1、浅议直缝焊管在钢结构中的应用前景摘要：本文作者结合多年来的工作经验，对直缝焊管在钢结构中的应用前景进行了分析，可供相关人员参考。 关键词 直缝焊管; 钢管结构; 应用前景 中图分类号： TU392.3 文献标识码： A 文章编号： 1.引言 在我国，钢结构工程的发展历史比较悠久，早在公元一世纪五六十年代，就成功的建造了一些铁链桥，近代又建造了一些拱桥、跨度较大的铁链桥和一些铁塔。近百年来，在我国各地也出现了少量的工业建筑钢结构和铁路、公路桥梁结构。近年来，国内一线城市相继建起了很多高层钢结构建筑，同时，各地还大规模的兴建了单层或二、三层的轻钢结构建筑。建筑钢结构出现了规模更大、技术更新的局面，
2、充分展现了钢结构建筑以高技派的手法带来现代生活的新气息。伴随着我国经济和科学技术的迅猛发展，新材料、新工艺、新设备不断涌现，大量新型建筑层出不穷，钢结构建筑将会得到更快、更好的发展，特别是在民用建筑中的应用将会更加广泛，我国钢结构建筑与发达国家的差距将会逐渐减小。因此，加强直缝焊管在钢结构中的应用方面的研究具有重要的意义。 2 钢管的分类及其优缺点 2 1 钢管的分类 目前钢管可按轧制工艺、是否有缝以及截面形状等方法进行分类。按轧制工艺分类，钢管可分为热轧钢管和冷轧钢管; 按钢管是否有缝分类，钢管分为无缝钢管和焊接钢管，其中常用焊接钢管按焊缝种类又可分为高频焊管、直缝埋弧焊管、螺旋埋弧焊管等
3、3 种; 按截面形状分类，钢管可分为圆管和异型管。 2 2 各类钢管的优缺点 2 2 1 无缝钢管 无缝钢管的壁厚可以较厚，径厚比较小。但管径受到限制，其应用也受到限制，而且生产成本，特别是大口径无缝钢管的生产成本相对较高。 2 2 2 高频焊钢管 高频焊管管形好，壁厚均匀，焊接产生的内外毛刺通过相应刀具刮平，在线通过无损检测严格控制焊缝质量，自动化程度很高，生产成本低廉。但壁厚相对较薄，管径相对较小，壁厚一般不超过 12mm，管径一般不超过 610mm，钢结构中特别适合制作管桁架结构。 2 2 3 直缝埋弧焊管 直缝埋弧焊管采用双面埋弧焊焊接工艺，在静态条件下焊接，焊缝质量高，焊缝短，产生缺
4、陷的几率很小。钢管通过全长扩径，管形好，尺寸精确，钢管壁厚范围和管径范围宽，管径范围可达 406 1 829mm，壁厚范围可达 6 0 60mm，自动化程度较高，与无缝钢管相比，生产成本较低，适合建筑、桥梁、堤坝、海洋平台等钢结构承载用立柱、超大跨度建筑结构以及要求抗风抗震的电杆塔桅结构。 2 2 4 螺旋埋弧焊管 螺旋埋弧焊管焊缝呈螺旋线分布，焊缝长，尤其是处于动态条件下焊接时，焊缝还来不及冷却就离开了成型点，极易产生焊接热裂纹。裂纹的方向和焊缝平行，和钢管轴线成一定夹角，一般在 30 70之间。这个角度刚好与剪切破坏角度相一致，因此其抗弯、抗拉、抗压和抗扭性能远不如直缝埋弧焊管，同时由于焊
5、接位置限制，产生的马鞍形和鱼脊形焊缝影响美观。另外，施工过程中，螺旋焊母管节点处的相贯线焊缝割裂了螺旋缝，产生较大的焊接应力，因而大大削弱构件的安全性能，因此应加强螺旋焊管焊缝的无损检测力度，确保焊接质量，否则在重要的钢结构场合不宜使用螺旋埋弧焊管 3 直缝焊管在钢结构中的应用现状及前景 钢管具有的优越性能，是 1947 年世界上第一个现代化的海洋平台在墨西哥海湾建成后，人们才真正认识到的，也促使人们从那时开始探索钢管结构的性能。而后，在将近半个多世纪里，世界各国涌现出许多造型独特、构造优美、功能卓越的钢管结构，如德国 Stuttgart 机场候机大厅采用钢管构件铸钢节点的树形支承结构，具有造
6、型独特、简捷明快的特点。 我国钢管结构的发展要晚于西欧、北美、日本等国，但在最近十年，钢管结构在我国也得到了飞速发展。特别是以鸟巢为代表的奥运场馆落成，不仅为 2008 年奥运会树立了一座独特的历史性的标志性建筑，而且在世界建筑发展史上也具有开创性意义，为 21 世纪的中国和世界建筑发展提供了历史见证。该工程首次采用低合金高强钢 Q460，大大节省了钢 材用量。国家大剧院大厅立柱首次采用耐火耐候埋弧焊钢管，可在 600 以上的温度下，不变形不软化，在室外不作任何防腐措施的情况下，可长期不受腐蚀。除此以外，我国先后建成了一些大型的钢管结构建筑，如长春体育馆、广州体育馆、广州新白云机场航站楼等，这
