某大型公共建筑钢板剪力墙施工技术研究.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 16 期 2023 年 8 月Vol.54 No.16 Aug.20231998某大型公共建筑钢板剪力墙施工技术研究杨永洪（中交一公局集团有限公司，101118，北京）摘要：以某公共建筑钢板剪力墙为研究对象，对钢板剪力墙施工过程的重难点进行剖析，根据焊接 T形接头的纵向残余应力修正估算公式对钢板剪力墙纵向残余应力大小进行估算，得到了残余应力分布曲线；通过优化焊接顺序及工艺、采用可调节预拉力的定位拉杆装置等措施在保证钢板安装过程稳定性的同时，降低残余应力，为同类建筑提供有益的参考。关键词：钢板剪力墙；新型定位支架；残余应力；估算公式中图分类号：K 826.16 文献标志码：B 文章编号：1000-4726(2023)16-1998-04RESEARCH ON CONSTRUCTION TECHNOLOGY OF A LARGE-SCALE PUBLIC BUILDING STEEL PLATE SHEAR WALLYANG Yong-hong(China First Highway Engineering Co.,Ltd.,101118,Beijing,China)Abstract:Taking a steel plate shear wall in a public building as the research object,the key and difficult points in the construction process of the steel plate shear wall were analyzed.Based on the modified estimation formula for longitudinal residual stress of welded T-shaped joints,the magnitude of longitudinal residual stress in the steel plate shear wall was estimated and the residual stress distribution curve was obtained.By optimizing the welding sequence and process,adopting adjustable pre-tension positioning pull rod devices,and other measures,the stability of the steel plate installation process was ensured while minimizing residual stress as much as possible.It provided useful references for similar buildings.Keywords:steel plate shear wall;new positioning bracket;residual stress;estimation formula随着我国经济和城市化进程的快速发展，城市高层公共建筑不断增加，这类高层建筑对结构的可靠性要求越来越高，而普通剪力墙的延性不足，钢板剪力墙以其弹性初始刚度更大、滞回特性稳定，弥补了混凝土剪力墙的弱点，抗震性能更高，且占地面积小、可避免浪费使用面积，故在造价成本和工作性能上优于其他增强支撑结构。然而，钢板剪力墙的施工过程中存在一些技术和施工质量控制难题，需要采取科学合理的措施，提高施工质量和效率。1 工程概况海南地区某公共建设项目工程，结构重要性系数为 1.1。地勘资料显示，本项目工程场地属于抗震不利地段，存在液化的饱和砂土层和软弱土，为了满足工程结构抗震要求，节约含钢量，部分构件以钢板剪力墙为主要抗震结构构件，钢板剪力墙厚度为 400 mm、500 mm、600 mm，内置钢板厚度为25 mm，在剪力墙端部设置型钢暗柱，钢板墙端部设置加劲板，钢板剪力墙钢结构均采用 Q355B 材质钢板。标准层高为 5.5 m。钢板剪力墙典型构造示意如图 1 所示。