一种多边形钢柱及其加工方法技术

本发明专利技术公开了一种多边型钢柱，是以热轧H型钢为母材，按工艺要求沿H型钢腹板切割成特定形状的T型钢构件，由3片及以上的T型钢构件彼此等角度组立焊接成多边型钢柱。本发明专利技术还公开了一种多边型钢柱的加工方法，步骤为母材H型钢放样→T型钢剖分→矫正→坡口加工→组立→焊接→矫正→装焊顶板、底板，根据该方法可制作等幅多边型钢柱、变截面多边型钢柱、腹孔多边型钢柱、变截面腹孔多边型钢柱。本发明专利技术的多边形钢柱焊接节点少、制作简易、节约钢材、质量稳定可靠，可应用于大型桥梁、锅炉、超高层建筑等领域，作为承担双向大载荷的钢结构柱。

【技术实现步骤摘要】
一种多边形钢柱及其加工方法
本专利技术涉及金属结构制造
，尤其涉及一种多边形钢柱及其加工方法。
技术介绍
经过近百年的发展，热轧H型钢已成为了钢结构领域不可或缺的材料。但截面形状与外形尺寸上的先天不足，使得H型钢更适于作钢梁构件，而在大型桥梁、锅炉、超高层建筑等重点领域，难以用作承担双向大载荷的柱型结构。十字柱等构件由于纵横两轴截面基本对称、没有弱轴，是重要的钢结构柱。现有的十字柱构件以板材为母材，采用两组各3块钢板焊接成两根H型钢，再将其从腹板中心剖开形成两组4片T型钢，再将4片T型钢拼接在一起(也有仅剖分一组焊接至另一根H型钢上的制作方式)。加工涉及多次金属切割与焊接(双面坡口全熔透焊)，热应力的富集及钢材内部残余应力的自由释放，导致剖开后T型钢变形很大(垂直度差、扭曲严重)。同时因翼缘用钢板厚度较大，变形后矫直尤为困难，通常需大量的工装才能确保构件制作质量。故十字柱加工工艺复杂、制作难度大、质量控制不易、加工效率低、生产成本高，难以模块化批量制作。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种多边形钢柱，制作方便、承载大、适用范围广。本专利技术涉及一种多边型钢柱，采用热轧H型钢为母材，按工艺要求沿其腹板切割成特定形状的T型钢构件，由3片及以上的T型钢构件彼此等角度组立焊接成多边型钢柱。进一步地，所述的T型钢构件有多种类型：1)等幅T型钢沿H型钢腹板中心线对中剖分，所形成的两片T型钢形状完全一样；2)变截面T型钢左端起点及右端终点分别为距H型钢腹板中点下移及上移一定距离(偏心值Δ)的两点，以此相连作为剖分线进行切割，所形成的两片T型钢为腹高分别等值递增/递减的变截面形状；偏心值Δ取值范围为20～150mm(取值与H型钢高度成正比)，腹高计算公式如下：h1＝H0/2+Δh2＝H0/2-Δ其中：h1、h2-上下两侧腹高，H0-H型钢高度；3)腹孔T型钢热轧H型钢沿腹板周期性交错切割后形成具有特定腹孔孔洞形状的T型钢，腹孔孔洞包括：①六边形腹孔腹孔尺寸计算：h＝(H-H0)/4W＝h其中：H0-H型钢原高度；H-H型钢扩腰后高度；h-腹孔半幅高度；W-腹孔墩宽；②圆形腹孔腹孔圆形半径：R＝1.1180*W其余与六边形腹孔尺寸计算相同；③八边形腹孔与六边形腹孔尺寸计算相同；④矩形腹孔与六边形腹孔尺寸计算相同；4)变截面腹孔T型钢腹孔可选取上述所列各类孔洞，H型钢沿腹板中心线倾斜交错切割，所形成的两片变截面T型钢具有特定周期性腹孔孔洞形状且腹高呈线性变化；腹孔孔洞包括但不限于以上类型，基本尺寸参数计算与3)腹孔T型钢一致；偏心值Δ取值与2)变截面T型钢相同。进一步地，使用腹孔T型钢、变截面腹孔T型钢加工成的多边型钢柱，应在各片T型钢腹孔中心位置设置水平加劲板，加劲板为等腰三角形构造，板厚与腹板厚度相同，焊缝为全熔透坡口焊。进一步地，所述T型钢构件组成的多边形钢柱包括以下结构：①三边型钢柱，由3片夹角为120°的T型钢构成；②四边型钢柱，由4片夹角为90°的T型钢构成；③五边型钢柱，由5片夹角为72°的T型钢构成；④六边型钢柱，由6片夹角为60°的T型钢构成。