钢结构新技术应用总结

钢结构新技术应用总结1厚钢板焊接技术1.1工程概况本工程大剧场、多功能厅主体钢结构对接形式均采用焊接。焊接施工是本工程一大特点，也是一大难点。现场焊接部位主要有铸钢件与箱形钢梁焊接、箱形钢梁对接、钢桁架H型钢焊接等。其中部分接头焊接难度较大，特别是铸钢件与箱形钢梁异种钢材焊接，铸钢件结构复杂焊接操作空间小。铸钢件接头在整个结构中起联接承载传力作用，相当部分接头焊缝呈斜向对接，仰焊部位较多，铸钢件的分支多达4个至10个分支，最厚壁厚达75mm。焊接施工特点如下：(1).铸钢节点(GS—20MN5N)与箱形梁(Q345GJB)的异种钢焊接；(2).箱形梁空间全位置焊接；(3).高空复杂折面操作环境下的高质量焊接；(4).焊接作业时风雨防范措施；(5).全焊接主体结构的焊接变形控制。1.2施工方法施工工艺流程

分析结构，制订对策 制定焊接方案焊接实验确定焊接参数分析节点校正数据确定焊接顺序焊接前准备，焊缝坡口检查焊缝预热 焊接焊缝后热、保温焊缝打磨、探伤不合格 合格返工记录验收施工过程工艺要点焊接前准备坡口打磨由于铸钢件的表面光洁度较差，在组对前把凹陷处用角向磨光机磨平，坡口表面不得有不平整、锈蚀等现象。焊接箱型钢梁的对接处清理与铸钢件相同。不得在铸钢件部位进行硬性敲打，防止产生裂纹。坡口打磨图校正、预留焊接收缩量加工制作的铸钢件存在误差，管口可能存在变形，这些都将集中体现在现场组对的接头处，组对后的校正用专用器具对平整度认真核对，确认无误差后，用千斤顶之类起重器具把接头处坡口间隙顶至成上部大于下部2mm~3mm的焊接收缩预留量，以保证整个焊接节点最终的收缩相等。预留收缩量图焊前预热GS—20MN5N铸钢件与Q345GJB箱型钢梁焊接前，预热沿焊缝中心两侧各100mm以内进行全方位均匀加热，当预热温度范围均达到预定值后，恒温20-30分钟，加热源采用氧乙炔加热时至少使火焰焰蕊距管壁具有不少于100mm的距离且不时绕钢梁运作。焊前预热措施图焊接过程控制根部焊接全位置箱型梁对接接头在焊接根部时，自焊口的最低处中线10mm处起弧至焊口的最高处中心线超过10mm左右止，完成半个焊口的封底焊，另一半焊前将前半部始焊与收尾处用角向磨光机修磨成缓坡状并确认无未熔合现象后，在前半部分焊缝上起弧始焊至结束处焊缝上终了整个焊口的封底焊接。根部焊接图填充层焊接在进行填充焊接前剔除首层焊后焊道上的凸起部分与粘连在坡壁上的飞溅粉尘。运焊时采用小8字方式，焊接仰焊部位时采用小电流施焊，在平焊部位再次增大电流密度焊接，在坡口边注意停顿，以便于坡口间的充分熔合，每一填充层完成后都做与根部焊接完成后相同的处理方法进行层间清理。填充层焊接面层焊接在面层焊接时为防止焊道太厚而造成焊缝加强面超高选用偏大的焊接电压进行焊接。为控制线能量，严格执行多层多道的焊接原则，特别是面层焊接，焊道控制其宽度不得大于8－10mm，焊接参数严格规定热输入值。焊接层次图面层焊接图后热及防护措施焊后立即进行后热保温处理，后热在焊缝两侧各100mm处全方位均匀加热，采用火焰加热的方式可对构件进行去力回火处理。保温时间不少于4小时以上，确保接头区域达到环境温度后方能拆出。后热措施图保温防护措施图焊后外观检查、清理焊接完成后采用角向磨光机认真除去飞溅与焊渣，采用焊缝量规、放大镜等器具对焊缝外观进行检查，不得有凹陷、咬边、气孔、未熔合、裂纹等缺陷，并做好焊后自检记录。焊后外观清理图清理后外观效果图焊接防护焊接作业区域设置防雨、防风措施。防护达下述要求：(1).上部稍透风、但不渗漏，兼具防一般物体击打的功能；(2).中部宽松，能抵抗强风的倾覆，不致使大股冷空气透入；(3).下部承载力足够4名以上作业人员同时进行相关作业，需稳定、无晃动，不因甲的作业给乙的正在作业造成干扰；可以屯放必需的作业器具和预备材料且不给作业造成障碍，无可造成器具材料脱控坠落的缝隙。中部及下部防护采用阻燃材料遮蔽。焊接防护蓬图防护蓬内焊工作业图焊缝的无损检测焊缝在外观检查合格的前提下，经焊后≥24小时冷却使钢材晶相组织稳定后按要求对焊缝进行超声波无损检测，执行GB11345-89钢焊缝手工超声波探伤方法和结果分级规定的检验等级并出具探伤报告。