土木工程施工 課件 26-放樣、號料與下料構(gòu)件加工、組裝與矯正

土木工程施工同濟大學(xué)2013年8月

鋼結(jié)構(gòu)工程

6.1概述6.1.1鋼結(jié)構(gòu)加工流程

鋼結(jié)構(gòu)工程從廣義上講是指以鋼鐵為基材，經(jīng)過機械加工組裝而成的結(jié)構(gòu)。一般意義上的鋼結(jié)構(gòu)主要用于工業(yè)廠房、高層建筑、大跨結(jié)構(gòu)、塔桅、橋梁等，即建筑鋼結(jié)構(gòu)。由于鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、結(jié)構(gòu)輕、施工周期短和精度高等特點，因而在其他土木工程中也被廣泛采用。

鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件一般在工廠加工制作，然后運至工地進行結(jié)構(gòu)安裝。鋼結(jié)構(gòu)制作的工序較多，因此，對加工順序要周密安排，避免工件倒流，以減少往返運輸時間。

圖6-1為鋼結(jié)構(gòu)一般大流水作業(yè)生產(chǎn)的一般工藝流程。

對于有特殊加工要求的構(gòu)件，應(yīng)在制作前制定專門的加工工序，編制專項工藝流程和工序工藝方案。

鋼構(gòu)件運輸進場鋼構(gòu)件現(xiàn)場安裝臨時安裝支架、結(jié)構(gòu)安裝總順序、吊機的停機點及吊次安排、吊裝施工安全措施等放樣、號料、切割、制孔、邊緣加工、小裝配、總裝配、端部處理和摩擦面處理、涂裝、發(fā)運吊機進退場方案、構(gòu)件吊裝方案、現(xiàn)場拼接方案、安裝質(zhì)量檢查方案鋼構(gòu)件工廠加工制作編制鋼結(jié)構(gòu)安裝方案鋼結(jié)構(gòu)施工工藝流程

知識點26

放樣、號料與下料

構(gòu)件加工、組裝與矯正6.2.1放樣、號料與下料

放樣和號料是整個鋼結(jié)構(gòu)制作工藝中的第一道工序，其工作的準確與否將直接影響到整個產(chǎn)品的質(zhì)量，至關(guān)重要。為了提高放樣和號料的精度和效率，有條件時，應(yīng)采用計算機輔助設(shè)計。

鋼結(jié)構(gòu)工程圖紙分為設(shè)計圖和施工詳圖，施工詳圖（常稱為深化設(shè)計圖）由鋼結(jié)構(gòu)制造廠或施工單位編制。鋼結(jié)構(gòu)制造廠有專門的深化設(shè)計部門，負責(zé)將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計圖細化分解為便于加工的詳圖。

在20世紀80年代鋼結(jié)構(gòu)工廠即使在日本通常有一塊大的放樣地坪，用于對復(fù)雜鋼構(gòu)件的足尺放樣，供設(shè)計人員檢查。鋼尺端部用彈簧拉力計拉緊。現(xiàn)在可用計算機進行仿真模擬。復(fù)雜節(jié)點直接用專用紙打印放樣。6.2.1.1放樣

放樣是根據(jù)產(chǎn)品施工詳圖或零、部件圖樣要求的形狀和尺寸，按照1:1的比例把產(chǎn)品或零、部件的實形畫在放樣臺或平板上，求取實長并制成樣板的過程。

對比較復(fù)雜的殼體零、部件，還需要作圖展開。放樣的步驟如下：(1)仔細閱讀圖紙，并對圖紙進行核對。(2)準備放樣需要的工具，包括：鋼尺、石筆、粉線、劃針、圓規(guī)、鐵皮剪刀等。

(3)準備好做樣板和樣桿的材料，一般采用薄鐵片和小扁鋼。可先刷上防銹油漆。(4)放樣以1:1的比例在樣板臺上彈出大樣。當(dāng)大樣尺寸過大時，可分段彈出。尺寸劃法應(yīng)避免偏差累積。(5)先以構(gòu)件某一水平線和垂直線為基準，彈出十字線；然后據(jù)此逐一劃出其他各個點和線，并標注尺寸。(6)放樣過程中，應(yīng)及時與技術(shù)部門協(xié)調(diào)；放樣結(jié)束，應(yīng)對照圖紙進行自查；最后應(yīng)根據(jù)樣板編號編寫構(gòu)件號料明細表。6.2.1.2號料

