國戴高樂機場的高速鐵路火車站等都是著名的鋼管結(jié)構(gòu)建筑 3 直縫焊管在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用現(xiàn)狀及前景3.2 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀我國鋼管結(jié)構(gòu)的發(fā)展要晚于歐美、日本等國，但在最近十年，鋼管結(jié)構(gòu)在我國也得到了飛速發(fā)展：以鳥巢為代表的奧運場館落成，為2008年奧運 會樹立一座獨特的歷史性的標志性建筑，該工 程首次采用低合金高強鋼Q460；國家大劇院大廳立柱首次采用耐火耐候埋弧焊 鋼

6、管，可在600以上的溫度下，不變形不軟化，在室外不作任何防腐操施的情況下，可長 期不受腐蝕； 3 直縫焊管在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用現(xiàn)狀及前景3.2 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀除此以外，我國先后建成了一些大型的鋼管結(jié)構(gòu)建筑，如長春體育館、上海體育館、虹口體育館、廣州體育館、首都機場新航站樓、成都雙流機場新航站樓、廣州新白云機場航站樓、沈陽桃仙機場、濟南遙墻國際機場等鋼管結(jié)構(gòu)建筑。 3 直縫焊管在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用現(xiàn)狀及前景3.3 應(yīng)用前景近年來，隨著我國鋼鐵產(chǎn)量的不斷增長，鋼結(jié)構(gòu)以其自身的優(yōu)勢，在建筑中所占的比例越來越大，鋼管結(jié)構(gòu)也取得較大的突破。鋼管結(jié)構(gòu)中的管桁架結(jié)構(gòu)以它獨特的優(yōu)勢受到人們的青睞,目前主要應(yīng)用在一些大型公共

7、建筑中； 在工業(yè)廠房柱及屋架、輕鋼結(jié)構(gòu)和住宅鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用潛力很大；在橋梁、堤壩、海洋平臺等鋼結(jié)構(gòu)承載用立柱、超大跨度建筑結(jié)構(gòu)以及電桿塔桅結(jié)構(gòu)等方面有廣闊的前景。4 直縫焊管制造工藝4.1直縫焊接鋼管制造工藝分類：高頻電阻焊制管工藝：即ERW制管工藝，適用中小口徑，效率較高；傳統(tǒng)三輥成型制管工藝：卷制6m以下短管，大多采用單絲埋弧焊，適用于中大口徑，效率低；新型三輥成型制管工藝：從傳統(tǒng)三輥成型工藝發(fā)展起來，成型工藝和傳統(tǒng)方式并無兩樣，實質(zhì)就是將成型輥加長，可成型長度12m甚至16m的大口徑埋弧焊鋼管，發(fā)揚和避免了傳統(tǒng)三輥成型的優(yōu)點和缺點。4 直縫焊管制造工藝4.2 成型原理：UOE是焊管成型過

8、程中的三個重要工序 U成型、O成型和擴徑的英文縮寫。即將邊部預(yù)先按要求彎曲后的鋼板分別在U成型機和O成型機內(nèi)壓成U形和O形管坯，然后再將O形管坯焊接后進行擴徑加工。 4 直縫焊管制造工藝4.2 成型原理：旋壓式JCOE： 其成型工作原理是采用多組液壓馬達帶動約13m長的芯軸輥對鋼板進行連續(xù)旋彎扭轉(zhuǎn)，達到鋼板的JCO彎曲成型，其成型過程分兩步進行：第1步，首先將心軸輥上的縱向分布的液壓控制T型鍵旋轉(zhuǎn)至6點位置，將鋼板送進T型鍵并夾緊，然后鋼板隨心軸逆時針旋轉(zhuǎn)，旋至一半，松開T型鍵，完成第1步，這時鋼板由“一”字形變成J形；第2步，將J形管坯推至心軸的另一邊，重復(fù)第1步動作，完成另一半的成型，這時

9、J形管坯變成開口較小的C 形管坯，通過下道預(yù)焊工序而將管坯變成O形。該成型方式，具有成型精度高、成型速度快、應(yīng)力分布均勻、殘余應(yīng)力小，而且換?？旖?，特別適合多規(guī)格、中小批量鋼管的生產(chǎn)。 4 直縫焊管制造工藝4.2 成型原理：旋壓式JCOE：4 直縫焊管制造工藝4.2 成型原理：折彎式JCOE： 成型方式為步進式壓力折彎成型，折彎模為帶弧度的倒“T”形模具，成型過程分三步進行：第1步，將預(yù)先彎好板邊的鋼板送進壓力機底座，從鋼板的一邊往鋼板中心開始分步進行壓力折彎，壓力和步間距均由計算機精確控制，折彎至鋼板的一半時，完成第1步，折彎刀數(shù)為N，這時鋼板由“一”字形變成J形；第2步，將J形管坯推至壓力

