摘要：隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)廠房、體育館、展覽館、影劇院、機(jī)場(chǎng)航站樓等屋蓋的結(jié)構(gòu)已不僅僅滿(mǎn)足于一般的功能，而是此前提下逐步向美觀、新穎、獨(dú)特的方向發(fā)展，跨度越來(lái)越大，外形由單一的平面規(guī)則形狀向復(fù)雜的三維空間造型邁進(jìn)，工藝制作較傳統(tǒng)制作相比難度更大。以上海世博會(huì)西班牙館為例，針對(duì)曲面桁架的制作工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要剖析、闡述，為類(lèi)似構(gòu)件的加工制作起引導(dǎo)和借鑒作用。
0前言
近年來(lái)，隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)，鋼結(jié)構(gòu)以其自身的優(yōu)勢(shì)在建筑中所占比例越來(lái)越大，鋼管結(jié)構(gòu)也取得較大的突破。鋼管結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能將人們對(duì)建筑物的功能要求、感觀要求以及經(jīng)濟(jì)效益要求完美地結(jié)合在一起。鋼管結(jié)構(gòu)中的管桁架結(jié)構(gòu)以其外形美觀、三維空間立體效果新穎而備受人們青睞，但是由于曲面管桁架圓管管徑大小不一、桁架長(zhǎng)短不定等多方面因素導(dǎo)致曲面管桁架在制作過(guò)程中難度加大。在此以上海世博園西班牙場(chǎng)館為例，對(duì)曲面管桁架的彎制方法及管桁架的制作過(guò)程進(jìn)行剖析，為類(lèi)似構(gòu)件的加工制作提供參考。
1曲面管桁架彎制方法及其特點(diǎn)
（1）曲面桁架單根彎曲弧度的控制：利用大型水平彎管機(jī)能有效解決大弧度的圓管彎曲弧度。
（2）曲面部分桁架由于彎曲半徑小、圓管長(zhǎng)度短，利用機(jī)械彎曲無(wú)法完成，應(yīng)采取自制彎曲工裝設(shè)備用火焰熱彎方法進(jìn)行彎制。
（3）制定合理的焊接順序及焊接工藝可以有效確保焊接質(zhì)量，控制焊接變形。
較小的高效焊接方法及合理的焊接順序，減小管桁架的焊接變形。
（4）曲面桁架的焊接熱變形控制：采用熱輸入
（5）分段管桁架在車(chē)間分段制作和焊接，應(yīng)事先進(jìn)行預(yù)拼裝控制及測(cè)量。
2技術(shù)控制方法
（1）曲面S型桁架的彎曲：曲率半徑R≥3m時(shí)，采用彎管機(jī)冷彎成型；曲率半徑R＜3 m時(shí)，采用火焰熱加工成型，再輔以胎架及加工檢測(cè)樣板確保彎管精度。
（2）管子對(duì)接焊接后有少量焊接變形，采用氧氣-丙烷火焰加熱校正，溫度控制在800℃以下。
（3）嚴(yán)格控制焊接順序。管子壁厚10 mm采用3層焊道完成焊接，管子壁厚20 mm采用6層焊道完成焊接，要求單面焊雙面成型，坡口45°預(yù)留間隙3 mm。
（4）采用六軸相貫線切割機(jī)可以有效確保相貫口的三維尺寸。
（5）對(duì)于超長(zhǎng)構(gòu)件的管桁架，由于運(yùn)輸原因只能工廠分段制作和焊接，現(xiàn)場(chǎng)整體合攏焊接。
（6）嚴(yán)格控制彎管時(shí)的火焰溫度，能夠有效確保彎管的弧度尺寸和熱影響區(qū)的母材物理性能。
（7）自主制作一種檢測(cè)模板，確保桁架預(yù)拼時(shí)的整體尺寸，有效確?，F(xiàn)場(chǎng)安裝的一次安裝。
3施工流程及操作要點(diǎn)
3.1切割下料
（1）針對(duì)圖紙給定的尺寸開(kāi)始相貫線切割下料，檢查下料后的零部件，復(fù)核下料尺寸。
3.2彎管機(jī)圓勢(shì)
按照鋼管直徑選擇相匹配的壓輥，并對(duì)壓輥進(jìn)行調(diào)整；按照?qǐng)D紙給定的尺寸和弧度，用彎管機(jī)對(duì)圓管進(jìn)行圓勢(shì)；在彎管過(guò)程中，利用自制模具對(duì)彎管的弧度進(jìn)行檢查，將弧度控制在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的公差范圍之內(nèi)。
3.3內(nèi)外弦桿上胎架定位
