直缝焊管在钢结构中应用前景精选课件

1、直缝焊管在钢结构中的应用前景 番禺珠江钢管有限公司 2019.05直缝焊管在钢结构中的应用前景目 录前言 钢管的分类及特点直缝焊管在钢结构中应用现状及前景直缝焊管制造工艺关于钢级关于标准结语及建议目 录前言 1 前言 自然界中的许多例子显示了圆管形状在受压、受扭以及多方向受弯下的卓越的结构性能，人们受到启发，钢结构传统设计理念得到突破，将圆管结构与建筑外形相结合，形成极具魅力的钢管结构。 大空间、大跨度建筑如体育馆、展览馆、机场航站楼、地铁站、大型工业厂房等不断涌现，传统的钢筋混凝土结构、木结构、砌筑结构等很难实现这种大跨度空间结构形式。1 前言 自然界中的许多例子显示了圆管形状在受压、受扭以

2、及多1 前言2019年奥运会在北京召开，以鸟巢为首的大批钢结构经典之作精彩展现，极大地带动国内钢结构行业的发展。 钢材产量的快速增长、国家政策导向以及钢结构设计、科研、施工队伍日益强大等诸多有利因素。应用范围几乎涉及所有结构领域，包括房屋建筑、桥梁、堤坝、海洋平台和塔桅结构等。1 前言2019年奥运会在北京召开，以鸟巢为首的大批钢结构经2 钢管的分类及特点2.1 钢管的分类按轧制工艺分类： 钢管可分为热轧钢管和冷轧钢管； 按截面形状分类： 钢管可分为圆管和异型管；按钢管是否有缝分类： 钢管可分为无缝钢管和焊接钢管，其中常用焊接钢管按焊缝种类又可分为高频焊管、直缝埋弧焊管、螺旋埋弧焊管等3种。

3、2 钢管的分类及特点2.1 钢管的分类按轧制工艺分类：2 钢管的分类及特点2.2 钢管的特点 无缝钢管:壁厚可以较厚，径厚比较小，这是其优点，但管径受到限制，大口径无缝钢管成本相对较高。高频焊钢管：高频焊管管形好，壁厚均匀，自动化程度很高，生产成本低廉，但壁厚相对较薄，管径相对较小，钢结构中特别适合制作管桁架结构。2 钢管的分类及特点2.2 钢管的特点 无缝钢管:壁厚可以2 钢管的分类及特点2.2 钢管的特点直缝埋弧焊管：采用双面埋弧焊焊接工艺，在静态条件下焊接，焊缝质量高，焊缝短，产生缺陷的几率很小，钢管通过全长扩径，管形好，尺寸精确，钢管壁厚范围和管径范围宽，自动化程度较高，相对于无缝钢管

4、，生产成本较低，适合建筑、桥梁、堤坝、海洋平台等钢结构承载用立柱、超大跨度建筑结构以及要求抗风抗震的电杆塔桅结构。2 钢管的分类及特点2.2 钢管的特点直缝埋弧焊管：采用双2 钢管的分类及特点2.2 钢管的特点螺旋埋弧焊管：焊缝呈螺旋线分布，焊缝长，尤其是 处于动态条件下焊接，焊缝还来不及冷却就离开了成型点，极易产生焊接热裂纹，裂纹的方向和焊缝平行，和钢管轴线成一定夹角，一般在30-70之间，这个角度刚好与剪切破坏角度相一致，因此其抗弯、抗拉、抗压和抗扭性能远不如直缝埋弧焊管，同时由于焊接位置限制，产生的马鞍形和鱼脊形焊缝，影响美观。另外施工过程中，螺旋焊母管节点处的相贯线焊缝割裂了螺旋缝，产

