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摘要：结合 T+H 型组合钢柱施工实践，阐述了通过运用分单元制作、余量补偿、反变形+刚性固定、合理的焊接方法和顺序、科学部署及组织施工等手段，使钢柱的制作变形得到控制，保证了制作精度。本文就T+H型组合钢柱制作施工技术进行阐述。
关键词：T+H型组合钢柱；装配顺序预变形措施；焊接变形控制
1 引言
运输平台是把重型设备起吊和运入反应堆厂房的钢结构构造物，是反应堆厂房设备运输的主要通道。此次描述的是运输平台钢柱的制作，钢柱为 T 型钢与 H 型钢组合结构，由加劲板、柱顶板、柱底板组成，尺寸 15130mm×2000mm×800mm。钢柱具有截面尺寸大、翼缘腹板薄、结构形式不规则及变形矫正操作难的特点，施工质量控制严格，且个别位置施焊不便。因此，本文着重阐述了 T+H 型组合钢柱在制作过程所采取的尺寸控制、焊接工艺及预防变形及矫正措施，期望对同堆型核电站钢结构及类似构筑物提供借鉴。
2 T+H型组合钢柱结构特点
T+H 型组合柱的截面尺寸2000mm×800mm，长度15130mm，结构形式如下图所示：
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图1 T+H型组合钢柱结构图
钢柱的结构不对称，体积大、截面尺寸大、车间制作时操作难度比较高，为保证组合钢柱的尺寸精度，关键在于采用适当的工艺流程和施工控制方法，严格控制各道工序的质量，在装配时制作合适的胎架以保证定位准确，同时在焊接过程有效控制焊接变形。
3 T+H 型组合钢柱预制工艺
3.1工艺流程
组合钢柱的工艺流程，如下所示：
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图2钢柱制作工艺流程
3.2钢柱的单元划分
由于钢柱的板厚、长度、部件数量多，但尺寸统一，适合批量板件进行流水线生产。确定构件尺寸，绘制排版图，进行钢板定尺，统一下料，大大减少损耗量，加工工期，根据加工需求，将钢柱划分为5个制作单元单元，H型钢单元、T型钢单元、加劲板单元、牛腿处加劲板及柱底板单元。
3.3钢柱的放样下料
3.3.1H+T 型钢的放样
采取余量补偿原则，对于焊接H型钢梁的翼缘板和腹板，在翼缘长度方向上两端加余量50mm，腹板因为与上、下翼缘板焊接的位置为全熔透焊缝，故在腹板的宽度方向两端各加2mm 焊接收缩余量。
3.3.2H+T 型钢下料
下料方式分为以下两种：
1）半自动切割机下料，当钢板两侧需要开坡口时，由于构件尺寸窄、长、薄，切割受热不均匀，弯曲变形大，调整校正工作繁重，产品质量难保证。利用两台半自动切割机同步切割坡口，工件为等温受热，可以较好的控制工件的变形，图3所示。
2）数控切割机下料，半自动切割机只能走直线，相对手工切割，精度有所提高，曲线及其他复杂形状无法完成。所以对于结构复杂和形状不规则的零件可采用数控切割机，利用数控编程软件集中排版下料，可提高切割的质量、精度要求、生产效率，降低生产成本。
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图 3 双侧坡口同步切割
构件长度受钢板规格限制，需要拼接，拼接严格按照 GB50205，焊接H型钢的翼缘板拼接缝与腹板拼接缝的间距不应小于200mm，翼缘板拼接长度不应小于2倍板宽；腹板拼接宽度不应小于300mm，长度不应小于600mm。设置拼接缝时应避开钢柱的所有加劲板位置，避免焊缝集中。
3.4T+H 型组合柱的装配
3.4.1H型钢的制作
1）组对钢板下料检查后按照图纸要求检验尺寸和外形，对焊接面仔细检查，清除干净焊缝边缘每边30～50mm 范围内的铁锈、毛刺、氧化皮等异物，下料后的零件标记清晰并分类堆放整齐。
根据图纸尺寸组对 H 型钢，H 型钢的尺寸为 600mm×800mm×16mm×25mm，L=13190mm，
由于双侧坡口熔透焊，组对时留出焊接收缩余量，理论高度 800mm，实际高度为804mm（下料已加余量），腹板坡口按设计图为等边 55°，清根后造成两侧金属填充量相差较大，不易控制焊接变形，根据 GB50661相关规定将坡口变更为不等边。见图 4 所示。
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图 4 H 型/T 型钢腹板坡口图
组对尺寸及垂直度检查无误后，做反变形控制措施，型钢焊接时易产生整体变形，会造成纵向缩短、垂直和水平方向的方弯曲，因此，焊接前需做反变形措施并刚性支撑固定。组对两根H型钢时，型钢“背靠背”放置，在两个H型钢翼缘板之间放置一个通长扁铁，H型钢的翼缘宽 600mm，厚度25mm，扁铁选用-8mm×40mm，同时在两翼缘间每隔300-400mm焊一块小钢板以固定工装，如图5所示。预变形的设置可以抵消焊接变形。
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图5 H型钢“背靠背”组装图
3.4.2H型钢的焊接
焊接采用CO2气体保护焊，CO2气体保护焊操作简单，成本低，效率高，焊接质量好，焊接变形小，目前已在建筑施工中广泛应用。
合理选择焊接方法和焊接顺序，选择线能量较低、焊接热输入较小的CO2气保焊，主梁焊缝由两名焊工从中间向两端分段退焊，打底填充后进行背面清根，两边填充完成后，焊缝两边交替完成盖面。（见图 6）
