Breve introdução e características do processo de grades soldadas
Grades soldadas são uma estrutura de grade espacial, um tipo chave de sistema estrutural de construção de longo- vão. Seu núcleo é composto de vários membros metálicos (como tubos de aço e seções de aço) conectados por juntas soldadas para formar uma unidade de grade semelhante a uma-treliça espacial-tridimensional (por exemplo, triângulos regulares, quadrados e hexágonos regulares), formando, em última análise, uma estrutura de suporte de carga-que cobre uma grande área. Essencialmente, eles utilizam um sistema de força espacial para transferir uniformemente as cargas para os suportes. Eles são amplamente usados em estruturas de telhado ou piso de grandes-vãos, grandes-espaços, como estádios, salas de exposições, terminais de aeroportos, estações ferroviárias de alta-velocidade e grandes fábricas.
1. Componentes principais e características estruturais de grades soldadas
Antes de discutir as características do processo, é necessário primeiro esclarecer seus componentes principais, que formam a base do projeto do processo:
Membros: tubos de aço sem costura (aços com baixo-carbono ou baixa{1}}liga, como Q235B e Q355B) são a escolha principal, com tubos quadrados e aço em formato H- usados em algumas aplicações. Os membros devem atender aos requisitos de leveza e alta{6}}resistência, com diâmetros normalmente variando de 48 a 219 mm e espessuras de parede de 3 a 12 mm. Nós: Componentes principais que conectam membros, categorizados por método de soldagem:
Welded sphere nodes: The most commonly used type, consisting of two hemispheres (stamped from steel plates) welded together to form a hollow sphere, which is then welded to the member. Suitable for large spans and heavy loads (e.g., stadiums with spans >30m).
Nós de placa (nós de placa de conexão): As placas de aço são cortadas em formatos específicos (por exemplo, em cruz, em forma de T-) e as extremidades do membro são soldadas à placa de conexão. Adequado para vãos pequenos e médios e um pequeno número de membros (por exemplo, pequenas fábricas).
Características estruturais: Distribuição espacial uniforme de carga (sem momentos de flexão unidirecionais concentrados), excelente desempenho sísmico (alta rigidez geral e forte coordenação de deformação) e ampla cobertura de vão (normalmente 20-100m, com projetos especiais atingindo mais de 150m). II. Principais características do processo de grades soldadas
O processo de grade soldada gira em torno de duas etapas principais: pré-fabricação na fábrica e-instalação e soldagem no local. Os principais requisitos incluem alta precisão, juntas fortes, baixa deformação e alta segurança. Características específicas podem ser analisadas sob as seguintes perspectivas:
1. Processo de soldagem de juntas: Este é um ponto chave de controle de qualidade, enfatizando "penetração" e "selagem".
As juntas são fundamentais para a natureza-de suporte de carga da grade, e seu processo de soldagem impacta diretamente a segurança estrutural. As principais características são as seguintes:
Processo de junta esférica soldada:
Prioriza a precisão da produção de bolas: depois que os hemisférios são estampados em chapas de aço, eles são primeiro soldados-de topo (juntando as duas metades para formar uma esfera completa). Esta soldagem de topo requer ferramentas especializadas para garantir a redondeza da esfera (tolerância menor ou igual a ± 2 mm). Após a soldagem, é realizada uma "limpeza da raiz" (remoção de escória de solda da parte traseira da solda) e testes 100% não{5}destrutivos (teste ultrassônico UT) para garantir que as soldas dentro da esfera estejam livres de poros e rachaduras. Soldagem de juntas-com{8}}esféricas: "Soldagem por penetração em ranhura" é usada. Uma ranhura deve primeiro ser criada na esfera no ângulo da haste (ângulo 30 graus -45 graus, profundidade maior ou igual à espessura da parede da haste). As extremidades das hastes são então retificadas em uma ranhura correspondente. A soldagem é realizada usando soldagem protegida com gás CO₂ ou soldagem a arco manual para garantir penetração total (penetração maior ou igual a 90% da espessura da parede da haste). Após a soldagem, as soldas devem ser submetidas a testes de partículas magnéticas MT (ou testes UT) com taxa de aprovação de 100% (padrão de solda Classe 1, de acordo com GB 50205, "Norma para Aceitação de Qualidade de Construção de Engenharia de Estruturas de Aço").
