某塔工程采用筒中筒結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)總量很大，外筒鋼柱對(duì)圓管鋼柱要求精度很高。鋼管在卷制、壓制和焊接過程中產(chǎn)生不可忽略的殘余應(yīng)力。此外，由于構(gòu)件尺寸大，在一個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)件上，焊縫最長(zhǎng)可達(dá)160m，直管柱焊縫達(dá)60m，因此殘余應(yīng)力消除就變得很重要。本文采用振動(dòng)時(shí)效和局部控制加熱相結(jié)合的方法對(duì)鋼柱進(jìn)行殘余應(yīng)力消除。
直管振動(dòng)時(shí)效工藝
本次試驗(yàn)采用聚航科技生產(chǎn)的jh-300a全功能頻譜振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，采用頻譜諧波時(shí)效技術(shù)，噪音低、工藝簡(jiǎn)單，可在線打印時(shí)效曲線。
振動(dòng)輔助工藝裝備
1.托架用20-25mm厚鋼板焊接而成，外圍尺寸約1800*500*400mm。
2.采用振動(dòng)時(shí)效設(shè)備專用橡膠墊，用薄鋼板圍框焊接在斜面上，固定橡膠墊?？蚣苓吀咭?，保證橡膠墊被鋼管壓時(shí)鋼管與框架無接觸。
3.激振器墊塊 激振器墊塊用作激振器剛性固定的襯墊。內(nèi)弧、外弧各一塊，用厚鋼板制成，以確保偏心塊旋轉(zhuǎn)面與鋼管端面平行。墊塊平面尺寸應(yīng)與激振器固定面相當(dāng)，一面為平面，另一面為柱面；柱面半徑為875mm。
振動(dòng)時(shí)效工藝
1.鋼管放在托架上，保證4個(gè)橡膠墊壓縮均勻。鋼管固定端口平面距支架厚板平面10-20mm。
2.激振器用c形夾固定在鋼管振動(dòng)端上方，激振器端面與鋼管端面齊平。偏心距設(shè)定為32%（可以按實(shí)際效果在25%-40%范圍調(diào)節(jié)）。
3.加速度傳感器放在激振器下方鋼管內(nèi)。
4.設(shè)備供電為ac220v-20a，并保證電壓穩(wěn)定，干擾低，運(yùn)行過程中不允許斷點(diǎn)。
5.放置設(shè)備前應(yīng)首先切斷電源。
振動(dòng)時(shí)效處理方法
鋼管可以采用2種處理方法：人工手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。2種方法的過程一樣。
1.掃頻得到振動(dòng)幅值-電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線。轉(zhuǎn)速變化范圍應(yīng)保證觀察到2個(gè)振動(dòng)幅值＞30m/s2的共振峰f1f2。
2.在*低共振峰f1的亞共振范圍內(nèi)進(jìn)行工藝振動(dòng)，連續(xù)振動(dòng)預(yù)定18min；手動(dòng)條件下可以每3min調(diào)節(jié)一次轉(zhuǎn)速，以確保工藝在*大振幅下進(jìn)行。記錄每次調(diào)節(jié)后的振幅與頻率。
3.在次低共振峰f2的亞共振范圍內(nèi)進(jìn)行第2次工藝振動(dòng)，連續(xù)振動(dòng)12min；手動(dòng)條件下可以每3min調(diào)節(jié)一次轉(zhuǎn)速，以保證工藝在*大振幅狀況下進(jìn)行。記錄每次調(diào)節(jié)后的振幅和頻率。
4.再次掃頻，獲工藝后的振動(dòng)幅值-電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線。轉(zhuǎn)速變化范圍應(yīng)保證與第1次掃頻相同。
5.打印自動(dòng)評(píng)定結(jié)果、2次掃頻曲線和振幅-時(shí)間曲線。手動(dòng)控制時(shí)應(yīng)把記錄數(shù)據(jù)填入工藝執(zhí)行報(bào)告相應(yīng)欄內(nèi)。
消除殘余應(yīng)力參數(shù)
1.鋼管的振動(dòng)時(shí)效實(shí)施技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)數(shù)2000-6000r/min；穩(wěn)速精度1rpm/min（1rpm=1r/min）；激振力8-14kn；加速max32g；時(shí)效時(shí)間20-25min。
2.節(jié)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)效實(shí)施技術(shù)參數(shù)：轉(zhuǎn)速2000-8000r/min；穩(wěn)速精度2rpm/min；激振力8-26kn；加速度max44g；時(shí)效時(shí)間 *一振點(diǎn)25-30min，第二振點(diǎn)20-22min，第三振點(diǎn)15-20min。
3.局部控制加熱——烘烤法 對(duì)鋼管局部烘烤釋放應(yīng)力，即構(gòu)件完工后在其焊縫背部或焊縫兩側(cè)進(jìn)行烘烤。此法過去常用于對(duì)t型構(gòu)件焊接角變形的矯正，不需要施加任何外力，構(gòu)件角變形即可得以矯正。因此，只要控制加熱溫度與范圍，此法對(duì)消除殘余應(yīng)力非常有效果。利用電加熱板對(duì)焊縫加熱到65℃左右，保溫1-1.5h，緩慢冷卻，相關(guān)局部烘烤工作將安排在制管階段進(jìn)行。
以下是鋼柱殘余應(yīng)力消除數(shù)據(jù)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可看出消除應(yīng)力后和消除應(yīng)力前應(yīng)力得到了有效降低，下降率達(dá)50%，說明振動(dòng)時(shí)效工藝和局部控制加熱法對(duì)鋼柱焊接殘余應(yīng)力的減少和均化*果顯著。
殘余應(yīng)力消除效果
總結(jié)
殘余應(yīng)力對(duì)鋼構(gòu)件承載能力、穩(wěn)定性及疲勞強(qiáng)度都有不利影響，因此，了解鋼管節(jié)點(diǎn)成型后殘余應(yīng)力的大小和分布，并采取有效措施消除殘余應(yīng)力，對(duì)提高結(jié)構(gòu)整體承載力、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全性有重大意義。