箱梁对接焊缝无损检测图铸钢节点与箱梁对接焊缝无损检测图创新点接头形式选择针对铸钢件与箱型梁的高空全位置焊接连接形式，经与深化设计协商，选用坡口形式为带内衬板的V形坡口。此坡口形式可减少焊缝断面，减少根部与面缝部收缩差，防止由于焊接力过度集中在近面缝区产生撕裂现象。可调衬板可调衬板箱形截面接头形式图焊接变形控制1、节点焊接顺序：从下向上，由中间向四周，尽可能减少焊接约束，保证焊接力释放自由，防止力受约束过大，导致整体变形过大。2、铸钢节点所有分枝与对接钢管安装、精校到位，方可施焊。4、节点分枝焊接顺序：本工程节点分枝多：从3—10个分枝不等，其中最大节点分枝有10根，节点接头越多，相互影响越大。节点分枝先焊后焊所存在的收缩差，对节点x、y、z值影响较大：影响到节点本身空间定位精度、影响到相关节点空间安装、影响到杆件的安装。平面力求对称施焊。根据节点焊前的测量的报告，制定每个分枝焊接顺序。5、接头反变形矫正节点施焊后，必然产生向上微弯变形。采取中性火焰后热进行反弯，上部加热面积小，下部加热面积大，从而恢复接头。1.3质量保证措施建立三检制度，实行并坚持自检、互检、交接检制度。对于质量容易波动、容易产生质量通病或对工程质量影响较大的工序和环节要加强预控、中间检查和技术复核工作，以保证工程质量。焊缝探伤自检焊缝探伤监督抽检过程控制：首先控制整体焊接变形：采取从下向上，由中间向四周焊接顺序，尽可能减少焊接约束，并制定每个节点的焊接顺序；控制节点各分枝焊接相互变形，平面力求对称施焊；根据节点焊前的测量的报告，调整节点每个分枝焊接顺序；同时采取接头反变形矫正措施。焊后检验：对所有的焊缝进行100%的超声波探伤。通过力变测试，对结构焊前、焊后、拆除胎架后引起的内力变化进行跟踪观测，并记录相关的数据，确保焊接引起的内力设计力值。1.4经济、社会效益焊接过程中，克服了异种钢高空全位置焊接的困难。现场一级焊缝达2万延长米，经第三方检测合格率达100%。焊接残余力观测合格，保证了工期，为后续施工创造了有利的条件。经过对焊接环境的着意保护、焊接工艺优化和监控、焊接过程各道工序的有效制约，可以说本项目异种钢材复杂条件下焊接取得了成功，为建筑用铸钢在大型、复杂的钢结构建筑推广与用创了先河。

2钢结构安装施工仿真技术2.1工程概况本工程建设规模较大，结构形式新颖独特，结构类型较多，钢结构用量较大，运输、吊装路线错综复杂，施工工况多，难度较大。为探明各种工况下结构的内力变化机理，根据施工方案和组织设计对施工过程进行仿真模拟分析，预先发现施工中存在的质量和安全隐患，保证工程的顺利进行。选用有限元软件DIANA（或ANSYS）对结构进行模拟分析。根据建筑物的结构形式和施工方案，针对不同的施工阶段建立相的有限元模型，考察其在施工荷载作用下的受力情况。根据施工监测进度计划及时提供分析结果，并将分析中发现的隐患和相的建议及时上报，指导后续施工过程。2.2施工方法施工工艺流程针对多功能厅及大剧场钢结构特点及其吊装顺序，对钢结构吊装变形进行分析，分析主要采用大型通用有限元分析程序ANSYS进行，杆件单元采用BEAM188，分析时考虑了结构的大变形。钢材为Q345GJB，弹性模量E=2.06×105MPa，屈服强度fy=295MPa，泊松比为0.3。施工过程主要考虑结构杆件重力荷载和施工活荷载，施工机械设备和人员等大都直接作用在脚手架构造的平台上，构件荷载以自重为主。在钢结构吊装过程中需搭设临时胎架（主要支承结构）及大面积脚手架（附属支承结构）支撑，考虑到安全性与经济性，待钢结构部分安装完毕后可先将附属支承结构拆除，待钢结构全部安装完毕后才将主要支承结构拆除（卸载）。在吊装过程中，结构杆件的受力情况有别于其设计情况，因此需对结构安装进行跟踪模拟，并对吊装变形进行分析，来作为钢结构吊装施工的依据，保证结构的安全。施工过程工艺要点施工过程主要采用有限元进行分析，将多功能厅施工过程分为十二个工况进行分析，将大剧场施工过程分为二十二个工况进行分析。