试论钢结构弯扭构件的制作及精度控制

摘要：钢结构是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。随着建筑业的快速发展以及人们对建筑物的审美要求也越来越高，建筑的造型也变得越来越新颖，结构也越来越复杂，基于以上原因，大跨度的空间弯扭结构由于延展性及抗震性优越等特点在建筑行业得到了广泛的应用。因为传统的钢筋混凝土结构无法满足这种特殊的结构要求，所以只能由钢结构工程来实现这一特点。本文就对钢结构工程中弯扭构件的制作工艺与加工时的精度控制进行了简单的讨论。

关键词：钢结构 弯扭构件 制作 精度控制 质量检测

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

钢结构工程与普通的钢筋混凝土结构相比具有匀质、高强、施工速度快、抗震性能好等优点，因为钢比砖石和混凝土的强度和弹性模量高出很多倍，因此在一样的荷载条件下，钢板件的质量要远远的轻于混凝土结构，而且从被破坏方面来看，钢结构在事先有较大的变形预兆，属于延性破坏结构，这样就能事先发现危险从而避免重大事故的产生。虽然钢结构有很多的优点，但是其制作工程存在着很多的难点，尤其是弯扭构件的制作更是钢结构工程的一个重点和难点。

1 钢结构弯扭构件的特点

弯扭构件是截面形心轴线在两个平面内的弯曲，并伴随着横截面逐步扭转的构件，弯扭板件的外形特点决定了其在生产过程中的加工制作与现场安装以方面的技术难度与特色。在钢结构弯扭构件制作过程中的重点与难点包括：空间双曲扭板的精确放样及成型；弯扭箱体的装配及内隔板定位精度的控制；扭曲箱体及扭腿的组装精度控制；弯扭构件焊接变形的控制；弯扭构件外形尺寸的测量检验。

2 钢结构弯扭构件的成型

钢结构弯扭构件的制作重点为板件的弯扭成型，由于无模成型技术在多个工程（尤其是国家体育场工程）中的应用，使其在弯扭构件的成型制作中得到广泛的应用。无模成型的原理是将多点成形技术和计算机技术结合为一体的先过制造技术，实际上一种数控模具成形。多点成形是金属板材三维曲面成形的新技术，其原理是将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的冲头。在整体模具成形中，板材由模具曲面来成形，而多点成形则通过对各基本体运动的实时控制，自由地构造出形面，实现板材的三维曲面成形。无模成型与其它成型方法相比，具有成型效率高、能源消耗低、成型精度高、残余应力小等优点，因此在钢结构工程中弯扭构件的成型都大多采用这种方法。

3 钢结构弯扭构件的制作工艺

弯扭构件的制作是钢结构工程中的重中之重，它的制作质量直接关系着整个钢结构工程的质量。因此我们在进行弯扭构件的制作时，一定要根据规范标准与既定工艺进行制作以确保弯扭构件的质量。以下我们就对弯扭构件制作过程中的工艺预备以及装配与焊接工艺进行分析。

3.1 弯扭构件的工艺预备

在进行弯扭构件的加工与制作时，首先要对图纸的技术要求深入的分析，确保在制作时的各项指标均在图纸要求范围之内。其次严格控制所用钢板的质量，钢板的表面不得有锈蚀、油污、凹坑等缺陷，钢板厚度偏差应小于-0.3mm而且板件下料前必须对钢板进行矫平处理，矫平应采用机械矫平，矫平后的钢板平面度应控制在1.5mm/m范围内。最后在正式切割前要对下翼板、腹板内表面以及上翼板下表面进行隔板定位线、加工余量线、牛腿定位线的喷粉划线，并标示隔板厚度方向，而且板件的坡口不可采用手工切割，应采用半自动切割机进行加工，在坡口加工完毕后，必须对破口面及附近30mm范围进行打磨，清除氧化渣及差氧化皮等杂物。

