关于圆钢管加工制作方案分析.doc

1关于圆钢管加工制作方案的分析目前圆型钢管的制作方法一般有以下二种方法方法1卷板方向顺延钢板的长度方向即压延方向方法2卷板方向垂直于钢板的长度方向以上二种方法在以往众多类型的钢结构中方法1多见于重要的圆形受力杆件如船上的起重桅杆大型吊机的圆型起重臂以及高压容器压力水管等方法2多见于次要的圆型杆件如电线杆灯塔及小型的电视塔架等近年来在大型钢结构建筑中圆管构件被采用的范围越来越大且其受力亦越来越大因此以上二种加工方法的取舍将对构件的安全性的影响越来越重要现根据以往多种圆管构件制作过程中的体会试作如下分析对材料要求方法1目前国产钢板一般均可满足这一方法的需要方法2对钢板宽度方向希望有压延性能的要求特别是D管内径t板厚值较小时取材范围目前很小卷制后对母材性能的影响钢板卷制成圆管后以钢板厚度中心层将其分成内外二部分来分析其外侧部分呈受拉状态内侧部分呈受压状态当Dt值小到一定范围时钢板垂直于卷制方向的截面将产生形变例如当对厚板进行材料冷弯试验时试样截面由弯曲前的矩型截面形变成弯曲后的梯形截面且外表面呈内凹弧线状这种现象充分说明了在弯曲卷制过程中沿母材厚度方向上的内外二部分组成母材的金2属晶体在产生不同的变形与位移当然圆管卷制过程中其曲率半径远远大于材料弯曲试验时的冷弯半径圆管长度亦大大超过弯曲试验时试样的宽度其母材截面形变不十分明显但形成变形的应力是客观存在的当应力达到一定值时母材截面将产生变形例如有一定长度的薄板L型构件弯折成型后其弯折线呈弧型见下图所示该变形显然是由材料内表面因受压而伸长外表面因受拉而收缩所形成其弯曲变形与构件的长度及板厚t成正比构件截面刚度较大当应力值不足以使构件变形时则该应力作为残余应力留存于构件内当应力达到一定值时构件由于刚度大而不足以变形且其应力值超过材料极值时则产生母材破坏现象通常这种应力大小除与Dt值有关之外与卷制过程中的变形增量有关系方法1用该方法加工将会产生下列现象A由于沿板长方向卷制而现有国产钢板宽度均4m因此可选择三辊卷板机进行卷制该方法最大特点是可将每一次变形增量控制在很小范围内如用数控卷板机其每次变形增量可控制到1mmB由于卷制过程是连续不断渐进式循序辗转卷制如按每3次变形增量为一卷制过程则后一过程的卷制将会对前一过程所产生的应力起到消除作用C由于三辊卷板机上辊的材质关系目前采用方法1卷制的圆管当t30mm时单节管长均在L254m左右且与t成反比与D成正比例如t60mm材质为Q345D卷制内径为1100mm单节管长可达3200mmD正因为单节管长较短卷制应力易于释放例如卷制一根t60mmL3000mmD内1000mm材质为Q345D的管节时卷制前环缝端面为直角边或斜平面开坡口后卷制后原直角边将会变形成微梯形且端面呈弧线形而斜平面则会变形成斜凹状弧形面方法2用该方法加工将会产生下列现象A加工时沿圆管弧长划分成若干个阶段各自加工成型各阶段之间互不重复除结合部外变形增量极大不易控制B加工后的圆管残留应力大C由于加工后的单节圆管长度大加工应力不易释放D如果材料宽度方向无压延性能时对Dt值较小的钢管其残留应力很有可能接近或超过材料的屈服极限加工精度方法1由于沿板长一次连续整根卷制成形加工精度高焊接后无须整形方法2采用该种方法一般均分成二个半圆分别压制成型4而后组装成管节因此加工精度差特别是圆管的同心度上下端面平行度平面度圆管的圆弧度以及外观质量等均较方法一差若干个等级如果管节为锥管则更差由于加工精度无法达到则组装焊接后必须精整精整过程中容易增加管节内应力特别是纵向焊缝及其焊接热影响区受损更为严重焊缝工作量方法一若单根管节较长则焊接工作量较大需具备焊接圆管环缝的专用设备方法二若单根管节较长则焊接工作量较小焊接设备简单比较若圆管直径D2000mm管节长度L6000mm时方法一焊缝长度由一条纵缝一条环缝组成为12283mm方法二焊接长度由2条纵缝组成为12000mm前者为后者的1024倍当L10000mm时方法一L22566mm方法二L20000mm前者为后者的1128倍根据以上分析及在首都机场三期扩建工程中近260根圆管梭形5柱约NW23000T的加工制作实践中的证明我们认为对重要的圆管受力构件的加工制作应采用方法一为妥高压容器及压力钢管的相关技术规范中也对此加工制作方法作出明确的规定