號料就是根據(jù)樣板在鋼材上畫出構(gòu)件的實樣，并打上各種加工記號，為鋼材的切割下料作準備。號料的步驟：

(1)根據(jù)料單檢查清點樣板和樣桿，點清號料數(shù)量。號料應(yīng)使用經(jīng)過檢查合格的樣板與樣桿，不得直接使用鋼尺。

(2)準備號料的工具，包括石筆、樣沖、圓規(guī)、劃針、鑿子等。

(3)檢查號料的鋼材規(guī)格和質(zhì)量。

(4)不同規(guī)格、不同鋼號的零件應(yīng)分別號料，并依據(jù)先大后小的原則依次號料。對于需要拼接的同一構(gòu)件，必須同時號料，以便拼接。

(5)號料時，同時劃出檢查線、中心線、彎曲線，并注明接頭處的字母、焊縫代號。

(6)號孔應(yīng)使用與孔徑相等的圓規(guī)規(guī)孔，并打上樣沖作出標記，便于鉆孔后檢查孔位是否正確。

(7)彎曲構(gòu)件號料時，應(yīng)標出檢查線，用于檢查構(gòu)件在加工、裝焊后的曲率是否正確。

(8)在號料過程中，應(yīng)隨時在樣板、樣桿上記錄下已號料的數(shù)量，號料完畢，則應(yīng)在樣板、樣桿上注明并記下實際數(shù)量。6.2.1.3切割下料

切割的目的就是將放樣和號料的零件形狀從原材料上進行下料分離。

鋼材的切割可以通過切削、沖剪、摩擦機械力和熱切割來實現(xiàn)。常用的切割方法有：機械剪切、氣割和等離子切割三種方法。

氣割法：

是利用氧氣與可燃氣體混合產(chǎn)生的預(yù)熱火焰加熱金屬表面達到燃燒溫度并使金屬發(fā)生劇烈的氧化，放出大量的熱促使下層金屬也自行燃燒，同時通以高壓氧氣射流，將氧化物吹除而引起一條狹小而整齊的割縫。隨著割縫的移動，使切割過程連續(xù)切割出所需的形狀。

除手工切割外常用的機械有火車式半自動氣割機、特型氣割機等。這種切割方法設(shè)備靈活、費用低廉、精度高，是目前使用最廣泛的切割方法，能夠切割各種厚度的鋼材，特別是帶曲線的零件或厚鋼板。

氣割前，應(yīng)將鋼材切割區(qū)域表面的鐵銹、污物等清除干凈，氣割后，應(yīng)清除熔渣和飛濺物。

機械切割法：可利用上、下兩剪刀的相對運動來切斷鋼材，或利用鋸片的切削運動把鋼材分離，或利用鋸片與工件間的摩擦發(fā)熱使金屬熔化而被切斷。

常用的切割機械有剪板機、聯(lián)合沖剪機、弓鋸床、砂輪機割機等。

剪切法速度快、效率高，但切口略粗糙；鋸割可以切割角鋼、圓鋼和各類型鋼，切割速度和精度都較好。機械剪切的零件，其鋼板厚度不宜大于12mm，剪切面應(yīng)平整。

等離子切割法：

是利用高溫高速的等離子焰流將切口處金屬及其氧化物熔化并吹掉來完成切割，所以能切割任何金屬，特別是熔點較高的不銹鋼及有色金屬鋁、銅等。

對于非標準規(guī)格的焊接H型鋼，其翼緣和腹板均采用多頭直條切割機將鋼板切割成條狀，焊接成型。

用半自動切割機對翼緣鋼板端部焊接所需坡口進行加工。

帶鋸床用于切斷型鋼、圓鋼、圓管和方鋼等，其效率高，切斷面質(zhì)量好。圖為由計算機控制多軸相慣的自動切割機切割相慣口。6.2.2構(gòu)件加工

6.2.2.1成形加工

1.板材卷曲

板材卷曲是通過旋轉(zhuǎn)輥軸對板料進行連續(xù)三點彎曲所形成的。當(dāng)制件曲率半徑較大時，可在常溫狀態(tài)下卷曲；如制件曲率半徑較小或板材較厚時，則需在板材加熱后進行。板材卷曲按其卷曲類型可分為單曲率卷制和雙曲率卷制。如圖6-3所示，單曲率卷制包括對圓柱面、圓錐面和任意柱面的卷制，操作簡單，較常用。雙曲率卷制則實現(xiàn)球面、雙曲面的卷制。圖6-3單曲率卷制鋼板的卷曲板材卷曲工藝包括預(yù)彎、對中和卷曲三個過程。(1)預(yù)彎

