异型多腔体巨型钢柱焊接技术2016

异形多腔体体巨型钢柱柱焊接技术2016.11目录contents技术背景1研究探索2成果价值3第一部分技术背景一、技术背背景（一）技术术依托

天津117大厦结构体系：钢筋混凝土核心筒+巨型外框架结构。巨型外框架传力路径：楼面钢梁→次框架柱→环带桁架→巨型钢柱。巨型钢柱焊接质量意义重大巨型钢柱为为大楼之基基、承载之之重一、技术背背景（二）焊接接体量最大截面：：22.4××24m最大板厚：：120mm材质：Q345GJC，Q390GJC焊接量：2200t，所用焊丝丝可围绕地球6圈地下室截面面地上截面一、技术背背景（三）焊接接空间最小施焊空空间200mm一、技术背背景（四）焊接接环境60℃粉尘排风扇冷风机冰块一、技术背背景巨型钢柱的的腔体数量量、分段拼拼接单元、、焊缝填充充量均为世界之最。如此复杂的的异形多腔腔体巨型钢钢柱的焊接接技术，国国内外尚无研究。（五）技术术对比深圳平安巨巨型柱广州东塔巨巨型柱第二部分研究探索二、研究探探索（一）目标标品质保障焊缝质量焊后精度焊接应力控制二、研究探探索（二）深化化设计解决决方案超厚板精密密切割技术术保证巨型钢钢柱外形尺尺寸，制作源头控控制精度。。1、原材尺寸寸的限制二、研究探探索（二）深化化设计解决决方案2、焊接空间间的设计最优空间设设置坡口方向的的选取，隔板后焊、、开预留洞洞。坡口开在空空间大侧后焊板预留孔二、研究探探索（二）深化化设计解决决方案3、焊缝填充充的优化全熔透→半半熔透焊缝余高可可保证焊缝缝强度等强强降低焊缝填填充量，控控制变形提高经济效效益T型接头焊缝缝二、研究探索形式横焊缝：单单边V形坡口立焊缝：双双边V形坡口坡口角度：：35°优势减少焊接填填充量保证全熔透透焊缝质量量是一种平衡衡了质量与与经济的坡坡口形式。。横焊缝焊接接立焊缝焊接接横焊缝立焊缝（二）深化化设计解决决方案3、焊缝填充充的优化对接接头焊焊缝带有余高的的半熔透焊焊缝可与全全熔透焊缝缝达到等强效果。全熔透半熔透ANSYS数值模拟二、研究探探索（二）深化化设计解决决方案3、焊缝填充充的优化二、研究探探索（二）深化化设计解决决方案VST型接头十字接头开口单元对接接头土字接头闭口单元4、分段焊接接接口处理理同一截面的的焊缝尽量量同时焊接接—避免热量不不均产生变变形。二、研究探探索（三）焊接接应力、变变形控制研研究1、焊接部署署-焊接原则12分步骤焊接接时，先焊焊长度较长长、填充量量较大的焊焊缝，后焊焊长度较短短、填充量量较短的焊焊缝—减小残余应应力。对称位置应应对称焊接接—升温与降温温对称均匀匀，控制变变形。3巨柱单元共共性：同时存在同同一节间立立焊缝、上下节间横横焊。方案一方案二原则：对于于多腔体多多单元组拼拼焊接，同同一节单元元先立焊后横横焊，可有效的的降低残余余应力。二、研究探探索（三）焊接接应力、变变形控制研研究1、焊接部署署-焊接顺序二、研究探探索焊工二在焊焊工一收弧弧位置起弧弧，开始施施焊，同时时焊工一开开始第二道道焊缝的施施焊焊工一开始始第一道焊焊缝的施焊焊焊工三在焊焊工二收弧弧位置起弧弧开始施焊焊，同时焊焊工二接焊焊工一第二二道焊缝，，焊工一开开始第三道道焊缝的施施焊（三）焊接接应力、变变形控制研研究1、焊接部署署-多层多道焊焊二、研究探探索分段焊接头头处的每道道焊缝应错错开至少50mm的间隙，避避免接头全全部留在一一个断面。。