400 300 500250 5005005005008001 750钢板厚度 t=25图 1 钢板剪力墙典型构造示意2 施工难点剖析本项目钢板混凝土剪力墙内置钢结构构件 3 000余吨，其施工过程中存在一些突出的难点，主要是在吊装后的焊接过程中，需要保证钢板与框架的位置以及二者间隙的准确度，克服风荷载、焊接残余应力等影响。收稿日期：20230630作者简介：杨永洪（1984），男，四川南充人，高级工程师，e-mail:.2023 年 8 月19993 施工工艺及流程根据该公共建筑结构特点，充分考虑钢板制作、运输等因素，总体施工工艺及流程如下：端部型钢柱基础预埋层间型钢暗梁安装钢板墙吊装（使用大型起重设备吊装、临时就位、安装临时拉杆）焊接（将钢板与预制钢板柱、型钢暗梁焊接连接，连接后需要进行检查，确保连接牢固）墙体表面处理（拆除临时支撑，钢板墙的表面需要进行处理，以保证墙面的平整度和表面质量）检查验收。4 解决焊接过程稳固性措施4.1 方案比选钢丝绳、拉杆和脚手架固定是常见的定位措施。表 1 展示了三者的优缺点。由表 1 可知，钢丝绳比较轻便、易于安装，但相对来说拉杆可提供更精确的拉力、实现更稳定的安装条件，比钢丝绳更容易保证焊接过程稳定。表 1 提高稳固性方案措施优点缺点钢丝绳可提供足够的拉力；可延展和缩短，适用于不同形状和尺寸；携带便携，易安装钢丝绳的弹性变形，对稳定性有一定影响拉杆可提供较大的拉力；刚性好，不易产生弹性变形；能够有效地保证结构的稳定性可调范围小脚手架相对稳定，可以提供更大的支撑面积安装和拆卸麻烦，对场地要求较高4.2 拉杆定位装置为了充分利用拉杆的稳定性优点，需先解决拉杆安装不便的难题，为此，本文研制了一种用于钢板剪力墙的新型定位拉杆，可提高临时支撑的安装便捷性。具体原理为：在钢板剪力墙安装过程中，借助钢板剪力墙墙身的平头栓钉、地面的预埋锚环固定，通过伸缩拉杆调节长度提供拉力。具体配件如下。（1）上部固定端。上部固定端由 10 mm 厚的定位钢板、4 个顶紧螺栓、耳板组成。根据钢板剪力墙墙身的平头栓钉间距，在定位钢板上开 4 个可以将平头栓钉套入的葫芦孔，通过调节顶紧螺栓，将定位钢板牢固的与栓钉锁紧；耳板用于保证上部固定端与拉杆的连接。固定件效果如图 2 所示。（2）拉杆。拉杆利用花篮螺栓原理，由 25 mm 套丝圆钢、图 2 固定件钢管套筒组成。通过旋转可调节拉杆长度，调节杆上还有刻度尺，可便于通过刻度值估算所提供的拉力；根据应力分布情况及焊接顺序，将拉杆固定在钢板1/2高、1/4宽处。拉杆效果如图3所示。图 3 拉杆5 降低焊接残余应力研究5.1 残余应力理论分析焊接残余应力是在对焊件局部加热继而逐渐冷却的过程中，由于不均匀的温度场存在使得焊件各部分产生不均匀的变形所产生的1。焊接残余应力分为沿焊缝轴线方向的纵向残余应力、垂直于焊缝轴线的横向残余应力以及沿板厚方向的残余应力，其中纵向残余应力数值最大且规律最明显，MASUBUCHI 等2在试验的基础上，曾给出了纵向残余应力分布模型，其表达式如下：()()()21/2201/ey bxy b=（1）式中：0为焊缝中最大拉伸残余应力；b 为拉应力区半宽；y 为距焊缝中心的距离。其中 0、b 需要通过试验来测得。在拉应力区半宽 b 没有实测值时，WU 等3给出了另外一个经验公式来估算拉应力区半宽：11150niisiqbh=（2）式中：h 为板厚，mm；s为材料屈服强度，MPa；n 为焊缝道数；qi为每道焊缝的有效电弧热功 率，W；vi为每道焊缝的焊接速度，mm/s。黄永辉等4通过试验和模拟的方式对上述公式进行了修正，得到了不同板厚 T 形焊缝纵向残余应杨永洪：某大型公共建筑钢板剪力墙施工技术研究建 筑 技 术第 54 卷第 16 期2000力的修正预测公式：()()()21/222311/e1300.00180.34890.05850.171y bxsniiiisisiiy bqbmknkvkk=+=+（3）式中：k为材料屈服强度修正系数；kvi为焊接速度修正系数；mi为焊接接头中第 i 块板的热流修正系数。T 形接头焊接示意如图 4 所示。h1h2图 4 T 形接头焊接示意对于 T 形接头，可计算其热流修正系数为：m1=2h1/(2h1+h2)，m2=h2/(2h1+h2)。本工程中钢板厚度 h2=25 mm，梁、柱翼缘板厚度 h1=16 mm，可计算出：m1=0.56，m2=0.44。钢板剪力墙的焊接参数见表 2。表 2 钢板剪力墙的焊接参数电流/A电压/V焊道焊接方式焊速/（mm/s）300302埋弧自动焊5.0焊接热输入，有效功率计算式如下：/inniqI U=（4）式中：In为焊接电流，A；Un为焊接电压，V；为电弧功率的有效利用系数，埋弧焊取=0.9。