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鑄鋼節(jié)點是鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點處整體鑄造的建筑鑄鋼件
鑄鋼節(jié)點定義,鑄鋼節(jié)點是在建筑結(jié)構(gòu)中,將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、部件或板件連接成整體的鑄鋼件,多桿件連接的節(jié)點以及建筑上有特殊外形要求時可采用鑄鋼節(jié)點
隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展,為了滿足建筑造型及功能要求,新型建筑體系不斷出現(xiàn),結(jié)構(gòu)跨度愈來愈大,這將使連接各構(gòu)件的節(jié)點構(gòu)造日趨復(fù)雜,傳統(tǒng)的節(jié)點形式已不能滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)發(fā)展的要求。 鑄鋼節(jié)點作為我國新興的節(jié)點形式以其*的優(yōu)點在鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用中顯示出合理性與適應(yīng)性,不僅解決了焊接球節(jié)點由于結(jié)構(gòu)跨度的增大使球徑過大的困難,而且可解決鋼管相貫節(jié)點由于進(jìn)行相貫線的切割導(dǎo) 致施工不便的問題。隨著鑄造工藝的提高, 鑄鋼節(jié)點在鋼結(jié)構(gòu)中將得到日趨廣泛的應(yīng)用。然而我國對這方面的研究很少,還沒有 相關(guān)文獻(xiàn)從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面系統(tǒng)研究鑄鋼節(jié)點。
目前,為了適應(yīng)鑄鋼節(jié)點的快速發(fā)展, 我國準(zhǔn)備編制鑄鋼節(jié)點規(guī)范,因此對鑄鋼節(jié)點的研究勢在必行。本文從鑄鋼節(jié)點的特點、設(shè)計、質(zhì)量控制、焊接等方面進(jìn)行系 統(tǒng)研究,提出了鑄鋼節(jié)點的設(shè)計準(zhǔn)則,不僅 為該種節(jié)點在工程中的推廣應(yīng)用提供指 導(dǎo),而且為今后規(guī)范的編制提供參考。
鑄鋼節(jié)點的特點以及類型
1.1鑄鋼節(jié)點的常用結(jié)構(gòu)形式
鑄鋼節(jié)點的常用結(jié)構(gòu)形式有樹型鑄鋼 節(jié)點、釵接鑄鋼節(jié)點及混合型鑄鋼節(jié)點等。 樹型鑄鋼節(jié)點,用來取代主管與多根支管 相貫的節(jié)點,用對接焊縫取代相貫焊縫,焊 縫分散,減少了焊接應(yīng)力集中。釵接鑄鋼節(jié) 點,常用于桿件端部連接處(如支座處等), 可簡化節(jié)點、造型美觀。混合型鑄鋼節(jié)點, 具有樹型鑄鋼節(jié)點和釵接鑄鋼節(jié)點的共同 特點。在南京奧林匹克體育中心項目中還設(shè)計了鑄鋼球節(jié)點。
1.2鑄鋼節(jié)點的特點
鑄鋼節(jié)點與普通管相貫節(jié)點、管板節(jié) 點相比,具有以下特點:
1)可根據(jù)實際需要設(shè)計結(jié)構(gòu)形式,可 塑性強、造型美觀。
2)鑄鋼節(jié)點一般為實心,僅在接口處 局部挖空,即使全為空心,也比鋼管或鋼 板厚。因此承載力高、抗變形能力強。
3)鑄鋼節(jié)點常以對接焊縫取代管管相 貫焊縫、取消管板組合焊縫,可分散焊縫, 減少焊接量,減小焊接應(yīng)力集中。
4)勻質(zhì)性相對較差
2、鋼結(jié)構(gòu)用鑄鋼節(jié)點在國內(nèi)廣泛推廣需 要解決的幾個問題
在國內(nèi),由于結(jié)構(gòu)用鑄鋼件應(yīng)用于大 型民用建筑鋼結(jié)構(gòu)中的重要節(jié)點剛剛起 步,鑄鋼節(jié)點廣泛推廣應(yīng)用迫切需要解決 的主要問題如下:
2.1鑄鋼件標(biāo)準(zhǔn)
國內(nèi)現(xiàn)行鑄鋼標(biāo)準(zhǔn)《焊接結(jié)構(gòu)用碳素 鋼鑄件MGB7659-87)是20世紀(jì)80年代編 的,材料的S、P含量控制較寬松(M0104%), 對材料的碳當(dāng)量沒有限制,材料的沖擊值 較低。實際上,目前我國鋼材的冶煉技術(shù)已 達(dá)到水平,該標(biāo)準(zhǔn)對于鑄鋼件的 尺寸公差、鑄件的表面質(zhì)量也要求較低。根 據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的鑄件遠(yuǎn)不能滿足祖國大江 南北大跨度焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件的需要。因 此,國內(nèi)迫切需要一套適用于大跨度管桁 架焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件的標(biāo)準(zhǔn)。目前大跨度 管桁架焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件主要是引用國外標(biāo)準(zhǔn)。
2.2鑄鋼件生產(chǎn)
由于我國現(xiàn)行鑄鋼標(biāo)準(zhǔn)要求不高,許多鑄造廠生產(chǎn)設(shè)備簡陋,難以滿足大跨度 焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件交付技術(shù)條件要求。在蘇州體育場、上海新國際博覽中心、深圳游泳跳水館等工程的鑄鋼件生產(chǎn)中,均出現(xiàn)過因鑄鋼件質(zhì)量問題而返爐重新澆鑄的現(xiàn)象,成本大大增加。另外,現(xiàn)有鑄造廠冶煉 爐的容積較?。ㄆ毡闉?t),不能滿足單件重 量較大鑄件的需要。為了保證質(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)能力,滿足工程需要,鑄造大 跨度焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件的生產(chǎn)廠應(yīng)進(jìn)行技 術(shù)改造,包括從制模、冶煉、熱處理直至檢驗的全過程改造。
