淺析水泥廠網(wǎng)架施工中的誤差控制

程藝蘭

淺析水泥廠網(wǎng)架施工中的誤差控制

Discussion on the Error Control of Grid Structure Construction in the Cement Plant

程藝蘭

針對(duì)水泥廠常用的螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架施工中誤差的形成和積累的成因進(jìn)行分析,主要涉及軸向的徑軸尺寸偏離和構(gòu)件偏心誤差，以及由于這些誤差而形成的誤差積累。如桿件及螺栓球等組件的加工過程、組裝過程中各組件尺寸、偏心誤差等。由于網(wǎng)架相關(guān)誤差的允許范圍都有非常嚴(yán)格的要求，而在實(shí)際施工操作中對(duì)誤差的質(zhì)量管理和控制沒有有效切入到關(guān)鍵工序和環(huán)節(jié)，網(wǎng)架組件常常超出應(yīng)許誤差，從而使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在成形后產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)架的桿件發(fā)生形變，最終降低結(jié)構(gòu)的承載力和網(wǎng)架的使用安全性。

水泥廠；網(wǎng)架；徑軸偏差；偏心誤差；誤差積累；誤差控制

1 引言

近年來，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在水泥廠的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，發(fā)展迅速。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有剛度大、自重輕、施工周期短、造型美觀、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好的特點(diǎn)，是大跨度、大空間結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式之一。特別是螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，因工藝相對(duì)成熟，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房、加油站、體育館及其他公用建筑中。

螺栓球網(wǎng)架工程施工及質(zhì)量管理主要涉及兩個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)容：加工和安裝。這種表面看似簡單的兩個(gè)環(huán)節(jié)卻有極為嚴(yán)格的誤差標(biāo)準(zhǔn)。如在加工過程中螺栓球、桿件的徑向允許偏差在±2.0～2.2mm,成品球的相鄰螺孔夾角為±30′；拼裝過程中小拼單元允許偏差為±2.0mm。而實(shí)際施工過程中各工序都不同程度地受到人為因素的影響，在沒有嚴(yán)格管控的條件下這種人為因素的影響往往會(huì)被擴(kuò)大化，從而形成小拼網(wǎng)架單元的大偏心受力和整拼網(wǎng)架誤差積累后不能順利完成后續(xù)構(gòu)件的安裝，最終拼裝成形的網(wǎng)架內(nèi)力與原設(shè)計(jì)出入過大，降低了結(jié)構(gòu)的安全性能。以下就這兩方面展開論述。

2 加工過程中的誤差控制

對(duì)網(wǎng)架桿件和螺栓球分別進(jìn)行分析。

2.1 桿件徑軸偏差的原因及控制

2.1.1 誤差形成的原因

徑軸偏差形成的原因主要在兩個(gè)環(huán)節(jié)：（1）鋼管的下料尺寸長短控制不力；（2）組拼成品桿件時(shí)，鉚接平臺(tái)不能有效控制桿件成形尺寸。

2.1.2 誤差控制分析

桿件加工是網(wǎng)架工程施工過程中容易造成誤差積累的重要環(huán)節(jié)。其中組成桿件的焊管下料尺寸、封板（或錐頭）的厚度以及焊接縫的厚度決定桿件的最終長度。而受桿件長度設(shè)計(jì)值的制約，焊管下料尺寸、封板（或錐頭）的厚度又決定了焊接縫的厚度，焊縫過大或過小都直接影響到桿件的連接強(qiáng)度。因此，在具體施工過程中應(yīng)針對(duì)不同的焊接件及其焊縫厚度要求積累和控制鋼管的下料尺寸，這就要求對(duì)同等規(guī)格的桿件先期制作樣品桿，從而達(dá)到修正下料尺寸的目的。

2.2 桿件偏心誤差的原因及控制

2.2.1 誤差形成的原因

偏心誤差形成的原因主要在兩個(gè)環(huán)節(jié)：（1）鋼管有一定的初期變形；（2）組拼成品桿件時(shí)，鉚接平臺(tái)不能有效控制桿件端面垂直度。

2.2.2 誤差控制分析

桿件加工的另一個(gè)控制要點(diǎn)是端面垂直度，而端面垂直度決定桿件與螺栓球之間的接合面螺接層度。對(duì)網(wǎng)架中的承壓桿而言，端面垂直度偏差過大的桿件，在實(shí)際承載力的作用下，桿件往往是偏心受壓，這是偏心誤差較為突出的一個(gè)方面。單個(gè)構(gòu)件的偏心誤差會(huì)使桿件無法充分發(fā)揮自身性能并產(chǎn)生形變，多構(gòu)件情況下就會(huì)降低網(wǎng)架的安全性能。這就要求對(duì)焊接前的臨時(shí)鉚焊要加強(qiáng)平行檢查，其中對(duì)鉚接平臺(tái)的檢查也是必不可少的。好的鉚接平臺(tái)應(yīng)當(dāng)讓組成桿件的各構(gòu)件均相互自由和獨(dú)立，這樣就能達(dá)到較好的鉚接效果。對(duì)每個(gè)桿件自身是否彎曲也要進(jìn)行檢查，因此鉚接工作量非常大，不應(yīng)盲目追求鉚接速度，以免給后面工作造成隱患，或?qū)е虏槐匾姆倒ぁ?/p>

