椭球体钢网壳的圆管构件加工工艺研究及质量控制.docx

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椭球体钢网壳的圆管构件加工工艺研究及质量控制

椭球体钢网壳的圆管构件加工工艺研究及质量控制

摘　要：

结合工程案例的实际情况，对武汉国际博览中心洲际酒店椭球体网壳圆管构件的加工工艺进行研究，介绍加工细节及质量问题解决措施。

对于弧形弦杆的弯制，分析顶弯机冷弯工艺及中频热弯工艺的优劣及在工程实际中的应用；对于直腹杆，阐述相贯线切割的加工工艺及质量控制关键点。

结果表明：

按此加工方案，该工程构件加工质量得到了很好的保障。

关键词：

网壳； 冷弯加工工艺； 中频热弯工艺； 相贯线

1　工程简介

武汉国际博览中心洲际酒店是与会展中心相配套的五星级酒店，是湖北省体量大、等级高的酒店工程，工程效果见图1。

图1　武汉国际博览中心洲际酒店效果

武汉国际博览中心洲际酒店“星空会所”为酒店椭球体网壳式钢连廊，连接洲际酒店东西塔楼，位于18～20层之间。

该连廊内设18、20层主桁架，外包椭球体葵花形三向单层钢管网壳，椭球体钢管网壳顶标高96.600 m，长轴约45 m，短轴约40 m，高约22 m，质量约1 500 t。

该椭球体网壳结构由弧形弦杆及弦杆之间的腹杆构成，均采用无缝钢管加工制作，弦杆之间通过单边坡口全熔透对接焊缝连接，腹杆与弦杆之间通过相贯线焊缝连接，结构形式及轮廓尺寸见图2。

1—腹杆；2—弦杆。

图2　椭球体网壳式钢连廊示意

2　构件加工难度及控制关键点

2.1　弦杆的弯曲成型

整个网壳的弦杆均为弧形构件，弦杆弧度的成型质量直接影响到其与腹杆在工地现场的焊接精度及网壳的外观效果，因此弧形弦杆的弯曲成型质量是本工程质量控制的关键点。

结合本工程，弦杆的加工难度主要体现在以下几个方面：

1） 本工程弦杆构件用到的圆管管径较多，主要有φ245×10、φ299×14、φ351×12、φ351×16、φ450×14、φ500×24、φ600×24、φ630×24、φ630×32等，部分属于大管径钢管，另外部分构件需两种管径对接。

弯曲工艺制定需充分考虑到大管径钢管的弯曲难度。

2） 网壳是椭球体空间结构，各弦杆的成型弧度大小不一，弧度从球体赤道向两极递增，弧度越大，构件弯曲成型难度越大，另外，单根构件并非只有一个弧度，往往有多个弧度组成，对加工工艺要求较高。

3） 本工程对弦杆弧度成型的精度及外观要求较高，弦杆成型后弧度偏差需在允许范围内，这样才能保证弦杆与腹杆相贯口相吻合，从而保证整个椭球体的外观效果。

外观方面，要求弦杆不同弧度过渡圆滑，圆管表面没有凸凹，管径变形在1.5%D（D为管径）范围内[1]。

2.2　腹杆的加工

1） 腹杆相贯口的加工务必精确，以保证与弦杆管径轮廓相吻合，减少构件报废量及现场处理工作量，节约成本、缩短工期。

2） 腹杆与弦杆通过相贯线焊缝连接，为保证相贯线焊缝的焊接质量，腹杆的长度需减短8 mm左右，即在杆件两端各留4 mm的焊接间隙[2]。

3　加工方案选择

3.1　弦杆弯曲成型方案

目前，比较可靠的圆管弯曲加工工艺有3种：

1）顶弯机冷弯加工工艺；2）中频热弯工艺；3）手工火工弯曲工艺。

3种方案中手工火工弯曲工艺现代化程度最低，效率及成型质量稳定性最低，不适合工程大批量高精度的加工制作，但可作为其他两种工艺的辅助工艺对局部圆管弧度进行调整[3-4]。

顶弯机冷弯工艺为利用2台液压油缸及专用模具在固定加工平台上对圆管进行顶弯，专用模具需要针对构件的管径及折弯半径大小进行设计制作，加工设备见图3a。

中频热弯工艺是利用加热套圈对钢管进行局部加热，在机械力的作用下实现钢管的弧形弯曲[5]，见图3b。

a—顶弯机冷弯工艺;b—中频热弯工艺。

图3　弦杆弯曲加工工艺

冷弯加工和中频热弯加工工艺各有特点，首先，冷弯加工由于顶弯油缸的顶弯能力及两个油缸间距等方面的限制，只适用于管径较小，折弯半径较大（对于大管径圆管折弯半径一般大于20 m），成型弧度较小的弦杆加工；但是顶弯机冷弯加工可以对弦杆弧度进行反复修正，成型质量较高；另外也可以对同一杆件进行不同半径的弯制且冷弯加工对材料性能不会产生影响[6-7]。

中频弯管加工是热加工，会对材料性能产生影响，但是该工艺很好地利用了金属材料的热塑性， 避免冷弯过程经常出现的折痕和凹凸不平的质量问题，弯弧成型圆滑，可以加工折弯半径较小且管径较大的钢管，最小折弯半径可以达到钢管外径的5倍[8]。