箱型柱內(nèi)隔板的結(jié)構(gòu)方案與工藝

箱型柱內(nèi)隔板的結(jié)構(gòu)方案與工藝箱型柱的內(nèi)隔板通常有牛腿相連內(nèi)隔板和工藝隔板，牛腿內(nèi)隔板是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定的，具有加強(qiáng)柱體強(qiáng)度和剛度，傳遞牛腿承載后的力到柱體的作用。而工藝隔板是由制作單位技術(shù)人員在進(jìn)行詳圖設(shè)計(jì)或工藝設(shè)計(jì)時(shí)，為抵抗和減小在箱型柱制作過(guò)程中的變形，而附加的內(nèi)隔板。對(duì)于由于設(shè)計(jì)圖確定的結(jié)構(gòu)和連接要求在常規(guī)工藝條件下會(huì)失穩(wěn)變形的箱形柱，應(yīng)在審圖時(shí)向有關(guān)方面及時(shí)提出，要增加結(jié)構(gòu)內(nèi)隔板，使增加箱柱截面剛性。否則在做詳圖中加入，設(shè)計(jì)可能不予以承認(rèn)增加的重量。在詳圖中沒(méi)有，只是工人為了方便自行增加的工藝隔板，是不能被計(jì)入決算的。本文所指的內(nèi)隔板只是指牛腿內(nèi)隔板。內(nèi)隔板的四邊在箱體內(nèi)的焊接一般有四種情況。第一種是三面用電弧焊，一面（蓋板的一面）用電渣焊；第二種是二面用電弧焊，二面用電渣焊；第三種是四面都用電渣焊；第四種是三面用電弧焊，一面（蓋板的一面）采用在蓋板上開(kāi)塞焊孔進(jìn)行電弧焊塞焊。以上四種情況各有它的優(yōu)缺點(diǎn)，它應(yīng)分別用于不同的箱柱結(jié)構(gòu)。通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的節(jié)點(diǎn)要求中都有指定的焊接方式要求。但在指導(dǎo)圖中沒(méi)有指定時(shí)，才能由詳圖設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，來(lái)確定采用哪種方式，并經(jīng)設(shè)計(jì)院認(rèn)可。第一種情況主要是用在制作廠對(duì)隔板的機(jī)械加工困難，箱柱加工能力和水平較差的，電渣焊操作技術(shù)力量較差的情況。也有用于箱體截面較小，對(duì)箱柱要求不高的場(chǎng)合。第二種情況是規(guī)范所要求的方式，用于常規(guī)的箱形柱。第三種情況是用于截面較大的箱柱，機(jī)加能力較強(qiáng)，是電渣焊操作技術(shù)較好，勞動(dòng)力相對(duì)較貴的場(chǎng)合。第四種情況是用于箱柱板較薄，難以進(jìn)行電渣焊，或沒(méi)有電渣焊設(shè)備時(shí)采用。塞焊孔一般不采用通長(zhǎng)孔，而是間斷型。另外通常采用塞焊的一側(cè)沒(méi)有牛腿等受力零部件的連接。本文主點(diǎn)介紹常規(guī)的即二面電弧焊，二邊電渣焊的內(nèi)隔板。這也是絕大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)制作廠所用的方案。一.二條電弧焊焊縫箱型柱內(nèi)隔板的二條電弧焊焊縫，在十多年前的JGJ99-98《民用高層鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中就有全熔透焊要求，而設(shè)計(jì)圖中有時(shí)還是一級(jí)焊縫要求。這是不合理的要求。特別在復(fù)雜的、柱外牛腿和支撐數(shù)量多的箱柱，使箱體內(nèi)的內(nèi)隔板數(shù)量多而密，全熔透焊縫的可行性更是問(wèn)題?