大跨度桁架拼装及焊接质量控制

大跨度桁架拼装及焊接质量控制

龚果  ,阳勇  ,史南昌

中国建筑第八工程局有限公司  成都市  610095

摘要：近年来大跨度管桁架应用逐渐广泛，尤其是大跨度场馆类工程，管桁架的拼装技术愈发成熟，但管桁架结构吨位重、外形尺寸大，截面变化复杂多样、拼装质量控制难度大，给拼装施工带来了一定的困难。今天结合管桁架的拼装工艺谈谈我们在实际施工中需要注意的质量控制要点。重庆龙兴足球场作为具有代表性的大跨度桁架钢结构，我们从分析其过程中焊接节点形式、工艺方法、工艺评定、过程控制、高空防护等一系列关键点，为后续此类施工总结经验。

关键词：焊接  控制  防护  钢结构工程

Large-span truss assembly and welding quality control

(China Construction Eighth Engineering Bureau Co., Ltd.)

Abstract：In recent years, large-span pipe trusses have been widely used, especially in large-span stadium projects, and the assembly technology of pipe trusses has become more mature. However, the tonnage of pipe trusses, the large size of the structure, the complex and perse cross section changes, and the difficulty of assembly quality control have brought some difficulties to the assembly construction. Today, we talk about the quality control points that we need to pay attention to in the actual construction of pipe truss assembly technology. Chongqing Longxing football field as a representative long-span truss steel structure, we analyze a series of key points in the process of welding joint form, process method, process evaluation, process control, altitude protection, summed up the experience for the subsequent such construction.

Key words：welding control  protect structural steelwork

0  前言

足球场屋盖平面为椭圆形，建筑投影南北长283m，东西宽252m，屋面最大高度为59.5m，罩棚悬挑长度约54~58m。屋盖采用悬挑平面桁架结构加立面单层曲杆，悬挑平面桁架采用圆形钢管，立面曲杆采用矩管。桁架悬挑端部高度为2.0m，桁架支座处高度约为11~13m。6.350m标高单层曲杆支座及看台柱顶桁架支座为成品铸钢可转动的固定铰支座。

看台结构为型钢混凝土组合结构，屋面钢结构主要由悬挑径向桁架、环向桁架、平衡区钢柱等组成。主要钢构件截面形式为圆管、箱型钢柱等。钢结构工程量约14000吨，主要钢材质为Q355B，最大钢板厚度为50mm。本文主要以重庆龙兴足球场为例，分析其过程中桁架拼装及焊接质量控制。

1  焊接节点形式

本工程中钢构件截面形式主要为圆管和矩形，构件材质为Q355B。现场焊接作业主要为钢罩棚地面拼装焊接、高空焊接。焊接特点是相贯节点多、焊接板厚，最厚达50mm。焊接量大，结构易变形；焊接作业多位于高空，典型焊接节点见表1。

表1  钢结构典型焊接节点形式

2  焊接材料

（1）焊接方法的选择

1  结合工程焊接特点及各种焊接方法的焊接质量、焊接速度、操作方便程度、全位置焊接性能、抗风能力、焊接成本诸多因素，本工程主体结构的安装焊接拟选择半自动实芯焊丝二氧化碳气体保护焊(FCAW-G)为主要焊接方法，药芯焊丝二氧化碳气体保护焊(GMAW)为辅助焊接方法，拉弧式电弧螺柱焊为栓钉主要焊接方法，焊接基本机具见表2。

表2  焊接基本机具

2  屋面径向桁架地面分三段拼装完成后进行吊装，分段后桁架在屋面安装焊接时应在桁架对接位置附近的竖向腹杆位置设置钢爬梯，在桁架对接处设置焊接专用吊笼。两个相对吊笼在桁架管下部设置两根L50*5角钢将吊笼连接起来，如图1所示。

图1  吊笼吊挂示意

（2）焊材的选择

本工程钢构件材质主要为Q355B，焊接材料的选择应符合以下要求：焊缝金属与母材金属强度相适应；当不同强度的钢材焊接时，可采用与低强度钢结构材料相适应的焊接材料；由焊接材料及焊接工序所形成的焊缝，其机械性能不低于原构件的等级；焊接用电焊条的质量标准应符合国家规范(GB/T5117)和(GB/T5118)的规定，自动焊接或半自动焊接选用焊丝或焊剂的质量标准应符合(GB/T5293、GB/T12470、GB/T8110)等相应规范和标准的规定，母材及焊材机械性能参数见表3。

表3  母材及焊材机械性能参数

（3）坡口形式

根据设计说明及16G519国标图集中的焊缝形式与尺寸等，本工程主要坡口形式设计见表4。

表4  焊接坡口示意

3  焊接工艺评定

焊接过程中采用的焊接流程、焊接参数、焊前预热、焊后保温、层间温度控制都需要通过焊接工艺评定来确定，焊接工艺评定见表5。

表5  焊接工艺评定流程

根据钢结构焊接工艺规范，以钢板厚度、种类分别进行各位置、坡口形式、焊接方法及组合等进行评定工作，以合格报告为依据指导现场施工，工艺覆盖率100％。

4  过程控制

（1）焊接顺序

1  单榀桁架拼装的焊接顺序

桁架拼装时，采用分段拼装。每榀径向桁架分3段拼装，每段桁架焊接顺序固定。桁架分段详细示意如图2所示。

图2  桁架安装分段示意

分段后桁架焊接顺序见表6。

表6  桁架焊接顺序

2  桁架间的拼装顺序

本工程中屋面径向桁架68榀，考虑焊接变形因素，将屋盖桁架划分为4个区域，焊接时将每个区的桁架划分为①～④焊接单元。先进行每个焊接单元内的单榀桁架之间的焊接，相邻两个焊接单元之间先不进行焊接。依次完成一个焊接区域的焊接内容后，开始反方向将每两个焊接单元之间预留控制区域焊接到位，即从焊接④单元至焊接①单元的焊接，最后完成整体桁架的合拢。

