一種空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相貫節(jié)點(diǎn)全熔透區(qū)域焊縫檢測(cè)新技術(shù)
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作者：鄭曉敏
1 工程概況
廣州宏城廣場(chǎng)綜合體天幕采用單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，主要由豎向支承與單層網(wǎng)殼2部分組成。豎向支承由樹形柱、多腳支承、落地桁架3部分組成，豎向支承與網(wǎng)殼通過銷軸連接，與下部基礎(chǔ)采用鑄鋼球鉸支座連接牢靠。
鋼結(jié)構(gòu)天幕共由5塊單層網(wǎng)殼構(gòu)成，局部區(qū)域網(wǎng)殼有重疊，重疊區(qū)域高差約800mm，在高差范圍內(nèi)通過設(shè)置斜腹桿做成類似平面桁架的形式進(jìn)行上下層網(wǎng)殼連接。網(wǎng)殼構(gòu)成如圖1所示，重疊區(qū)域連接構(gòu)造如圖2所示。
單層網(wǎng)殼由若干個(gè)菱形網(wǎng)格構(gòu)成，網(wǎng)格尺寸約2m x2m，天幕中間區(qū)域網(wǎng)格內(nèi)角在75。左右，各網(wǎng)格形狀基本一致，偏差較小。邊緣區(qū)域收邊導(dǎo)致桿件間夾角離散性較大，在150~ 1500。網(wǎng)殼桿件采用圓管截面，圓管外徑統(tǒng)一為194mm，壁厚分6，12，25mm 3種規(guī)格，其中網(wǎng)殼之間連接腹桿采用ɸ89 x8圓管，圓管材質(zhì)均為Q345B。圓管之間通過相貫節(jié)點(diǎn)部分熔透焊縫連接。
2 圓管相貫節(jié)點(diǎn)焊縫質(zhì)量要求
一般圓管相貫焊縫應(yīng)沿全周連續(xù)焊接并平滑過渡。支管壁厚≤6mm時(shí)可采用全周角焊縫。支管壁厚>6mm的相貫節(jié)點(diǎn)焊縫，相貫線焊縫根據(jù)主支管夾角ɸ和局部?jī)擅娼巧常▓A管外壁間的夾角）的范圍分為全熔透區(qū)域、部分熔透區(qū)域和角焊縫區(qū)域，如表1所示。局部?jī)擅娼?#968;<600時(shí)，焊縫計(jì)算厚度應(yīng)考慮一定折減，折減值如表2所示。相貫節(jié)點(diǎn)分區(qū)及主支管夾角中和局部?jī)擅娼?#968;如圖3，4所示。其中，tmin為較薄桿件壁厚，WP為工作點(diǎn)。
3 圓管相貫線節(jié)點(diǎn)全熔透區(qū)域焊縫質(zhì)量檢測(cè)
3.1相貫節(jié)點(diǎn)全熔透焊縫區(qū)域界定及圓管相貫組合
一般相貫節(jié)點(diǎn)焊縫承受的內(nèi)力主要集中在趾部和側(cè)部區(qū)域，該區(qū)域的焊縫質(zhì)量在很大程度上決定了節(jié)點(diǎn)焊縫的承載力，且趾部與側(cè)部區(qū)域一般要求達(dá)到全熔透焊縫的水平。為保證該區(qū)域焊縫質(zhì)量可靠，需對(duì)相貫線焊縫全熔透區(qū)域進(jìn)行超聲波探傷。
圓管之間相貫線為一條馬鞍形空間曲線，主支管的局部?jī)擅娼请S曲線位置的變化而變化，相貫線各區(qū)域焊縫要求跟局部?jī)擅娼怯嘘P(guān)。按照本工程要求，局部?jī)擅娼?#968;≥75 0時(shí)，工作點(diǎn)位于支管壁內(nèi)側(cè)，且焊縫折減值為0，應(yīng)按照全熔透焊縫進(jìn)行考慮；600≤ψ<750時(shí)，工作點(diǎn)位于支管壁厚范圍內(nèi)，且焊縫折減值為0，該處焊縫應(yīng)按部分熔透加角焊縫的組合焊縫形式考慮；ψ< 600時(shí)，工作點(diǎn)位于支管壁外側(cè)，并對(duì)焊縫計(jì)算高度進(jìn)行一定的折減，該區(qū)域按角焊縫形式進(jìn)行考慮。故相貫線全熔透長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)時(shí)，按ψ≥75。區(qū)域相貫線長(zhǎng)度取值。
