一种大型多段式框架结构件及其装焊一致性控制方法与流程

本发明涉及大型钢结构装配，具体涉及一种大型多段式框架结构件及其装焊一致性控制方法。

背景技术：

1、大型框架结构件广泛应用于大型设备基础、重型承载平台及大型场馆等工程领域，通常由横梁与柱脚通过螺栓连接构成口字型框架结构。随着工程规模不断扩大，框架结构件的整体尺寸日益增大，受运输条件、吊装能力及现场施工空间的限制，超大型框架结构件往往无法整体预制运输，需要采用分段预制、现场合拢的施工方式。

2、现有技术中，大型框架结构件的分段连接通常采用现场焊接或普通法兰对接的方式。现场焊接方式受高空作业、焊接变形及环境温度等因素影响，装配精度难以控制，且焊接质量不易保证；普通法兰对接方式则由于法兰加工精度不足、分段件之间缺乏统一的加工基准与装配基准，导致各分段件预制精度不一致，现场合拢时出现对口错边过大、框架对角线差超差、法兰接口间隙不均匀等问题，严重影响整体框架的几何精度与承载性能。

3、因此，如何在分段预制条件下保证各单段框架的加工精度与一致性，并实现现场装配姿态与制造预组装姿态的高度一致，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种大型多段式框架结构件及其装焊一致性控制方法，以解决现有大型框架结构件分段预制精度不一致、现场合拢装配精度难以保证的技术问题。

2、一种大型多段式框架结构件，包括多段横梁和多个柱脚，所述若干横梁和柱脚通过螺栓共同构成口字型框架结构，所述横梁及柱脚由若干单段框架构成，所述单段框架由若干主管及斜管组焊构成，相邻单段框架通过法兰连接装置组可拆解的连接；所述法兰连接装置组由两件法兰结构件成对构成，所述法兰结构件为由第一法兰盘及第二法兰盘共同构成的8字型结构，两法兰盘内部开设有用于减重的空心圆孔，所述空心圆孔处焊接厚度小于两法兰盘厚度的钢板以形成封堵，所述法兰结构件外周还设有用于成对组合的螺栓孔。

3、进一步地，所述法兰连接装置组两侧表面还设有用于连接单段框架的筋板，其沿第一法兰盘及第二法兰盘外表面周向间隔布置，法兰连接装置组两侧的筋板呈对称分布。

4、进一步地，所述主管及斜管的材质为钢管。

5、本发明还提供一种大型多段式框架结构件装焊一致性控制方法，采用上述大型多段式框架结构件，包括以下步骤：

6、s1、分段预制与以测定长：按照大型多段式框架结构件所需的每段横梁及柱脚的长度，预先制备相对应的若干单段框架，所述单段框架两端预留切割余量；单段框架主体装焊完成且尺寸稳定后，测量单段框架两端管口之间的实际净长，根据实测净长截取单段框架端部余量，形成与法兰结构件相配合的接口。

7、s2、预配法兰组：先将一对法兰结构件在零件状态下精加工端面及螺栓孔，随后通过螺栓成对预紧组合起来，得到预先加工完善的法兰连接装置组。

8、s3、微应力焊接：将s1中完成主体装焊的各单段框架按设计姿态摆放，随后将步骤s2完成的法兰连接装置组整体嵌入对应单段框架端部，在整体处于无外部约束的条件下进行合拢焊接以最大程度减小应力带来的误差影响，焊接完成冷却至室温后解除法兰连接装置组上的螺栓，完成单段框架与法兰连接装置组的焊接，此时完成横梁及柱脚的焊接。

9、s4、设置测量基准：在步骤s3得到的法兰连接装置组的侧面及横梁、柱脚的主体结构主管上贴设复位靶标，同时沿靶标中心打设长度为30mm的样冲眼，利用全站仪建立全局测量基准。

10、s5、横梁及柱脚的再组装：将s4中完成法兰焊接的若干单段框架运输至现场并通过螺栓重新组装为横梁及柱脚。

11、s6、立体合拢自适应装配：现场安装时，根据步骤s4设置的复位靶标，复建与制造一致的测量基准，并使用全站仪恢复全局坐标系，按照"先柱脚、后横梁"的顺序吊装，依据复位靶标和样冲眼调整构件空间姿态，使制造预组装姿态与现场安装姿态一致，偏差±1mm；具体安装步骤如下：首先按照所需大型框架结构的位置，将步骤s5得到的柱脚固定在地面上并测量相邻柱脚之间的实际间距；随后根据实测间距对s5得到的横梁端部预留的修正量进行修整，使横梁实际长度与柱脚实测间距相匹配；然后将修整后的横梁吊装至两柱脚之间，将已成对用螺栓连接的法兰连接装置组装入横梁和柱脚预留间隙，重复步骤s3进行焊接，将横梁与柱脚连接起来，完成整体框架合拢。