2.3鑄鋼件無損檢測
超聲探傷是檢驗鋼材內(nèi)部方便、經(jīng)濟(jì)、有效的檢測手段。在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè), 超聲探傷是的一種檢測方法?,F(xiàn)行國標(biāo)《鑄鋼件超聲探傷及質(zhì)量評級方法》 (GB7233-87)僅適用于厚度大于等于30mm 的鑄鋼件。事實上,大跨度焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼 件厚度是變化的,在焊接接口處常常較薄, 厚度小于30mm也很常見,該部位是十分重要的,按國標(biāo)則無法檢測。
2.4鑄鋼件焊接及焊縫無損檢測
現(xiàn)行的有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)焊接的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中,包括發(fā)布執(zhí)行的《建筑鋼結(jié)構(gòu) 焊接技術(shù)規(guī)程?(JGJ81-2002),均沒有針對 鑄鋼件焊接的有關(guān)規(guī)定。在參照執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 時有爭議。例如:現(xiàn)行的鋼材焊接工藝評定 標(biāo)準(zhǔn)均要求進(jìn)行冷彎試驗,但所有鑄鋼標(biāo) 準(zhǔn)對鑄鋼件并無冷彎性能要求。那么,進(jìn)行鑄鋼件焊接工藝評定時是否應(yīng)進(jìn)行冷彎試驗?zāi)?另外,目前鑄鋼件焊接主要釆用手工電弧焊,其他焊接方法應(yīng)用于鑄鋼件還有 待于進(jìn)一步實踐。由于鑄鋼件組織不均勻、晶粒粗大、透 聲性差、衰減嚴(yán)重,焊縫超聲探傷的評審困難,焊縫檢測現(xiàn)也無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)可循。
3、鑄鋼節(jié)點質(zhì)量控制
雖然鑄鋼節(jié)點在國內(nèi)廣泛推廣還需解決許多問題,但設(shè)計師們正不斷采用該結(jié)構(gòu)形式。通過實踐,施工單位應(yīng)從設(shè)計、鑄 造、焊接、檢驗等幾個方面嚴(yán)格控制鑄鋼節(jié)點質(zhì)量。
3.1節(jié)點的細(xì)部設(shè)計
鑄鋼節(jié)點的細(xì)部設(shè)計在滿足承載能力的同時,應(yīng)考慮滿足鑄造、制作及焊接工藝 要求。
1)鑄鋼件細(xì)部設(shè)計應(yīng)避免尖角或直 角,且有利于氣體排出。
2)鑄鋼件焊接應(yīng)采用對接焊縫,盡量 避免T形接頭,以降低焊接應(yīng)力。
3)明確鑄鋼件的化學(xué)成分、機(jī)械性能、 熱處理制度、精度要求、檢驗方法和合格等 級等。
3.2鑄鋼多節(jié)點焊接及焊接檢驗
3.21焊接工藝評定
鑄鋼節(jié)點焊前首先要進(jìn)行焊接工藝評 定。可參照《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》 (JGJ81-2002)或《鋼制壓力容器焊接工藝評 定?(JB4708-2000)進(jìn)行。彎曲試驗是否可免 做,應(yīng)征得設(shè)計或監(jiān)理方的同意。
3.22焊接方案及實施
焊接工藝評定合格后,應(yīng)根據(jù)評定結(jié) 果及結(jié)構(gòu)形式編制詳細(xì)的焊接方案,以指 導(dǎo)施工。焊工正式焊接鑄鋼件前,應(yīng)進(jìn)行焊 前模擬考試,并接受安全教育及技術(shù)培訓(xùn)。
鑄鋼節(jié)點焊接除應(yīng)做好焊材烘烤、坡 口清理、逐層清渣等常規(guī)焊前準(zhǔn)備、焊接過 程質(zhì)量控制工作之外,還應(yīng)重點考慮以下 幾個方面。
1)預(yù)熱及層間溫度。由于鑄鋼節(jié)點大 部分較厚,工藝要求進(jìn)行預(yù)熱,但鑄鋼件形 狀不規(guī)則,厚度也不均勻,給預(yù)熱帶來很大 難度。為了避免焊縫產(chǎn)生冷裂紋,必須采取 有效的預(yù)熱措施,確保達(dá)到預(yù)熱溫度且溫 度均勻。焊接應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,以保證層間溫度 不低于預(yù)熱溫度。
2)焊縫返修。在施工過程中,由于大多 數(shù)鑄鋼件焊縫為全位置單面對接焊縫,焊 接難度大,岀現(xiàn)焊縫返修是正常的。但鑄鋼 件剛性大,返修會使局部應(yīng)力增加,返修還 可能降低調(diào)質(zhì)態(tài)鑄鋼的強度,因此應(yīng)采取 切實有效措施降低返修率,避免二次返修。
4、綜上所述
鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展,大跨度管桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)用前景更加廣闊,大跨度焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼節(jié)點愈來愈受到人們的重視。雖然在應(yīng)用中存在這樣那樣的問題,但我們相信,隨著對鑄鋼節(jié)點研究的深入,這些問題必然會逐步得到解決,大跨度焊接 結(jié)構(gòu)用鑄鋼件的理論及應(yīng)用技術(shù)將日益完善
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