通过计算可得：b=7.02 mm，纵向残余应力与距焊缝中心的距离 y 的关系如式（5），纵向残余应力与距焊缝中心距离的关系曲线如图 5 所示。()()()21/7.02223451/7.02eyxy=（5）通过图 5 可以看出，计算得出的纵向残余应力与理论纵向残余应力分布规律一致。焊缝中心处的纵向残余应力为拉应力，且已达到钢材的屈服强度，远离焊缝中心的纵向残余应力为压应力。40 20 0 20 404003002001000100200纵向残余应力/MPa距离/mm图 5 纵向残余应力与距焊缝中心距离的关系曲线5.2 降低残余应力的方法5.2.1 优化焊接顺序及工艺焊接变形及残余应力是焊接过程中不可避免的问题，从减小焊接变形及残余应力的角度来考虑，可以采取如下两个措施。（1）总体焊接顺序：因每道墙有数道竖向焊缝，先水平间断式焊接，再满焊竖向焊缝，竖向焊缝可通过焊缝宽度调节来消除累积变形；竖向焊缝稳定后再补焊水平的横向焊缝。此顺序可以尽量减小焊接变形和残余应力的影响。（2）减少焊接时间：选择跳焊法、双面焊接，以及大直径焊条、快速焊接的工艺，减少焊接受热时间，减小工件收缩和变形的程度。5.2.2 设置稳定肋为了减少钢板本身的翘曲、分散焊缝收缩压力、分散拉杆装置带来的拉力，可以在每层钢板墙的上、下 1/3 位置处增加横向稳定肋，稳定肋提前在加工场焊接。5.2.3 利用拉杆定位装置施加预拉力（1）增加预拉力的原理：利用钢板安装时设置的拉杆施加预拉力，利用预拉力形成机械约束力，使焊缝处在焊接前有一定的收缩力，限制焊接过程变形，降低焊接残余变形导致的内部应力。（2）预拉力施加：钢板与两侧先用连接板临时铰接固定，拉杆也先初步稳定不施加预拉力，进行水平焊缝的间断式焊接，间断焊接后两侧拉杆同步均匀施加预拉力，接近间断式焊接点的屈服强度，用于抵消先施焊区域的焊接应力。（3）预拉力值的测定：预拉力值通过旋转调节拉杆的长度进行控制，并利用在拉杆下端固定座的销轴上设置的压力感应片来实时测定，在拉紧过程中，应保持两侧拉杆同步施拉，避免出现偏移。（4）构件的受力核算：需重点考虑拉杆抗拉能力、栓钉的抗剪及抗弯、连接耳板焊缝的抗剪及抗弯，对比钢材及焊缝的受拉/抗剪强度设计值。经计算，本拉杆系统所选构件型号均能满足要求。第 54 卷第 16 期 2023 年 8 月Vol.54 No.16 Aug.20232001 建 筑 技 术 Architecture Technology6 结束语钢板剪力墙的安装受风载、焊接温度变化的影较大；通过设置定位拉杆来解决安装稳定性问题，比常规的斜拉钢丝绳方法更稳定，且能为限制焊接变形提供稳定可测的预拉力；根据纵向残余应力估算公式计算得到了本工程钢板剪力墙纵向焊接残余应力，并通过采取优化焊接顺序及工艺、增加稳定肋、对拉杆系统施加预拉力等措施，最大限度地减小了焊接变形、降低了焊接残余应力。希望本文总结出的控制措施，鹫峰山一号隧道衬砌环向施工缝破损防治技术任昌真，吕敬钱，牟联松（中铁隧道局集团有限公司，511458，广州）摘要：衢宁铁路（福建段）鹫峰山一号隧道为单洞单线特长隧道，受斜井选址条件影响，洞内独头掘进距离长，运输组织难度大，施工任务重，工期紧。为了减少隧道衬砌环向施工缝破损，确保隧道衬砌施工质量，分别从衬砌台车挤压、环向止水带切割混凝土、施工冷缝、止水带背后脱空等方面，对衬砌环向施工缝破损产生原因进行深入分析，通过采取台车端头软搭接、钢端模固定止水带、运用先进的混凝土浇筑工 艺、施工缝V形槽等措施，有效预防了衬砌环向施工缝破损。根据施工缝环向裂缝位置、大小、有无渗漏水情况，采取相应整治方案，提出优化设计的合理化建议。关键词：隧道衬砌；环向施工缝；施工缝破损防治中图分类号：U 455.91 文献标志码：B 文章编号：1000-4726(2023)16-2001-05PREVENTION AND CONTROL TECHNOLOGY FOR DAMAGE OF LINING CIRCUMFERENTIAL CONSTRUCTION JOINT OF JIUFENGSHAN NO.1 TUNNELREN Chang-zhen,LYU Jing-qian,MOU Lian-song(China Railway Tunnel Group Co.,Ltd.,511458,Guangzhou,China)Abstract:Jiufengshan