板料在卷板機上卷曲時，兩端邊緣總有卷不到的部分，即剩余直邊，剩余直邊在矯圓時難以完全消除，所以一般應(yīng)對板料進行預(yù)彎，使剩余直邊彎曲到所需的曲率半徑后再卷曲。預(yù)彎可在三輥、四輥或預(yù)彎壓力機上進行。(2)對中

將預(yù)彎的板料置于卷板機上卷曲時，為防止產(chǎn)生歪扭，應(yīng)將板料對中，使板料的縱向中心線與滾筒軸線保持嚴格的平行。圖6-4是部分四輥卷板機與三輥卷板機的對中方法。

在四輥卷板機中，通過調(diào)節(jié)倒輥，使板邊靠緊側(cè)輥對準(圖6-4a)；在三輥卷板機中，可利用擋板使板邊靠近擋板對中(圖6-4b)。(3)卷曲

板料位置對中后，一般采用多次進給法卷曲。利用調(diào)節(jié)上輥筒(三輥機)或側(cè)輥筒(四輥機)的位置使板料發(fā)生初步的彎曲，然后來回滾動而卷曲。當(dāng)板料移至邊緣時，根據(jù)板邊和準線檢查板料位置是否正確。逐步壓下上輥并來回滾動，使板料的曲率半徑逐漸減小，直至達到規(guī)定的要求。

2．型材彎曲

(1)型鋼的彎曲2.管材彎曲

管材彎曲加工方法可根據(jù)被彎曲管材的界面尺寸和彎曲半徑不同，一般有型彎、壓彎和中頻彎三種。

型彎成形加工是在型彎設(shè)備上，利用成型模具進行管材連續(xù)彎曲，通過調(diào)節(jié)模具間的距離實現(xiàn)管材不同曲率半徑的彎曲加工。

對于截面尺寸比較大的管材彎曲成形加工，一般就需要采用壓彎成形工藝，即在油壓機上，結(jié)合成型模具，按被彎曲管材的設(shè)計曲率半徑，進行逐步壓彎成形。

當(dāng)截面尺寸比較大，而彎曲曲率半徑又比較小的鋼管構(gòu)件，一般需采用中頻彎成形工藝，其采用中頻電流使鋼管待彎曲段急劇升溫并達到較高溫度后，在外力作用下使鋼管待彎曲段按設(shè)計要求的曲率半徑彎曲成形。

鋼管的彎曲可采用立軸型鋼滾圓機滾彎，或采用高頻加熱鋼管后進行彎曲。

管材在外力的作用下彎曲時，其截面會發(fā)生變形，且外側(cè)管壁會變薄，內(nèi)側(cè)管壁會增厚。在自然狀態(tài)下彎曲時，截面會變成橢圓形。

管材的彎曲半徑一般應(yīng)不小于管子外徑的3.5倍（熱彎）至4倍（冷彎）。在彎曲過程中，為了盡可能地減少管材在彎曲過程中的變形，彎制時通常采用下列方式：

在管材中加進填充物（裝砂或彈簧）后進行彎曲；

用滾輪和滑槽壓在管材外面進行彎曲；

用芯棒穿入管材內(nèi)部進行彎曲。3.型材彎曲

型材彎曲時，由于截面重心線與力的作用線不在同一平面，造成型材除受彎矩外，還要受扭矩的作用，使型材截面發(fā)生畸變?；兂潭热Q于應(yīng)力的大小，而應(yīng)力的大小又取決于彎曲半徑。彎曲半徑越小，則畸變程度越大。為控制應(yīng)力與變形，應(yīng)控制最小彎曲半徑。制件的曲率半徑較大時，一般采用冷彎，反之則采用熱彎。