通过划分单元焊接的方法可减小焊接应力造成的构件变形，以此减少焊接累计变形，屋盖桁架整体焊接顺序为顺时针方向。

（2）焊接参数控制

以焊接工艺评定报告为依据，现场采用多层多道焊接，具体参数见表7。

表7  焊接参数

（3）拼装注意事项

1  拼装场地宜选在安装设计位置下方附近，方便吊装。

2  拼装胎架的搭设必须平稳可靠。

3  弦杆的定位要注意两端的方向。

4  腹杆的安装根据难易程度进行，一般是按先难后易的顺序进行。

5  周转使用的胎架在重新使用时必须测量找平。

6  如在混凝土楼板上设置拼装场地，则需要采取措施对混凝土楼板进行保护，即在楼板上铺垫块、枕木等，再在上面铺钢板。铺设垫块及枕木时，需考虑现场排水畅通。

（4）焊前检查与清理

1  施焊前应仔细检查母材，保证母材待焊接表面和两侧均匀、光洁，且无毛刺、裂纹和其他对焊缝质量有不利影响的缺陷；母材上待焊接表面及距焊缝位置50mm范围内不得有影响正常焊接和焊缝质量的氧化皮、锈蚀、油脂、水等杂质。

2  检查母材坡口成型质量；采用机械方法加工坡口时，加工表面不应有台阶；采用热切割方法加工的坡口表面质量应符合《热切割、气割质量和尺寸偏差》(JB/T 10045.3)的相应规定；材料厚度小于或等于100mm时，割纹深度最大为0.2mm；材料厚度大于100mm时，割纹深度最大为0.3mm。割纹不满足要求时，应采用机械加工、打磨清除。

3  结构钢材坡口表面切割缺陷需要进行焊接修补时，可根据《钢结构焊接规范》

(GB 50661)规定制定修补焊接工艺，并记录存档；调质钢及承受周期性荷载的结构钢材

坡口表面切割缺陷的修补还需报监理工程师批准后方可进行。

（5）施焊控制

焊接准备工作见下表8。

表8 焊接准备工作

5焊接防护措施

1）为防止高处坠落，在进行高处焊接作业时，每个工人配备安全帽、安全带及劳保用品，并进行安全防护教育，做到每个人正确使用安全防护用品，进行定期检查，并派专人进行监督。

2）降雨前，做好已焊接区域及其热影响区域的防雨措施（搭设防雨蓬）。雨天不得进行焊接作业。在必须持续焊接时，焊接作业区应设置相应的防雨措施（搭设防护蓬、盖等）。雨季施工时，应保证施工人员的防滑、防雨、防水的需要（如雨衣、防滑鞋等）。尤其注意用电防护。降雨时，除特殊情况外及特殊工位外，应停止高空作业，将高空人员撤到安全地带，拉断电闸。

3）焊接使用的工具，如撬棍、角磨机等应采用安全保护绳，防止坠落，随手用的小工具等应放入工具袋。

4）要配备灭火器，并由专人监护；高空焊割必须设接火花斗，接火花斗内使用岩棉等阻燃材料接熔珠，防止熔珠再次飞溅出接火盘。电、气焊火花严禁落到氧气瓶和乙炔瓶上；不能用油手接触氧气瓶，要防止起重机或其他机械油落到氧气瓶上；氧气、乙炔瓶必须规范放置，乙炔瓶使用时必须有防回火装置，严格执行电气焊工安全操作规程。

5）按照《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ46-2005)实施临时用电管理。现场施工用电执行一机、一箱、一闸、一漏电保护的“三级配电两级保护措施”。其电箱设门、设锁、编号以及注明责任人；机械设备必须执行工作接地和重复接地的保护措施；电箱内所配置的电闸、漏电、熔丝荷载必须与设备额定电流相等。不使用偏大或偏小额定电流的电熔丝，严禁使用金属代替电熔丝；现场施工电源，按施工场地总平面图布置的主电箱，施工时按区域分别接驳，线路穿钢管加以防护；夜间照明设施分段、分区根据施工需要临时性布置；工人下班前指派专人对施工现场检查，关闭电源及消灭现场遗留火种等安全隐患。电焊机两侧安装空载降压保护装置。

6  无损检测

焊缝质量等级的规定及无损探伤的要求

1）本工程无损探伤主要以超声波探伤为主，无损探伤流程见表9。

表9  超声探伤流程

2）焊缝表面质量不符合相应的质量检验标准时，对气孔、夹渣、焊瘤、余高过大等缺陷应用砂轮打磨等方法去除，必要时应进行补焊；对焊缝尺寸不足、咬边、弧坑未填满等缺陷应进行补焊。经无损检测确定焊缝内部存在超标缺陷时应进行返修，对焊接返修要求见表10。

表10  现场焊缝缺陷处理

7  结论

（1）焊前准备工作必须到位，既能有效保证质量间接加快焊接进度，而且有效保障施工工作有条不紊、循序渐进；

（2）严格控制焊接顺序，接头焊缝质量有保障，后续节点构件安装误差减小，安装顺利；

（3）高空焊接施工飞溅大、人员长时间强度作业疲劳，高空自然环境等影响很大，因此，在多工序交叉作业工况下必须做好防护。

参考文献

[1]GB 50205-2020 钢结构工程施工质量验收标准

[2]GB 50661-2011 钢结构焊接规范

[3]王珮云，肖绪文.建筑施工手册（第五版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

第一作者简介：龚果(1989.08- )，男，本科，工程师

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