鋼筋混凝土柱－鋼梁混合構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（RCS）制作工藝

張建平，滕　氄

鋼筋混凝土柱－鋼梁混合構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（RCS）制作工藝

張建平1，滕氄2

（1.浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司，浙江紹興312030；2.精工工業(yè)建筑系統(tǒng)有限公司，浙江紹興312030）

設(shè)計(jì)了一個(gè)集平臺(tái)、定位、夾具于一體的新型工裝，解決了一種鋼筋混凝土柱-鋼梁混合構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（RCS）制作上的難題，保證了制作精度，同時(shí)采取合理的坡口形式，降低了鋼板對(duì)接的角變形。在制作質(zhì)量上，根據(jù)焊絲特性規(guī)定焊接道間溫度、焊接擺弧寬度、焊接熱輸入，有效保障了鋼板對(duì)接焊縫的綜合力學(xué)性能，順利完成了RCS節(jié)點(diǎn)的制作。

RCS；道間溫度；焊接熱輸入

0　前言

日本特殊的地理位置導(dǎo)致它是一個(gè)地震頻發(fā)的國(guó)家，但也因此促進(jìn)了日本建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的多樣化。

通常梁柱連接處是抗震的薄弱部位，地震破壞一般出現(xiàn)在梁上且靠近柱的位置。設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)加強(qiáng)梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施，保證有足夠的延性連接。

焊接作業(yè)的改進(jìn)、焊接質(zhì)量的提高要求焊縫有足夠的抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性，也是防止梁端連接發(fā)生脆性破壞的關(guān)鍵。

1　節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)介

在日本，鋼筋混凝土柱（RC）-鋼梁（S）混合構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（RCS）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大規(guī)?？臻g的建筑物，如醫(yī)院、商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)等，此種RCS節(jié)點(diǎn)主要分為兩種類型，如圖1、圖2所示。

RCS節(jié)點(diǎn)充分利用了不同建筑材料的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，使鋼柱與鋼梁實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)合，發(fā)揮各自的功能，保證了結(jié)構(gòu)受力。在經(jīng)濟(jì)上，相較鋼結(jié)構(gòu)而言，有效降低了工程造價(jià)。同時(shí)，RCS節(jié)點(diǎn)在某種程度上避免了鋼柱構(gòu)件制作進(jìn)度制約現(xiàn)場(chǎng)安裝，可以加快現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)度，縮短項(xiàng)目工期。

圖1　節(jié)點(diǎn)類型1

圖2　節(jié)點(diǎn)類型2

某日本醫(yī)院工程采取了此種RCS節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)示意如圖3所示。

圖3　節(jié)點(diǎn)示意

主材材質(zhì)SM490A，H型鋼規(guī)格分為BH800× 300×14×26、BH800×350×16×36兩種，圍護(hù)板板厚為9 mm，節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度、寬度均為2 400 mm。

從構(gòu)造上而言，節(jié)點(diǎn)上、下翼板均存在兩條對(duì)接焊縫（全熔透），翼板與腹板端部采取高強(qiáng)螺栓連接現(xiàn)場(chǎng)鋼梁，減少了現(xiàn)場(chǎng)焊接。焊接與高強(qiáng)螺栓連接相比，從制作管理上需要更高的質(zhì)量管控，成本也稍高，而高強(qiáng)螺栓連接相對(duì)安全可靠且質(zhì)量容易控制。

2　制作重難點(diǎn)分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從制作工序上對(duì)于精度的控制和質(zhì)量保證主要考慮以下幾點(diǎn)：

（1）翼板對(duì)接焊縫抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性指標(biāo)在制作過(guò)程中如何管控。

（2）從制作工序上考慮，采取單塊零件先鉆孔后組裝的方式，翼板對(duì)接焊縫的角變形控制（涉及火焰校正）和焊縫收縮是否會(huì)對(duì)同一直線上的兩端孔距產(chǎn)生不利影響，是否需要在孔距上加設(shè)余量。

（3）翼板、腹板單塊零件上的螺栓孔群以及兩者之間的相對(duì)尺寸保證也是本節(jié)點(diǎn)制作的一大重點(diǎn)。

從以上三點(diǎn)制作重難點(diǎn)分析，為了保證制作質(zhì)量，從鋼板對(duì)接焊縫質(zhì)量、焊后變形、焊后高強(qiáng)螺栓孔距及翼、腹板相對(duì)尺寸控制各方面進(jìn)行了工藝性探討，同時(shí)制定方案，對(duì)此種節(jié)點(diǎn)順利制作起到了借鑒及經(jīng)驗(yàn)積累。

3　制作工藝

3.1焊絲匹配

鋼板材質(zhì)為SM490A，其力學(xué)性能要求如表1所示。

表1　SM490A鋼板力學(xué)性能

通常鋼板板寬較小，在鋼板對(duì)接過(guò)程中較寬度較長(zhǎng)的鋼板升溫較快；連續(xù)施焊情況下，道間溫度升溫較快，總體焊接熱輸入會(huì)增大，這樣會(huì)導(dǎo)致焊縫的綜合力學(xué)性能下降。

為保證焊縫的綜合力學(xué)性能，采取YGW-18焊絲，在焊接過(guò)程中要求道間溫度小于等于350℃，焊接熱輸入15～40 kJ/cm，擺弧寬度不超過(guò)20 mm。其焊縫抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性如圖4、圖5所示。由圖可知，焊接時(shí)控制焊接參數(shù)、擺弧寬度以及道間溫度，能夠保證焊縫的綜合力學(xué)性能。