2.3 螺栓球偏心誤差的原因及控制

2.3.1 誤差形成的原因

螺栓球的銑面誤差一般對(duì)徑軸偏差影響不大，主要是球體圓度和直徑本身的檢測(cè)，而螺栓孔的偏心誤差則是形成偏心誤差的主要方面。產(chǎn)生偏心誤差的主要原因有兩方面：（1）毛坯球的圓度不均勻，影響到初孔成形；（2）加工車床及配套工樁模具本身的精度不足，使按工藝順序加工的螺栓孔積累了偏心誤差。

2.3.2 誤差控制分析

（1）毛坯球的檢測(cè)：螺栓球是因?yàn)橥ㄟ^鋼錠鍛打而成，其材質(zhì)和圓度難以確保。毛坯球的檢查主要為:是否有裂紋、氧化皮、球徑的誤差及圓度等項(xiàng)。其中球徑過小影響銑面面積。通過打火或其他檢測(cè)手段確定其硬度指標(biāo)是否為45號(hào)鋼。圓度偏差過大，在加工初孔時(shí)，三爪卡盤中心與球心不重合，這種偏差會(huì)由始至終積累到后續(xù)加工的螺栓孔。因此，這種圓度偏差超出規(guī)范允許偏差的毛坯球，應(yīng)杜絕使用。

（2）成孔處理：鋼球的成孔加工雖屬于粗牙加工，也應(yīng)按照機(jī)械產(chǎn)品加工要求加工，特別是絲錐錐入深度要滿足后期螺栓安裝深度的要求。其主要控制指標(biāo)一是銑面要確保套筒的接觸面；二是各球孔應(yīng)保證統(tǒng)一指向球心，車床的三爪卡盤中心、鉆頭的鉆芯以及工裝的中心位置要對(duì)準(zhǔn)，三心合一是保證球的螺栓孔同心的必要條件，這需要不定期在加工過程中進(jìn)行核對(duì)；三是成孔角度要符合設(shè)計(jì)要求，在加工前要理清加工工序，其中對(duì)于成品球的抽檢工作可利用圖紙上相近的螺栓球?qū)Ρ葯z查角度，評(píng)定誤差大小。

成品球的螺栓孔偏差是偏心誤差的另一個(gè)主要方面，這主要取決于車床及相關(guān)模具的精度，對(duì)不能滿足加工精度要求的機(jī)具應(yīng)嚴(yán)禁使用。球孔角度和桿端傾角會(huì)共同作用在連接兩者之間的高強(qiáng)螺栓上，使螺栓處于附加剪切內(nèi)力狀態(tài)，處于拉桿狀態(tài)時(shí)，對(duì)螺栓的危害尤大；同時(shí)在兩者的共同作用下，這種偏心誤差形成的偏心內(nèi)力偏離桿件的徑向，處于壓桿狀態(tài)時(shí)，對(duì)桿件的桿中截面危害尤大。

綜上所述，網(wǎng)架的加工過程決定了網(wǎng)架最終質(zhì)量的好壞，各作業(yè)工種都要做到精細(xì)操作。各作業(yè)班組應(yīng)針對(duì)自身特點(diǎn)嚴(yán)格控制、規(guī)范操作。相同的作業(yè)班組應(yīng)加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)交流，取長補(bǔ)短，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，以便行之有效地提高網(wǎng)架的加工質(zhì)量。

3 安裝過程誤差控制

水泥廠網(wǎng)架工程安裝造成的誤差和誤差積累的原因是多方面的，涉及到由構(gòu)件加工時(shí)帶來的誤差，安裝初期網(wǎng)架各跨軸線測(cè)量的誤差，網(wǎng)架安裝過程中，部分成形跨因自重帶來的沉降變形影響到后續(xù)跨網(wǎng)架的安裝等等。直接結(jié)果是后續(xù)節(jié)點(diǎn)不能順利安裝完成，或即使勉強(qiáng)安裝完成時(shí)，螺栓擰入長度嚴(yán)重不足，其間接的結(jié)果是導(dǎo)致網(wǎng)架產(chǎn)生較大的附加內(nèi)應(yīng)力，這些都會(huì)使后期網(wǎng)架的承載力下降。