，F(xiàn)實(shí)中雖然是都已通過(guò)監(jiān)理的，但其實(shí)許多工廠都是沒(méi)有達(dá)到。這二條用電弧焊的焊縫是不宜用熔透焊要求，而應(yīng)用等強(qiáng)要求，理由如下：1。 內(nèi)隔板焊縫應(yīng)該不屬于“承受動(dòng)載且需要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算的構(gòu)件”。2。 它也不屬于“在不需要進(jìn)行疲勞計(jì)算的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的對(duì)接焊縫應(yīng)予焊透”因?yàn)樗菍?duì)接與角接組合焊縫，在規(guī)范中是對(duì)接焊縫與對(duì)接與角接組合焊縫是分別說(shuō)明的兩種焊縫。

3。內(nèi)隔板與箱體的焊縫，雖其受力有部分是垂直于焊縫長(zhǎng)度方向，但此時(shí)隔板與箱板是同一剛性體，外牛腿的翼板通過(guò)柱體再傳到內(nèi)隔板，應(yīng)力已經(jīng)衰減，已不是原來(lái)翼板傳給箱柱的力了,所以不應(yīng)該是等強(qiáng)焊縫。內(nèi)隔板在U形箱體內(nèi)如要進(jìn)行全熔透焊，有兩種方案:方案一是反面加墊板的單坡口熔透焊，這種方法施焊，箱板變形嚴(yán)重，要多加工藝隔板和支撐，增加較多成本。特別是內(nèi)隔板間距小，箱體橫截面尺寸較小的箱體的內(nèi)隔板，操作可行性很差，根圖1單坡口襯板熔透焊易產(chǎn)生未熔合示意圖部熔合難以保證。見(jiàn)圖1圖1單坡口襯板熔透焊易產(chǎn)生未熔合示意圖箱柱內(nèi)內(nèi)隔板只能是垂直放置，焊工在U型槽內(nèi)焊接，人眼很難觀察到坡口部，而且操作位置窄小，易造成根部未熔合。方案二是采用開(kāi)雙面坡口的熔透焊。此方法由于在箱體內(nèi)采用的只能是人工電弧焊，底層焊縫成形寬度和熔深都是不可能一致的。所以要采用反面清根的方法來(lái)保證根部的熔透性，但由于操作空間的窄小，人眼難以看到根部的熔合情況，氣刨操作難度極大，氣刨氣流在U型箱體內(nèi)回轉(zhuǎn)反向噴向操作者、氣刨后的表面難以清理和氣刨后的熔透性焊接作業(yè)區(qū)難以直接觀察到。箱柱內(nèi)的兩條電弧焊焊縫要進(jìn)行全熔透焊，按方案一，因焊縫的單側(cè)單體橫截面大，橫向收縮應(yīng)力很大，將造成箱板縱向彎曲變形，按方案二，因?yàn)橐甯鶜馀僭俸附?，失去了原鈍邊的支持，焊縫在剛性箱柱體的拘束作用下橫向收縮應(yīng)力很大，造成在臨界屈曲狀態(tài)下的殘余應(yīng)力與應(yīng)變。在GB50661-2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》的條文說(shuō)明中，已對(duì)焊縫計(jì)算厚度的應(yīng)用有所說(shuō)明：“全焊透焊縫或部分焊透焊縫…都存在著焊縫計(jì)算厚度的問(wèn)題，…如果設(shè)計(jì)者應(yīng)用表中折減值對(duì)焊縫承載應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，即可允許采用不加墊板的全焊透坡口形式，反面不清根焊接，作為部分焊透坡口焊縫使用。施工中可不使用碳弧氣刨清根，這對(duì)提高施工效率和保障施工安全等有很大好處?！