Processo de soldagem de junta de placa:
A placa de conexão é primeiro perfurada com precisão na fábrica (para posicionamento temporário dos parafusos). Depois que as extremidades das hastes estiverem alinhadas com a placa de conexão, uma combinação de “solda de ângulo + solda de plugue” é usada. A solda de filete garante a resistência da conexão da haste-à{4}}placa, enquanto a solda de encaixe (soldada dentro do furo pré-fabricado na placa de conexão) aumenta a resistência ao cisalhamento. Após a soldagem, a superfície da solda deve ser limpa para garantir que não haja defeitos, como cortes inferiores e soldas incompletas. 2. Processamento da haste: pré-fabricação de alta-precisão, controle de comprimento e precisão do chanfro
As hastes de treliça devem ser pré-fabricadas em fábrica, utilizando um processo caracterizado pela precisão e padronização:
Controle de precisão de corte: As hastes são cortadas usando equipamentos de corte CNC (como máquinas de corte a plasma ou laser), com tolerância de comprimento de ± 1 mm (superando em muito os ± 3 mm das estruturas de aço convencionais). Se as hastes forem tubos de aço, elas deverão ser endireitadas (usando um endireitador de tubos) para uma tolerância de retilineidade menor ou igual a L/1000 (onde L é o comprimento da haste) para evitar desalinhamento durante a montagem.
Precisão no processamento da ranhura: As extremidades das hastes devem ser chanfradas de acordo com o ângulo do nó (por exemplo, 30 graus, 45 graus ou 60 graus, determinado pelo ângulo espacial da treliça). Isso é feito usando uma máquina de chanfrar CNC com tolerância de ângulo de chanfro de ±1 grau. A espessura da borda romba (a parte não cortada na raiz do chanfro) é controlada para 1-2 mm para garantir o alinhamento preciso com o chanfro do nó e evitar fusão incompleta durante a soldagem. Pré-tratamento de superfície: Após a pré-fabricação, os membros devem ser jateados (grau Sa2.5) para remover incrustações e ferrugem. Uma ou duas camadas de primer-antiferrugem (como primer rico em epóxi e zinco-) devem ser aplicadas para evitar ferrugem durante o transporte e a instalação. A espessura do primer deve ser maior ou igual a 60μm, e a adesão deve ser maior ou igual a 5MPa (teste hachurado).
3. Sequência de montagem e soldagem: Controle a deformação e evite a concentração de tensões.
A grade é uma estrutura espacial e a sequência inadequada de montagem e soldagem pode facilmente levar à deformação geral. O processo apresenta “montagem simétrica, soldagem em camadas e fixação simultânea”:
Pré-fabricação de fábrica (Pré-fabricação Unitizada):
Para reduzir-a carga de trabalho no local, a grade normalmente é pré-montada em "unidades pequenas" (por exemplo, unidades de grade de 3m x 3m ou 5m x 5m) na fábrica. A plataforma de pré-montagem deve estar precisamente nivelada (desvio horizontal menor ou igual a 2mm/10m). Uma estação total é usada para layout e posicionamento para garantir que as dimensões geométricas dos membros e nós dentro da unidade sejam consistentes com o projeto (tolerância de tamanho da grade ±2mm). Durante a pré-montagem, prenda os nós com parafusos temporários, seguido de "soldagem por pontos" (pontos de solda de 30 a 50 mm de comprimento, separados por 200 a 300 mm). A resistência da solda por pontos deve ser maior ou igual a 70% da resistência real da solda para evitar que as unidades se quebrem durante o manuseio e instalação subsequentes.
Instalação-no local e sequência de soldagem:
Método de soldagem adaptativo: Selecione o método de instalação com base na extensão e no peso da treliça. Diferentes métodos requerem diferentes sequências de soldagem:
Método de montagem-aérea alta (pequena extensão): monte simetricamente do suporte em direção ao centro. Após a montagem de cada unidade, solde os nós imediatamente para evitar deformações cumulativas.
