1、序言

      在洛阳市科技馆工程中，五层楼面结构采用大跨度钢桁架空间结构，桁架为H型截面的双层桁架，跨度54m，在十字交叉处桁架最大跨度75m，钢材选用牌号为Q390GJC的重型热轧H型钢，最大板厚达70mm，该重型热轧H型钢首次应用于国内大跨度公共建筑主体结构上。

      在超高层或超大跨度的公共建筑中，往往通过各种复杂的空间结构来实现建筑的结构设计，而重型热轧H型钢的应用，可获得更加优化的结构性能。热轧H型钢相对于焊接H型钢而言，其截面尺寸更加标准，材料性能较好，大大降低了焊接与焊缝检测工作量，为现场施工提供便利性。目前，国内热轧H型钢的使用量在钢结构工程中占比较小，主要在工业建筑领域应用较多，在民用建筑领域还有较大的发展空间。

2、390GJC重型热轧H型钢技术指标

2.1 力学性能与化学成分

      Q390GJC钢力学性材料具有较高的屈服强度和抗拉强度、较高的安全储备。由钢材的断面收缩率性能可看出，选用的重型热轧H型钢在颈缩区的应力状态产生的最大塑性变形量优于普通钢材，满足厚度方向抗撕裂性能。 钢中添加了V、Ti、Nb等合金元素，且wV+Ti+Nb=0.1%、碳当量CEV=0.45%，焊接裂纹敏感性指数Pcm=0.275%。通过以上指标可看出，钢材抗开裂性优良，焊接冷裂纹敏感性好，但在焊接工程中需严格控制预热、层间温度，焊后进行保温处理。

2.2 焊接材料性能

      根据390GJC钢的材料成分确定焊接材料，选用氢含量较低的焊接材料，确保与母材强度等强。工程现场选用了T492T1-1C1A型药芯焊丝，保护气体为纯度99.98%（露点≤－40℃）的CO2。其熔敷金属的力学性能。

3、焊接工艺

3.1 焊接方法及设备

      在焊接工作开始前，针对该工程390GJC钢的焊接施工特点，按照GB50661—2011《钢结构焊接规范》进行工艺评定试验，确定焊接方法、焊接材料、焊接道次、坡口形式及预热温度等基本信息。为确定切合实际的工艺参数和焊接措施，选取现场具有代表性的母材、焊丝等，由专业焊接人员在同环境条件下施焊，焊接完成后进行检测，并出具焊接工艺评定报告。

      该工程结构主要是外露型构件，根据现场施工条件，结合钢材焊接性能，采用CO2药芯焊丝气体保护焊进行焊接。该方法由于熔敷效率高，速度为焊条电弧焊的2～3倍，且焊接时更加稳定，容易脱渣，产生的飞溅较少，因此焊道成形更加美观。在现场焊接过程中，更加适应现场的用电环境，适应焊接电流、电弧电压条件范围广。根据钢材的材料性能以及H型钢的板厚，确定焊接时的预热温度为80℃，层间温度≤200℃，在焊前对坡口进行砂轮打磨，焊接道次间需清理焊渣及飞溅物。焊接质量要求

      该工程H型钢构件现场拼接接头上下各100mm，以及框架梁柱节点梁的翼缘上下各600mm范围内，均要求全熔透焊接，焊缝等级为一级，其他坡口焊缝要求全熔透焊接的质量等级为二级，部分坡口焊缝及部分外加贴脚焊缝的质量等级为三级，角焊缝按三级焊缝检测。焊缝的表面缺陷要100%进行检测，不能存在裂纹、焊瘤等缺陷。当采用重型热轧H型钢进行组装焊接时，仅考虑组装接头即可，重型热轧H型钢本身为一体铸造结构，相对于焊接H型钢，不仅结构更可靠，而且内部应力小，对结构更有利。

      焊接作业前，检查焊接现场条件是否满足焊接工艺评定试验结果的要求，尤其是焊丝、保护气体等。由于焊接时温度较低，所以焊前预热及焊后保温措施应严格按照评定的标准进行。在焊接过程中，应在试弧板上对比调试焊接电流、电弧电压，确保符合工艺评定的要求。

（2）焊接顺序

      该工程重型热轧H型钢焊接主要为桁架杆件现场拼装焊缝的焊接。确定焊接顺序时主要是以焊接变形最少为原则，采用对称焊接方式，先焊接变形量大的部位，焊接时平衡加热量以降低焊接应力的不利影响。具体焊接顺序如下：①先焊主弦杆的对接焊缝。②再焊斜腹杆与主弦杆焊缝。③H型钢的两条焊缝不同时焊接。沿中间向两边的方向进行对称跳焊，以减少扭曲变形的发生。

（3）焊前预热及保温措施

      该工程使用热轧H型钢的楼面桁架正好处于冬季施工中，对于低温条件下焊接的低合金钢采用焊前预热和焊后热处理措施，平衡加热，使焊接变形和收缩量减小。预热及焊后热处理的温度按照焊接工艺评定要求进行控制，主要采用电加热法进行焊前预热及层间温度加热，板厚＜20mm时也可用火焰加热。预热的温度采用接触式热电偶测温仪进行测量，焊接接头两端板厚不同时，以厚板确定预热温度。预热时，在焊缝的两侧进行加热，加热宽度为焊件待焊处厚度的1.5倍以上，且需＞100mm，在加热区域钢材背面测温，测量点在距电弧经过前的焊接点各方向≥75mm处，根据板厚不同，适当提高正面预热温度，从而使全板厚达到规定的预热温度；当用火焰加热器时正面测量应在加热停止后进行。层间温度范围的最低值与预热温度相同，其最高值应满足母材热影响区不过热的要求，焊接层间温度低于250℃。焊后进行消氢热处理，在焊接完成后立即加热到300～350℃。保温时间按每25mm板厚≥1h确定，达到保温时间后用岩棉被包裹缓冷。其加热、测温方法和操作人员培训要求与预热相同。焊后如果进行焊缝返修，需要在焊接返修处以高于正常预热温度50℃的温度进行预热，且预热的区域也需要加宽，以防止产生焊接裂纹。

      根据现场施工进度，钢结构提升完成预计在11月底，为最大限度地减小温度变化在结构上产生的内力和变形，在跨度较大位置的接头焊接需要严格控制环境温度，选择在天气晴朗的中午前后，此时温度与该市全年平均气温接近。其他环境下，当环境风速＞2m/s时，应采用适当的挡风措施或采用抗风式焊机；当环境风速＞8m/s或相对湿度≥80%时，需停止露天焊接。 重型热轧H型钢相比焊接H型钢应用于工程中不仅大大增加了工程施工的便利性，降低了加工成本，而且结构内部应力更小，质量更可靠。在大跨度楼面桁架中，重型热轧H型钢的材料性能与力学性能满足设计要求，在焊接工程中，应按照焊接工艺评定的要求执行各项标准规定，规范开坡口和过焊口。由于重型热轧H型钢应用时涉及较多厚板焊接，所以焊前预热和焊后保温需严格执行工艺要求。焊后进行无损检测，对于产生的缺陷，制定合理的返修补强措施，确保桁架焊接质量。