型材彎曲成形的方法一般有手工彎曲和機械彎曲。其中機械彎曲又包括卷彎、回彎、壓彎和拉彎等幾種。實際生產(chǎn)中常用回彎和壓彎?；貜澇尚问窃谛筒膹澢鷻C上進行，如圖6-5所示，其先將待彎曲型材固定在彎曲模具上，模具轉(zhuǎn)動后型材沿模具旋轉(zhuǎn)方向成形，通過調(diào)節(jié)型彎機輥軸間距來實現(xiàn)彎曲曲率半徑。壓彎是在壓力機上，利用模具借助壓力機的壓力進行壓彎，使型材產(chǎn)生彎曲變形。圖6-5型材回彎加工原理1—輥輪1；2—輥輪2；3—模具；4—壓緊裝置；5—角鋼4.模具壓制

模具壓制是在壓力設(shè)備上利用模具使鋼材成形的一種工藝方法。鋼材及構(gòu)件成形的質(zhì)量與精度均取決于模具的形狀尺寸與制造質(zhì)量。當(dāng)溫度低于-20℃時，應(yīng)停止施工，以避免鋼板冷脆而產(chǎn)生裂縫。模具按加工工序分，主要有沖裁模、彎曲模、拉伸模、壓延模等四種。

6.2.2.2邊緣加工

在鋼結(jié)構(gòu)制造中，經(jīng)過剪切或氣割過的鋼板邊緣，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會發(fā)生硬化和變態(tài)。為了保證橋梁或重型吊車梁等重型構(gòu)件的質(zhì)量，需要對邊緣進行加工，其刨切量不應(yīng)小于2.0mm。此外，為了保證焊縫質(zhì)量，考慮到裝配的準確性，要將鋼板邊緣刨成或鏟成坡口，往往還要將邊緣刨直或銑平。

一般需要作邊緣加工的部位包括：吊車梁翼緣板、支座支撐面等具有工藝性要求的加工面；設(shè)計圖紙中有技術(shù)要求的焊接坡口；尺寸精度要求嚴格的加勁板、隔板、腹板及有孔眼的節(jié)點板等。常用的邊緣加工方法有鏟邊、刨邊、銑邊和碳弧電氣刨邊四種。6.2.2.3其他加工工藝1．折邊

在鋼結(jié)構(gòu)制造過程中，常把構(gòu)件的邊緣壓彎成傾角或一定形狀的操作過程稱為折邊。折邊廣泛用于薄板構(gòu)件，它有較長的彎曲線和很小的彎曲半徑。薄板經(jīng)折邊后可以大大提高結(jié)構(gòu)的強度和剛度。這類工件的彎曲折邊常利用折邊機進行。2．模具壓制

模具壓制是在壓力設(shè)備上利用模具使鋼材成型的一種工藝方法；鋼材及構(gòu)件成型的質(zhì)量與精度均取決于模具的形狀尺寸與制造質(zhì)量。

利用先進和優(yōu)質(zhì)的模具使鋼材成型可以使鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)達到高質(zhì)量、高速度的發(fā)展。

模具按加工工序分，主要有沖裁模、彎曲模、拉深模、壓延模等四種。3．制孔

在鋼結(jié)構(gòu)制孔中包括鉚釘孔、普通螺栓連接孔、高強度螺栓孔、地腳螺栓孔等，制孔通常有沖孔和鉆孔兩種。(1)鉆孔

鉆孔是鋼結(jié)構(gòu)制造中普遍采用的方法，能用于幾乎任何規(guī)格的鋼板、型鋼的孔加工。鉆孔的原理是切削，故孔壁損傷較小，孔的精度較高。

鉆孔在鉆床上進行，對于構(gòu)件因受場地狹小限制，加工部位特殊，不便于使用鉆床加工時，則可用電鉆、風(fēng)鉆等加工。(2)沖孔

沖孔是在沖孔機(沖床)上進行，一般只能在較薄的鋼板和型鋼上沖孔，且孔徑一般不小于鋼材的厚度，亦可用于不重要的節(jié)點板、墊板和角鋼拉撐等小件加工。沖孔生產(chǎn)效率較高，但由于孔的周圍產(chǎn)生冷作硬化，孔壁質(zhì)量較差，有孔口下塌、孔的下方增大的傾向，所以，除孔的質(zhì)量要求不高時，或作為預(yù)制孔(非成品孔)外，在鋼結(jié)構(gòu)中較少直接采用。

