要樹立“最復雜焊接體系是建筑鋼結構體系”的觀點

精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)要樹立“最復雜焊接體系是建筑鋼結構體系”的觀點發(fā)布時間:2014-12-1618:34來源:中國工程建設焊接協(xié)會作者:戴為志點擊:

149次責任編輯：admin

問題的提出：

這是一個突破一般對焊接結構復雜性認識的觀點，也是一個我宣傳多年而不得要領的觀點，致今為止可能還有很多人不同意我的觀點。不過，事實勝于雄辯，建筑鋼結構的發(fā)展現(xiàn)狀已經說明了一切！

歷史發(fā)展往往有驚人的相似之處，鋼結構行業(yè)發(fā)展過程，和我國鍋爐壓力容器行業(yè)發(fā)展軌跡相似，已經進入到十分類似當年鍋爐壓力容器行業(yè)、從“無序狀態(tài)”、問題積重難返的局面進入“法治”的轉折期階段。鋼結構企業(yè)無論是市場競爭、工程質量、人員素質、,安全運營等方面，都存在不同程度的不足、缺陷和遺憾。目前在鋼結構焊接工程中相繼發(fā)生重大、惡性安全、質量事故，同時各地相繼發(fā)現(xiàn)以焊縫裂紋為主的鋼結構質量缺陷，足以說明鋼結構行業(yè)也進入到“問題期”。于是也就有了我們談論的社會基礎。

我在講課時，曾向學員們提出兩個問題：

問題一：在以下8個行業(yè)里，哪個行業(yè)焊接技術最復雜？

問題二：在以下8個行業(yè)里，哪個行業(yè)最不重視焊接技術？

1、鍋爐壓力容器（含火電站）；

2、長輸送管道；

3、機械制造（含工程機械）；

4、海洋石油平臺；

5、造船行業(yè)（不含軍工）；

6、化工行業(yè)；

7、建筑鋼結構；

8、鐵路鋼橋。

學員們的回答五花八門，我的答案十分肯定：兩個問題的答案只有一個，哪就是：建筑鋼結構！

我經歷過壓力容器、鍋爐、管道、高爐、轉爐以及稀奇古怪的建筑鋼結構焊接工程，經過長期的分析觀察，認為建筑鋼結構有以下特點：

一、建筑鋼結構體系復雜

建筑鋼結構體系是一個完整有機的受力體系，承受自重和自然界的各種荷載。焊接是建筑鋼結構的靈魂和生命，直接受到鋼結構形式的影響甚至制約。實踐證實：焊接是完成鋼結構體系初始應力控制的宏觀戰(zhàn)略部署關鍵工序。因此、在復雜建筑鋼結構體系中，控制焊接應力應變的技術路線必須是從焊接工序入手，根據不同的結構體系，采用不同的施工方法，不同的應力應變轉換路徑，進行宏觀、微觀鋼結構體系應力應變控制。這是全面質量管理中“全過程管理”在鋼結構焊接工程中的體現(xiàn)，同時也是設計和施工有機結合的高級景界，對焊接技術而言、無疑是責任重大，同時也是一大技術進步。

設計、制作、施工追求的鋼結構系統(tǒng)理想的初始應力狀態(tài)最終目標就是：安裝和焊接所產生的應力應變完全符合設計的技術要求、并且最大程度的均勻化。因為鋼結構系統(tǒng)的初始應力是直接涉及結構安全與否的重要指標，這一觀念逐漸被工程界認識和接受，并開始系統(tǒng)研究。

然而，這是一件十分艱難的工作，因為鋼結構體系的初始應力目前暫時不能大面積的定量分析，并且系統(tǒng)初始應力的形成和大小，在設計完成的前提下，100％取決于施工方法，這就是建筑鋼結構與其他結構的區(qū)別和特點，是一個涉及面很大的動態(tài)過程，控制系統(tǒng)應力應變有很大的難度。因此，應根據設計的技術指標，在工程中按照建筑鋼結構系統(tǒng)形成的路經來控制鋼結構焊接工程的初始應力。