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图 6 焊接方式示意图
3.4.3T型钢制作
T型钢的尺寸是 1692mm×800mm×16mm×25mm，L=15130mm。T型钢的截面大，采用“背 靠背”工装不符合实际，因此将T型钢单独放置在工作台上，采用扁铁做好反变形措施 并做刚性固定，如图7所示。
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图7 T型钢组装示意图
在制作完成后矫正前测量型钢的截面尺寸，主要是型钢高度，宽度在下料时已检查，通过下表的数据可以检查预加焊接收缩余量、反变形法和刚性固定以及焊接顺序合理安排，使H型钢和T型钢的制作质量得到保证。型钢的弯曲变形、侧弯、角变形可通过相应矫正方法处理。
表1：焊接型钢的高度测量值
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3.5T型钢与H型钢制作
3.5.1组对
T+H组合结构焊接变形与组成的单独部件变形是相关的，制定大型结构制造总的技术要求或检验标准时，也要制定单个部件的技术要求，单个部件若在总体组装焊接时还要在该部件上焊接其他零件发生变形，则要在单个部件制造时应给出预变形量，因此，在焊接前要考虑合理的焊接工艺流程和变形控制措施，针对此特殊结构的特点，特制适用的反变形工装来控制焊接变形。
H 型钢和T型钢预制完毕后，检查其整体变形情况，轻微的角变形及弯曲，利用火焰矫正和型钢矫正机相结合，确保尺寸满足设计要求。矫正完毕后进行二次组对，组对的结构形式如图8所示。
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图8 组合柱的截面形式
组合柱结构截面尺寸不规则结构的施工难点在于T型钢与H型钢焊接时控制变形和焊后矫正的难度，焊缝长L=13190mm，为全熔透等边坡口焊缝，焊接填充量大，易产生角变形与弯曲波浪变形。
构件放置工作台上，H型钢与T型钢焊接位置的背面做一个反变形工装，设置一块钢板立放在焊缝背面，型钢的高度是292mm（见图 8），根据型钢的高度292mm以及焊接填充量工装钢板可以设计为25mm×300mm，长度根据钢柱长度而定。待钢柱放置后，设计L型钢板倒扣在H型钢的翼缘，使其固定，见图9。L型工装与型钢翼缘之间使用楔铁调节高度，由于楔铁与翼缘和 L型工装之间接触面小，操作不方便，所以为加大接触面设计一个马凳型（∏）工装，位置放在翼缘截面上，如图 9 所示，依据上述反变形工装，在焊接时控制焊接变形。
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图9 T+H型钢柱的焊接工装
3.5.2焊接
组对时，将要焊接的焊缝坡口由等边改为不等边；焊接时，采用均布4个焊工一起分段退焊的方法施焊，见下如图10。焊接时应两面交叉对称施焊，保证坡口两边填充量一致。控制焊接线能量对焊接变形与应力都有直接的关系，为了减少变形应该降低电流。
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图10 分段退焊示意图
3.6钢柱牛腿处的下翼缘组焊
钢柱的加劲板及牛腿处的端头板组对焊接完成，组对钢柱上端的下翼缘板，由于钢柱卧式立放在工作台上，钢柱需要组对的翼缘悬空离地面1138mm，所以需要设计一个工作台配合钢板装配，见图11。工作台的高度为1138mm，钢板选用2910mm×800mm×50mm，下方使用方钢管支撑，下翼缘钢板厚度25mm，同样利用反变形方法在要施焊的焊缝下方垫8mm×40mm扁铁，下翼缘与腹板采用不等边坡口焊，下翼缘与工作台钢板之间采用［型夹固定，中间用锲铁调节。
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图11 下翼缘反变形工装
焊接完毕后，拆除工装，H型钢的下翼缘变形量很小，翼缘平整，测量高度检查结果显示，左侧和右侧高度相差2mm，由此可见，此种反变形工装很好地起到了防变形的作用，检查整体尺寸最后安装柱顶的端头板，焊缝形式为角焊缝。
4 实施效果检查
根据 GB50205验收要求对制作完成的T+H型组合钢柱进行几何尺寸进行检查，表2中数据表明通过本文的制作方法，T+H型组合钢柱满足设计要求及质量验收标准的要求。
表2：钢柱几何尺寸检查表
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对不合格的位置，采用火焰矫正，最终全部合格。
5结语
T+H型组合钢柱在制作时，控制焊接变形是制作的关键，在制作中若产生较大的变 形，由于结构形式的限制，矫正起来比较困难，制作成本也会大幅提高。因此组装工艺 和焊接工艺及顺序是组合型钢制作过程中控制的重点。经过预制的实践证明，尽管组合型钢柱在焊接过程中的变形在所避免，但采取切实可行的防范措施，就能最大限度地控制焊接变形，满足工程质量要求，这对后续施工中类似结构的制作具有较高的参考价值。
参考文献：
[1]GB50661-2011，钢结构焊接规范，北京，中国建筑工业出版社，2011。
[2]GB50205-2020，钢结构工程施工质量验收标准，北京，中国建筑工业出版社，2020。