? 重大型钢结构全螺孔精密加工技术苗兴光 胡 鹏 (中建二局安装工程有限公司廊坊钢结构分公司, 河北廊坊 065000) 摘 要：随着建筑行业的不断发展,越来越多的高层、超高层建筑使用钢结构作为主体框架,不但大大缩短了建筑工期,还使筑建空间得到了有效利用。随着钢结构的普及、钢结构行业技术力量的增长,钢结构节点形式也不断优化。为满足建筑造型及施工要求,精细加工也更多地融入到了钢结构加工领域中。 关键词：钢结构； 技术； 精细加工； 栓接节点； 钻套 第一作者：苗兴光,男,1986年出生,工程师。 Email:mxgcw@163.com 钢结构精密加工制作的精度介于普通钢结构制作与精密机械加工之间,大多用于焊接或者栓接的节点方式。通常用于高精度节点及特殊工程中,如：高架桥、起重机、常规岛核电厂房等。 1 钢结构精密加工工程实例1.1 工程简介 台山核电站位于台山市赤溪镇(图1),是迄今为止中法两国在核能领域的最大合作项目,也是我国首座、全球第三座采用EPR三代核电技术建设的大型商用核电站。地处沿海山区,三面环山,东南面临海。钢结构工程主要有以下几部分：HM厂房屋面系统(包括屋架、桁架、檩条),HM厂房吊车梁、HM厂房汽机平台,HM厂房南、北山墙墙架体系,A、B列钢框架体系及辅助间各层楼面钢次梁等,总工程量约为29 279 t。钢柱单件构件截面高度最大近4.28 m,长度18.92 m,质量约55 t,属于超宽、超长、超重构件。  图1 台山核电站 1.2 节点类型分析及要求 台山核电HM厂房钢柱截面大、屋架跨度大、汽机平台错落有致、节点交叉杆件多；节点多为高强螺栓组群连接,构件各方向的连接尺寸要求精准,否则制作、安装时很难将众多接口对准连接。柱身最大净截面为p800×900×60×80,每根柱-柱节点连接共计568颗螺栓。节点形式如图2所示。  图2 节点形式 2 构件加工难点用计算机辅助详图设计,使用Tekla软件建模,获得精确下料尺寸和孔组连接尺寸以及多方位的角度装配控制尺寸[1]。通过精密加工,以保证制作、安装尺寸的精度和高强螺栓孔组的精度,难点分析及对策见表1。 表1 难点分析及对策  难点难点分析对策截面超大p800×900×60×80柱连接截面,要求截面高度、平面度精准,不得出现现场连接板无法贴合等现象,造成磨擦面不足。截面加工加放焊接收缩余量,控制上、下柱节点截面一致,组焊完成后采有构件二次下料方法,对构件端头进行端铣,控制长度及平整度。孔组加工节点交叉杆件多,节点大多为高强螺栓组群连接,构件孔组的加工尺寸要求精准,否则安装时很难保证穿孔率。根据施工图,采用平面数控钻和钻模套钻的制孔方法,以保证构件安装时高强螺栓孔组的穿孔率[2]。 3 精密加工实施方法3.1 钢柱节点端面控制 1)组立时,以H型钢上端面平齐作为基准面,H型钢高度方向加放4～6 mm焊接收缩余量,同时保证翼腹板的垂直度及H钢端面的对角线误差不超过4 mm,具体尺寸应符合表2要求。 表2 尺寸要求  项 目允许偏差/mm图 例 h≤500500 注：L为跨度。 2)部件端铣应根据基准面(线)和后续焊接作业面加放焊接收缩量,综合考虑后确定端铣加工量,一般不得少于2 mm。 3)柱端铣后顶紧接触面偏差应有75%以上的面积紧贴。 4)应根据构件的形式采取必要的措施,保证铣平端面与轴线垂直。 5)构件或部件的端面加工可用端铣床加工,应在该构件或部件组装、焊接完工并经检验合格后进行。端铣面应符合表3限值。 表3 允许偏差  项 目允许偏差/mm两端铣平时构件长度±2.00两端铣平时零件长度±0.50铣平面平面度0.30铣平面倾斜度(正切值)不大于1/1500,且不大于0.5 3.2 平面数控加工 当制孔量比较小时,同一类孔小于50组；一组孔由8个以下孔组成。将采用平面数控设备钻孔,先按照图纸要求给出所需开孔零件规格,按图纸中孔径编程后采用平面数控钻床钻孔。 钻孔时,摆放构件的平台要平整,以保证孔的垂直度。 3.3 钻模套钻法 当制孔量比较大时,要先制作钻模,再钻孔。制作钻模的原则：同一类孔超过50组；一组孔由8个以上孔组成；重要螺栓孔。 钻模加工均采用PL16-PL20钢板、材质为Q345B制作,技术要求如下： 1)模板四边开工字形槽口。 2)钻模允许偏差见表4。 表4 钻模允许偏差  项 目允许偏差/mm钻模外形尺寸±0.5钻模模板上制孔孔径+0~+0.025钻套外径+0.002~+0.018钻套内径+0.08~+0.12 3)钻套材质为T8钢,经机械加工后进行热处理。 4)钻套进行淬火后采用过渡配合铆装在模板上。 5)保证底面平齐,淬硬度HRC为48~52。 6)模板钻孔后进行镗孔加工。 7)钻模模板如图3所示,适用于2 800 mm×900 mm的H型钢腹板套钻。  图3 钻模模板示意 对于大截面需要套钻的钢柱,以端铣面为基准,在钢柱截面划线(中分“十”字线,钢板采用划针划线时,划线宽度不应大于0.3 mm)。将钻模定位中心线卡口对齐后套钻,其偏差需满足表5要求。 表5 定位中心线偏差  项 目偏差/mm受力支托表面至第一个安装孔距离多节柱端铣平面至第一个安装孔距离实腹梁两端最外侧安装孔距离各类构件连接处的截面几何尺寸±1.0±1.0±3.0±3.0 检查数量：按构件数抽查10%,但不少于3件[3]。 质量标准：合格,偏差值符合规定；优良,偏差值符合合格规定,其中有50%及以上的处(件),其偏差绝对值应小于规定偏差的50%。 当构件超大或孔径超大时,采用摇臂钻床钻孔。先号孔,打样冲眼确定孔位置,再钻孔。 1)由于本工程钢柱外形尺寸过大,无法使用三维数控钻床钻孔,采用摇臂钻床进行钻套钻孔,因高度原因,摇臂钻床基础需加高[4](图4)。  