CN107152078B

CN107152078B - 铰接装置及利用其释放钢连廊焊接内应力的施工方法

Info

Publication number: CN107152078B
Application number: CN201710515024.4A
Authority: CN
Inventors: 洪兆林; 苏铠; 黎垚; 刘培; 张益民
Original assignee: China Construction Second Engineering Bureau Co Ltd; China Construction Second Engineering Bureau Yangguang Intelligent Manufacturing Co Ltd
Current assignee: China Construction Second Engineering Bureau Co Ltd; China Construction Second Engineering Bureau Yangguang Intelligent Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2037-06-29
Also published as: CN107152078A

Abstract

本发明公开的铰接装置及利用其释放钢连廊焊接内应力的施工方法，铰接装置设置在钢连廊的桁架结构上弦杆与两侧主体结构之间，包括支座段、后装段和后焊带，支座段设置在主体结构上，后装段一端部与桁架结构上弦杆焊接固定，后装段另一端部设置有凸块，凸块搭设在支座段上，并与支座段铰接连接；后装段下部设置有连接接头，连接接头与桁架结构斜撑杆焊接固定；支座段与后装段之间留有间隙，该间隙为S型，后焊带设置在S型空隙上。利用该铰接装置释放钢连廊焊接内应力的施工方法，不同于传统的钢连廊安装焊接方法，用检测后的数值与常规项目对比，本施工方法消除内应力效果显著，上弦对接内应力为103.5N/mm²，应力比为0.3。

Description

铰接装置及利用其释放钢连廊焊接内应力的施工方法

技术领域

本发明涉及建筑钢结构安装施工技术领域，特别涉及一种铰接装置及利用其释放钢连廊焊接内应力的施工方法。

背景技术

随着城市建筑用地的日益紧张以及建造成本的逐日剧增，各塔楼之间为了交通方便和立面造型美观，空中大跨度重型连廊也随之增多，对于跨度大，高度高的建筑，使用液压整体提升的方式是首选，但钢连廊的形式各异，重量不一，合适的提升方法必须兼顾成本、安全性以及施工简便性。

钢连廊大多处在高层建筑之间，封闭式设计。在安装有钢连廊的建筑结构中，钢连廊都是十分重要的部位之一，主要是因为它的受力相对复杂。钢框架连廊要协调两端建筑结构主体的变形，在综合施工荷载的作用下承担较大的内应力。钢连廊提升至标高后与两端建筑结构的连接方式、施工步骤处理是整个钢连廊结构提升操作中最至关重要的环节，若处理不当，会为结构的整体安全性埋下隐患。通常情况下，在钢连廊前期设计时，都要考虑连廊端头节点在温度、风荷载以及地震力的作用下的结构变化问题。

在钢连廊的安装施工过程中，钢框架、桁架结构、混凝土等的结构重量荷载和施工荷载将传递至桁架结构上下弦杆和预装段的焊缝中，焊缝中将产生巨大的内应力，应力在建筑长期的使用过程中得不到释放，这将对焊缝结构造成极大隐患，甚至于造成焊缝结构断裂，使整个连廊坍塌。因此，如何有效的释放焊接内应力是钢连廊提升的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种铰接装置及利用其释放钢连廊焊接内应力的施工方法，以解决钢连廊内应力无法完全释放为结构的整体安全性埋下隐患的技术问题。

将预装段改进，桁架结构上下弦杆与预装段间的焊接固定，改为先铰接，待上部钢框架结构和混凝土施工完毕后，即结构荷载和施工荷载加载完毕后再焊接固定，以充分释放施工应力，保证结构安全，提高了钢连廊结构的稳定性，有效的降低了建筑结构的安全隐患，增加建筑的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种铰接装置，设置在钢连廊的桁架结构19上弦杆5与两侧主体结构15之间，所述铰接装置1包括支座段2、后装段3和后焊带4，所述支座段2设置在主体结构15上，所述后装段3一端部与桁架结构19上弦杆5焊接固定，后装段3另一端部设置有凸块16，所述凸块16搭设在支座段2上，并与支座段2铰接连接；所述后装段3下部设置有连接接头17，所述连接接头17与桁架结构19斜撑杆8焊接固定；所述支座段2与后装段3之间留有间隙，该间隙为S型，所述后焊带4设置在S型空隙上。