（1）根據(jù)胎架底線制作胎架，胎架模板宜設(shè)置在兩檔直腹桿之間，且必須牢固，兩檔胎架間距不超過(guò)1.5 m，胎模高度為0.6 m，不宜過(guò)高；如果因內(nèi)外弦桿的管徑不同而形成高低差，須對(duì)管徑較小的一側(cè)弦桿加高胎模，以確保內(nèi)外弦桿中心線水平度公差控制在±1 mm以?xún)?nèi)。
（2）升降上內(nèi)外弦桿進(jìn)行定位，定對(duì)地面基線，內(nèi)弦桿加以板條固定，外弦桿暫不固定，為組裝斜腹桿留出活動(dòng)空間。
（3）升降裝桁架內(nèi)外弦桿間的直腹桿、斜腹桿。組裝斜腹桿時(shí)，因兩直腹桿間的斜線尺寸已固定，而
斜腹桿兩端均為相貫口，所以斜腹桿不易放入，此時(shí)須移動(dòng)外弦桿以調(diào)節(jié)內(nèi)外弦桿間寬度，待斜腹桿放入后，外弦桿再?gòu)?fù)位，進(jìn)行點(diǎn)焊固定。
（4）檢查組對(duì)好的桁架，主要檢查曲率和各零部件之間尺寸以及整體尺寸，合格后進(jìn)入焊接工序。
3.4焊接
以2010年上海世博會(huì)的西班牙展館工程為例，本工程管桁架材質(zhì)以Q235及Q345為主，焊接方法采用氣保焊，焊絲為φ1.2 mm ER50-6。
對(duì)組裝完工的桁架進(jìn)行定位固定并焊接，焊接按先后順序先內(nèi)外弦桿對(duì)接縫、再焊直腹桿、焊斜腹桿，待正面焊接結(jié)束后，撤除定位并翻身進(jìn)行反面焊接。焊接結(jié)束后桁架重新復(fù)位，如有變形進(jìn)行火工校正，劃出余量并切割，做好現(xiàn)場(chǎng)焊定位標(biāo)記。
（1）鋼管通過(guò)彎管機(jī)彎到一定弧面，拼裝成S形管焊接，采用標(biāo)準(zhǔn)板校正符合要求后，放地樣按1∶1裝配S形管與直管拼裝，焊接完成后要確保管子角度的正確性，平整度好壞會(huì)影響后續(xù)組裝。
（2）單面焊接雙面成型坡口形式。
適當(dāng)切割修正管子的內(nèi)口上下每一部位的坡口角度大于45°～50°，滿(mǎn)足熔透一級(jí)焊縫的要求，裝配時(shí)要對(duì)坡口內(nèi)側(cè)進(jìn)行打磨，裝配間隙控制在3mm，用碼板點(diǎn)焊固定管子，以三處固定（相對(duì)等分），管子對(duì)接采用同樣規(guī)格坡口45°～50°，間隙4 mm，板厚大于等于20 mm時(shí)，間隙5±1 mm；部分直管采用鋼襯墊焊接。
（3）管子壁厚10 mm時(shí)，采用3層焊道完成焊接；管子壁厚20 mm采用6層焊道完成焊接；單面焊雙面成型，坡口45°，無(wú)鈍邊間隙3 mm。焊接時(shí)熔透坡口底部逐步向上勻速焊接，在準(zhǔn)備停焊之前，焊速增快，減少填充量，使坡口停頓處形成一個(gè)大于坡口間隙的熔孔，便于在焊接部位冷態(tài)情況下重新起弧，確保反面焊縫熔透成型，確保焊接接頭熔透。
（4）對(duì)接焊縫適當(dāng)修磨后，進(jìn)行桁架組裝。組裝完全放在胎架上，確保水平基準(zhǔn)面在尺寸校正定位后，安裝水平腹桿、斜腹桿，裝配形成一個(gè)剛性固定構(gòu)架，隨后安裝柱底板。桁架栓在胎架上焊接時(shí)，為了控制焊接熱變形，應(yīng)先焊一側(cè)的水平腹桿和斜腹桿，采用跳躍法，先焊1、3、5；后焊2、4、6，一側(cè)焊完后再焊另一側(cè)。用此焊接順序確保小變形量。
（5）完成的管子焊接24 h后進(jìn)行UT檢測(cè)，必須滿(mǎn)足GB11345標(biāo)準(zhǔn)的BI級(jí)要求。
（6）對(duì)于管板焊接，法蘭板是盲板，裝配定位用碼板固定；全位置焊接技術(shù)難度增加，在焊接時(shí)盲板的熱量需求量大，坡口前端薄容易熔化，鋼管坡口和盲板熔化需要的熱量不一樣，在焊接時(shí)電弧中心溫度和熔化金屬要偏向于盲板，從打底到蓋面都需要掌握此原則。焊接時(shí)運(yùn)條兩邊停頓，盲板處要多停頓、給予充分熱量，且掌握好焊絲移動(dòng)速度，焊縫表面平整或焊縫中間稍?xún)?nèi)凹為佳，便于多層焊縫的層間熔透，否則焊縫中間高兩邊低，兩側(cè)形成夾角就容易使焊縫內(nèi)部產(chǎn)生缺陷，探傷合格率低。
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