淺述鋼結(jié)構(gòu)施工中栓焊連接變形的控制方法

中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)有限公司 山東青島 266061

1 問(wèn)題的提出

高強(qiáng)螺栓連接是繼鉚接、焊接之后發(fā)展起來(lái)的一種新型鋼結(jié)構(gòu)連接型式。它具有承載能力高、受力性能好、耐疲勞、自鎖性能好、施工方便、質(zhì)量易于控制等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)已成為鋼結(jié)構(gòu)制作及安裝工程的主要連接手段。在某個(gè)裝置中15個(gè)管廊全部采用栓焊連接。在安裝中,中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)有限公司按照最根本的安裝順序進(jìn)行操作,先進(jìn)行立柱安裝,再進(jìn)行連接梁的安裝。但出乎意料的是,安裝之后整個(gè)框架中立柱的垂直度出現(xiàn)偏差,一般情況下,認(rèn)為這是由于連接梁焊接時(shí)受熱集中造成的變形。

圖1 高強(qiáng)螺栓連接安裝現(xiàn)場(chǎng)

2 原因分析

為了查找原因,施工隊(duì)根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求,按照以下A、B兩種方法進(jìn)行了操作試驗(yàn)。

圖2 操作實(shí)驗(yàn)方法

結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩種試驗(yàn)效果都產(chǎn)生了很大的誤差,立柱垂直度均超出設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求,分析主要原因如圖3。

圖3 誤差原因分析示意圖

(1)立柱在預(yù)制廠制作時(shí),根據(jù)GB50205《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》制孔要求,柱底板兩孔之間的允許偏差為±1mm,這就造成柱底孔與立柱中心的尺寸ΔE1、ΔE3至少為1mm (其中不考慮立柱在焊柱底板時(shí)的偏差),相鄰兩組的端孔之間的距離ΔE2為±1.5mm,累計(jì)誤差ΔE1+ΔE2+ΔE3=2.5mm。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,連接梁高強(qiáng)螺栓孔為螺栓直徑+1.5mm。根據(jù)GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》制孔要求,任意兩孔之間的允許偏差為1mm,即 ΔE4、ΔE5、ΔE6、ΔE8均為 1mm(其中不考慮牛腿焊接時(shí)的誤差),累計(jì)誤差ΔE4+ΔE5+ΔE6+ΔE8=4mm。

(3)在兩摩擦面的連接板上,根據(jù)GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》制孔要求,任意兩孔之間的允許偏差為1mm,即ΔE7=1mm。

結(jié)合以上分析,得累計(jì)誤差ΔE=ΔE1+ΔE2+ΔE3+ΔE4+ΔE5+ΔE6+ΔE8+Δ E7=7.5mm

以上誤差造成連接梁與牛腿之間,高強(qiáng)螺栓不能順利、自由穿入(見(jiàn)圖4)。

3 施工現(xiàn)場(chǎng)控制方法

3.1 安裝后進(jìn)行擴(kuò)孔處理

根據(jù)GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》6.3.7條規(guī)定,擴(kuò)孔數(shù)量應(yīng)征得設(shè)計(jì)同意,擴(kuò)孔后的孔徑不應(yīng)超過(guò)原螺栓直徑的1.2倍。所以安裝后進(jìn)行擴(kuò)孔處理是符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的。在65萬(wàn)t/a對(duì)二甲苯芳烴裝置中,H管廊、C管廊都采用這種方法進(jìn)行了修改。但是在安裝過(guò)程中,如果連接梁的螺栓孔某一個(gè)出現(xiàn)不對(duì)中,就會(huì)影響整個(gè)連接牛腿及連接板不對(duì)中,最終導(dǎo)致擴(kuò)孔的數(shù)量非常大,進(jìn)而影響整根梁的連接質(zhì)量。