进一步，所述后焊带4由四段钢条拼装焊接而成，后焊带4上下端的钢条长度为200mm。

进一步，所述铰接装置1为钢材，型号为Q345b。

进一步，所述后装段3上设置有传力钢板，厚度为50mm。

进一步，所述支座段2上设置有传力钢板，厚度为50mm。

本发明还提供一种使用上述铰接装置1释放钢连廊焊接内应力的施工方法，所述钢连廊连接在已经建好的主体结构15之间，该施工方法包括以下步骤：

步骤1）：按设计图纸准备铰接装置1各部分，在钢连廊的设计标高处安装预装段10和支座段2, 在支座段2上设置提升平台11,并在提升平台11上设置液压提升器12；使用塔吊在拼装胎架14上将钢连廊的桁架结构19拼装为整体，并安装提升加固杆件7，调试液压提升器12和钢绞线13，并检查桁架结构19是否满足设计要求；

步骤2）：检查确认无误后，液压提升器12采取分级加载的方法进行预加载，利用液压提升器12带动钢绞线13将钢连廊进行第一次提升，脱离拼装胎架14，提升至钢连廊的桁架结构19设计标高；

步骤3）：安装后装段3，所述后装段3一端部与桁架结构19上弦杆5焊接固定，即焊缝一181，后装段3另一端部与支座段2铰接连接；

步骤4）：进行卸载，拆除液压提升器12和提升平台11，使用塔吊安装桁架结构19的上部钢框架结构9，并进行钢连廊混凝土楼层板施工；

步骤5）：待荷载全部加载完成后，变形监测数据稳定后，依次焊接：后装段3下部连接接头17与桁架结构19斜撑杆8、桁架结构19两端的下弦杆6与预装段10、后焊带4。

进一步，所述步骤3）和步骤5）中铰接装置1与桁架结构19的焊接顺序具体为：后装段3一端部与桁架结构19上弦杆5焊接固定，即焊缝一181；②预装段10与下弦杆6焊接，即焊缝二182；③后装段3下部的连接接头17与斜撑杆8上部焊接固定，即焊缝三183；④斜撑杆8下部与下弦杆6固定，即焊缝四184；⑤将后焊带4的四条钢片焊入支座段2与后装段3之间的S型间隙中，即焊缝五185。

进一步，所述上弦对接应力为103.5N/mm²，应力比为0.3。

进一步，所述后焊带4焊接完毕后，割除钢连廊的桁架结构19之间加设的临时加固杆件7。

进一步，步骤5）施工完毕后对钢连廊进行探伤检测和焊缝18的外观检查。

本发明的有益效果体现在：

1）本发明的铰接装置及利用其释放钢连廊焊接内应力的施工方法，不同于传统的钢连廊安装焊接方法，不再是提升桁架结构后立即进行焊接，使焊缝一直处于“绷紧”状态，不良内应力在建筑长期的使用过程中得不到释放。

2）本施工方法将桁架结构上下弦杆与预装段改为先铰接，不进行焊接，待上部钢框架结构和混凝土施工完毕后，即结构荷载和施工荷载加载完毕后再焊接固定，无不良焊接内应力产生，充分释放了施工应力，保证了结构安全。该方法大大减少了钢连廊的焊接残余应力，有效的降低了建筑结构的安全隐患，增加建筑的使用寿命。