圖4　焊縫抗拉強(qiáng)度

3.2翼板對(duì)接焊縫坡口形式

翼板對(duì)接采取K型坡口，如圖6所示。

圖6　翼板對(duì)接焊縫坡口形式

采取K型坡口，兩面熔敷金屬填充量保持相等，減少焊后角變形。

3.3焊接參數(shù)

焊接參數(shù)如表2所示。

表2　焊接工藝參數(shù)

3.4設(shè)計(jì)工裝

為了解決裝配難題，提高制作精度，采取剛性固定法，設(shè)計(jì)了一個(gè)集平臺(tái)、定位、夾具于一體的新型工裝，如圖7所示。

圖7　新型工裝

使用H型鋼1制作一個(gè)十字底部平臺(tái)，采用方管2作為斜撐焊接加固，平臺(tái)上設(shè)置端部平臺(tái)板3和中間平臺(tái)板4，端部平臺(tái)板3上設(shè)置高強(qiáng)螺栓孔7各四個(gè)，其孔與構(gòu)件上的孔相對(duì)應(yīng)，采用機(jī)械銑平處理平臺(tái)，保證四塊端部平臺(tái)板3和中間平臺(tái)板4在同一個(gè)水平面上，在外側(cè)四周設(shè)置立面H型鋼或方管8，上面設(shè)置腹板定位板5和翼板對(duì)位板6。

3.5裝配過(guò)程

（1）在平臺(tái)上劃出翼板的中心線，然后組裝下翼板10、下翼板11、下翼板12，下翼板端部使用高強(qiáng)螺栓13與平臺(tái)固定。下翼板裝配如圖8～圖13所示。

（2）在下翼板上組裝腹板20、腹板21、腹板22，腹板端部用高強(qiáng)螺栓23與腹板定位板固定。腹板組裝如圖13～圖15所示。

圖8　下翼板組裝

圖9　中間平臺(tái)板劃線

圖10　端部平臺(tái)板劃線

圖11　下翼板固定1

圖12　下翼板固定2

圖13　腹板組裝示意

圖14　腹板組裝示意

圖15　腹板固定

圖16　上翼板組裝示意

（3）組裝上翼板30、上翼板31、上翼板32，翼板端部用高強(qiáng)螺栓33與翼板定位板固定，然后進(jìn)行定位焊。上翼板組裝如圖16～圖18所示。

圖17　翼板定位板

圖18　上翼板組裝

（4）構(gòu)件下工裝，放置在剛性平臺(tái)上進(jìn)行焊接，焊接順序?yàn)椋汉缚p40→焊縫41→焊縫42→焊縫43→焊縫44，對(duì)接焊縫43、焊縫44內(nèi)側(cè)焊接后，外側(cè)進(jìn)行清根。焊接順序如圖19所示。

圖19　焊接順序

焊后進(jìn)行尺寸檢測(cè)（見圖20、圖21），從結(jié)果來(lái)看，尺寸精度較高，無(wú)較大偏差。

圖20　相對(duì)尺寸檢查

圖21　截面尺寸檢查

（5）檢測(cè)構(gòu)件尺寸后，組裝混凝土圍護(hù)板50、混凝土圍護(hù)板51、混凝土圍護(hù)板52、混凝土圍護(hù)板53，然后進(jìn)行混凝土圍護(hù)板的焊接，如圖22、圖23所示。

圖22　圍護(hù)板組裝

圖23　圍護(hù)板檢查

至此，完成節(jié)點(diǎn)制作，成品構(gòu)件如圖24所示。

圖24　成品構(gòu)件

4　結(jié)論

設(shè)計(jì)了一個(gè)集平臺(tái)、定位、夾具于一體的新型工裝，解決了一種鋼筋混凝土柱-鋼梁混合構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（RCS）制作上的難題，同時(shí)得出以下結(jié)論：

（1）采取YGW-18焊絲，通過(guò)控制道間溫度、焊縫擺弧寬度和焊接熱輸入，有效保障了鋼板對(duì)接焊縫的綜合力學(xué)性能。

（2）采取新型工裝，加快了制作進(jìn)度，保障了節(jié)點(diǎn)端部高強(qiáng)螺栓孔群的相對(duì)尺寸位置。

（3）為日本工程后面類似的節(jié)點(diǎn)提供了經(jīng)驗(yàn)積累，有效保障了此類節(jié)點(diǎn)的制作質(zhì)量。

Technology research of a steel reinforced concrete column hybrid structure nodes(RCS)

ZHANG Jianping1，TENG Rong2
（1.Zhejiang Jinggong Steel Structure Group Co.，Ltd.，Shaoxing 312030，China；2.Jinggong Industrial Building System Co.，Ltd.，Shaoxing312030，China）

By designing a set of platform，locate，clamp in the integration of new tooling，solve the problem of making a steel reinforced concrete column hybrid structure nodes（RCS），ensure the production of precision，at the same time take reasonable groove form，reduce the deformation of angle of steel butt.In the production quality，according to the characteristics of the wire，in production engineering，specification of interpass temp，welding swing arc width，welding heat input，the comprehensive mechanical properties of steel plate butt welds are effectively guaranteed，complete the production of RCS nodes successfully.

RCS；interpass temp；welding heat input

TG457

B

1001－2303（2016）01－0092-06

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.01.22

2015-08-20；

2015-09-06

張建平（1982—），男，浙江紹興人，學(xué)士，主要從事焊接工藝制定與管理工作。