019-第十九节-高强钢材的制作和安装的施工方案

第十九节高强钢材的制作和安装的施工方案1.高强钢材的概况本工程高强钢材指屈服强度大于Q345的钢材，包括Q390，最大板厚达60mm。2.高强钢材的制作2.1.高强钢材的采购和加工周期2.1.1.高强钢材供货周期序号钢材牌号供货时间或周期1Q345（含高建钢）热轧、控轧、热机械轧制30～35天2Q390（含高建钢）热轧、控轧、热机械轧制30～35天注：上表不含运输时间2.1.2.高强钢材运输周期高强钢材的运输周期与普通钢类似，在国内大型钢厂运至中建钢构武汉厂和重庆厂，汽车运输3-5天，火车运输、汽车运输相结合7-12天，船舶运输、汽车运输相结合10-15天。2.1.3.原材料的要求及选配2.1.3.1.钢材要求（1）化学成分的要求高强钢钢材的化学成分应符合《低合金高强度结构钢》和《建筑结构用钢板》标准中关于化学成分含量限制的规定。（2）力学性能的要求根据设计要求，钢材屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85，钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%，钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击、弯曲性能、厚度方向性能等应符合相关标准规定。（3）钢材的表面质量要求钢板表面不允许有裂纹、气泡、结疤、折叠、夹杂和压入的氧化铁皮，钢板不得有分层。钢板表面允许有不妨碍检查表面缺陷的薄层氧化铁皮、铁锈、由压入氧化铁皮脱落所引起的不显著的表面粗糙、划伤、压痕及其他局部缺陷，但其深度不得大于厚度公差之半，并应保证钢板的最小厚度。钢板表面缺陷允许修磨清理，但应保证钢板的最小厚度。修磨清理处应平滑无棱角。需要补焊时，应按GB/T14977的规定进行。2.1.3.2.焊材要求本工程所用焊材遵照国标《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）及其他相关现行国家及行业标准的要求，当两种不同钢材相连时，采用与低强度钢材力学性能相适应的焊接材料，由焊接材料及焊接工序所形成的焊缝金属，其机械物理性能应不低于主体金属的等级。本工程焊接材料的选用见下表：典型钢材的焊接材料匹配推荐表典型钢材的焊接材料匹配推荐表母材焊接材料GB/T700和GB/T1591标准钢材GB/T19879标准钢材SMAWGMAWFCAWSAWQ390Q345GJQ390GJGB/T5117:E5015、16GB/T5118：E5015、16-XGB/T8110ER50-XGB/T17493E50XTX-XGB/T12470:F48XX-H08MnAF48XX-H10Mn2F48XX-H10Mn2AQ420Q420GJGB/T5118:E5515、16-XGB/T8110ER55-XGB/T17493：E55XTX-XGB/T12470:F55XX-H10Mn2AF55XX-H08MnMoA注：焊材的选用将由焊接工艺评定最终确定。2.1.4.材料复检要求2.1.4.1.组批规定GB50755-2012《钢结构施工规范》第5.2.4条规定，当设计文件无特殊要求时，钢结构工程中常用牌号钢材的抽样复验检验批宜按下列规定执行。（1）牌号为Q390的钢材，按同一生产厂家、同一质量等级的钢材组成检验批，每批重量不大于60t；同一生产厂家的钢材供货重量超过600t且全部复验合格时，每批的组批重量可扩大至200t。（2）有厚度方向要求的钢板，Z15级钢板每个检验批由同一牌号、同一炉号、同一厚度、同一交货状的钢板组成，每批重量不大于25t；Z25、Z35级钢板逐张复验。2.1.4.2.试验项目（1）GB/T19879-2005《建筑结构用钢板》要求如下：每批钢板的检验项目、取样数量、取样方法、试验方法应符合以下规定。