5、生较大的焊接应力，因而大大削弱构件的安全性能，重要的钢结构场合不宜使用螺旋埋弧焊管。2 钢管的分类及特点2.2 钢管的特点螺旋埋弧焊管：焊缝呈2 钢管的分类及特点2.3 钢管结构的特点截面具有双轴对称、截面形心和剪心重合等特点，截面惯性矩对各轴相同，作为受弯和受压构件的优势突出。截面闭合，抗扭刚度大、板件局部稳定好。尤其是圆管截面，抵抗扭转特别有效。外观简捷、平滑，杆件可直接焊接于同一点，可不用节点板，以节省钢材。相比开口截面而言，截面具有表面平整、无死角以及外表面积小等特点，有利于节省防腐和防火涂料，也便于除尘。2 钢管的分类及特点2.3 钢管结构的特点截面具有双轴对2 钢管的分类及特点2.

6、3 钢管结构的特点钢管截面的风阻力系数小，当暴露在流体（如风、水流）中时有着显著的优点。钢管结构的内部空间可利用。钢管内填充混凝土（钢管混凝土结构）不仅能提高构件的承载力，而且还能延长构件的耐火极限（平均可达2h）；管内注水，可利用内部水循环进行防火；传输液体，如输油管线，排雨水管等；管内还可以放预应力索，施加体内预应力。 2 钢管的分类及特点2.3 钢管结构的特点钢管截面的风阻力1947年第一个现代化的钢管结构海洋平台在墨西哥海湾建成,拉开了应用钢管结构的序幕；德国Stuttgart机场候机大厅采用钢管构件铸钢节点的树形支承结构，具有造型独特、简捷明快的特点； 日本大阪Kansai机场航站楼

7、屋面结构，采用了圆管截面的曲线三角桁架；3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.1 国外应用现状1947年第一个现代化的钢管结构海洋平台在墨西哥海湾建成,拉3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.1 国外应用现状英国伦敦布什来恩宫，外露式的圆管截面桁架把立面荷载传递到立柱里，管截面内注入水用于防火，正好弥补了钢结构建筑耐火性差的弱点；加拿大多伦多Skydome的开合屋盖、法国戴高乐机场的高速铁路火车站等都是著名的钢管结构建筑 3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.1 国外应用现状英3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.2 国内应用现状我国钢管结构的发展要晚于欧美、日本等国，但在最近十年，钢

8、管结构在我国也得到了飞速发展：以鸟巢为代表的奥运场馆落成，为2019年奥运 会树立一座独特的历史性的标志性建筑，该工 程首次采用低合金高强钢Q460；国家大剧院大厅立柱首次采用耐火耐候埋弧焊 钢管，可在600以上的温度下，不变形不软化，在室外不作任何防腐操施的情况下，可长 期不受腐蚀； 3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.2 国内应用现状我3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.2 国内应用现状除此以外，我国先后建成了一些大型的钢管结构建筑，如长春体育馆、上海体育馆、虹口体育馆、广州体育馆、首都机场新航站楼、成都双流机场新航站楼、广州新白云机场航站楼、沈阳桃仙机场、济南遥墙国际机场等钢管结

9、构建筑。 3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.2 国内应用现状除3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.3 应用前景钢管结构作为新型的结构形式，近几年来在世界各国得到了迅速发展。最近5年，欧洲的钢管用量增加了25%。来自北美钢铁研究所的统计数字证实，随着美国钢铁工业以底层商业建筑市场为开发目标，钢管结构的需求也呈上升之势，据美国LTV钢铁公司估计，在最近5年，美国结构管材的消耗量每年以5%10%的速度增长。 3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.3 应用前景钢管结3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.3 应用前景近年来，随着我国钢铁产量的不断增长，钢结构以其自身的优势，在建筑中所占的比

