趙霄劍

（太原市建設(shè)工程質(zhì)量安全站，山西 太原 030009）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)延展性好、塑性形變能力強(qiáng)，具有良好的抗震等級(jí)和抗沖擊性能，可提升建筑的安全穩(wěn)定性，在劇院、體育場(chǎng)館、大型堆場(chǎng)（棚）等公共建筑和工業(yè)建筑中尤為常見。在對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行焊接過(guò)程中，局部不均勻的加熱使鋼構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生殘余塑性變形和殘余應(yīng)力，由此引起鋼結(jié)構(gòu)的變形，從而使鋼構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性降低，最終降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力；另外，對(duì)那些較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)鋼梁，運(yùn)輸、吊轉(zhuǎn)也有可能引起變形。項(xiàng)目建設(shè)中，構(gòu)件的變形需要校正。在丁果仙大劇院改擴(kuò)建項(xiàng)目中，眾多焊接預(yù)制的鋼構(gòu)件存在焊接變形，采用火焰校正法對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行了校正。本文結(jié)合該項(xiàng)目，對(duì)火焰校正法在大型鋼構(gòu)件變形校正中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 火焰校正法概述

金屬材料存在熱脹冷縮的特點(diǎn)，當(dāng)材料局部加熱時(shí)，被加熱部分的材料受膨脹，但由于周圍環(huán)境溫度低，因此受熱處材料受到膨脹的限制，材料受到壓縮，即此加熱處受到壓縮應(yīng)力，當(dāng)停止加熱發(fā)生冷卻時(shí)，就發(fā)生加熱部分的材料會(huì)比原來(lái)材料的長(zhǎng)度減短的情況?；鹧娉C正就是利用金屬這種特性，用火焰加熱的方式在適當(dāng)位置對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加熱，從而當(dāng)構(gòu)件冷卻時(shí)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，用來(lái)起到校正變形的作用。

在焊接過(guò)程中，因?yàn)閷?duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行局部不均勻的加熱，使鋼構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生殘余塑性變形和殘余應(yīng)力，由此引起鋼結(jié)構(gòu)的變形，從而使鋼構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性降低，最終降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力。因此，需要對(duì)構(gòu)件焊接中出現(xiàn)的變形進(jìn)行校正。校正方式主要有機(jī)械方式、加熱方式，其中，火焰校正是通過(guò)加熱的方式達(dá)到構(gòu)件校正的目的?；鹧嫘Ｕ氉⒁猓坏囟鹊目刂撇环弦?，相應(yīng)的熱循環(huán)必然被材料受熱部分所承受，從而材料的結(jié)構(gòu)性能會(huì)受到一定程度的影響。不同校正溫度的適用范圍見表1所示。

表1 不同校正溫度的適用范圍（材質(zhì)為低碳鋼）

針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形常用的火焰校正法主要有三角形加熱法、線狀加熱法、點(diǎn)狀加熱法。影響火焰校正效果的主要因素包含以下幾個(gè)方面：一是加熱的形狀；二是加熱的位置；三是加熱的速度；四是加熱區(qū)的大??；五是冷卻速度。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

丁果仙大劇院改擴(kuò)建項(xiàng)目總建筑面積20320.9m2，建筑層數(shù)地上2層，地下3層，其中地上面積為7080.8m2，地下面積為13240.1m2。主體設(shè)計(jì)為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。屋面工程為鋼結(jié)構(gòu)體系，該項(xiàng)目中運(yùn)用了大量的火焰校正方法。

2.1 火焰校正法工藝流程

（1）提前做好校正前的準(zhǔn)備工作，檢查乙炔、氧氣、設(shè)備與工具的狀態(tài)，選用火焰校正對(duì)應(yīng)的烤槍、焊嘴。

（2)采用石筆進(jìn)行鋼梁中線的放樣，確定鋼梁是否變形，并分析變形的類別。

（3）確認(rèn)校正件的材質(zhì)，了解其相關(guān)的塑性、結(jié)構(gòu)特性、技術(shù)條件及裝配關(guān)系等，從而確定其構(gòu)件的變形類型[1]。常見的主要構(gòu)件變形類型有：縱向和橫向收縮、角變形、彎曲變形、扭曲變形和波浪變形，見圖1所示。

圖1 構(gòu)件變形類型

（4）先確定加熱順序和加熱位置，再考慮是否需要增加外力。通常從剛性大的方向和變形大的部位開始校正，然后在鋼梁變形處進(jìn)行標(biāo)記。

（5）確定校正方式，一般對(duì)于變形大的構(gòu)件，其加熱溫度為610～830℃。

（6）檢查火焰校正的質(zhì)量，對(duì)不能滿足工程質(zhì)量要求的須進(jìn)行二次的火焰校正。如果存在校正量過(guò)大的情況，應(yīng)該從反方向進(jìn)行火焰校正，直到火焰校正能達(dá)到技術(shù)要求。