钢板检测及取样、实验方法--《建筑结构用钢板》序号检验项目取样数量取样方法试验方法1化学分析1个（每炉号）GB/T222GB/T223GB/T4336序号检验项目取样数量取样方法试验方法2拉伸1个GB/T2975GB/T2283冲击3个GB/T2294弯曲1个GB/T2325厚度方向性能3个GB/T5313GB/T53136超声波检验逐张—GB/T2970（2）GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》要求如下：钢材的各项检验的检验项目、取样数量、取样方法和试验方法应符合以下规定。钢板检测及取样、实验方法--《低合金高强度结构钢》序号检验项目取样数量取样方法试验方法1化学成分（熔炼分析）1/炉GB/T20066GB/T223、GB/T4336、GB/T201252拉伸试验1/批GB/T2975GB/T2283弯曲试验1/批GB/T2975GB/T2324冲击试验3/批GB/T2975GB/T2295Z向钢厚度方向断面收缩率3/批GB/T5313GB/T53136无损检测逐张或逐件按无损检验标准规定协商7表面质量逐张/逐件——目视及测量8尺寸、外形逐张/逐件——合适的量具2.1.5.生产制作加工周期序号制作厂截面形式杆件制作周期桁架制作周期制作总周期月供货量总计1中建钢构武汉厂H型10天10天20天2800吨5530吨2箱型14天12天26天2730吨3中建钢构重庆厂H型12天12天24天930吨1630吨4箱型16天12天28天700吨2.2.高强钢材加工工艺根据高强钢材的特性结合以往工程经验，高强钢材加工制作工艺中热切割、热矫正和高强钢材栓接以及焊接与普通钢材制作工艺差别较大，其它工艺类似，在此重点对热切割、热矫正和高强钢材栓接进进行阐述，制作焊接与现场焊接在后续一共表述，其它工艺参见钢结构加工制作章节。2.2.1.钢板热切割2.2.1.1.高强钢材切割工艺评定试验（1）在产品加工制造前，根据材料的使用情况选用有代表性的试件进行火焰切割工艺评定，对于切割前已经过抛丸处理预处理并涂装底漆的钢材，进行切割工艺评定时，试件也必须涂上同样的底漆和底漆厚度。（2）进行火焰切割工艺评定的试件，当试件厚度为20mm时，其工艺评定的结果适用于小于20mm的各种厚度的钢材，当试件厚度为40mm时，其工艺评定的结果适用于大于20mm而小于40mm的各种厚度的钢材，当厚度大于40mm时，按每增加20mm厚分别进行工艺评定。（3）通过火焰切割工艺评定试验，应验证热量控制技术并达到以下切割质量目的和要求：1）切割端面无裂纹；2）切割端面局部硬度不超过350HV；3）不得出现其它危害永久性结构使用性能的缺陷；4）确定不同板厚的熔化宽度。采用氧-丙烷作为切割气体，火焰温度2000~2850度。对高强钢材切割后，切割面是否有淬硬现象应进行测试，切割测点如下图所示：切割测点板厚国内工程实践和相关试验数据可知，高强钢材板切割后，靠近火焰一侧，切割面深度0.5mm处有淬硬层，最高硬度值400HV。采取预热120~150℃再切割硬度有所下降，但幅度不大。因此，高强钢材热切割后，切割面淬硬层约0.5mm需在焊前打磨去除，防止淬硬层对焊缝质量造成影响。2.2.1.2.高强钢材热切割工艺根据热切割试验结果制定相应的工艺：对于高强度钢材，为保证其焊接质量，必须控制焊接接头的表面硬度，故对高强钢材须按切割试验的要求进行切割，当钢板厚度较厚，80~100mm时，即将切割面两侧各200mm范围加热至150℃左右再进行切割，切割后进行表面打磨处理，高强钢材的切割工艺参数参考值如下。切割参数表割嘴类型割嘴型号氧气压力/MPa燃气种类燃气压力/MPa切割速度/（cm.min-1）割嘴与钢板间距/mm扩散型G030.5~0.6丙烷0.09513~18122.2.1.3.高强钢厚板切割的注意点高强钢钢板厚板较多，最厚厚度达60mm，高强钢厚板切割需要注意几点：（1）因高强钢钢板最厚厚度达60mm，钢材的上下受热不均匀、操作不当，容易引起不能沿厚度方向割穿，造成切割失败；（2）燃烧反应沿厚度方向需要一定时间，切割氧在下部纯度较小，后拖量增大；（3）熔渣较多，容易造成在切口处堵塞；（4）在切割过程中如果中断，再次切割由于熔融的氧化铁不能及时排出去，厚板重新起割极为困难。