痹贕B50661-2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》中，對(duì)承受靜荷載的節(jié)點(diǎn)已有用部分熔透的T接焊縫代替全熔透焊的要求，見(jiàn)圖2：圖2規(guī)范中用部分熔透焊縫代替全熔透的要求所以作為對(duì)原圖紙要求全熔透一級(jí)焊縫的變更，可以向設(shè)計(jì)院提出在進(jìn)行詳圖設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用焊縫計(jì)算厚度的原則，把內(nèi)隔板的兩條電弧焊焊縫設(shè)計(jì)成與隔板等強(qiáng)的焊縫。方案如下圖3和圖4。圖3等強(qiáng)雙坡口焊縫（1） 圖4等強(qiáng)雙坡口焊縫（2）在箱體內(nèi)施焊條件不好時(shí)采用圖3方案，條件好時(shí)采用圖4方案。當(dāng)內(nèi)隔之間的間距較小時(shí)，背面不能進(jìn)行焊接時(shí)可按圖5方案進(jìn)行，在隔板厚度小于10mm時(shí)采用圖6角焊縫方案。圖5單面坡口焊縫 圖6雙面角焊縫由于目前的設(shè)計(jì)對(duì)上述觀點(diǎn)并不了解，所以最好是在談合同時(shí)就把此事解決。當(dāng)設(shè)計(jì)院對(duì)上述情況有疑義時(shí)，可以用以上述理由與其溝通，如設(shè)計(jì)院仍不同意可以與業(yè)主溝通與解釋。如全無(wú)效，剩下的只有和監(jiān)理進(jìn)行耐心的解釋與溝通了。所以在簽訂合同時(shí)，必須認(rèn)真對(duì)箱柱結(jié)構(gòu)了解，如箱柱截面尺寸小，隔板間距小，內(nèi)隔板要進(jìn)行全熔透焊在工藝性上更是不可能的。當(dāng)時(shí)就要向業(yè)主、甲方或設(shè)計(jì)院提出。熔透焊與等強(qiáng)是完全不同的兩個(gè)概念，熔透焊縫不等于與母材等強(qiáng)焊縫。只要有效焊縫厚度與母材相同，部分熔透的T接焊縫與全熔透焊縫其焊縫承載能力在理論上是相同的，但實(shí)際上因?yàn)槭┖腹に囆院茫缚p金屬的主要性能要高于全熔透焊縫。而且從應(yīng)力集中、焊接殘余應(yīng)力、變形方面也好于全熔透焊縫。但前提必須是焊縫質(zhì)量等級(jí)相同。規(guī)范中已有對(duì)部分熔透焊縫不低于二級(jí)焊縫的要求，改變了過(guò)去只是外觀為二級(jí)的要求。所以當(dāng)設(shè)計(jì)提出要按二級(jí)焊縫要求時(shí)，必須按二級(jí)焊縫對(duì)熔合的焊縫金屬厚度進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。在質(zhì)量管理不到位的單位，即使設(shè)計(jì)沒(méi)有提出二級(jí)要求，單位內(nèi)部也要對(duì)焊縫的熔深進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，對(duì)強(qiáng)度所要求的熔深進(jìn)行控制。二.兩條電渣焊焊縫在詳圖設(shè)計(jì)內(nèi)隔板時(shí)，首先要確定電渣焊的兩條邊是設(shè)計(jì)在箱柱的腹板側(cè)，還是在翼板側(cè)。這兩種方案都有其特點(diǎn)，考慮的因素大致有以下內(nèi)容：當(dāng)箱體橫截面是矩形時(shí)，一般電渣焊邊選在短邊。因?yàn)殡娫缚p的成本相對(duì)要大些，焊縫對(duì)母材的組織和性能的影響要大一些，對(duì)箱柱的殘余應(yīng)力也大。當(dāng)箱體橫截面是矩形時(shí)，短邊一般作翼板，長(zhǎng)邊作腹板，這樣電渣焊邊就在翼板上。