异形双曲面管桁架制作工艺

康 猛,姜殿忠,陈 飞,张强勇

（1.江苏中南建筑产业集团山东锦城钢结构有限责任公司，山东淄博255100；2.湖北精工钢结构有限公司，湖北武汉430311；3.徐州工程机械技师学院，江苏徐州221116）

异形双曲面管桁架制作工艺

康 猛1,姜殿忠2,陈 飞1,张强勇3

（1.江苏中南建筑产业集团山东锦城钢结构有限责任公司，山东淄博255100；2.湖北精工钢结构有限公司，湖北武汉430311；3.徐州工程机械技师学院，江苏徐州221116）

随着建筑钢结构行业的迅猛发展，工业厂房、体育馆、展览馆、影剧院、机场航站楼等屋盖的结构已不仅仅满足于一般的功能，而是此前提下逐步向美观、新颖、独特的方向发展，跨度越来越大，外形由单一的平面规则形状向复杂的三维空间造型迈进，工艺制作较传统制作相比难度更大。以上海世博会西班牙馆为例，针对曲面桁架的制作工艺进行简要剖析、阐述，为类似构件的加工制作起引导和借鉴作用。

钢结构；曲面桁架；制作工艺

0前言

近年来，随着我国钢铁产量的不断增长，钢结构以其自身的优势在建筑中所占比例越来越大，钢管结构也取得较大的突破。钢管结构的最大优点是能将人们对建筑物的功能要求、感观要求以及经济效益要求完美地结合在一起。钢管结构中的管桁架结构以其外形美观、三维空间立体效果新颖而备受人们青睐，但是由于曲面管桁架圆管管径大小不一、桁架长短不定等多方面因素导致曲面管桁架在制作过程中难度加大。在此以上海世博园西班牙场馆为例，对曲面管桁架的弯制方法及管桁架的制作过程进行剖析，为类似构件的加工制作提供参考。

1曲面管桁架弯制方法及其特点

（1）曲面桁架单根弯曲弧度的控制：利用大型水平弯管机能有效解决大弧度的圆管弯曲弧度。

（2）曲面部分桁架由于弯曲半径小、圆管长度短，利用机械弯曲无法完成，应采取自制弯曲工装设备用火焰热弯方法进行弯制。

（3）曲面桁架的焊接热变形控制：采用热输入

较小的高效焊接方法及合理的焊接顺序，减小管桁架的焊接变形。

（4）对于超长构件的管桁架，由于运输原因只能工厂分段制作和焊接，现场整体合拢焊接。

（5）分段管桁架在车间分段制作和焊接，应事先进行预拼装控制及测量。

2技术控制方法

（1）曲面S型桁架的弯曲：曲率半径R≥3m时，采用弯管机冷弯成型；曲率半径R＜3 m时，采用火焰热加工成型，再辅以胎架及加工检测样板保证弯管精度。

（2）管子对接焊接后有少量焊接变形，采用氧气-丙烷火焰加热校正，温度控制在800℃以下。

（3）严格控制焊接顺序。管子壁厚10 mm采用3层焊道完成焊接，管子壁厚20 mm采用6层焊道完成焊接，要求单面焊双面成型，坡口45°预留间隙3 mm。

（4）采用六轴相贯线切割机可以有效保证相贯口的三维尺寸。

（5）制定合理的焊接顺序及焊接工艺可以有效保证焊接质量，控制焊接变形。

（6）严格控制弯管时的火焰温度，能够有效保证弯管的弧度尺寸和热影响区的母材物理性能。

（7）自主制作一种检测模板，保证桁架预拼时的整体尺寸，有效保证现场安装的一次成功率。

3施工流程及操作要点

3.1切割下料

（1）针对图纸给定的尺寸开始相贯线切割下料，检查下料后的零部件，复核下料尺寸，如图1所示。

图1 按图纸加工下料现场

3.2弯管机圆势

按照钢管直径选择相匹配的压辊，并对压辊进行调整；按照图纸给定的尺寸和弧度，用弯管机对圆管进行圆势；在弯管过程中，利用自制模具对弯管的弧度进行检查，将弧度控制在图纸设计的公差范围之内，如图2所示。

图2 检查弯管弧度

3.3内外弦杆上胎架定位

（1）根据胎架底线制作胎架（见图3），胎架模板宜设置在两档直腹杆之间，且必须牢固，两档胎架间距不超过1.5 m，胎模高度为0.6 m，不宜过高；如果因内外弦杆的管径不同而形成高低差，须对管径较小的一侧弦杆加高胎模，以保证内外弦杆中心线水平度公差控制在±1 mm以内。