进一步地，所述的多边型钢柱的边数包括但不限于3～6条，腹孔形状包括但不限于六边形、八边形、圆形或矩形等形状，可采用的母材覆盖各类标准与非标准热轧H型钢以及焊接H型钢等产品型号规格。本专利技术还提供一种多边型钢柱的制作方法，其步骤是：1)母材H型钢放样将H型钢水平放置于工作台架，沿H型钢腹板中心弹出剖分线；2)T型钢剖分剖分使用火焰切割，剖分时在H型钢两端及中间每隔1～1.5米预留40～100mm长连接点不剖，冷却后再将各处预留的连接点剖开，从而可获得两片等幅的T型钢材料；3)矫正切割后T型钢将产生一定的侧弯、翘曲等变形缺陷，可采用矫正机压力矫正或火焰矫正，火矫温度控制在750～900℃间；矫正后钢面不得有明显的凹陷或损伤，划痕深度不得大于0.5mm；4)坡口加工T型钢材料腹板相互接触部位需开双面坡口，加工坡口使用火焰切割，切割后打磨去除割渣、飞溅、氧化物，对切割面与坡口面的超差缺陷予以补焊、打磨处理；5)组立根据多边型钢柱的边数，计算各条边之间的夹角(三～六边型钢柱夹角分别为120°、90°、72°、60°)；在组立第1片T型钢后，对已组立的构件做工艺支撑，工艺支撑的间距不大于2500mm；组立定位焊时，焊脚高度不大于设计焊缝焊脚高度的2/3，定位焊缝长度为30～50mm，焊道间距为200～500mm；定位焊毕翻转角度，按夹角进行其余各片T型钢的组立，各片T型钢应按角度装配、定位焊，保证装配的准确度；还可制作简易胎架，可更方便快捷的在组立位置线上组立T型钢；6)焊接钢柱的焊接采用全熔透坡口焊缝，按设计要求确定是否做无损检测；7)矫正焊接完毕冷却后即拆除工艺支撑，若发现钢柱存在变形应进行矫正，采用火焰矫正，其温度值应控制在750～900℃之间，同一部位火矫不得超过2次，矫后缓慢冷却；8)装焊顶板、底板等项最后，还需进行钢柱顶板、底板等组装、对正、焊接，从而完成等幅多边型钢柱制作。进一步地，变截面多边形钢柱加工时，步骤1)为将H型钢水平放置于工作台架，选取偏心值Δ后分别推算出上下两侧腹高h1、h2，确定左端起点及右端终点，将此两点相连弹出剖分线，剩余步骤2)～步骤8)同上述等幅多边形钢柱的加工方法。进一步地，腹孔多边型钢柱加工时，步骤1)为依据腹孔多边型钢柱的目标高度H，按设定的扩张比确定母材H型钢的型号规格(由T型钢组合而成的腹孔多边型钢柱的截面高度H与母材热轧H型钢的原始高度H0之比称为扩张比，其取值范围为：1.2～1.7)，将选定的H型钢水平放置于工作台架，在其腹板上弹出中心线，依据腹孔相关尺寸划出剖分线(也可制作孔洞模板喷印)；步骤2)～步骤7)同上述等幅多边形钢柱的加工方法；步骤8)装焊加劲板由于腹孔多边型钢柱沿轴心方向分布着周期性孔洞，为增加构件刚度，应在各片T型钢腹孔中心位置设置水平加劲板，加劲板为等腰三角形构造，板厚与腹板厚度相同，焊缝为全熔透坡口焊，主要尺寸为：腰长：L＝h+H0/4顶角：α＝360/n板厚：δ≥tW其中：h-腹孔半幅高度，H0-H型钢高度，n–多边形边数，tW-H型钢腹板厚度；最后，同样进行钢柱顶板、底板等组装、对正、焊接，从而完成腹孔多边型钢柱制作。进一步地，变截面腹孔多边型钢柱加工时，步骤1)为依据腹孔多边型钢柱的目标高度H，按设定的扩张比确定母材H型钢的型号规格；将其水平放置于工作台架，按选取的偏心值Δ推算出上下两侧腹高h1、h2，确定左端起点及右端终点，据此在腹板上弹出变截面剖分线，接着依据腹孔相关尺寸以变截面剖分线为中心，交错划好折线轮廓的剖分轮廓线(也可制作孔洞模板喷印)；步骤2)～步骤8)与上述的腹孔多边型钢柱加工方法相同。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)与通常的十字型钢柱制作相比，本产品减少了加工工序，焊接节点少、制作简单，质量更加稳定可靠；2)腹孔、变截面形式的多边型钢柱更具有截面形式合理、结构自重轻、承载力高、抗弯刚度大、经济、美观等优点，相比于同类实腹钢柱可节约钢材20～35％，可明显节省油漆和安装、运输费用；尤其适合于大跨结构作为工业与民用建筑采用的一种主体承重构件；3)与等截面柱相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多边型钢柱，其特征是以热轧H型钢为母材，按工艺要求沿H型钢腹板切割成特定形状的T型钢构件，由3片及以上的T型钢构件彼此等角度组立焊接成多边型钢柱。