建筑鋼結構系統(tǒng)形成的過程是：鋼結構體系逐漸形成，其力系也逐漸變化：具體地講：是以零件逐漸形成部件，再過渡到局部穩(wěn)定結構（工程中稱：吊裝單元），再由多個局部穩(wěn)定結構，通過合龍工序、過渡成帶有臨時支撐的封閉穩(wěn)定系統(tǒng)，在此基礎上通過對支撐塔架卸載形成自承重鋼結構體系，實現(xiàn)鋼結構體系全部力系轉換，形成最終的建筑鋼結構體系的初始應力狀態(tài)。

一般說來：不同的類別（不同截面、不同型號、類別鋼材）的鋼結構有不同的施工方法，就是在相同類別的系統(tǒng)中，也存在不同的施工方法，實踐證實：在相同的鋼結構類別中，不同的施工方法會使系統(tǒng)從零件到部件，從部件轉換成局部穩(wěn)定系統(tǒng)并通過合龍、卸載形成封閉穩(wěn)定自承重鋼結構體系的路，徑不同，因此、所獲得的應力應變結果也不一致，甚至有很大的差異。

結構剛度是隨著結構的建造過程逐步形成的，荷載也是分步作用在剛度逐步形成的結構上，如果內力分布與將全部荷載一次性施加在最終成形結構上，與逐步加載的方法相比較：系統(tǒng)受力結果有一定的差異，對于超高層鋼結構，這一差異會比較顯著。對于大跨度和復雜空間鋼結構，特別是非線性效應明顯的索結構和預應力鋼結構，不同的結構安裝方式（特別是不同的焊接工藝）會導致結構剛度形成的條件和程度的不同，進而影響結構最終成形時的內力和變形。因此、要求在建筑鋼結構的設計階段結構分析中，應充分考慮這些因素，必要時進行施工（焊接）模擬分析，因此，結構和焊接專業(yè)應充分結合，相輔相成，單打獨斗，不可能達到和實現(xiàn)建筑鋼結構體系初始應力的理想景界。

對建筑鋼結構系統(tǒng)而言：初始應力狀態(tài)撲朔迷離，即有安裝應力、溫差引起的應力，又有焊接殘余應力，組成和分布十分復雜，定量分析十分困難。由于建筑鋼結構體系中存在數千個節(jié)點，對每個節(jié)點都進行有限元分析是不現(xiàn)實的，大面積的定量計算也是很難作到的，比如說：由于太陽輻射照度引起結構溫升的計算方法在相關規(guī)范中并沒有明確提及，可以參考的經驗較少，因此溫度應力計算采用的各種參數、室外風速取值很難確定。此外，漫反射、空氣流動性差等影響因素，在各類構件熱傳導計算邊界條件中考慮比較困難，目前只能根據工程經驗確定，但有一點可以肯定：施工過程中制定有效的具備全面質量管理思想和技巧的《焊接方案》并深層次運行，以控制結構體系的焊接應力應變，完全有可能實現(xiàn)建筑鋼結構系統(tǒng)的最佳初始應力狀態(tài)。

二、建筑鋼結構工序最復雜

建筑鋼結構行業(yè)的主要工作流程是：1、鋼結構設計；2、鋼結構詳圖（深化）設計；3、鋼結構使用鋼材的復檢；4、鋼結構使用焊材的復檢；5、焊接工藝評定（PQR）；6、《焊接專項方案》編制（WPS）；7、鋼結構號料放樣（傳統(tǒng)和計算機輔助CAM下料工藝）；8、鋼結構下料；9、鋼結構組裝；10、鋼結構焊接（在焊接階段之后進行質量檢查和NDT）；11、鋼結構的一次涂裝；12、鋼結構拼裝；13、鋼結構安裝；14、鋼結構安裝階段的焊接（在焊接階段之后進行質量檢查和NDT）；15、鋼結構二次涂裝。

從鋼結構設計開始，焊接應用技術貫穿上述13個階段（鋼結構的涂裝可以除外），鋼材（新鋼種）焊接性試驗盡管十分重要，由于工作量不大，涉及面小，因此沒有排在主要工藝流程中，焊接工藝評定是相當重要的，具有質量否決權的重要環(huán)節(jié)。這些流程遠比一般其他鋼結構體系復雜。除此之外，建筑鋼結構尚有兩個特殊工序：“合龍”、“卸載”是均化系統(tǒng)應力應變的關鍵工序。

