鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、塑性好的特點(diǎn),尤其是冷彎薄壁型鋼的應(yīng)用和輕鋼結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展,致使目前的鋼結(jié)構(gòu)截面越來(lái)越小,板厚及壁厚越來(lái)越薄。在這種形勢(shì)下,再加上原材料以及加T、制作、安裝、使用過(guò)程中的缺陷和不合理的工藝等原因,鋼結(jié)構(gòu)的變形問(wèn)題更加突出,因此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)變形事故應(yīng)引起足夠的重視。
一、鋼結(jié)構(gòu)變形類型
鋼結(jié)構(gòu)的變形可分為總體變形和局部變形兩類。
總體變形是指整個(gè)結(jié)構(gòu)的外形和尺寸發(fā)生變化,出現(xiàn)彎曲、畸變和扭曲等,如（圖1）所示。
局部變形是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在局部區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)變形。例如,構(gòu)件凹凸變形、端面的角變位、板邊褶皺波浪形變形等,如（圖2）所示。
總體變形與局部變形在實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)中有可能單獨(dú)出現(xiàn),但更多的是組合出現(xiàn)無(wú)論何種變形都會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的美觀,降低構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性,給連接和組裝帶來(lái)困難,尤其是附加應(yīng)力的產(chǎn)生,將嚴(yán)重降低構(gòu)件的承載力,影響到整體結(jié)構(gòu)的安全。
二、鋼結(jié)構(gòu)變形原因
鋼結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程為:材料→構(gòu)件→結(jié)構(gòu)。在形成的過(guò)程中變形原因概述如下：
1、鋼材的初始變形
鋼結(jié)構(gòu)所用的鋼材常由鋼廠以熱軋鋼板和熱軋型鋼供應(yīng)。熱軋鋼板厚度為4.5-60 mm,薄鋼板厚度為0.35-4.0 mm;熱軋型鋼包括角鋼、槽鋼、工字鋼、H型鋼、鋼管、C型鋼、Z型鋼,其中冷彎薄壁型鋼厚度在2-6 mm。
鋼材由于軋制及人為因素等原因,時(shí)常存在初始變形,尤其是冷彎薄壁型鋼,因此在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作前必須認(rèn)真檢查材料,矯正變形,不允許超出鋼材規(guī)定的變形范圍。
2.加工制作中的變形
(1)冷加工產(chǎn)生的變形
剪切鋼板產(chǎn)生變形,一般為彎扭變形,窄板和厚板變形大一點(diǎn);刨削以后產(chǎn)生的彎曲變形,窄板和薄板變形大一點(diǎn)。
(2)制作、組裝帶來(lái)的變形
由于加工工藝不合理、組裝場(chǎng)地不平整、組裝方法不正確、支撐不當(dāng)?shù)仍?引起的變形有彎曲、扭曲和畸變。
(3)焊接變形
焊接過(guò)程中的局部加熱和不均勻冷卻使焊件在產(chǎn)生殘余應(yīng)力的同時(shí)還將伴生變形。焊接變形又稱焊接殘余變形。通常包括縱向和橫向收縮變形、彎曲變形、角變形、波浪
變形和扭曲變形等。焊接變形產(chǎn)生的主要原因是焊接工藝不合理、電焊參數(shù)選擇不當(dāng)和焊接遍數(shù)不當(dāng)?shù)�。焊接變形�?yīng)控制在制造允許誤差限制以內(nèi)。
3.運(yùn)輸及安裝過(guò)程中產(chǎn)生的變形
運(yùn)輸中不小心、安裝工序不合理、吊點(diǎn)位置不當(dāng)、臨時(shí)支撐不足、堆放場(chǎng)地不平，尤其是強(qiáng)迫安裝,均會(huì)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形明顯。
4.使用過(guò)程中產(chǎn)生的變形
鋼結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中由于超載、碰撞、高溫等原因都會(huì)導(dǎo)致變形。
三、鋼結(jié)構(gòu)變形事故處理方法
1.變形事故處理原則
(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼在環(huán)境溫度低于-16℃,低合金結(jié)構(gòu)鋼在環(huán)境溫度低于-12℃時(shí),不得進(jìn)行冷矯正。
(2)碳素結(jié)枃鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼在加熱矯正時(shí),加熱溫度應(yīng)根據(jù)鋼材性能選定,但不得超過(guò)900℃。低合金鋼在加熱矯正后應(yīng)緩慢冷卻。
(3)當(dāng)構(gòu)件變形不大時(shí),可采用冷加工矯正和熱加工矯正;當(dāng)變形較大又很難校正時(shí),應(yīng)采用加固或調(diào)換新件進(jìn)行修復(fù)。