【技术特征摘要】
1.一种多边型钢柱，其特征是以热轧H型钢为母材，按工艺要求沿H型钢腹板切割成特定形状的T型钢构件，由3片及以上的T型钢构件彼此等角度组立焊接成多边型钢柱。2.根据权利要求1所述的一种多边型钢柱，其特征是，所述的T型钢构件有多种类型：1)等幅T型钢沿H型钢腹板中心线对中剖分，所形成的两片T型钢形状完全一样；2)变截面T型钢左端起点及右端终点分别为距H型钢腹板中点下移及上移一定距离(偏心值Δ)的两点，以此相连作为剖分线进行切割，所形成的两片T型钢为腹高分别等值递增/递减的变截面形状；偏心值Δ取值范围为20～150mm(取值与H型钢高度成正比)，腹高计算公式如下：h1＝H0/2+Δh2＝H0/2-Δ其中：h1、h2-上下两侧腹高，H0-H型钢高度；3)腹孔T型钢热轧H型钢沿腹板周期性交错切割后形成具有特定腹孔孔洞形状的T型钢，腹孔孔洞包括：①六边形腹孔腹孔尺寸计算：h＝(H-H0)/4W＝h其中：H0-H型钢原高度；H-H型钢扩腰后高度；h-腹孔半幅高度；W-腹孔墩宽；②圆形腹孔腹孔圆形半径：R＝1.1180*W其余与六边形腹孔尺寸计算相同；③八边形腹孔与六边形腹孔尺寸计算相同；④矩形腹孔与六边形腹孔尺寸计算相同；4)变截面腹孔T型钢腹孔可选取上述所列各类孔洞，H型钢沿腹板中心线倾斜交错切割，所形成的两片变截面T型钢具有特定周期性腹孔孔洞形状且腹高呈线性变化；腹孔孔洞包括但不限于以上类型，基本尺寸参数计算与3)腹孔T型钢一致；偏心值Δ取值与2)变截面T型钢相同。3.根据权利要求2所述的一种多边型钢柱，其特征是，使用腹孔T型钢、变截面腹孔T型钢加工成的多边型钢柱，应在各片T型钢腹孔中心位置设置水平加劲板，加劲板为等腰三角形构造，板厚与腹板厚度相同，焊缝为全熔透坡口焊。4.根据权利要求1所述的一种多边型钢柱，其特征是，所述的T型钢构件组成多边形钢柱有以下结构：①三边型钢柱，由3片夹角为120°的T型钢构成；②四边型钢柱，由4片夹角为90°的T型钢构成；③五边型钢柱，由5片夹角为72°的T型钢构成；④六边型钢柱，由6片夹角为60°的T型钢构成。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种多边型钢柱，其特征是，所述的多边型钢柱的边数包括但不限于3～6条，腹孔形状包括但不限于六边形、八边形、圆形或矩形等形状，可采用的母材覆盖各类标准与非标准热轧H型钢以及焊接H型钢产品型号规格。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种多边型钢柱的加工方法，其步骤是：1)母材H型钢放样将H型钢水平放置于工作台架，沿H型钢腹板中心弹出剖分线；2)T型钢剖分剖分使用火焰切割，剖分时在H型钢两端及中间每隔1～1.5米预留40～100mm长连接点不剖，冷却后再将各处预留的连接点剖开，从而可获得两片等幅的T型钢材料；3)矫正切割后T型钢将产生一定的侧弯、翘曲等变形缺陷，可采用矫正机压力矫正或火焰矫正，火矫温度控制在750～900℃间；矫正后钢面不得有明显的凹陷或损伤，划痕深度不得大于0.5mm；4...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱琨，
申请(专利权)人：钱琨，
类型：发明
国别省市：安徽,34