在建筑鋼結構宏觀力系的轉換中，采由用科學合理的“合龍”、“卸載”方案，能夠有效實現(xiàn)力系轉換的平穩(wěn)過渡，最大程度均衡焊接殘余應力。在我們的工程實踐中，經常聽到的、見到的是橋梁合龍，攔河大壩合龍。國家體育場“鳥巢”鋼結構焊接工程第一次提出建筑鋼結構焊接工程的合龍觀念，在2006年9月17日鋼結構支撐塔架卸載成功以后，從理論和工程實體上都為建筑鋼結構合龍?zhí)岢隽诵碌恼n題，也可以說是提出了挑戰(zhàn)。這是因為“合龍”觀念的提出，意味著鋼結構體系開始重視初始應力的研究，將會開辟一個新的技術領域，將會有更新更多的工作，將會碰到和解決更多的難題。

鋼結構焊接工程的初始應力應變的指標，應當成為鋼結構焊接工程重要的質量控制指標，鋼結構整體合龍就是結構整體安全運營的關鍵工序。

1、合龍及合龍焊縫定義

建筑鋼結構在初始溫度的條件下，從分散的帶臨時約束體系到封閉穩(wěn)定結構的結構體系轉換過程叫合龍；使之成為封閉穩(wěn)定結構的焊縫叫合龍焊縫。

2、鋼結構體系轉換后的特點

①體系的剛性明顯增加；安全穩(wěn)定性明顯增加。

②合龍后的鋼結構體系臨時約束一起形成了鋼結構體系的一次初始應力。

③合龍完成后的鋼結構體系經過卸載工序之后，鋼結構體系再次轉換為自承重體系，一次初始應力進行二次分配，形成鋼結構系統(tǒng)真正的初始應力狀態(tài)。

3、合龍溫度的確定原則

合龍時，構件平均溫度即為合龍溫度，合龍溫度就是鋼結構在合龍過程中的初始平均溫度，區(qū)別于大氣溫度，是結構使用中溫度的基準點。也稱安裝校準溫度,其確定原則如下：

①確定結構合龍溫度時，首先考慮當地的氣象條件，應使合龍溫度接近平均氣溫，也就是可進行施工的天數所占的比例最大氣溫。

②合龍溫度應盡量設置在結構可能達到極限最高最低溫度之間，使結構受溫度影響最合理，使日照形成的溫差應力。

③確定合龍溫度應充分考慮施工中的不確定因素，預留一定溫度的允許偏差，作調整用。

4、合龍溫度監(jiān)測的必要性

鋼結構的溫度是由周圍環(huán)境所決定的，是太陽輻射、空氣流動、環(huán)境溫度等多種因素共同作用的結果。鋼結構的構件溫度與周圍的環(huán)境溫度是有差別的，存在滯后性，在一些特殊條件下，存在鋼構件溫度比環(huán)境溫度高的可能性。同時，對于國家體育場如此大體量的空間鋼結構工程，各部位的鋼結構溫度也會存在差別。因此，不能簡單的通過環(huán)境溫度的測量而得到鋼構件的溫度，必須使用專門的測量設備對鋼構件進行直接的溫度測量。

溫度監(jiān)測主要有3個目的：

①

測量鋼結構各部位的本體溫度及主要位置的大氣溫度、濕度，以判斷鋼結構溫度的滯后時間效應，并由此建立鋼結構本體溫度與大氣溫度、濕度及天氣預報之間的關系，通過天氣預報資料和設計確定的合龍溫度確定初步的合龍時間，以便組織合龍工作。

②

根據鋼結構各部位的本體溫度的分布情況，確定合龍溫度測量基準點，確保合龍溫度的可操作性和準確性。

③

根據鋼結構本體溫度的變化情況，確定最適宜的合龍時間段，保證合龍質量和合龍工作的有序進行。

事實上，鋼結構系統(tǒng)的合龍過程是整個系統(tǒng)一次初始應力的形成過程。真正形成鋼結構系統(tǒng)初始應力的工序是卸載，帶有臨時支撐的鋼結構穩(wěn)定系統(tǒng)，轉換成自承重穩(wěn)定系統(tǒng)的過程叫卸載。卸載是對鋼結構系統(tǒng)焊縫