图3 胎架制作

（2）吊上内外弦杆进行定位，定对地面基线，内弦杆加以板条固定，外弦杆暂不固定，为组装斜腹杆留出活动空间，如图4所示。

图4 内外弦杆定位

（3）吊装桁架内外弦杆间的直腹杆、斜腹杆。组装斜腹杆时，因两直腹杆间的斜线尺寸已固定，而

斜腹杆两端均为相贯口，所以斜腹杆不易放入，此时须移动外弦杆以调节内外弦杆间宽度，待斜腹杆放入后，外弦杆再复位，进行点焊固定。

（4）检查组对好的桁架，主要检查曲率和各零部件之间尺寸以及整体尺寸，合格后进入焊接工序。

3.4焊接

以2010年上海世博会的西班牙展馆工程为例，本工程管桁架材质以Q235及Q345为主，焊接方法采用气保焊，焊丝为φ1.2 mm ER50-6。

对组装完工的桁架进行定位固定并焊接，焊接按先后顺序先内外弦杆对接缝、再焊直腹杆、最后焊斜腹杆，待正面焊接结束后，撤除定位并翻身进行反面焊接。焊接结束后桁架重新复位，如有变形进行火工校正，划出余量并切割，做好现场焊定位标记。

（1）钢管通过弯管机弯到一定弧面，拼装成S形管焊接，采用标准板校正符合要求后，放地样按1∶1装配S形管与直管拼装，焊接完成后要保证管子角度的正确性，平整度好坏会影响后续组装。

（2）单面焊接双面成型坡口形式。

适当切割修正管子的内口上下每一部位的坡口角度大于45°～50°，满足熔透一级焊缝的要求，装配时要对坡口内侧进行打磨，装配间隙控制在3mm，用码板点焊固定管子，以三处固定（相对等分），管子对接采用同样规格坡口45°～50°，间隙4 mm，板厚大于等于20 mm时，间隙5±1 mm；部分直管采用钢衬垫焊接，如图5所示。

图5 焊接形式

（3）管子壁厚10 mm时，采用3层焊道完成焊接（见图6a）；管子壁厚20 mm采用6层焊道完成焊接（见图6b）；单面焊双面成型，坡口45°，无钝边间隙3 mm。焊接时熔透坡口底部逐步向上匀速焊接，在准备停焊之前，焊速增快，减少填充量，使坡口停顿处形成一个大于坡口间隙的熔孔，便于在焊接部位冷态情况下重新起弧，保证反面焊缝熔透成型，确保焊接接头熔透。

图6 不同壁厚焊接

（4）对接焊缝适当修磨后，进行桁架组装。组装完全放在胎架上，保证水平基准面在尺寸校正定位后，安装水平腹杆、斜腹杆，装配形成一个刚性固定构架，随后安装柱底板。桁架栓在胎架上焊接时，为了控制焊接热变形，应先焊一侧的水平腹杆和斜腹杆，采用跳跃法，先焊1、3、5；后焊2、4、6，一侧焊完后再焊另一侧。用此焊接顺序保证最小变形量，焊接顺序如图7所示。

图7 桁架组装焊接示意

（5）完成的管子焊接24 h后进行UT检测，必须满足GB11345标准的BI级要求。

（6）对于管板焊接，法兰板是盲板，装配定位用码板固定（见图8）；全位置焊接技术难度增加，在焊接时盲板的热量需求量大，坡口前端薄容易熔化，钢管坡口和盲板熔化需要的热量不一样，在焊接时电弧中心温度和熔化金属要偏向于盲板，从打底到盖面都需要掌握此原则。焊接时运条两边停顿，盲板处要多停顿、给予充分热量，且掌握好焊丝移动速度，焊缝表面平整或焊缝中间稍内凹为佳，便于多层焊缝的层间熔透，否则焊缝中间高两边低，两侧形成夹角就容易使焊缝内部产生缺陷，探伤合格率低。

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Truss fabrication technology of curved pipe

KANG Meng1，JIANG Dianzhong2，CHEN Fei1，ZHANG Qiangyong3
（1.Jiangsu Zhongnan Building Industry Refco Group Ltd.，Shandong Jincheng Steel Co.，Ltd.，Zibo 255100，China；2.Hubei Jinggong Steel Strucrure Co.，Ltd.，Wuhan 430311，China；3.Xuzhou Construction Machinery Technician College，Xuzhou 221116，China）

With the rapid development of construction steel structure industry，roof structure of industrial workshop，stadium，exhibition halls，theaters，and airport terminal building，is not only required to satisfy general function，but on the premise of meet the requirements of general function，gradually to develop in the direction of beautiful，novel，unique，span is more and more big，the rules of appearance by a single plane shape to the complex three-dimensional modelling，compared with the traditional craft production. This paper mainly takes Spain pavilion as an example，in view of the surface truss makes a brief analysis and elaboration，to make a guidance and reference for the machining of the similar components.

steel structure；curved truss；making process

TG457.4

B

1001-2303（2016）11-0111-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.11.24

献

康猛，姜殿忠，陈飞，等.异形双曲面管桁架制作工作[J].电焊机，2016，46（11）：111-113+122.

2015-08-20；

2016-02-26

康猛（1982—），男，湖北宜昌人，工程师，学士，主要从事建筑钢结构制作工艺、焊接技术以及焊接培训方面的工作。