焊道分段接接头处理（三）焊接接应力、变变形控制研研究1、焊接部署署-分段接头处处理先立后横较较比先横后后立的顺序序残余应力力更小而均均匀，高应应力区域面面积会减少少40%~50%。焊接部署前前焊接部署后ANSYS数值模拟二、研究探探索（三）焊接接应力、变变形控制研研究2、焊接应力力数值模拟拟二、研究探探索“西”字型型截面的焊焊接（三）焊接接应力、变变形控制研研究3、典型截面面焊接STEP1因腔体空间间狭小，若若内外同时时焊接，则则腔体内部部的温度过过高，人员员无法操作作，因此腔腔体内外的的的焊缝必必须分开焊焊接。腔体外围焊焊缝长度和和填充量较较大，所以以先焊接外外围焊缝。STEP2二、研究探探索“日”字型型截面的焊焊接（三）焊接接应力、变变形控制研研究3、典型截面面焊接STEP1长度方向的的焊缝较长长，达到4.5米。为防止止由于焊接接长度过长长，造成焊焊缝收尾温温度不均，，焊接残余余应力难以以释放。长长度超过2米的焊缝需需要进行多多人多段焊焊接。每名名焊工的施施焊长度不不宜大于1.5米STEP2二、、研研究究探探索索双三三角角截截面面的的焊焊接接（三三））焊焊接接应应力力、、变变形形控控制制研研究究3、典典型型截截面面焊焊接接STEP1腔体体内内部部隔隔板板横横纵纵交交错错的的情情况况下下，，人人员员在在焊焊接接过过程程中中，，四四周周的的隔隔板板尽尽量量不不要要同同时时施施焊焊，，以以免免由由于于环环境境温温度度高高造造成成操操作作人人员员的的不不适适。。STEP2STEP3二、、研研究究探探索索（三三））焊焊接接应应力力、、变变形形控控制制研研究究4、焊焊接接变变形形控控制制措措施施花篮篮螺螺栓栓微微调调焊接接约约束束板板工艺艺隔隔板板加加设设合理理拼拼装装顺顺序序变形形控控制制二、、研研究究探探索索（三三））焊焊接接应应力力、、变变形形控控制制研研究究5、焊焊接接应应力力控控制制措措施施焊前前预预热热层间间温控控电加加热热后热热处处理理超声声波波应应力力消消除除应力力消消除除第三三部部分分成果果价价值值三、、成成果果价价值值（一一））实实施施效效果果焊缝缝一一次次合合格格率率99.5%巨柱柱变变形形5mm以内内去处处残残余余应应力力80%以上上专利利2项中建建总总科科学学三三等等奖奖科技技鉴鉴定定：：国国际际领领先先论文文2篇省部部级级工工法法2项，，企企业业工工法法1项天津津市市建建设设系系统统QC一等等奖奖三、、成成果果价价值值（二二））创创优优成成果果巨型型钢钢结结构构是是近近年年发发展展起起来来的的的的超超高高层层建建筑筑体体系系。。其其结结构构形形式式具具有有巨巨大大抗抗侧侧刚刚度度、、充充分分发发挥挥材材料料性性能能等等优优势势。。巨巨型型钢钢结结构构的的发发展展为为本本技技术术提提供供了了广广阔阔市市场场前前景景。。目目前前本本技技术术已已成成功功应应用用于于北北京京中中国国尊尊项项目目。。中国国尊尊巨巨型型柱柱三、、成成果果价价值值（三三））推推广广应应用用中国国尊尊三、、成成果果价价值值（四四））经经济济社社会会效效益益社会会效效益益经济济效效益益提高高焊焊缝缝质质量量，，降降低低返返修修率率，，节节省省焊焊丝丝量量，，节节省省人人工工，，缩缩短短工工期期，，综综合合效效益益1014.3万元元社会会关关注注度度高高，，变变形形控控制制效效果果好好，，得得到到业业主主、、监监理理一一直直好好评评，，为为今今后后异异性性多多腔腔体体结结构构设设计计提提供供了了可可行行性性三、、成成果果价价值值（五五））未未来来的的持持续续