图4 钢柱翼缘板钻孔钻床 2)钻孔时,根据钢柱节点,一一进行配钻,详见图5、图6。  图5 大节点板钻模钻孔  图6 钢柱节点钻模钻孔 构件制孔的允许偏差应符合表6要求。 表6 构件制孔偏差 序号项 目允许偏差/mm1孔的直径0~+1.02孔的不圆度1.03孔的垂直度不大于0.03t,且不大于2.0 注：t为板厚。 钻孔精度与要求： 1)8.8级及以上等级螺栓,螺栓孔应采用钻孔成型,螺栓孔应具有H15的精度,孔壁表面粗糙度Ra≤25 μm。其孔的允许偏差按表7要求执行。 表7 不同螺栓孔直径的允许偏差 mm 名称 M20M22M24螺栓+0.520+0.520+0.520螺栓孔+0.520+0.520+0.520不圆度1.51.5 注：中心线倾斜度应不大于板厚的3%,且单层板不得大于1.0,多层板叠组合不得大于2.0[5]。 2)A、B级螺栓孔壁表面粗糙度Ra≤12.5 μm。孔径的允许偏差一般应符合表8要求。 表8 A、B级螺允许偏差 mm 螺栓公称直径、螺栓孔直径螺栓公称直径允许偏差螺栓孔直径允许偏差10~18-0.18,0.000.00,+0.1818~30-0.21,0.000.00,+0.2130~50-0.25,0.000.00,+0.25 3)C级普通螺栓孔壁表面粗糙度Ra≤25 μm,其孔的允许偏差一般应符合表9要求。 表9 C级普通螺栓允许偏差 名 称允许偏差/mm公称直径0.0,+1.0圆度2.0垂直度0.03t且不大于2.0 注：t为板厚。 4)螺栓孔孔距允许偏差应符合表10要求。 表10 螺栓孔孔距允许偏差 项 目不同螺栓孔孔距范围下的允许偏差/mm≤500501~12001201~3000>3000同一组内任意两孔间距离±1.0±1.5--相邻两组的端孔间距离±1.5±2.0±2.5±3.0 注：1)在节点中连接板与一根杆件相连的所有螺栓孔为一组;2)对接接头在拼接板一侧的螺栓孔为一组;3)在两相邻节点或接头间的螺栓孔为一组,但不包括上述两款螺栓孔;4)受弯构件翼缘上的连接螺栓孔,每米长度范围内的螺栓孔为一组。 螺栓孔距的偏差超过表10规定偏差时,应采用与母材材质相匹配的焊条补焊后重新制孔[6]。 4 结束语近年来随着国内外工程项目特别是一些重点项目对现场的施工精度要求逐步提高,而工程类型的多样化也导致加工及安装难度不断加大。如何能提高企业自身的加工能力成为了企业的核心竞争力。这也促使机械行业与制造业相结合,形成以电脑放样为辅,精密加工为主的高品质、高质量的钢结构新兴发展领域。 参考文献 [1] 吴云锋,陈洁.精密超精密加工技术综述[J].新技术新工艺,2007(6)：38-41. [2] 吴敏镜.超精密加工的技术基础和创新[J].新技术新工艺,2006(5)：7-10. [3] 李圣怡,朱建忠.超精密加工及其关键技术的发展[J].中国机械工程,2000(增刊1)：177-182. [4] 陈再玉.承受轴向压力和弯矩共同作用的螺栓群的受力分析[J]. 中国海洋平台, 2005(1)：42-44. [5] 李凯.高强螺栓孔群结构制作工艺[J]. 钢结构, 2015,30(7)：79-81. [6] 施刚,石永久,王元清,等.钢结构端板连接高强度螺栓应变松弛的试验研究[J]. 施工技术, 2003(11)：15-17.
FULL-SCREW PRECISION MACHINING FOR LARGE-SCALE STEEL STRUCTUREMiao Xingguang Hu Peng (The Second Board Installation Engineering Co.Ltd, Langfang Steel Plant,Langfang 065000,China) ABSTRACT：With the development of building industry, steel structure as the main body frame has been widely used in high-rise buildings or super high-rise buildings,which not only greatly shorten the construction period, but also make the construction space more efficient. With the widespread use of steel structure, steel structure industry technology has become an indispensable force so as to constantly optimize the joint form. In order to satisfy the market demands of building plastic and construction, precision processing has been integrated into the field of steel structure processing. KEY WORDS：steel structure； technology； precision processing； bolt connection joint; drill bushing 收稿日期：2015-10-15 DOI:10.13206/j.gjg201601014 |
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