超高層鋼板墻焊接工法課件

關于超高層鋼板墻焊接工法第1頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三本工法：科技查新報告編號JS2011-95。檢索結論

：除本項目外，國內外未見超高層純鋼板剪力墻結構采用全焊接連接，超長豎向焊縫采用分段倒退焊接，橫向焊縫采用從中心向兩邊對稱同時焊接方法的文獻報道。科技成果鑒定證書編號“中建科建字（2011）第46號”。鑒定結論：純鋼板剪力墻施工技術達到了國際領先水平。第2頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三1、前言隨著國內外超高層建筑的興起，越來越多鋼板剪力墻體系結構被應用，鋼板墻與主體框架連接的節(jié)點分為3種，分別為栓焊連接、全栓接、全焊接。鋼板墻豎向焊接典型節(jié)點鋼板墻與鋼梁水平焊接典型節(jié)點第3頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三2、工法特點節(jié)省工期。此工法克服了因精工精度、安裝精度、結構沉降變形等影響螺栓安裝的諸多負面因素，為結構安裝進度爭取時間。節(jié)約成本。焊接節(jié)點綜合成本遠遠低于高強螺栓節(jié)點綜合成本。工藝成熟可靠。采用工藝成熟，應用廣泛二氧化碳氣體保護焊，通過分段跳躍焊接、對稱焊接等恰當?shù)墓に嚳刂拼胧?，控制焊接應力應變，連接節(jié)點可靠性高于高強螺栓連接連接節(jié)點的。第4頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三3、適用范圍本工法適用于采用全焊接的鋼板剪力墻結構體系。同時，對于超長焊縫、焊接拘束度大的焊縫焊接，可以參照此工法。第5頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三4、工藝原理按自中心向四周、平面中心對稱、間隔跳躍的原則，確定每層各塊鋼板墻焊接的平面順序。焊前擬定兩組焊接順序，分組進行焊接應力監(jiān)測試驗。通過焊接應力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，將焊接后應力較小的一組焊接順序確定為單塊鋼板墻的焊接順序。超長焊縫采用分段倒退焊接的原理，分段倒退的焊接方法是將焊縫自上而下分成若干個600mm分段，每600mm的立焊縫范圍內自下向上焊接，每600mm的焊縫焊至1/3焊縫高度之后再向下在下一位置焊接，依次順序直到焊接完成。對橫焊縫采用從中心向兩邊對稱同時的焊接方法，焊接順序與立焊縫相同。第6頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三5、施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程外觀檢查監(jiān)測試驗焊接前提焊接準備現(xiàn)場焊接焊后檢測結構荷載達到設計要求確定焊接工藝對焊縫坡口進行打磨、除銹檢查坡口尺寸、填寫焊前坡口檢查記錄檢查焊接設備及焊劑防風照明設施準備檢查鋼夾板及臨時螺栓緊固狀態(tài)對坡口附近原材進行超聲波檢測焊前預熱溫度檢查水平焊縫焊接豎向焊縫焊接焊后后熱、保溫無損檢測多人同時分段倒退焊接24小時超聲波探傷磁粉探傷48小時后隨機超聲波探傷第7頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三5.2施工操作要點5.2.1確定焊接順序（1）整體焊接順序縱向：為達到焊接后各樓層的應力分布均勻，采取自下而上逐樓層焊接的縱向總體焊接順序。即每一層全部焊縫焊接完成后，開始下一樓層焊接；第8頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三單層水平順序：以中心鋼柱為基點，自內向外，按對稱原則進行跳躍焊接。如圖示①→⑤順序。圖1鋼板墻整體焊接順序第9頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三單片鋼板墻焊接順序（1）先橫焊，后立焊依照“先焊收縮量大的焊縫”的原則及監(jiān)測試驗結果，單片鋼板墻采取“先橫焊，后立焊”的焊接順序，即先焊底部坡口橫焊縫，后焊兩側貼腳立焊縫。說明：按①→②→③順序焊接。第10頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三（2）分段倒退焊接：鋼板墻焊縫通常為超長焊縫，根據(jù)焊工實際工作強度，按600mm長進行分段倒退焊接。分段倒退焊接是將長焊縫分為若干段，各段依照與焊接方向相反的順序逐段焊接的焊接方法（見下圖）。每條焊縫安排三人（或多人）同時焊接，根據(jù)鋼板墻焊縫長度，每人焊接可分2~3段。每焊完一層后輪換至下一段。分段倒退順序應與焊接方向反向。水平橫焊分段焊接順序（①→②→③）示意如下說明：橫（平）焊縫焊接操作方向為從左到右，各段焊縫焊接順序則為從右到左排序。第11頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三連接夾板立向焊縫焊接順序（①→②→③），自上而下分段倒退焊接。以標準層為例，立焊可安排兩人同時焊，每人焊接三段，每焊完一層輪換至下一段。示意如下說明：立焊縫焊接操作方向為自下而上，各段焊縫焊接順序則為自上而下排序。第12頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三層間溫度控制鋼板墻要在地震時發(fā)揮作用，需盡可能減小焊接殘余應力，以滿足鋼板墻荷載狀態(tài)滿足設計要求。經(jīng)過多次試驗監(jiān)測及有限元模擬分析結果比對，焊接層（道）間溫度應控制在120℃以內。經(jīng)反復論證后的焊接工藝，實際監(jiān)測數(shù)據(jù)與有限元模型數(shù)據(jù)極為接近，合理的焊接順序及層間溫度控制措施，焊接應力場分布均勻，平均焊接應力小于100Mpa。避免了應力集中誘發(fā)焊接裂紋的可能。局部復雜結構部分存在應力集中區(qū)域，應針對具體結構形式優(yōu)化工藝參數(shù)。圖-6監(jiān)測值與模擬計算值對比圖-7焊接應力場分布模擬圖第13頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三注：立焊應搭設安全可靠操作架，可參考下圖。鋼柱鋼板墻焊接操作架組合樓板操作架示意圖第14頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三5.2.3焊前構件質量檢查由于鋼板墻焊接是在結構框架已完成并以承擔上部結構荷載的狀態(tài)下進行，所有焊縫均受剛性拘束。為最大程度降低焊接殘余應力引發(fā)層狀撕裂及焊接裂紋發(fā)生的可能，應對T型對接坡口橫焊相關的框架梁上翼緣母材和處于焊接拉應力方向上的工廠加工焊縫進行焊前超聲波探傷，排除因材質及焊接缺陷引發(fā)焊接裂紋的隱患。如下圖說明：①鋼梁上翼緣鋼板使用直探頭掃查；