No.1 tunnel of Quzhou-Ningde Railway(Fujian section)is a single tunnel,single track and extra long tunnel.Affected by the site selection conditions of inclined shaft,the single head excavation distance in the tunnel is long,the transportation organization is difficult,the construction task is heavy,and the construction period is tight.In order to reduce the damage of tunnel lining circumferential construction joint and ensure the construction quality of tunnel lining,this paper deeply analyzed the causes of the damage of lining circumferential construction joint from the aspects of lining trolley extrusion,waterstop cutting concrete,circumferential cold joint,waterstop void,and so on.The damage of lining circumferential construction joint was effectively prevented by taking measures such as soft lap at trolley end,fixing waterstop belt with steel end formwork,using advanced concrete pouring technology and V-shaped groove of construction joint.According to the location and size of circumferential cracks of construction joint and whether there is water leakage,corresponding treatment schemes are adopted,and reasonable suggestions for optimal design are put forward.Keywords:tunnel lining;circumferential construction joint;construction joint damage prevention中国高铁是“一张靓丽的名片”，在国家“十四五”期间仍然是国家投资发展的重点。线性要求使得大量新建铁路将无法避免地穿越极端复杂的地质条件。众所周知，在高山峡谷地形地貌环境下，地质复杂，灾害隐蔽性强，常面临长距离独头掘进，洞内施工干扰收稿日期：20230707作者简介：任昌真（1981），男，河南商丘人，高级工程师，e-mail:.能为类似钢板剪力墙的施工提供经验。参考文献1 宋天国.焊接残余应力的产生与消除 M.北京:中国石化出版社,2005.2 MASUBUCHI K,MARTIN D C.Investigation of residual stresses in steel weldmentsJ.Investigation of Residual Stresses in Steel Weldments.3 WU X R,CARLSSON J.Welding residual stress intensity factors for halfelliptical surface cracks in thin and thick platesJ.Engineering Fracture Mechanics,1984,19(3):407426.4 黄永辉,王荣辉,傅继阳,等.平板焊接接头纵向残余应力修正估算公式 J.工程力学,2014,31(6):218225.