(4)鋼材矯正后的允許偏差值應(yīng)滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求。
2.變形事故處理方法
下面介紹的變形處理方法,對(duì)大部分變形是有效的,但對(duì)某些特殊變形可能矯正不完善。
A.冷加工法矯正變形
冷加工法是用人力或機(jī)被力矯正變形,適用于尺寸較小或變形較小的構(gòu)件。
(1)手工矯正
采用大錘和平臺(tái)為工具,適合于尺寸較小的零件的局部變形矯正,也可作為機(jī)械矯正和熱矯正的輔助矯正方法。手工矯正是用錘擊使金屬延伸,達(dá)到矯正變形的目的,(圖3)是幾種手工矯正變形的方法。
(圖3 a),鋼板置于平臺(tái)上,凸面向上,中厚板大錘擊敲凸處可矯正過(guò)來(lái),薄板要以凸面為中心，從外 圍由遠(yuǎn)到近,由重到輕,擊打凸面周圍,使板件逐漸平整,最后輕微打擊凸處;
(圖 3b),零件置于平臺(tái)上,錘擊凸起部位,擊點(diǎn)距離要適當(dāng),錘擊應(yīng)一遍遍進(jìn)行,擊力由小到大;
(圖3 c),將折皺零件置于平臺(tái)上,在弓形兩端劃好方格線,按方格由外向內(nèi)、由重到輕、由密到稀錘擊,錘擊點(diǎn)要呈梅花型交叉;
(圖3 d),將扭曲板條置于平臺(tái)上,用錘擊支承點(diǎn)外側(cè)板條邊緣(翹起邊),由1至2打擊,大體矯正后,在平臺(tái)上矯正凹凸不平處;
(圖3 e),T形鋼和槽錒彎曲變形,見(jiàn)凸就錘擊,要掌握好支撐點(diǎn)距離、錘擊點(diǎn)位置和輕重,重點(diǎn)是錘擊“突肋”。
(2)機(jī)被矯正
采用簡(jiǎn)單弓架、千斤頂和各種機(jī)械來(lái)矯正變形。（表一）是幾種機(jī)械矯正變形的方法及適用范圍。
冷加工矯正方法必須是桿件和板件無(wú)裂紋、缺口等損傷,機(jī)槭施力應(yīng)逐漸增加,變形消失后應(yīng)使壓力保持一段時(shí)間。
2.熱加工法矯正變形
熱加工法我國(guó)目前采用乙炔氣和氧氣混合燃燒火焰為熱源,對(duì)變形結(jié)構(gòu)構(gòu)件加熱,使其產(chǎn)生新的變形,來(lái)抵消原有的變形。正確使用火焰和溫度是其關(guān)鍵。加熱方式有點(diǎn)狀加熱、線狀加熱(直線、曲線、環(huán)線、平行線和網(wǎng)線)和三角形加熱之分,如（圖4）所示。
熱矯正方法要根據(jù)實(shí)際情況,首先了解變形情況,分析變形原因,測(cè)量變形大小,做到心中有數(shù);其次確定矯正順序,原則上是先整體變形矯正,后局部變形矯正.角變形往往先
矯正,而凹凸變形又往往放在后矯正;其三確定加熱部位和方法,由幾名工人同時(shí)加熱效果較佳,有些變形三角形單靠熱矯正有困難,可以借助輔助工具外力來(lái)對(duì)適當(dāng)部位進(jìn)行拉、壓撐、頂、打等,加熱位置應(yīng)盡避開關(guān)鍵部位,避免同一位置反復(fù)多次加熱;最后選定合適的火焰和加熱溫度。矯正后要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行修整和檢查,如（圖5）所示。
（圖5 a)板件凹凸變形:凹凸變形范圍較小,可用點(diǎn)狀加熱矯正;凹凸變形范圍較大,用線狀(平行線或網(wǎng)狀)加熱矯正。矯正順序由凸面周圍對(duì)稱地逐漸向凸面中心進(jìn)行,范圍大時(shí)可由幾名工人同時(shí)操作；
（圖5 b)折皺變形:變形較小,可以平行線方式加熱為主。變形較大,應(yīng)以三角形方式加熱為主。兩種方式綜合矯正效果更好。平行線和三角形加熱都應(yīng)從凸起的兩側(cè)開始,向最高處圍繞。平行線寬15~20 mm,線距80 mm;三角形常用頂角30°,腰長(zhǎng)80 mm,左右等腰三角形,一般1 m內(nèi)1至3個(gè)為宜。
（圖5 c)角變形:在翼緣板凸與焊縫對(duì)應(yīng)位置用線狀加熱,線寬為0.5-2 t,加熱深度為1/2-1/ 3t(t為翼緣板厚)。
（圖5 d)彎曲變形:厚板彎曲可在凸面最高點(diǎn)附近線狀加熱,一次矯正不過(guò)來(lái),在兩側(cè)附近再加熱,加熱深度同角變位;鋼管彎曲在凸起處點(diǎn)狀加熱,加熱移動(dòng)要迅速,一次矯正不過(guò)來(lái),可再次加熱,但加熱點(diǎn)位置與前次要錯(cuò)開,加熱深度等于管壁厚;型鋼彎曲在凸的一側(cè)用三角形加熱,三角形底邊在邊緣上,加熱深度為翼緣厚度,三角形高度為型鋼寬的1/5~2/3;箱形構(gòu)件彎曲在上蓋板上線狀加熱,加熱深度等于蓋板厚度,線寬為板的2倍厚度,同時(shí)在兩側(cè)腹板上三角形加熱(最好位于隔板處),深度等于腹板厚度,三角形高為腹板高的1/6-2/5；
（圖5 e)扭曲變形:板條扭曲變形,將其置于平臺(tái)上,在凸面線狀加熱,加熱線與板條長(zhǎng)邊夾角為45°,加熱線寬度一般取板厚的1~2倍,深度為板厚的1/2-2/3加熱由板條中部開始向兩端進(jìn)行,矯正后如仍有殘留彎曲變形,可用三角形加熱法進(jìn)行彎曲變形矯正;箱形構(gòu)件扭曲,將其置于平臺(tái)上,在兩腹板的外側(cè)線狀加熱,由兩端向中間進(jìn)行,加熱線寬度和深度同上,再在兩蓋板外側(cè)線狀加熱矯正。