當(dāng)箱體橫截面是方形時(shí)，在一般情況下，電渣焊邊宜選在翼板側(cè)，四條縱縫打底焊后，進(jìn)行電渣焊，焊后要把腹板坡口內(nèi)的引、熄弧段用氣刨剔除。最后焊完四條縱縫。如箱板厚度相對(duì)較大時(shí)，電渣焊邊可選在腹板上，先把箱體的縱縫先焊好，焊縱縫時(shí)熱輸入要適當(dāng)控制，防止腹板焊接變形（腹板中部向外凸起）后與電渣焊襯板的造成間隙。然后在翼板上鉆電渣焊孔。引、熄弧帽要略長(zhǎng)，割除后有縮孔及雜質(zhì)要刨凈后補(bǔ)焊。箱型柱的電渣焊通常分熔嘴是電渣焊和絲極電渣焊。在設(shè)計(jì)院進(jìn)行箱柱設(shè)計(jì)時(shí)，有的已確定了內(nèi)隔板的焊接是采用熔嘴電渣焊，還是絲極電渣焊。有的沒(méi)有明確要求。但不管如何，都要根據(jù)本公司內(nèi)的設(shè)備來(lái)確定。如公司只有熔嘴電渣焊，就要在設(shè)計(jì)圖和詳圖設(shè)計(jì)時(shí)把此問(wèn)題提出。熔嘴電渣焊可焊隔板厚在14-60mm，絲極的單絲可焊隔板厚在14-100mm（雙絲或加擺動(dòng)）。但通過(guò)電渣焊接頭的孔形設(shè)計(jì)，也可進(jìn)行更薄的隔板電渣焊，但成本要相對(duì)要增加。熔嘴電渣焊設(shè)備成本較低，維修簡(jiǎn)單成本低，但焊接成本較高。而絲極電渣焊則相反。由于鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)多數(shù)采用熔嘴電渣焊，本文只介紹熔嘴電渣焊工藝的內(nèi)隔板。熔嘴電渣焊接頭的設(shè)計(jì)主要根據(jù)目前熔嘴電渣焊機(jī)用的熔嘴外徑有08、10、12三種，按圖紙確定的主隔板的厚度，其襯板和焊縫截面的尺寸可參考圖7。在實(shí)際生產(chǎn)中還要應(yīng)依據(jù)焊接工藝評(píng)定。圖8內(nèi)隔板斜置時(shí)的電渣焊縫截面圖7熔嘴電渣焊接頭參考圖表 當(dāng)內(nèi)隔板與箱板斜置時(shí)，電渣焊縫宜設(shè)置在斜面上，見(jiàn)圖8。為避免焊縫截面的銳角處難以熔透，把襯板的焊縫面作特殊加工，使焊道成五邊形。此類焊縫必須進(jìn)行電渣焊的焊接工藝評(píng)定，評(píng)定要以焊縫橫截面鋸斷檢查焊縫金屬是否熔透為主。在規(guī)范中沒(méi)

電渣焊的內(nèi)隔板的尺寸與形位要求的精度決定了箱形柱的截面精度和電渣焊縫的質(zhì)量，為此內(nèi)隔板的尺寸和形位要求的精度一定要嚴(yán)格控件制。這樣才能在正確的箱柱裝配工藝條件下，使電渣焊襯板與箱板的間隙控制在1mm以內(nèi)。內(nèi)隔板的長(zhǎng)寬尺寸W、L的確定要依據(jù)圖紙中箱柱的名義尺寸，并考慮到箱板厚度負(fù)公差，要考慮到內(nèi)隔板裝配的直線度公差。內(nèi)隔板的外廓尺寸和精度是箱形柱截面精度的關(guān)鍵與核心，是確保電渣焊質(zhì)量的基礎(chǔ)。工藝人員一定要精心設(shè)計(jì)，使即保證箱柱的裝配與焊接要求，又能滿足制作工藝性。電渣焊襯板的材料牌號(hào)應(yīng)與箱板、主隔板相同，襯板的加工精度參照?qǐng)D8的要求。技術(shù)要求：-.襯板與主隔板按箱柱的電渣焊接頭的工藝詳圖設(shè)計(jì)。襯板條和隔板按各自的詳圖要求分別地進(jìn)行下料和機(jī)加工。內(nèi)隔板組焊后，相鄰邊要相互垂直，垂直度按邊長(zhǎng)/2000技術(shù)要求：-.襯板與主隔板按箱柱的電渣焊接頭的工藝詳