12、进一步地，步骤s1中，所述单段框架的主管按0.5mm/m预留焊接收缩量，两端各预留5-7mm的切割余量；各单段框架在专用组焊胎架上完成主管与斜管的组装及焊接，所述单段框架焊接完成后侧弯矢高≤0.3mm/m、对角线差≤5mm、长度公差±2mm、端面与轴线的垂直度≤0.5mm/m。

13、进一步地，步骤s2中，所述法兰结构件通过激光切割制备，随后采用数控机床精加工法兰结构件表面及螺栓孔，平面度≤0.1mm，孔位置度≤0.3mm；成对组合法兰结构件时以设计扭矩的50%预把紧螺栓，使两法兰已机械加工的对接面紧密贴合，得到法兰连接装置组。

14、进一步地，步骤s3具体为：先将已截取净长的各单段框架置于自由状态并进行预组装，组装后整体长度偏差±5mm、整体平面度及直线度≤10mm、对口错边≤2mm，随后将预把紧的法兰连接装置组嵌入对应单段框架端部；随后进行焊接，法兰连接装置组与单段框架的焊接采用co2气体保护焊，由两名焊工对称同时施焊，a至n为筋板的位置编号，双法兰按照a至n的焊接顺序进行间隔对称施焊；焊接完成后进行超声波探伤，焊接面贴合间隙≤0.3mm。

15、进一步地，步骤s6中，所述测量基准包括四个柱脚的中心线及对角线、十字中心线基准；所述对横梁端部预留的修正量进行修整具体为，柱脚定位满足要求后测量相邻柱脚及对角柱脚之间的实际间距，使横梁修正后的实际长度等于柱脚实测间距减去设计法兰间隙；安装的具体要求为：柱脚的垂直度≤0.7mm/m、平面位置±3mm、对角线差≤5mm；横梁端部与柱脚端部之间对口错边≤2mm，整体框架对角线差≤10mm，长度、高度±5mm，法兰接口间隙≤0.3mm。

16、本发明的有益效果是：

17、基于现有技术存在的不足，本发明提供一种大型多段式框架结构件及其装焊一致性控制方法，通过优化结构设计，本发明具有如下技术效果：

18、其一，本发明通过将横梁及柱脚分解为若干由主管及斜管组焊构成的单段框架，并采用由两件8字型法兰结构件成对构成的法兰连接装置组实现相邻单段框架的可拆解连接，同时在各法兰盘内部开设空心圆孔并焊接薄钢板封堵以减重，解决了超大型框架结构件无法整体运输的技术问题，从而在保证结构承载能力的前提下实现了大型框架结构件的分段预制与便捷运输。

19、其二，本发明通过采用“分段预制与以测定长、预配法兰组、微应力焊接”的工艺路线，将法兰连接装置组在零件状态下预先精加工并成对预紧组合，再整体嵌入单段框架端部在无外部约束条件下合拢焊接，解决了分段件加工基准不统一、焊接变形导致装配精度不一致的技术问题，从而显著提升了各单段框架的加工精度与一致性。

20、其三，本发明通过在法兰连接装置组侧面及主体结构主管上贴设复位靶标并打设样冲眼，利用全站仪建立全局测量基准，现场安装时依据复位靶标复建与制造一致的测量基准并恢复全局坐标系，解决了制造预组装姿态与现场安装姿态难以一致的技术问题，从而实现了制造与安装基准的统一，使现场安装接口处姿态及基线与制造预组装状态的偏差控制在±1mm以内。

21、其四，本发明通过在现场安装阶段采用“先柱脚、后横梁”的吊装顺序，并依据实测柱脚间距对横梁端部预留修正量进行修整，使横梁实际长度与柱脚实测间距相匹配，解决了分段预制件现场合拢时对口错边过大、法兰接口间隙不均匀的技术问题，从而有效控制了整体框架的对角线差、长度高度公差及法兰接口间隙，保证了整体框架的几何精度与承载性能。