Método de içamento bloqueado (extensão média): içar os blocos de unidades pré-fabricados até o local projetado, prendê-los temporariamente (usando cordas de sustentação ou macacos para ajustar a elevação) e, em seguida, soldar os nós entre os blocos. A soldagem é realizada simetricamente do centro para fora.
Método de levantamento geral (grande vão): Após a treliça ser montada e soldada no solo, use equipamento de levantamento hidráulico para levantá-la simultaneamente até a altura projetada. Durante o processo de içamento, monitore a sincronização de cada ponto de içamento (desvio menor ou igual a 5mm). Uma vez no lugar, solde os nós de suporte. Controle de tensão de soldagem: Use "soldagem recuada-segmentada" (dividindo uma solda longa em segmentos mais curtos e soldando de ambas as extremidades em direção ao centro) ou "soldagem simétrica" (dois soldadores soldando simultaneamente em ambos os lados de uma junta) para reduzir a deformação do membro causada pela entrada de calor da soldagem. Se o alívio de tensão for necessário após a soldagem, a área da junta pode ser submetida a "recozimento local" (aquecimento a 600-650 graus, retenção e resfriamento lento).
4. Inspeção e Aceitação de Qualidade: Controle rigoroso ao longo de todo o processo, excedendo em muito o das estruturas de aço comuns
Por serem uma estrutura de suporte de carga-de longo- vão, as treliças soldadas estão sujeitas a padrões de inspeção de qualidade extremamente elevados. O processo é caracterizado por "inspeção-completa do processo e verificação multi-dimensional":
Inspeção de fábrica: dimensões do membro, ângulos de ranhura, geometria da unidade pré{0}}montada (inspecionada usando uma estação total), nível de remoção de ferrugem do membro (inspecionado usando um medidor de rugosidade) e espessura do primer (inspecionada usando um medidor de espessura de revestimento). Inspeção-no local:
Qualidade da soldagem de juntas: 100% das soldas passam por testes não{1}}destrutivos (UT+MT), com foco na penetração, trincas e porosidade da solda.
Dimensões geométricas gerais: o vão, a elevação e a deflexão da grade são inspecionados usando uma estação total (sem{0}}a deflexão de carga deve ser menor ou igual a L/250, onde L é o vão).
Conexões de suporte: Verifique o torque de aperto do parafuso de suporte (deve atender aos requisitos de projeto, testado com uma chave dinamométrica) e a qualidade da solda entre o suporte e os nós da grade.
Teste de Carga: Para projetos críticos (como grandes estádios), um “teste de carga gradual” é realizado para simular cargas reais (por exemplo, peso morto do telhado + carga de neve). A distribuição de tensão (usando extensômetros) e a deflexão da grade são monitoradas para garantir a conformidade com os requisitos de projeto. III. Principais vantagens da tecnologia de grade soldada (em comparação com estruturas tradicionais-de longo vão)
Dimensões de comparação: Grade soldada, treliça de aço tradicional (plana), telhado de concreto
Capacidade de vão: Grande (20-150m), Médio (15-50m), Pequeno (menor ou igual a 30m)
Núcleo de soldagem: soldagem-com penetração total nos nós, distribuição geral uniforme da carga. Soldagem de topo de membros, que tende a concentrar cargas planas. Sem soldagem, contando com amarração de vergalhões.
Peso e Consumíveis: Leve (aproximadamente 30-50kg/m2), poucos consumíveis. Mais pesado (aproximadamente 50-80kg/m2), consumíveis elevados. Pesado (aproximadamente 200-300kg/m2), grandes consumíveis.
Eficiência de construção: pré-fabricação de fábrica + montagem-no local, alta eficiência. Soldagem-alta no local, baixa eficiência. Longo período de vazamento e cura, baixa eficiência.
Resistência e Deformação Sísmica: Boa resistência sísmica, baixa deflexão. Fraca resistência sísmica, grande deflexão. Fraca resistência sísmica, propensa a fissuras.
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