10、例越来越大，钢管结构也取得较大的突破。钢管结构中的管桁架结构以它独特的优势受到人们的青睐,目前主要应用在一些大型公共建筑中； 在工业厂房柱及屋架、轻钢结构和住宅钢结构中的应用潜力很大；在桥梁、堤坝、海洋平台等钢结构承载用立柱、超大跨度建筑结构以及电杆塔桅结构等方面有广阔的前景。3 直缝焊管在钢结构中应用现状及前景3.3 应用前景近年来4 直缝焊管制造工艺4.1直缝焊接钢管制造工艺分类：高频电阻焊制管工艺：即ERW制管工艺，适用中小口径，效率较高；传统三辊成型制管工艺：卷制6m以下短管，大多采用单丝埋弧焊，适用于中大口径，效率低；新型三辊成型制管工艺：从传统三辊成型工艺发展起来，成型工艺和传统方

11、式并无两样，实质就是将成型辊加长，可成型长度12m甚至16m的大口径埋弧焊钢管，发扬和避免了传统三辊成型的优点和缺点。4 直缝焊管制造工艺4.1直缝焊接钢管制造工艺分类：高频电4 直缝焊管制造工艺4.1直缝焊接钢管制造工艺分类：UOE制管工艺：油气直缝埋弧焊管的主要生产方式之一，采用UO成型技术、多丝埋弧焊焊接技术以及全长扩径技术，管形好，尺寸精度高，残余应力低，产效率高，单管长度一般12m，甚至达18m，适合大批量供货，但设备投资大。JCOE制管工艺：油气直缝埋弧焊管的主要生产方式之一，采用JCO成型技术、多丝埋弧焊焊接技术以及全长扩径技术，管形好，尺寸精度高，残余应力较低，产效率较高，单管

12、长度一般12m，适合中小批量供货，设备投资较低。4 直缝焊管制造工艺4.1直缝焊接钢管制造工艺分类：UOE4 直缝焊管制造工艺4.2 成型原理：UOE是焊管成型过程中的三个重要工序 U成型、O成型和扩径的英文缩写。即将边部预先按要求弯曲后的钢板分别在U成型机和O成型机内压成U形和O形管坯，然后再将O形管坯焊接后进行扩径加工。 4 直缝焊管制造工艺4.2 成型原理：UOE是焊管成型过程4 直缝焊管制造工艺4.2 成型原理：旋压式JCOE： 其成型工作原理是采用多组液压马达带动约13m长的芯轴辊对钢板进行连续旋弯扭转，达到钢板的JCO弯曲成型，其成型过程分两步进行：第1步，首先将心轴辊上的纵向分布

13、的液压控制T型键旋转至6点位置，将钢板送进T型键并夹紧，然后钢板随心轴逆时针旋转，旋至一半，松开T型键，完成第1步，这时钢板由“一”字形变成J形；第2步，将J形管坯推至心轴的另一边，重复第1步动作，完成另一半的成型，这时J形管坯变成开口较小的C 形管坯，通过下道预焊工序而将管坯变成O形。该成型方式，具有成型精度高、成型速度快、应力分布均匀、残余应力小，而且换模快捷，特别适合多规格、中小批量钢管的生产。 4 直缝焊管制造工艺4.2 成型原理：旋压式JCOE：4 直缝焊管制造工艺4.2 成型原理：旋压式JCOE：4 直缝焊管制造工艺4.2 成型原理：旋压式JCOE：4 直缝焊管制造工艺4.2 成型

14、原理：折弯式JCOE： 成型方式为步进式压力折弯成型，折弯模为带弧度的倒“T”形模具，成型过程分三步进行：第1步，将预先弯好板边的钢板送进压力机底座，从钢板的一边往钢板中心开始分步进行压力折弯，压力和步间距均由计算机精确控制，折弯至钢板的一半时，完成第1步，折弯刀数为N，这时钢板由“一”字形变成J形；第2步，将J形管坯推至压力机底座的另一边，重复第1步动作，完成另一半的成型，折弯刀数也是N，这时管形由J形变为C形；第3步，将C形管坯从中间位置最后再折弯1刀，将C形管坯变成O形管坯，至此完成JCO成型，共用2N+1刀。此成型方式对成型厚壁管具有优势，例如珠江钢管公司的5200吨折弯成型机，对16