當(dāng)?shù)啬_螺栓孔與螺栓的間距較大時，即孔徑大于50mm時，也可以采用火焰割孔。

翼緣端部的高強螺栓孔的制孔，在20世紀80年代用樣板定位。現(xiàn)用數(shù)控鉆床計算機直接控制定出螺栓孔位并鉆孔。鉆孔時，可用數(shù)控鉆床群鉆成孔。6.2.3組裝6.2.3.1概述

組裝，亦稱為拼裝、裝配、組立，是把加工完成的半成品和零件按圖紙規(guī)定的運輸單元，裝配成構(gòu)件或者部件，是鋼結(jié)構(gòu)制作中最重要的工序之一。組裝上靠加工質(zhì)量，下靠焊接質(zhì)量，加工不到位，強行拘束組裝會導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，影響強度。組裝時，必須考慮坡口角度、鈍邊高度、裝配間隙。6.2.3.2組裝方法

常用鋼結(jié)構(gòu)組裝方法有地樣法、仿形復(fù)制裝配法、胎模裝配法、立裝法、臥裝法等。

（1）地樣法用1:1的比例在裝配平臺上放出構(gòu)件實樣，然后根據(jù)零件在實樣上的位置，分別組裝后形成構(gòu)件。此裝配方法適用于桁架、構(gòu)架等小批量結(jié)構(gòu)的組裝。

（2）仿形復(fù)制裝配法先用地樣法組裝成單面（單片）部件，然后定位點焊牢固，將其翻身，作為復(fù)制胎模，在其上面裝配另一單面的部件，往返兩次組裝。此裝配方法適用于橫斷面互為對稱的構(gòu)件。

（3）胎模裝配法胎模裝配法是將構(gòu)件的零件用胎模定位在其裝配位置上的組裝方法。此裝配法適用于制造構(gòu)件批量大、精度高的產(chǎn)品。在布置拼裝胎模時，必須注意預(yù)留各種結(jié)構(gòu)余量。

（4）立裝法立裝是根據(jù)構(gòu)件的特點及其零件的穩(wěn)定狀態(tài)，選擇自上而下或自下而上地裝配。此法用于放置平穩(wěn)，高度不大的構(gòu)件（如大直徑的圓筒）。

（5）臥裝法臥裝是將構(gòu)件放置臥的位置進行裝配。此法適用于斷面不大，但長度較長的細長構(gòu)件。

北京奧運場館之一的五棵松國家籃球館的鋼屋蓋安裝采用了累積頂推滑移法安裝技術(shù)。鋼桁架拼裝在端部的拼裝胎架上進行。

6.2.4矯正

6.2.4.1概述

鋼材使用前，由于材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力及存放、運輸、吊運不當(dāng)?shù)仍?，會引起鋼材原材料變形?/p>

在加工成型過程中，由于操作和工藝原因會引起成型件變形；構(gòu)件連接過程中會存在焊接變形等。

為了保證鋼結(jié)構(gòu)的制作及安裝質(zhì)量，必須對不符合技術(shù)標準的材料、構(gòu)件進行矯正。

鋼結(jié)構(gòu)的矯正：就是通過外力或加熱作用，使鋼材較短部分的纖維伸長；或使較長的纖維縮短，以迫使鋼材反變形，使材料或構(gòu)件達到平直及一定幾何形狀的要求并符合技術(shù)標準的工藝方法。矯正的形式主要有矯直、矯平、矯形三種。矯正按外力來源分為火焰矯正、機械矯正和手工矯正等；按矯正時鋼材的溫度分為熱矯正和冷矯正。1．火焰矯正

鋼材的火焰矯正是利用火焰對鋼材進行局部加熱，被加熱處理的金屬由于膨脹受阻而產(chǎn)生壓縮塑性變形，使較長的金屬纖維冷卻后縮短而完成的。

影響火焰矯正效果的因素有三個：火焰加熱位置、加熱的形式和加熱的熱量?；鹧婕訜岬奈恢脩?yīng)選擇在金屬纖維較長的部位。加熱的形式有點狀加熱、線狀加熱和三角形加熱三種。用不同的火焰熱量加熱，可獲得不同的矯正變形的能力。低碳鋼和普通低合金結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件用火焰矯正時，常采用600～800°C的加熱溫度。2．機械矯正