3.2 弯扭构件的装配工艺

在弯扭构件的装配工艺中，首先要根据弯扭构件的结构特点在平台上划出相关的投影线，并对控制点打上样冲眼，在这之后根据投影线的位置以及设计提供的各尺寸控制点坐标旋转胎架，在保证装配及焊接可操作性的前提下，应尽量的降低胎架的高度。其次就是下翼板就位，在下翼板检测合格后，吊到胎架上，并保证各重要控制点与胎架接触，对重要控制点坐标检测合格后，将下翼板与胎架刚性固定，然后依据隔板下翼板上表面的喷粉线及空间形位尺寸装配隔板。在下翼板就位以后，我们就要装配隔板与腹板，依据下翼板上表面的喷粉线及空间形位尺寸装配隔板，在组立腹板时以隔板为内侧靠模，装配外侧的整体腹板和内侧节点处腹板分段，通过线锤与地面投影点的吻合和水准仪对Z值的控制，调节实测重要控制点空间坐标与理论重要控制点空间坐标使其相吻合，从而进行腹板精确定位。在这些工作完成之后，最后要进行的就是整体装配的工作，在装配过程中，为减少焊接变形，加快制作的进度，我们可以采用牛腿先小拼完成，检查合格后再与构件整体拼装的方法。

3.3 弯扭构件的焊接工艺

在弯扭构件的装配过程中，隔板与腹板的连接采用了焊接处理，为了避免构件的焊接变形，就要对弯扭构件的焊接工艺进行严格的控制。在焊接前应清理焊接区域内的水分、油污、氧化皮等影响焊接质量的物质，并打磨露出良好金属光泽。由于弯扭构件的焊缝多数呈曲线起伏形，为了更有效的保证焊缝的焊接质量，要求所胡焊缝尽可能使其处于平焊位置焊接，不方便进行翻身或操作空间有局限性的，也可采用横焊或立焊位置焊接，但是严禁采用仰焊位置焊接。在焊接过程中还要采取合理的焊接顺序，尽量采用对称施焊的方法以减少构件的整体变形，降低焊接应力；在焊接较多的组装条件下，应根据构件形状和焊缝的布置，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝，先焊拘束度较大的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。

4 钢结构弯扭构件的制作精度控制

为了使弯扭构件在图纸设计要求范围之内，就要对其制作精度进行控制，以确保弯扭构件的制作质量。

4.1 组装精度控制

控制弯扭构件的组装精度可开发专用的软件，精确板件放样。依据深化设计图纸参数曲面展开、隔板装配位置。下料与成型均采用数控设备，控制下料、划线和成型精度。弯扭板件采用多点无模成型技术成型，并采用闭环成型技术保证板件弯扭成型精度。

4.2 装配精度的控制

弯扭构件在专用胎架上应采用三坐标装配工艺进行精确定位装配，装配前检验零件精度，装配时采用工艺隔板做内胎，并采用角部定位器、斜楔、弓形夹紧器等工装夹具控制装配精度，装配后，对外形尺寸和定位焊检验合格后方可下胎施焊。

4.3 焊接变形控制

弯扭构件主要以中薄板箱形为主，构件外形属细长杆类，箱体焊接的主要变形有挠曲（正弯）、侧弯、角变形及扭曲变形等，必须在组装、焊接时加以控制。为了避免此类结构的变形，应主要从焊接方法、焊接坡口、焊接顺序以及刚性支撑等多个方面加以控制。

5 钢结构弯扭构件的质量检测

钢结构工程中的弯扭构件的质量检测就严格按照国家和地方现行颁布的有关规范、规程和标准执行，并设置专职的质量检验人员按照相关规范、工程招标文件、招标图纸以及设计要求等相应规定进行自检，在符合要求后，填写工程检验报告单，向监理工程师申请检验。在进行检验时，应主要对焊接的外观、构件的外形尺寸进行检测。检测方法可采用无损检测，在进行检测前应了解构件的名称、材质、规格、焊接工艺、热处理情况及坡口形式，无损检测需在构件焊接完成后至少24小时，并且必须经外观检验合格的情况下进行，而且在无损检测前构件检验面探头移动区应清除焊接飞溅、锈蚀、氧化物及油污，必要时表面应打磨平滑，且打磨的宽度至少在探头的范围之内。

结束语:弯扭构件的成型与制作是钢结构工程的重点，但在实际制作过程中也存在着诸多的难点，但通过以上对钢结构弯扭构件的制作及精度控制的分析，我们可以知道为了保证弯扭构件符合图纸设计要求与工程质量，在成型、装配与焊接时就一定要严格根据既定的工艺进行操作，并在制作过程中加强对弯扭构件的质量检测，以确保其精度在可控范围之内。