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箱型柱內(nèi)隔板的結構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)隔板是由結構設計確定的,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人員在進行詳圖設計或工藝設計時,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。對于由于設計圖確定的結構和連接要求在常規(guī)工藝條件下會失穩(wěn)變形的箱形柱,應在審圖時向有關方面及時提出,要增加結構內(nèi)隔板,使增加箱柱截面剛性。否則在做詳圖中加入,設計可能不予以承認增加的重量。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行電弧焊塞焊。以上四種情況各有它的優(yōu)缺點,它應分別用于不同的箱柱結構。通常在結構設計圖紙的節(jié)點要求中都有指定的焊接方式要求。但在指導圖中沒有指定時,才能由詳圖設計進行設計,來確定采用哪種方式,并經(jīng)設計院認可。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。第三種情況是用于截面較大的箱柱,機加能力較強,是電渣焊操作技術較好,勞動力相對較貴的場合。第四種情況是用于箱柱板較薄,難以進行電渣焊,或沒有電渣焊設備時采用。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)鋼結構制作廠所用的方案。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《民用高層鋼結構建筑鋼結構技術規(guī)程》中就有全熔透焊要求,而設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?,F(xiàn)實中雖然是都已通過監(jiān)理的,但其實許多工廠都是沒有達到。這二條用電弧焊的焊縫是不宜用熔透焊要求,而應用等強要求,理由如下:1。 內(nèi)隔板焊縫應該不屬于“承受動載且需要進行疲勞驗算的構件”。2。 它也不屬于“在不需要進行疲勞計算的構件中,凡要求與母材等強的對接焊縫應予焊透”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,應力已經(jīng)衰減,已不是原來翼板傳給箱柱的力了,所以不應該是等強焊縫。內(nèi)隔板在U形箱體內(nèi)如要進行全熔透焊,有兩種方案:方案一是反面加墊板的單坡口熔透焊,這種方法施焊,箱板變形嚴重,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,根圖1單坡口襯板熔透焊易產(chǎn)生未熔合示意圖部熔合難以保證。見圖1圖1單坡口襯板熔透焊易產(chǎn)生未熔合示意圖箱柱內(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業(yè)區(qū)難以直接觀察到。箱柱內(nèi)的兩條電弧焊焊縫要進行全熔透焊,按方案一,因焊縫的單側單體橫截面大,橫向收縮應力很大,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力很大,造成在臨界屈曲狀態(tài)下的殘余應力與應變。在GB50661-2011《鋼結構焊接規(guī)范》的條文說明中,已對焊縫計算厚度的應用有所說明:“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,…如果設計者應用表中折減值對焊縫承載應力進行計算,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安全等有很大好處?!痹贕B50661-2011《鋼結構焊接規(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所以作為對原圖紙要求全熔透一級焊縫的變更,可以向設計院提出在進行詳圖設計時,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。當內(nèi)隔之間的間距較小時,背面不能進行焊接時可按圖5方案進行,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雙面角焊縫由于目前的設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。當設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)理進行耐心的解釋與溝通了。所以在簽訂合同時,必須認真對箱柱結構了解,如箱柱截面尺寸小,隔板間距小,內(nèi)隔板要進行全熔透焊在工藝性上更是不可能的。當時就要向業(yè)主、甲方或設計院提出。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。而且從應力集中、焊接殘余應力、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。所以當設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行無損檢測。在質(zhì)量管理不到位的單位,即使設計沒有提出二級要求,單位內(nèi)部也要對焊縫的熔深進行無損檢測,對強度所要求的熔深進行控制。二.兩條電渣焊焊縫在詳圖設計內(nèi)隔板時,首先要確定電渣焊的兩條邊是設計在箱柱的腹板側,還是在翼板側。這兩種方案都有其特點,考慮的因素大致有以下內(nèi)容:當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,對箱柱的殘余應力也大。當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。當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,四條縱縫打底焊后,進行電渣焊,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。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。在設計院進行箱柱設計時,有的已確定了內(nèi)隔板的焊接是采用熔嘴電渣焊,還是絲極電渣焊。有的沒有明確要求。但不管如何,都要根據(jù)本公司內(nèi)的設備來確定。如公司只有熔嘴電渣焊,就要在設計圖和詳圖設計時把此問題提出。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計,也可進行更薄的隔板電渣焊,但成本要相對要增加。熔嘴電渣焊設備成本較低,維修簡單成本低,但焊接成本較高。而絲極電渣焊則相反。由于鋼結構行業(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計主要根據(jù)目前熔嘴電渣焊機用的熔嘴外徑有08、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)中還要應依據(jù)焊接工藝評定。圖8內(nèi)隔板斜置時的電渣焊縫截面圖7熔嘴電渣焊接頭參考圖表 當內(nèi)隔板與箱板斜置時,電渣焊縫宜設置在斜面上,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
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)。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公差,要考慮到內(nèi)隔板裝配的直線度公差。內(nèi)隔板的外廓尺寸和精度是箱形柱截面精度的關鍵與核心,是確保電渣焊質(zhì)量的基礎。工藝人員一定要精心設計,使即保證箱柱的裝配與焊接要求,又能滿足制作工藝性。電渣焊襯板的材料牌號應與箱板、主隔板相同,襯板的加工精度參照圖8的要求。技術要求:-.襯板與主隔板按箱柱的電渣焊接頭的工藝詳圖設計。襯板條和隔板按各自的詳圖要求分別地進行下料和機加工。內(nèi)隔板組焊后,相鄰邊要相互垂直,垂直度按邊長/2000技術要求:-.襯板與主隔板按箱柱的電渣焊接頭的工藝詳
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