15、Mn（Q345）成型壁厚可达到50mm。4 直缝焊管制造工艺4.2 成型原理：折弯式JCOE：4 直缝焊管制造工艺4.2 成型原理：折弯式JCOE：4 直缝焊管制造工艺4.2 成型原理：折弯式JCOE：4 直缝焊管制造工艺4.3 焊接技术 UOE、JCOE采用高效的纵列多丝埋弧焊焊接技术，每根焊丝由单独的焊接电源供电，焊丝呈纵向排列，焊接过程中形成一个共同的焊接熔池，该技术由最初的两丝焊已发展到现在的四丝和五丝焊。4 直缝焊管制造工艺4.3 焊接技术 UOE、JCOE采用4 直缝焊管制造工艺4.3 焊接技术该技术具有单丝无可比拟的优点： 1）生产效率可成倍增加，一台四丝焊接机组，相当于3台到4

16、台单丝焊机组； 2）焊接质量可大幅提高； 3）焊接线能量可进一步降低，提高焊接接头的力学性能； 4）可更合理的匹配焊丝，达到焊缝与母材最佳匹配； 5）可降低单位焊缝长度的焊材消耗。4 直缝焊管制造工艺4.3 焊接技术该技术具有单丝无可比拟4 直缝焊管制造工艺4.4 扩径：扩径是直缝埋弧焊管的必不可少的重要制管工序，扩径有两种工艺方式，一种是水压扩径，另一种是机械扩径。扩径的作用可以归纳成以下三点： 1）矫正由焊接造成的钢管变形，使钢管的椭圆 度和平直达到要求的尺寸精度； 2）减少或消除在制管过程中引起的包辛格效 应，提高钢管的屈服强度。 3）消除钢管成型和焊接部位的残余应力。4 直缝焊管制造工

17、艺4.4 扩径：扩径是直缝埋弧焊管的必不4 直缝焊管制造工艺4.3 扩径：04 直缝焊管制造工艺4.3 扩径：05 关于钢级从某种程度上讲，油气管线的发展史就是钢级不断提高的历史，使用高钢级、大口径、提高管线输送压力可以大幅度的节省钢材，降低工程成本，目前管线钢主流钢级已达到X80（屈服555MPa），X100（屈服690MPa）、X120（屈服840MPa）也陆续研发成功并见诸报道，正待进入商用阶段，国内的冶金、轧钢技术的进步和蓬勃发展，正是以管线钢的飞速发展为标志。5 关于钢级从某种程度上讲，油气管线的发展史就是钢级不断提高5 关于钢级目前国内结构钢钢级仍然停留在Q235和Q345两个牌号

18、上，奥运会场馆鸟巢工程首次使用低合金高强度钢Q460，大大节省了钢材，对钢结构行业向前迈进具有开创性意义，对进一步推广使用高级别高强钢具有重要示范意义。管线钢制造技术已经非常成熟、可靠，管线钢属于低碳微合金控轧钢，采用Mn和微合金强化，具有优异的焊接性能和力学性能，在100以下使用强度不会损失，相信在钢结构行业同样大有用武之地。5 关于钢级目前国内结构钢钢级仍然停留在Q235和Q345两6 关于标准钢管结构虽然具有众多优异性能，应用前景广阔，但在目前的推广应用中仍存在诸多不利因素，标准因素就是其中之一，主要表现在设计规范缺乏，标准不尽完善，基础标准不齐等方面，长期出现无标可依的局面，跟不上行业发展的需要。可喜的是，经过行业各方面多年的共同努力，行业标准钢管结构技术规程已完成送审稿的审查，结束无标可依的局面指日可待。6 关于标准钢管结构虽然具有众多优异性能，应用前景广