10、機底座的另一邊，重復(fù)第1步動作，完成另一半的成型，折彎刀數(shù)也是N，這時管形由J形變?yōu)镃形；第3步，將C形管坯從中間位置最后再折彎1刀，將C形管坯變成O形管坯，至此完成JCO成型，共用2N+1刀。此成型方式對成型厚壁管具有優(yōu)勢，例如珠江鋼管公司的5200噸折彎成型機，對16Mn（Q345）成型壁厚可達到50mm。4 直縫焊管制造工藝4.2 成型原理：折彎式JCOE：4 直縫焊管制造工藝4.3 焊接技術(shù) UOE、JCOE采用高效的縱列多絲埋弧焊焊接技術(shù)，每根焊絲由單獨的焊接電源供電，焊絲呈縱向排列，焊接過程中形成一個共同的焊接熔池，該技術(shù)由最初的兩絲焊已發(fā)展到現(xiàn)在的四絲和五絲焊。4 直縫焊管制造工

11、藝4.4 擴徑：擴徑是直縫埋弧焊管的必不可少的重要制管工序，擴徑有兩種工藝方式，一種是水壓擴徑，另一種是機械擴徑。擴徑的作用可以歸納成以下三點： 1）矯正由焊接造成的鋼管變形，使鋼管的橢圓 度和平直達到要求的尺寸精度； 2）減少或消除在制管過程中引起的包辛格效 應(yīng)，提高鋼管的屈服強度。 3）消除鋼管成型和焊接部位的殘余應(yīng)力。4 直縫焊管制造工藝4.3 擴徑：05 關(guān)于鋼級目前國內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼鋼級仍然停留在Q235和Q345兩個牌號上，奧運會場館鳥巢工程首次使用低合金高強度鋼Q460，大大節(jié)省了鋼材，對鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)向前邁進具有開創(chuàng)性意義，對進一步推廣使用高級別高強鋼具有重要示范意義。管線鋼制造技術(shù)已經(jīng)非

12、常成熟、可靠，管線鋼屬于低碳微合金控軋鋼，采用Mn和微合金強化，具有優(yōu)異的焊接性能和力學(xué)性能，在100以下使用強度不會損失，相信在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)同樣大有用武之地。6 關(guān)于標準鋼管結(jié)構(gòu)雖然具有眾多優(yōu)異性能，應(yīng)用前景廣闊，但在目前的推廣應(yīng)用中仍存在諸多不利因素，標準因素就是其中之一，主要表現(xiàn)在設(shè)計規(guī)范缺乏，標準不盡完善，基礎(chǔ)標準不齊等方面，長期出現(xiàn)無標可依的局面，跟不上行業(yè)發(fā)展的需要?？上驳氖?，經(jīng)過行業(yè)各方面多年的共同努力，行業(yè)標準鋼管結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程已完成送審稿的審查，結(jié)束無標可依的局面指日可待。6 關(guān)于標準標準的不盡完善和基礎(chǔ)標準不齊主要體現(xiàn)在以下幾個方面: 1) 現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)標準、規(guī)程仍將鋼級限制在Q345以下，給設(shè)計和使用更高級別鋼材帶來限制，制約了鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)技術(shù)的發(fā)展。 2）結(jié)構(gòu)用鋼管標準體系中缺乏結(jié)構(gòu)用直縫埋弧焊鋼管的國家標準，雖然在GB3091低壓流體輸送用焊接鋼管的范圍中提到了“也適用于結(jié)構(gòu)用直縫焊接鋼管”，但在鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范、規(guī)程中并沒有采用GB3091標準，造成直縫埋弧焊鋼管選型無標可依。7 結(jié)語及建議鋼管結(jié)構(gòu)作為新型的結(jié)構(gòu)形式，直縫焊管管形優(yōu)異，壁厚均勻，性能優(yōu)良，價格低廉，具有廣闊的應(yīng)用前景，為鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)和制管企業(yè)的發(fā)展帶來新的機遇，但在目前的推廣應(yīng)用中仍然有諸