7、些钢管结构建筑的建成对管结构在我国的推广应用起着非常积极的作用。 钢管结构作为新型的结构形式，近几年来在世界各国得到了迅速发展。最近 5 年，欧洲的钢管用量增加了 25%。来自北美钢铁研究所的统计数字证实，随着美国钢铁工业以底层商业建筑市场为开发目标，钢管结构的需求也呈上升之势，据美国 LTV 钢铁公司估计，在最近 5 年，美国结构管材的消耗量每年以 5% 10%的速度增长。日本是一个多地震 国家，建筑业采用 H 型钢结构比较多，但最近几年也在大力开发和应用钢管结构，且规格大型化，断面复杂化，现已生产边长为 700mm，壁厚 16 32mm 的大型钢管结构，用于建筑结构柱。 近年来，随着我国钢
8、铁产量的不断增长，钢结构以其自身的优势，在建筑中所占的比例越来越大，钢管结构也取得了较大的突破。钢管结构中的管桁架结构以它独特的优势受到人们的青睐。管桁架整体性能好，扭转刚度大且外表美观，制作、安装、翻身、起吊都比较容易; 制作的钢管屋架，具有结构轻、刚度好、节省钢材，并能充分发挥材料强度等优点，尤 其是在由长细比控制的压杆及支撑系统中采用更为经济。目前采用这种结构的建筑物基本属于公共建筑，我国现已采用这种结构的建筑物有 10 多个，其跨度为 50 90m。该结构具有造型美观( 可建成平板形、圆拱形、任意曲线形) 、制作安装方便、结构稳定性好、屋盖刚度大和经济效果好等特点。与网架结构相比，管桁
9、架结构省去下弦纵向杆件和网架的球节点，可满足各种不同建筑形式的要求，尤其是构筑圆拱和任意曲线形状比网架结构更有优势。钢管桁架结构是在网架结构的基础上发展起来的，与网架结构相比具有其独特的优越性和实用性，结构用钢量也比较节省。目前这种结构主要应用在一些大型公共建筑中，在工业厂房柱及屋架、轻钢结构和住宅钢结构中的应用潜力也很大。 4. 钢级 从某种程度上讲，油气管线的发展史就是钢级不断提高的历史，使用高钢级、大口径、提高管线输送压力可以大幅度地节省钢材，降低工程成本。目前管线钢主流钢级已达到 X80( 屈服555MPa) ，研发 X100( 屈服690MPa) 、X120( 屈服840MPa) 管
10、线钢技术也陆续成功并见诸报道，正待进入商用阶段。国内的冶金、轧钢技术的进步和蓬勃发展，正是以管线钢的飞速发展为标志的。 目前国内结构钢钢级仍然停留在 Q235 和 Q345 两个牌号上。奥运会场馆鸟巢工程首次使用低合金高强度钢 Q460，大大节省了钢材，对钢结构行业向前迈进具有开创性意义，对进一步推广使用高级别高强钢具有重要示范意义。 管线钢制造技术已经非常成熟、可靠，管线钢属于低碳微合金控轧钢，采用锰和微合金强化，具有优异的焊接性能和力学性能。在 100以下使用强度不会损失，相信在钢结构行业将大有用武之地。 5.标准 钢管结构虽然具有众多优异性能，应用前景广阔，但在目前的推广应用中仍存在诸多
11、不利因素，标准因素就是其中之一。主要表现在设计规范缺乏，标准不尽完善，基础标准不齐等方面，长期出现无标可依的局面，跟不上行业发展的需要。可喜的是，经过行业各方面多年的共同努力，行业标准钢管结构技术规程已完成送审稿的审查，结束无标可依的局面指日可待。标准的不尽完善和基础标准不齐主要体现在以 下几个方面: ( 1) 现行钢结构标准、规程仍将钢级限制在 Q345 以下，给设计和使用更高级别钢材带来限制，制约了钢结构行业技术的发展。 ( 2) 结构用钢管标准体系中缺乏结构用直缝埋弧焊钢管的国家标准，虽然在 GB3091低压流体输送用焊接钢管的范围中提到了“也适用于结构用直缝焊接钢管” ，但在钢结构规范
12、、规程中并没有采用 GB3091 标准，造成直缝埋弧焊钢管选型无标可依。 6 结语 钢管结构作为新型的结构形式，直缝焊管管形优异，壁厚均匀，性能优良，价格低廉，具有广阔的应用前景。为钢结构行业和制管企业的发展带来新的机遇，但在目前的推广应用中仍然有诸多的不利因素，需要用户、设计单位、行业协会与生产厂家多方共同推动: ( 1) 需要进一步完善节点研究，加强高强钢节点研究力度，为高强钢的广泛使用开辟道路。 ( 2) 需要尽快完善结构钢管标准体系，尽快制定结构用直缝埋弧焊钢管的国家标准。 ( 3) 螺旋焊管本身存在一定的质量隐患，必须加强其焊接质量检验，否则在重要的钢管结构场合中应谨慎采用。 ( 4) 研究采用级别更高的低合金高强钢或高钢级管线钢的可行性，以降低工程造价。 参 考 文 献 1 吴耀华 钢管在结构工程中的应用与发展 钢结构，2005，78( 2) 2 蓝 天 空间结构的十年 从中国看世界 广州: 第六届空间结构学术会议论文集，1992 3 沈世钊 现代空间结构与奥运场馆建设J 中国工程科学，2008，10( 8) 4 GB/T3091 2001 低压流体输送焊接钢管 北京: 中国标准出版社，2001 5 GB/T97111 1997 石油天然气工业输送钢管交货技术条件第一部分( A 级钢管) 北京: 中国标准出版社，
