钢柱残余应力消除方法

某塔工程采用筒中筒结构，钢结构总量很大，外筒钢柱对圆管钢柱要求精度很高。钢管在卷制、压制和焊接过程中产生不可忽略的残余应力。此外，由于构件尺寸大，在一个节点构件上，焊缝最长可达160m，直管柱焊缝达60m，因此残余应力消除就变得很重要。本文采用振动时效和局部控制加热相结合的方法对钢柱进行残余应力消除。

直管振动时效工艺

本次试验采用聚航科技生产的JH-300A全功能频谱振动时效设备，采用频谱谐波时效技术，噪音低、工艺简单，可在线打印时效曲线。

振动辅助工艺装备

1. 托架用20-25mm厚钢板焊接而成，外围尺寸约1800*500*400mm。

2. 采用振动时效设备专用橡胶垫，用薄钢板围框焊接在斜面上，固定橡胶垫。框架边高要低，保证橡胶垫被钢管压时钢管与框架无接触。

3. 激振器垫块 激振器垫块用作激振器刚性固定的衬垫。内弧、外弧各一块，用厚钢板制成，以确保偏心块旋转面与钢管端面平行。垫块平面尺寸应与激振器固定面相当，一面为平面，另一面为柱面；柱面半径为875mm。

振动时效工艺

1.钢管放在托架上，保证4个橡胶垫压缩均匀。钢管固定端口平面距支架厚板平面10-20mm。

2.激振器用c形夹固定在钢管振动端上方，激振器端面与钢管端面齐平。偏心距设定为32%（可以按实际效果在25%-40%范围调节）。

3.加速度传感器放在激振器下方钢管内。

4.设备供电为AC220V-20A，并保证电压稳定，干扰低，运行过程中不允许断点。

5.放置设备前应首先切断电源。

振动时效处理方法

钢管可以采用2种处理方法：人工手动控制和自动控制。2种方法的过程一样。

1. 扫频得到振动幅值-电机转速曲线。转速变化范围应保证观察到2个振动幅值＞30m/s²的共振峰F₁F₂。

2. 在最低共振峰F₁的亚共振范围内进行工艺振动，连续振动预定18min；手动条件下可以每3min调节一次转速，以确保工艺在最大振幅下进行。记录每次调节后的振幅与频率。

3. 在次低共振峰F₂的亚共振范围内进行第2次工艺振动，连续振动12min；手动条件下可以每3min调节一次转速，以保证工艺在最大振幅状况下进行。记录每次调节后的振幅和频率。

4. 再次扫频，获工艺后的振动幅值-电机转速曲线。转速变化范围应保证与第1次扫频相同。

5. 打印自动评定结果、2次扫频曲线和振幅-时间曲线。手动控制时应把记录数据填入工艺执行报告相应栏内。

消除残余应力参数

1.钢管的振动时效实施技术参数为：转数2000-6000r/min；稳速精度1rpm/min（1rpm=1r/min）；激振力8-14KN；加速MAX32g；时效时间20-25min。

2.节点振动时效实施技术参数：转速2000-8000r/min；稳速精度2rpm/min；激振力8-26KN；加速度MAX44g；时效时间 第一振点25-30min，第二振点20-22min，第三振点15-20min。

3.局部控制加热——烘烤法 对钢管局部烘烤释放应力，即构件完工后在其焊缝背部或焊缝两侧进行烘烤。此法过去常用于对T型构件焊接角变形的矫正，不需要施加任何外力，构件角变形即可得以矫正。因此，只要控制加热温度与范围，此法对消除残余应力非常有效果。利用电加热板对焊缝加热到65℃左右，保温1-1.5h，缓慢冷却，相关局部烘烤工作将安排在制管阶段进行。

以下是钢柱残余应力消除数据，根据表中数据可看出消除应力后和消除应力前应力得到了有效降低，下降率达50%，说明振动时效工艺和局部控制加热法对钢柱焊接残余应力的减少和均化效果显著。

残余应力消除效果

总结

残余应力对钢构件承载能力、稳定性及疲劳强度都有不利影响，因此，了解钢管节点成型后残余应力的大小和分布，并采取有效措施消除残余应力，对提高结构整体承载力、增强结构的安全性有重大意义。