2.2.1.4.高强钢厚板切割的主要工艺措施（1）实现高强钢厚板切割最主要的保证措施是向气割区供给足够且稳定的氧气，所需切割氧流量Q可按下式估算；Q=0.09-0.14t(t为板厚)；（2）切割氧压力（割炬进口处压力）要调节适当，保证能及时把氧化物吹排出去。压力宜高不宜过低，否则后拖量较大，出现割不透的现象；（3）切割开始后，在切割过程中必须连续切割，严禁中途因氧气或燃气用尽而使切割中断；（4）为了保证有足够的预热温度，最好采用乙炔气体；（5）切割应采用等压式割嘴或外混式割嘴，其中外混式割嘴切割效果较好，割嘴号码为5-7号；（6）为了保证切割面的质量，应至少留有20-40mm切割引线。2.2.2.钢板热矫正在钢构件的生产、制作、安装过程中，不可避免地要对构件的某一部位进行热矫正，试验的目的是通过试验的方法确定适合实际情况的钢构件热矫正的条件。热矫正后测量钢材屈服强度、抗拉强度、延伸率、Z向断面收缩率，冲击韧性，Z向拉伸性能。根据已有试验论证和工程经验，热矫正条件为：640℃×20min，并空冷。2.2.3.高强钢材的栓接高强钢材连接件处对于螺栓本身无特殊要求，对摩擦面、螺栓排布及螺栓孔均有要求。摩擦面处理：高强钢材连接节点摩擦面处理采用石英砂喷砂，其次为铸钢砂，确保达到良好的摩擦面处理效果，处理过的高强度螺栓连接摩擦面应立即采取保护措施，避免污染，连接处钢板表面平整、无油污，孔边无飞边、毛刺。高强钢材的高强度螺栓连接处的钢板表面处理方法及除锈等级应符合设计要求，使用前须由有资质的实验检测机构进行配套的高强度螺栓连接副和摩擦面抗滑移系数试验。3.高强钢材安装方案高强钢材安装与普通钢材安装类似，但在具体安装过程，除焊接需特殊工艺施工外，还需注意以下问题：（1）高强钢材现场安装、吊装所需的临时连接板，卡码板等措施件，条件允许的情况下尽量不设置临时连接措施，必须需要时，应在工厂内完成，并按以下要求实施。现场禁止在母材上焊接卡码及连接板等临时设施，如必须焊接，在焊前按照正式焊接要求，对母材进行预热，预热温度150～200℃。在切割临时设施时，必须进行预热（150～200℃），避免伤及母材，如发生该种情况，必须及时进行焊补，后打磨圆滑过渡。（2）在焊接过程中，严禁在母材上出现随意打火或由于拖拉焊把或焊枪对母材造成的电弧擦伤。如发生该种情况，应立即报告技术人员，并采取措施进行焊补和打磨，预热和后热温度同正式焊接。（3）高强钢材对吊装的精度要求更高，为保证构件连接处的焊接坡口尺寸，可以采取全尺寸预拼装检查的方法，确保现场拼装质量。（4）采用标准化的焊接操作平台，平台坚实稳固，保证焊接过程中操作人员不受外界干扰，将外界环境对焊接的影响降到最低。4.高强钢材的焊接4.1.高强钢材的焊接特点高强钢材的碳当量较高，而现场焊接变形控制和焊接操作难度较大。高级别III、IV类钢材的厚板和超厚板的焊接工艺要求十分严格，对焊接变形、焊接应力的控制较难，严防焊缝冷裂纹和母材层状撕裂是焊接的重点。在现场焊接过程中，必须采取针对性的焊接技术措施，加强对焊接过程的控制，以及对焊接操作人员的管理。4.2.高强钢材与普通钢焊接区别序号项目普通钢材高强钢材1母材准备切割面打磨出金属光泽。切割面打磨去除淬硬层，打磨深度0.5mm。焊前宜对坡口两侧的母材进行无损检测。2焊材焊条烘干后在大气中的放置时间不超过4小时，重新烘干次数不超过2次。焊条烘干后在大气中的放置时间不超过2小时，重新烘干次数不超过1次；焊剂烘干后在大气中的放置时间不超过4小时。3接头装配可以根据GB50661的规定进行堆焊，以符合焊接间隙的要求。严格按照焊接接头的坡口尺寸要求装配，并符合GB50661的验收规范要求。4焊接环境在负温环境下焊接，需按规范要求进行焊接防护和母材预热。对焊接环境的要求更高，高强钢材为保证焊接区域金属的韧性，一般不宜在负温环境下焊接。5预热和道间温度控制t≤2020t≤4040t≤6060t≤80t80t≤2020t≤4040t≤6060t≤80t80—20℃60℃80℃100℃20℃80℃10