典型分析过程如下：工况一：分别将吊装铸钢节点、主梁、平面次梁的有限元模型及约束条件提取工况图，计算得最大位移及力取变形图和力云图。如下所示：计算模型图结构变形图结构力云图工况十二：选取最后一个结构面的主梁、次梁和保留铸钢节点下部胎架作为工况，制订有限元模型及约束条件，提取工况图。计算得最大位移和力图如下：计算模型图结构变形图结构力云图创新点采取有限元分析对整个施工过程分阶段进行计算模拟。计算结构吊装过程中的安装性，同时也计算支撑胎架卸载过程中的结构安全性。针对本工程钢结构特点，在钢结构施工过程中需搭设临时胎架及大面积脚手架支撑，待钢结构安装完毕后将其全部拆除。胎架卸荷采用“原位监测同步控制、分区分级逐步卸荷”的方法进行。在卸载过程中必将引起结构刚度的变化，产生内力重分配。为此，对卸荷过程进行计算机仿真模拟，通过大型通用有限元分析软件ANSYS，按照既定的卸载（拆除胎架）顺序，分析其在卸载过程中的变形与力的变化，以保证结构的安全。卸载工况分析在卸载过程中，由于结构本身的复杂性以及同时卸载的困难，必将引起结构刚度的变化，产生内力重分配。需按照既定的卸载顺序，分析其在卸载过程中的变形与力的变化，用ansys大型有限元通用程序，使用beam188单元能很好地模拟结构主次梁，计算其在卸载过程中及卸载之后的力及位移的变化。2.3质量保证措施采用同步分级逐步卸载的方法对所有铸钢节点下胎架进行卸载模拟计算。共14个点，分三步三级逐步卸载。采用分级卸载的方法：第一级按节点竖向位移量的30%卸载；第二级按节点竖向位移量的40%卸载；第三级按节点竖向位移量的30%卸载。2.4经济、社会效益采用施工过程同步模拟分析技术，使得广州***复杂三维空间结构的施工安全得到保障。同时，施工过程中分析完毕后，针对不同的铸钢节点采用相的支撑措施。减少了大面积支撑胎架设置的费用，节约资金约100万元。经过模拟计算，确定了整体的安装和焊接顺序，为施工过程提供了依据。使得整个施工过程得以受控。提高了施工工期的可预见性，加快了施工的步伐，节约了施工工期。

3钢结构的防火防腐技术3.1工程概况大剧场设计耐火等级为一级；选用TN-LB薄型钢结构防火涂料，耐火极限分别为3.0小时、2.0小时、1.0小时；涂装范围：除m1、m2、m3、m4、m5、m6、m8、m9、m21、m29外的大剧场所有结构面。多功能厅耐火等级为二级；选用LB薄型钢结构防火涂料，耐火极限2h，涂层厚度3.6mm，涂装面积约35000m2；涂装范围：除m3、m21、m22、m35外的小石头所有结构面。不作防火涂料处理的面与需要涂装的面相交处的钢构件，须作涂装处理。3.2施工方法3.2.1施工工艺流程3.2.2施工过程工艺要点(1).环境条件：施工过程中和涂层干燥固化前，环境温度宜保持在5-38℃，相对湿度不宜大于85%，空气流通。环境温度低于0℃时不宜施工。当风速大于5m/s（或以上穿堂风）不宜作业。雨天或构件表面结露时不宜进行露天施工。(2).防护及围护：施工时对不需要施工防火涂料的部位和设备，可以铺设彩条布进行防护，防止污染；彩条布要固定牢固，地面在每遍喷涂后及时进行清扫。(3).基层处理：检查基层防锈漆情况，已涂好防锈漆的钢构件表面清除油污、灰尘等杂物后才能进行涂料施工。基层清理完成，由现场工程师和甲方及监理验收通过后才可开始喷涂。(4).每天施工前进行机械空载试运转，运转正常可进行施工。(5).搅拌：检查防火涂料标识与质量，打开包装桶，用木棒将涂料搅拌均匀。(6).搅拌好的涂料倒进喷枪进行喷涂。(7).喷涂次数及时间间隔：每天一个机组喷涂300㎡左右，第一次喷涂0.5mm左右。正常施工时每天喷涂3遍，即间隔4h、保证上一遍涂层固化表面干燥后方可喷涂下一遍。(8).喷枪手随身带测厚标尺，注意在喷涂最后一遍时检测喷涂厚度及控制表面平整度。(9).每次喷涂结束将机械冲洗干净，并关掉电源。防火涂料喷涂施工3.2.3创新点钢结构防火涂料为水溶性防火涂料，雨天或者湿度超过85%时将会对涂层的固化、干燥产生不利影响，即需停止喷涂，以保证施工质量。喷涂每层外侧边缘时，如遇阴雨天，及时采取遮盖（用彩条布）等措施，防止雨水冲淋。3.3质量保证措施全过程控