3）用检测后的数值与常规项目对比，本发明的施工方法消除内应力效果显著，上弦对接内应力为103.5N/mm²，应力比为0.3。常规方法的上弦对接内应力为200N/mm²，应力比为0.58。本发明中的钢连廊的铰接装置1为我施工单位首创，利用此铰接装置1释放钢连廊焊接内应力的施工方法已经有过现场施工操作，通过验收测量，内应力消除效果明显，大大提高了钢连廊结构的稳定性，有效的降低了建筑结构的安全隐患，增加建筑的使用寿命。

本发明的铰接装置及利用其释放钢连廊焊接内应力的施工方法可以广泛应用于钢连廊的提升施工中。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是铰接装置释放钢连廊焊接内应力的施工方法步骤1示意图；

图2是铰接装置释放钢连廊焊接内应力的施工方法步骤2示意图；

图3是铰接装置释放钢连廊焊接内应力的施工方法步骤3示意图；

图4是铰接装置释放钢连廊焊接内应力的施工方法步骤4示意图；

图5是铰接装置释放钢连廊焊接内应力的施工方法步骤5示意图；

图6a是后装段结构示意图；

图6b是后装段设置上传力钢板结构示意图；

图7a是支座段结构示意图；

图7b是支座段设置上传力钢板结构示意图；

图8a是后焊带结构示意图；

图8b是后焊带分解放大图；

图9a是后装段与支座段铰接示意图；

图9b是后装段与支座段铰接反面结构示意图；

图10a是铰接装置示意图；

图10b是铰接装置反面结构示意图；

附图标记：1－铰接装置、2－支座段、3－后装段、4－后焊带、5－上弦杆、6－下弦杆、7－加固杆件、8－斜撑杆、9-钢框架结构、10-预装段、11-提升平台、12-液压提升器、13-钢绞线、14-胎架、15-主体结构、16-凸块、17－连接接头、18-焊缝、181-焊缝一、182-焊缝二、183-焊缝三、184-焊缝四、185-焊缝五、19-桁架结构。

具体实施方式

钢连廊通常由下部桁架结构19和上部钢框架结构9组成，在钢连廊的吊装过程中，钢框架结构9、桁架结构19、混凝土等的结构重量荷载和施工荷载将传递至桁架结构19上、下弦杆6和预装段10的焊缝18中，焊缝18中将产生巨大的内应力，内应力在建筑长期的使用过程中得不到释放，这将对焊缝18结构造成极大隐患，甚至于造成焊缝18结构断裂，使整个连廊坍塌。

为了能够更好的释放桁架体系钢连廊施工过程中的焊接内应力，本申请将预装段10改进，桁架结构19上下弦杆6与预装段10间的焊接固定，改为先铰接，待上部钢框架结构9和混凝土施工完毕后，即结构荷载和施工荷载加载完毕后再焊接固定，以充分释放施工内应力，保证结构安全。具体的，本发明提供了一种铰接装置1，设置在钢连廊的桁架结构19上弦杆5与两侧主体结构15之间，所述铰接装置1包括支座段2、后装段3和后焊带4，所述支座段2设置在主体结构15上，所述后装段3一端部与桁架结构19上弦杆5焊接固定，后装段3另一端部设置有凸块16，所述凸块16搭设在支座段2上，并与支座段2铰接连接；所述后装段3下部设置有连接接头17（如图9a、图9b所示），所述连接接头17与桁架结构19斜撑杆8焊接固定；所述支座段2与后装段3之间留有间隙，该间隙为S型，所述后焊带4设置在S型空隙上（如图10a、图10b所示）。铰接装置1可以采用型号为Q345b的钢材。后焊带4由四段钢条拼装焊接而成，其中后焊带4上下端的钢条长度为200mm。

如附图6a、图6b、图7a、图7b所示的铰接装置1中后装段3、支座段2的结构示意图，为了充分的释放内应力，支座段2有简单的对接口，后装段3、支座段2上均设置有厚度为50mm的传力钢板。后装段3、支座段2内部不能只是空壳，这样很脆弱要加上一些横竖交叉的传力钢板，传力钢板根据受力方向设计具体位置，以起到加固传力、防止铰接装置1产生变形的作用。如附图8a、图8b所示，铰接装置1中设置了200mm宽的后焊带4。