圖4 高強(qiáng)螺栓現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

3.2 安裝后進(jìn)行連接梁的調(diào)整

分析表明,上述擴(kuò)孔數(shù)量過(guò)大,浪費(fèi)時(shí)間,耗費(fèi)人力。另一種可選的方法就是對(duì)立柱連接梁的牛腿進(jìn)行修改。在四川石化65萬(wàn)t/a對(duì)二甲苯芳烴裝置中,G管廊采用這種方法進(jìn)行了修改。即在保證立柱垂直度和高強(qiáng)螺栓順利安裝的情況下,調(diào)整立柱牛腿的焊接間隙。這種方法雖然可行,但效果不理想。因?yàn)樵谇谐秃附优Ｍ葧r(shí),容易造成立柱局部受熱而變形,所以該方法也不能解決“質(zhì)”的問(wèn)題。

4 解決方法

以上擴(kuò)孔和連接梁的調(diào)整都屬于“臨陣磨槍”的行為,而現(xiàn)場(chǎng)施工中要的是“磨刀不誤砍柴功”的做法。為此,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工試驗(yàn),總結(jié)以下幾方面避免現(xiàn)場(chǎng)高強(qiáng)螺栓施工中問(wèn)題的一些方法。

4.1 設(shè)計(jì)方面

從設(shè)計(jì)方面考慮是最關(guān)鍵的,因?yàn)樵O(shè)計(jì)在選擇連接方式時(shí),就已經(jīng)決定了在今后施工中的弊端,所以改變連接方式是最根本的解決辦法。

4.2 施工擴(kuò)孔

連接件在預(yù)制廠預(yù)制加工時(shí)擴(kuò)孔施工,改變?cè)O(shè)計(jì)連接方式可能會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)的初衷,所以選擇加大螺栓連接孔的方式,這也是解決栓焊連接變形最直接的辦法。

4.2.1 擴(kuò)大柱底板的螺栓孔

擴(kuò)大柱底螺栓孔可調(diào)整柱底板的偏差,從而控制ΔE1、ΔE2和ΔE3的安裝精度。在65萬(wàn)t/a對(duì)二甲苯芳烴裝置C管廊的施工中,兩根18m立柱根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的H/1000,垂直度應(yīng)不大于18mm。但結(jié)果測(cè)得的數(shù)據(jù)為28mm,超標(biāo)10mm。于是采用對(duì)柱底板擴(kuò)孔的辦法,適當(dāng)調(diào)整連接梁的高強(qiáng)螺栓連接孔,最后得到的垂直度為14mm,在允許誤差范圍之內(nèi),符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.2.2 擴(kuò)大高強(qiáng)螺栓孔

擴(kuò)大高強(qiáng)螺栓孔,可以調(diào)整連接梁與連接牛腿之間的偏差,從而控制ΔE4、ΔE5、ΔE6、ΔE8和ΔE7的安裝精度。

4.3 改變安裝順序

改變安裝方式是最有效、最可行的一種方式,相對(duì)以上兩種方法,該方法既能控制誤差,確保安裝精度,又省時(shí)省功,一舉兩得。選用這種方式是現(xiàn)場(chǎng)施工中最切合實(shí)際的。安裝順序如下(見(jiàn)圖5):

(1)立柱、連接梁、連接牛腿及連接筋板等半成品制作,散件發(fā)貨到現(xiàn)場(chǎng),并在立柱上做好標(biāo)高線;

(2)先進(jìn)行單根立柱的安裝,并用經(jīng)緯儀調(diào)節(jié)垂直度,使其在允許誤差范圍之內(nèi);

(3)把連接梁、連接筋板及牛腿進(jìn)行地面組合,一起安裝,利用牛腿與立柱的焊接間隙控制誤差(若連接牛腿在立柱腹板安裝可先安裝一端)。

圖5 改變后的安裝順序示意圖

5 總結(jié)

栓焊連接具有一定的優(yōu)勢(shì),其連接形式是雙重抗剪和雙重抗壓,非常穩(wěn)定。但也存在一定的弊端,例如在施工中要求的精度非常高,施工難度比焊接大,尤其是在修改時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)功。

栓焊連接雖然是鋼結(jié)構(gòu)施工中一個(gè)小小的環(huán)節(jié),但對(duì)整個(gè)工程的順利施工具有重要作用。以上對(duì)高強(qiáng)螺栓連接產(chǎn)生誤差的原因做了具體分析,并討論了可行的解決方案,以期對(duì)以后的施工有所助益。