②鋼梁上翼緣與鋼板墻對應位置無法使用直探頭掃查區(qū)域使用60°或70°斜探頭掃查。第15頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三5.2.4焊前準備工作（1）檢查連接夾板及安裝螺栓全部安裝。螺栓緊固，鋼夾板與鋼板墻、鋼柱連接板貼合緊密無間隙，鋼夾板無翹曲變形起鼓。如有變形發(fā)生，采取火工或千斤頂進行現(xiàn)場矯正。（2）焊接輔助人員應在焊接前對焊縫坡口進行打磨除銹，保證焊前坡口的平整清潔；對超過規(guī)范要求的錯邊進行修正。以利于提高焊縫質量。（3）焊接技術人員須在焊接前檢查坡口，清除坡口污染物及油、水，并填寫焊前坡口檢查記錄。5.2.5焊接工藝焊接方法：選用CO2氣體保護焊。焊接位置：橫焊、立焊。第16頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三（3）焊接參數(shù)1）板對接焊縫型式：橫焊，單V型坡口35°，間隙9mm。焊接參數(shù)表（橫焊）焊絲

ER50-6規(guī)格焊劑或氣體CO2

焊接方法CO2保護半自動焊焊接位置橫焊焊接設備型號NBC-500A電源及極性直流反接預熱溫度（℃）60℃層間溫度120℃/焊接工藝參數(shù)層次焊接方法焊條或焊絲焊劑或保護氣保護氣體流量(1/min)電流（A）電壓（V）焊接速度(cm/min)熱輸入(kJ/cm)備注牌號直徑(mm)1~2CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50290~31036~3835~45/

3~9CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50310~32036~4035~45/

蓋面CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50270~29036~3835~45/

技術措施焊前清理用鋼絲刷及砂輪清理坡口層間清理清渣及飛濺背面清根/其它：

第17頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三2）板搭接焊縫型式：立焊焊接參數(shù)表（立焊）焊絲

ER50-6規(guī)格焊劑或氣體南亞CO2

焊接方法CO2保護半自動焊焊接位置立焊焊接設備型號NBC-500A電源及極性直流反接預熱溫度（℃）60℃層間溫度120℃

焊接工藝參數(shù)層次焊接方法焊條或焊絲焊劑或保護氣保護氣體流量（1/min）電流（A）電壓（V）焊接速度(cm/min)熱輸入(kJ/cm)備注牌號（mm）1~2CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50180-22026-3035-40/

3~9CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50200-24028-3235-40/

蓋面CO2焊ER50-6Ф1.2CO240~50200-24028-3235-40/

技術措施焊前清理用鋼絲刷及砂輪清理坡口層間清理清渣及飛濺背面清根/其它：

第18頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三6、材料與設備本工法需要采用的機具設備見表1。表1機