如附图1～图5所示，本发明中钢连廊结构连接在已经建好的主体结构15之间，采用了地面拼装钢连廊的桁架结构19、液压提升的方法将钢连廊提升至标高，利用铰接装置1释放钢连廊焊接内应力的施工方法，包括以下步骤：

步骤1）：按设计图纸准备铰接装置1各部分。在钢连廊的设计标高处安装预装段10和支座段2, 在支座段2上设置提升平台11,并在提升平台11上设置液压提升器12；在钢连廊预定安装位置投影下，使用塔吊在拼装胎架14上将钢连廊的桁架结构19拼装为整体，并安装提升加固杆件7，调试液压提升器12和钢绞线13，并检查桁架结构19是否满足设计要求；

步骤2）：检查确认无误后，液压提升器12采取分级加载的方法进行预加载，液压提升器12伸缸压力逐渐上调，依次为所需压力的20%，40%，在一切都正常的情况下，可继续加载到60%，70%，80%， 90%，95%，100%。利用液压提升器12带动钢绞线13将钢连廊进行第一次提升，脱离拼装胎架14，提升至钢连廊的桁架结构19设计标高；

施工时需要注意的是：如果桁架结构19在刚开始提升时有移动，需暂停作业，保持液压设备系统的压力。对液压同步提升系统设备进行全面检查，在确认整体结构的稳定性及安全性绝无问题的情况下，才能开始继续提升。

在分级加载过程中，每一步分级加载完毕，均应暂停并检查，如桁架结构19等加载前后的变形情况，以及主楼结构的稳定性等情况。在一切正常的情况下，继续下一步分级加载。

当分级加载至桁架结构19即将离开拼装胎架14时，可能存在各点不同时离地的情况，此时应降低提升速度，并密切观查各点离地情况，必要时做“单点动”提升以确保桁架结构19的水平度。

步骤3）：安装铰接装置1的后装段3，后装段3一端部与桁架结构19上弦杆5焊接固定，即焊缝一181，后装段3另一端部设置有凸块16，所述凸块16搭设在支座段2上，并与支座段2铰接连接。此时，桁架结构19的下弦杆6尚未焊接。

步骤4）：进行卸载，拆除液压提升器12和提升平台11。拆除后，整个桁架结构19挂在铰接预装段10上，只在铰接预装段10上有水平方向的限位，使用塔吊安装桁架结构19的上部钢框架结构9，并进行连廊混凝土楼层板施工；

步骤5）：待后续混凝土、二次结构等荷载全部加载完成后，变形监测数据稳定后进行焊接。依次焊接：后装段3下部连接接头17与桁架结构19斜撑杆8、桁架结构19两端的下弦杆6与预装段10、后焊带4。具体为：预装段10与下弦杆6焊接，即焊缝二182；后装段3下部的连接接头17与斜撑杆8上部焊接固定，即焊缝三183；斜撑杆8下部与下弦杆6固定，即焊缝四184；最后，将后焊带4的四条钢片焊入支座段2与后装段3之间的S型间隙中，即焊缝五185。

其中，步骤4）中拆除液压提升器12和提升平台11，经过设计院复核和多次专家论证，已经成功应用于施工现场；步骤5），针对桁架结构19的特点，结合我们的施工经验和焊接技术水平，拟采用CO₂气体保护半自动焊来完成本工程结构焊接。该焊接方法具有工艺成熟，运用广泛，气体保护效果好的特点，可达到良好的焊接效果，能确保本工程的焊接质量。后焊带4焊接完毕后，割除钢连廊的桁架结构19之间加设的临时加固杆件7。施工人员需要对钢连廊的桁架结构19进行探伤检测和焊缝18的外观检查。验收人员用仪器对钢连廊的桁架结构19进行内应力检测。