3.1 安裝方案對(duì)網(wǎng)架安裝的影響

首先要求熟悉施工圖紙，同時(shí)在安裝前做好必要的設(shè)計(jì)交底，對(duì)于不同的網(wǎng)架形式應(yīng)采取不同的安裝工藝。水泥生產(chǎn)線中網(wǎng)架的形式一般有平面網(wǎng)架和曲面網(wǎng)架，其邊界支撐方式分為多點(diǎn)支撐、兩邊支撐、周邊支撐，對(duì)平面網(wǎng)架又分上弦球節(jié)點(diǎn)支撐和下弦球節(jié)點(diǎn)支撐等。平面網(wǎng)架可就兩端對(duì)應(yīng)的單元組視為一個(gè)混凝土梁結(jié)構(gòu)，其上弦桿一般為壓桿（軸壓構(gòu)件），而下弦桿一般為拉桿，因而網(wǎng)架從整體上看上弦桿較下弦桿組合規(guī)格要大，主要由于其中間受彎變形和兩端的剪切變形。網(wǎng)架安裝過程中因自重引起的變形往往會(huì)給后續(xù)安裝帶來不利，特別是大跨度的平面網(wǎng)架，因此，這種類型的網(wǎng)架安裝不應(yīng)提倡滑移施工。滿堂腳手架是最有利的網(wǎng)架施工平臺(tái)，它在確保施工安全的同時(shí)，又能承擔(dān)部分網(wǎng)架重量，有效防止網(wǎng)格下沉變形，必要時(shí)，對(duì)多節(jié)點(diǎn)采用液壓千斤頂進(jìn)行可調(diào)控頂升，安排施工起拱，以調(diào)整網(wǎng)架安裝過程中的誤差積累和支座與預(yù)埋件之間的偏離。曲面網(wǎng)架相當(dāng)于拱結(jié)構(gòu)，其整個(gè)網(wǎng)架徑向桿件都應(yīng)是壓桿（僅指上曲面形），壓桿安裝相對(duì)于拉桿難度大，在未安裝完畢前，不應(yīng)使壓桿處于受力狀態(tài)，防止后續(xù)安裝工作無法進(jìn)行。

3.2 誤差積累的預(yù)控

網(wǎng)架安裝的質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在控制安裝誤差，防止誤差積累。

（1）對(duì)土建預(yù)埋件進(jìn)行抄平和彈軸線，保證支座滿足設(shè)計(jì)條件下的安裝要求，對(duì)不滿足安裝要求的預(yù)埋件及時(shí)處理。

（2）要在操作平臺(tái)上給予足夠的網(wǎng)架支承點(diǎn)，防止整體網(wǎng)架在成型前出現(xiàn)沉降，達(dá)不到理想的安裝條件。

（3）加工過程中出現(xiàn)的誤差也體現(xiàn)在安裝時(shí)形成積累，所以每安裝一個(gè)單元體或多個(gè)單元體后，都要逐級(jí)復(fù)核網(wǎng)格尺寸，并做好記錄。若網(wǎng)架安裝過程中發(fā)現(xiàn)誤差積累過大，影響到后續(xù)安裝，就要停止安裝并分析原因，及時(shí)予以糾偏整改。其中對(duì)大跨度的網(wǎng)架，在安裝單跨時(shí)，不應(yīng)一次性將螺栓擰死，以便后期調(diào)整因誤差積累或腳手架平臺(tái)支撐不到位引起的支座偏離。調(diào)整平臺(tái)支撐高度可利用千斤頂調(diào)節(jié)，但要保證腳手架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

3.3 整體軸線控制和網(wǎng)架沉降觀測(cè)

單元跨及整拼網(wǎng)架基本安裝成形后，需分別對(duì)支座節(jié)點(diǎn)的軸線尺寸進(jìn)行復(fù)核，發(fā)現(xiàn)偏離超出允許偏差時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢查安裝節(jié)點(diǎn)及調(diào)整施工起拱高度。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)總拼完成后及后續(xù)其他荷載施工完成后，分別對(duì)跨中撓度進(jìn)行測(cè)量，并做好相關(guān)記錄；對(duì)后續(xù)荷載相對(duì)較大的，如設(shè)備荷載等，應(yīng)先期做等效替代堆載試驗(yàn)，確認(rèn)網(wǎng)架的撓度在許應(yīng)范圍內(nèi)，滿足安全性能后方可加設(shè)。

綜上所述，在水泥廠網(wǎng)架安裝過程中要具備切實(shí)有效的安裝平臺(tái)，利用平臺(tái)等條件使受壓桿不處在受壓狀態(tài)，安裝過程中復(fù)核網(wǎng)格尺寸，防止誤差積累。

4 結(jié)語

總之，有效地控制網(wǎng)架的誤差，會(huì)大大降低網(wǎng)架由施工誤差帶來的附加應(yīng)力，全面提高結(jié)構(gòu)的安全性能，使螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架在水泥領(lǐng)域得到更為廣泛的運(yùn)用。

[1]廖代廣,孟新田.土木工程施工技術(shù)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2006.

[2]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998

[3]JGJ78-91,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]GB50205-2001,鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[5]JGJ7-91,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S]

[6]JGJ75.1-91,螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架[S].

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