（7）除了針對(duì)專門技術(shù)規(guī)定的校正件需要做退火處理，通過(guò)退火處理消除校正應(yīng)力[2]外，一般構(gòu)件經(jīng)過(guò)火焰校正后是不需要進(jìn)行退火處理的。

（8）具體的施工工藝流程見圖2所示。

圖2 施工工藝流程

2.2 主要施工機(jī)具設(shè)備及材料

配備的設(shè)備見表2所示，需要的材料主要為氧氣和乙炔。

表2 主要機(jī)具設(shè)備

2.3 質(zhì)量控制規(guī)范

質(zhì)量控制依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2020）、《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB50661-2011）與《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》（GB50755-2012）。

2.4 安全措施

該工程進(jìn)行火焰校正的安全繩按照《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ80）布置。工程中為保證工人在其過(guò)程中高空行走，在每根鋼框架梁中拉設(shè)兩道安全繩；邊梁位置兩股。次梁安裝時(shí)，工人通過(guò)次梁兩頭主梁上的安全繩懸掛安全帶進(jìn)行安裝。上、下鋼梁時(shí)工人通過(guò)十字柱上的爬梯上下。鋼柱間邊梁位置上方安全繩布置示意如圖3所示。

圖3 鋼柱間BGL邊梁位置上方安全繩布置示意圖

鋼梁焊接用Φ14圓鋼制作，在掛鋼梁的整個(gè)位置進(jìn)行加強(qiáng)（即雙排鋼筋），進(jìn)人深度不低于1400mm，吊籠主要受力為受拉，為3.3t，滿足使用要求。

在施工前必須加強(qiáng)施工人員的班前安全教育，做好安全技術(shù)交底，未經(jīng)三級(jí)教育的施工人員不得上崗。所有機(jī)具設(shè)備的操作人員必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格訓(xùn)練，持證上崗，并嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，嚴(yán)禁違章作業(yè)。臨時(shí)設(shè)施及變壓器等供電設(shè)施，應(yīng)采取防護(hù)措施，并增設(shè)屏障、遮欄、圍欄、保護(hù)網(wǎng)[3]。

2.5 環(huán)保措施

光污染控制：合理安排施工作業(yè)時(shí)間，盡量避免在夜間施工。在保證滿足施工要求下，調(diào)整燈光的照射方向，減少對(duì)周圍居民的影響。焊接作業(yè)必須在具有遮光措施的平臺(tái)內(nèi)，施工人必須在面罩內(nèi)操作。

固體廢棄物控制：在工作安排時(shí)須明確固體廢棄物收集，安排專人負(fù)責(zé)日常管理。有毒有害類的廢棄物不與無(wú)毒無(wú)害的廢棄物混放現(xiàn)場(chǎng)，并按標(biāo)識(shí)分類堆放。

2.6 經(jīng)濟(jì)效益分析

采取傳統(tǒng)機(jī)械校正工法時(shí)，需要將變形的鋼構(gòu)件進(jìn)行返廠，采用大型機(jī)械進(jìn)行冷加工，從而滿足設(shè)計(jì)要求。使用火焰校正方法，在施工現(xiàn)場(chǎng)可以很高效地進(jìn)行處理，縮短了工期、保證了構(gòu)件質(zhì)量，同時(shí)減少了資源的浪費(fèi)[4]。

丁果仙大劇院改擴(kuò)建等項(xiàng)目均采用了火焰校正法進(jìn)行鋼構(gòu)件的校正，與傳統(tǒng)的機(jī)械校正施工工藝相比，減少了材料投入，明顯加快施工進(jìn)度、提高了勞動(dòng)效率等，滿足房建工程對(duì)施工的要求。經(jīng)濟(jì)效益分析見表3所示。

表3 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析（單位：萬(wàn)元）

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，火焰校正法可行可靠，是進(jìn)行鋼梁校正的一種有效方法，該方法可采用多個(gè)烤槍進(jìn)行平行作業(yè)，可有效縮短工期。實(shí)際應(yīng)用證明，火焰校正法進(jìn)行鋼構(gòu)件的校正，與傳統(tǒng)的機(jī)械校正施工工藝相比，減少了材料投入，明顯加快施工進(jìn)度、提高了勞動(dòng)效率；其施工機(jī)械簡(jiǎn)單，易操作，施工噪音較低，有利于環(huán)境保護(hù)。