用检测后的数值与常规项目对比，本施工方法消除内应力效果显著，上弦对接内应力为103.5N/mm²，应力比为0.3。常规方法的上弦对接内应力为200N/mm²，应力比为0.58。此钢连廊的铰接装置1为我施工单位首创，利用此铰接装置1释放钢连廊焊接内应力的施工方法已经有过现场施工操作，通过验收测量，内应力消除效果明显，大大提高了钢连廊结构的稳定性，有效的降低了建筑结构的安全隐患，增加建筑的使用寿命。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种使用铰接装置释放钢连廊焊接内应力的施工方法，所述钢连廊连接在已经建好的主体结构（15）之间，其特征在于，

铰接装置（1）包括支座段（2）、后装段（3）和后焊带（4），所述支座段（2）设置在主体结构（15）上，所述后装段（3）一端部与桁架结构（19）上弦杆（5）焊接固定，后装段（3）另一端部设置有凸块（16），所述凸块（16）搭设在支座段（2）上，并与支座段（2）铰接连接；所述后装段（3）下部设置有连接接头（17），所述连接接头（17）与桁架结构（19）斜撑杆（8）焊接固定；所述支座段（2）与后装段（3）之间留有间隙，该间隙为S型，所述后焊带（4）设置在S型空隙上；

该施工方法包括以下步骤：

步骤1）：按设计图纸准备铰接装置（1）各部分，在钢连廊的设计标高处安装预装段（10）和支座段（2）, 在支座段（2）上设置提升平台（11）,并在提升平台（11）上设置液压提升器（12）；使用塔吊在拼装胎架（14）上将钢连廊的桁架结构（19）拼装为整体，并安装提升加固杆件（7），调试液压提升器（12）和钢绞线（13），并检查桁架结构（19）是否满足设计要求；

步骤2）：检查确认无误后，液压提升器（12）采取分级加载的方法进行预加载，利用液压提升器（12）带动钢绞线（13）将钢连廊进行第一次提升，脱离拼装胎架（14），提升至钢连廊的桁架结构（19）设计标高；

步骤3）：安装后装段（3），所述后装段（3）一端部与桁架结构（19）上弦杆（5）焊接固定，后装段（3）另一端部与支座段（2）铰接连接；

步骤4）：进行卸载，拆除液压提升器（12）和提升平台（11），使用塔吊安装桁架结构（19）的上部钢框架结构（9），并进行钢连廊混凝土楼层板施工；

步骤5）：待荷载全部加载完成后，变形监测数据稳定后，依次焊接：后装段（3）下部连接接头（17）与桁架结构（19）斜撑杆（8）、桁架结构（19）两端的下弦杆（6）与预装段（10）、后焊带（4）；步骤5）施工完毕后对钢连廊进行探伤检测和焊缝（18）的外观检查；

所述步骤3）和步骤5）中铰接装置（1）与桁架结构（19）的焊接顺序具体为：后装段（3）一端部与桁架结构（19）上弦杆（5）焊接固定，即焊缝一（181）；②预装段（10）与下弦杆（6）焊接，即焊缝二（182）；③后装段（3）下部的连接接头（17）与斜撑杆（8）上部焊接固定，即焊缝三（183）；④斜撑杆（8）下部与下弦杆（6）固定，即焊缝四（184）；⑤将后焊带（4）的四条钢片焊入支座段（2）与后装段（3）之间的S型间隙中，即焊缝五（185）；

所述上弦对接应力为103.5N/mm²，应力比为0.3；

所述后焊带（4）焊接完毕后，割除钢连廊的桁架结构（19）之间加设的临时加固杆件（7）；所述后焊带（4）由四段钢条拼装焊接而成，后焊带（4）上下端的钢条长度为200mm。

2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述铰接装置（1）为钢材，型号为Q345b。

3.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述后装段（3）上设置有传力钢板，厚度为50mm。

4.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述支座段（2）上设置有传力钢板，厚度为50mm。