具

設

備

表第19頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三7、質量控制7.1工程質量控制標準7.1.1焊縫外觀質量控制標準第20頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三7.1.2焊縫無損檢測執(zhí)行標準焊縫無損檢測執(zhí)行《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205-2001、《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程》JGJ81-2002、《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》GB11345的要求及《磁粉探傷方法》（GB/T15822-2005）。另外根據(jù)設計要求還必須滿足以下設計要求:（1）一級全熔透焊縫----100%超聲波檢驗,評定等級為Ⅱ,檢驗等級為B級。。（2）除一級以外的全熔透焊縫,局部熔透焊縫——至少20%超聲波檢驗，評定等級為Ⅲ,檢驗等級為B級。（3）對于焊腳尺寸大于12mm的角焊縫進行不少于20%的超聲波檢測以及至少20%的磁粉檢測。（4）三級焊縫———不要求超聲波檢驗。磁粉檢查至少10%。（5）鋼板墻所有焊縫需進行100%磁粉檢測。立向貼腳焊縫檢測使用濕法磁懸液探查，橫焊縫使用干法磁粉探查。第21頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三7.2質量保證措施7.2.1嚴格控制焊接順序按確定的焊接順序進行焊接，焊接過程中管理人員要求全過程旁站。7.2.2避免氣候影響（1）進入冬施期間或氣溫低于5℃時，不得施焊。（2）氣體保護焊時當風力大于二級，應采取防風措施方能施焊，風力大于五級須停止焊接。7.2.3焊工管理(1)參加鋼板墻焊接作業(yè)的焊工應按照《鋼結構焊接技術規(guī)程》JGJ81-2002的要求進行附加考試。附加考試合格的焊工方能上崗作業(yè)，且考試合格的焊工僅允許在考試合格的范圍內施工，嚴禁焊工在超出自己焊接考試合格范圍之外的位置進行焊接作業(yè)。（2）焊工在進行焊接作業(yè)之前焊接工程師應對其進行詳細的焊接技術交底，并編制焊接工藝卡。（3）焊工作業(yè)的過程中應該嚴格按照焊接工藝卡的要求進行焊接施工，每個焊工在焊接操作之前應該認真填寫焊前檢查記錄，焊前檢查合格之后才能開始焊接工作。（4）焊工在焊接全過程中發(fā)現(xiàn)任何可疑的母材缺陷、焊接裂紋等缺陷，必須報告焊接工程師，由焊接工程師及總工確定處理方案之后方可繼續(xù)進行焊接作業(yè)。焊工無權私自處理任何與焊接有關的裂紋等缺陷。（5）焊接完成后，焊工應在焊縫附近打上自己唯一固定的焊工鋼印號，并填寫焊接過程記錄表。焊縫外觀檢查合格之后才能進行無損檢測，焊工對自己所有焊接過程均應有詳細的書面記錄。第22頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三8、安全措施8.1參加鋼板墻焊接的焊工進入現(xiàn)場須遵守各項現(xiàn)場安全、消防管理規(guī)定。8.2鋼板墻焊接時時必須使用頭罩或手持面罩，穿干燥工作服，絕緣鞋，用耐火防護手套，耐火的護腿套、套袖及其他勞動防護用品。要求上衣不準扎在褲子里，褲腳不準塞在鞋（靴）里，手套套在袖口外。8.3鋼板墻在焊接前，應到消防部門開動火證，由消防部門同意取證后方可進行操作。焊接前應找電工對電源線、電焊機的一次線和電焊機的絕緣性能進行檢查，安全無誤后，方可送電操作。8.4在鋼板墻焊接過程中要有專人看火，并且清理易燃易爆物品?？椿鹑藛T要認真負責。并隨時關查用火周圍有沒有隱患。身邊隨時有滅火器、水桶，并且有明顯的標志。8.5所使用的電纜線，焊把線要架空，用絕緣鉤掛好，不得在地面來回的拖拉，以防破皮觸電。8.6作業(yè)中發(fā)現(xiàn)氣路或氣閥漏氣時，必須立即停止作業(yè)。8.7離地2米及2米以上的高空作業(yè)時必須佩戴并系好安全帶。第23頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三9、環(huán)保措施9.1焊接施工應符合相關的國家環(huán)保法規(guī)和地方性法規(guī)的規(guī)定。9.2在防風措施確保焊接質量前提下，應做好通風措施，利于焊接有害氣體排散。9.3焊接時，在保證通風措施前提下，遮擋弧光，防止弧光傷害無防護措施人員。9.4優(yōu)先選用先進的環(huán)保的焊材，減小環(huán)境污染。第24頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三10、效益分析10.1純鋼板剪力墻結構體系在超高層結構中的應用為世界首例，為今后超高層結構施工做有力的補充。10.2焊接施工中有效控制超長焊縫所產(chǎn)生應力應變，為類似工程的施工提供借鑒。10.3采用純焊接的方法，避免高強螺栓連接時螺栓孔無法精確對位的問題，減小了施工的難度。10.4采用純焊接的工法，相比高強螺栓連接，可以節(jié)省高強螺栓，節(jié)約一定的工程成本。第25頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三11、應用實例11.1工程概況天津津塔工程主塔樓地下4層，地上73層，檐高336.9m。塔樓結構設計采用鋼框架-鋼板剪力墻結構體系（參見圖5、6）。圖5津塔立面圖6地上標準層平面第26頁，講稿共29頁，2023年5月2日，星期三核心筒鋼板墻自