火焰校正法在大型鋼構件變形校正中的應用淺析

趙霄劍

（太原市建設工程質量安全站，山西 太原 030009）

0 引言

鋼結構延展性好、塑性形變能力強，具有良好的抗震等級和抗沖擊性能，可提升建筑的安全穩定性，在劇院、體育場館、大型堆場（棚）等公共建筑和工業建筑中尤為常見。在對鋼構件進行焊接過程中，局部不均勻的加熱使鋼構件內部產生熱應力，進而產生殘余塑性變形和殘余應力，由此引起鋼結構的變形，從而使鋼構件的剛度、強度、穩定性降低，最終降低整個結構的承載力；另外，對那些較長的結構鋼梁，運輸、吊轉也有可能引起變形。項目建設中，構件的變形需要校正。在丁果仙大劇院改擴建項目中，眾多焊接預制的鋼構件存在焊接變形，采用火焰校正法對鋼構件進行了校正。本文結合該項目，對火焰校正法在大型鋼構件變形校正中的應用進行分析。

1 火焰校正法概述

金屬材料存在熱脹冷縮的特點，當材料局部加熱時，被加熱部分的材料受膨脹，但由于周圍環境溫度低，因此受熱處材料受到膨脹的限制，材料受到壓縮，即此加熱處受到壓縮應力，當停止加熱發生冷卻時，就發生加熱部分的材料會比原來材料的長度減短的情況。火焰矯正就是利用金屬這種特性，用火焰加熱的方式在適當位置對構件進行加熱，從而當構件冷卻時產生壓縮應力，用來起到校正變形的作用。

在焊接過程中，因為對鋼構件進行局部不均勻的加熱，使鋼構件內部產生熱應力，進而產生殘余塑性變形和殘余應力，由此引起鋼結構的變形，從而使鋼構件的剛度、強度、穩定性降低，最終降低整個結構的承載力。因此，需要對構件焊接中出現的變形進行校正。校正方式主要有機械方式、加熱方式，其中，火焰校正是通過加熱的方式達到構件校正的目的。火焰校正須注意，一旦溫度的控制不符合要求，相應的熱循環必然被材料受熱部分所承受，從而材料的結構性能會受到一定程度的影響。不同校正溫度的適用范圍見表1所示。

表1 不同校正溫度的適用范圍（材質為低碳鋼）

針對鋼結構焊接變形常用的火焰校正法主要有三角形加熱法、線狀加熱法、點狀加熱法。影響火焰校正效果的主要因素包含以下幾個方面：一是加熱的形狀；二是加熱的位置；三是加熱的速度；四是加熱區的大小；五是冷卻速度。

2 工程應用實例

丁果仙大劇院改擴建項目總建筑面積20320.9m2，建筑層數地上2層，地下3層，其中地上面積為7080.8m2，地下面積為13240.1m2。主體設計為型鋼混凝土結構。屋面工程為鋼結構體系，該項目中運用了大量的火焰校正方法。

2.1 火焰校正法工藝流程

（1）提前做好校正前的準備工作，檢查乙炔、氧氣、設備與工具的狀態，選用火焰校正對應的烤槍、焊嘴。

（2)采用石筆進行鋼梁中線的放樣，確定鋼梁是否變形，并分析變形的類別。

（3）確認校正件的材質，了解其相關的塑性、結構特性、技術條件及裝配關系等，從而確定其構件的變形類型[1]。常見的主要構件變形類型有：縱向和橫向收縮、角變形、彎曲變形、扭曲變形和波浪變形，見圖1所示。

圖1 構件變形類型

（4）先確定加熱順序和加熱位置，再考慮是否需要增加外力。通常從剛性大的方向和變形大的部位開始校正，然后在鋼梁變形處進行標記。

（5）確定校正方式，一般對于變形大的構件，其加熱溫度為610～830℃。

（6）檢查火焰校正的質量，對不能滿足工程質量要求的須進行二次的火焰校正。如果存在校正量過大的情況，應該從反方向進行火焰校正，直到火焰校正能達到技術要求。

（7）除了針對專門技術規定的校正件需要做退火處理，通過退火處理消除校正應力[2]外，一般構件經過火焰校正后是不需要進行退火處理的。

（8）具體的施工工藝流程見圖2所示。

圖2 施工工藝流程

2.2 主要施工機具設備及材料

配備的設備見表2所示，需要的材料主要為氧氣和乙炔。

表2 主要機具設備

2.3 質量控制規范

質量控制依據《鋼結構施工質量驗收規范》（GB50205-2020）、《鋼結構焊接規范》（GB50661-2011）與《鋼結構工程施工規范》（GB50755-2012）。

2.4 安全措施

該工程進行火焰校正的安全繩按照《建筑施工高處作業安全技術規范》（JGJ80）布置。工程中為保證工人在其過程中高空行走，在每根鋼框架梁中拉設兩道安全繩；邊梁位置兩股。次梁安裝時，工人通過次梁兩頭主梁上的安全繩懸掛安全帶進行安裝。上、下鋼梁時工人通過十字柱上的爬梯上下。鋼柱間邊梁位置上方安全繩布置示意如圖3所示。

圖3 鋼柱間BGL邊梁位置上方安全繩布置示意圖

鋼梁焊接用Φ14圓鋼制作，在掛鋼梁的整個位置進行加強（即雙排鋼筋），進人深度不低于1400mm，吊籠主要受力為受拉，為3.3t，滿足使用要求。

在施工前必須加強施工人員的班前安全教育，做好安全技術交底，未經三級教育的施工人員不得上崗。所有機具設備的操作人員必須經過嚴格訓練，持證上崗，并嚴格遵守操作規程，嚴禁違章作業。臨時設施及變壓器等供電設施，應采取防護措施，并增設屏障、遮欄、圍欄、保護網[3]。

2.5 環保措施

光污染控制：合理安排施工作業時間，盡量避免在夜間施工。在保證滿足施工要求下，調整燈光的照射方向，減少對周圍居民的影響。焊接作業必須在具有遮光措施的平臺內，施工人必須在面罩內操作。

固體廢棄物控制：在工作安排時須明確固體廢棄物收集，安排專人負責日常管理。有毒有害類的廢棄物不與無毒無害的廢棄物混放現場，并按標識分類堆放。

2.6 經濟效益分析

采取傳統機械校正工法時，需要將變形的鋼構件進行返廠，采用大型機械進行冷加工，從而滿足設計要求。使用火焰校正方法，在施工現場可以很高效地進行處理，縮短了工期、保證了構件質量，同時減少了資源的浪費[4]。

丁果仙大劇院改擴建等項目均采用了火焰校正法進行鋼構件的校正，與傳統的機械校正施工工藝相比，減少了材料投入，明顯加快施工進度、提高了勞動效率等，滿足房建工程對施工的要求。經濟效益分析見表3所示。

表3 經濟效益對比分析（單位：萬元）

3 結束語

綜上所述，火焰校正法可行可靠，是進行鋼梁校正的一種有效方法，該方法可采用多個烤槍進行平行作業，可有效縮短工期。實際應用證明，火焰校正法進行鋼構件的校正，與傳統的機械校正施工工藝相比，減少了材料投入，明顯加快施工進度、提高了勞動效率；其施工機械簡單，易操作，施工噪音較低，有利于環境保護。