本工程共采用4種規(guī)格圓管截面，圓管之間相貫存在如表3所示9種組合。由于相貫線長(zhǎng)度與主管壁厚無關(guān)，故上述組合可以歸并成ɸ194×6/ɸ194×t，ɸ194×12／ɸ194×t，ɸ194×25／ɸ194×f，ɸ89×8／ɸ194×t4種組合形式。
3.2 相貫節(jié)點(diǎn)全熔透區(qū)域焊縫長(zhǎng)度計(jì)算
按圖5所示建立坐標(biāo)系，相貫線方程為：
根據(jù)相貫線方程及局部?jī)擅娼枪�，已知兩面�?#968;，根據(jù)圓管中心線夾角θ，即可求得圓管相貫在各夾角狀態(tài)下全熔透與部分熔透焊縫交匯點(diǎn)處坐標(biāo)x，y，z。
本工程為空間曲面單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，圓管之間夾角種類眾多，夾角統(tǒng)計(jì)時(shí)考慮100~900范圍，以50為1個(gè)階梯，共分17級(jí)。在繪圖軟件上放樣得到各夾角狀態(tài)下的相貫線，根據(jù)前述計(jì)算得到的坐標(biāo)確定相貫線焊縫全熔透區(qū)域范圍，進(jìn)而測(cè)得相貫線全熔透焊縫( CP)長(zhǎng)度，編制焊縫無損檢測(cè)圖（NDT圖）。圖6所示為ɸ194×6與~194×t圓管相貫CP長(zhǎng)度曲線，其中橫向軸線（x軸）表示兩圓管之間夾角；括號(hào)內(nèi)數(shù)值表示與圓管之間平面角相對(duì)應(yīng)的相貫線長(zhǎng)度；縱向軸線（y軸）表示圓管相貫焊縫全熔透( CP)長(zhǎng)度理論統(tǒng)計(jì)值。
3.3 相貫節(jié)點(diǎn)全熔透區(qū)域焊縫質(zhì)量檢測(cè)
根據(jù)無損檢測(cè)圖可以表示某一相貫節(jié)點(diǎn)的焊縫形式、全熔透區(qū)域的焊縫長(zhǎng)度（見表4，圖7）。
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí)，根據(jù)焊縫無損檢測(cè)圖要求，利用細(xì)線等工具在圓管上放樣得到全熔透區(qū)域的臨界點(diǎn)并做好標(biāo)記，對(duì)該區(qū)域范圍內(nèi)的焊縫進(jìn)行100 %超聲波探傷，從而根據(jù)探傷結(jié)果判斷焊縫質(zhì)量是否滿足要求。
4結(jié)語
相貫節(jié)點(diǎn)焊縫受主支管夾角及節(jié)點(diǎn)區(qū)域局部?jī)擅娼怯绊�，相貫線焊縫一般由全熔透區(qū)域、部分熔透與角焊縫組合區(qū)域、角焊縫區(qū)域3部分組成。趾部區(qū)域全熔透焊縫質(zhì)量的好壞對(duì)節(jié)點(diǎn)焊縫承載力影響較大。結(jié)合工程實(shí)際，通過局部?jī)擅娼牵?#968;）確定相貫線焊縫定量（繪制NDT圖）檢測(cè)要求。在相貫焊縫質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，利用NDT圖標(biāo)記全熔透和部分熔透區(qū)域的臨界點(diǎn)作為焊縫檢測(cè)的依據(jù)。該方法從規(guī)范的相貫焊縫質(zhì)量定性檢測(cè)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)可操作的定量檢測(cè)，為其他類似圓管相貫焊縫質(zhì)量的檢測(cè)提供很好的借鑒作用。
5[摘要]以廣州宏城廣場(chǎng)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相貫焊縫定量檢測(cè)為背景，通過計(jì)算確定全熔透區(qū)域的范圍，繪制無損檢測(cè)( NDT)圖，利用超聲波探傷技術(shù)對(duì)焊縫進(jìn)行定量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明采用該方法的焊縫質(zhì)量滿足規(guī)范要求。
