某塔工程采用筒中筒結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)總量很大，外筒鋼柱對圓管鋼柱要求精度很高。鋼管在卷制、壓制和焊接過程中產(chǎn)生不可忽略的殘余應力。此外，由于構(gòu)件尺寸大，在一個節(jié)點構(gòu)件上，焊縫最長可達160m，直管柱焊縫達60m，因此殘余應力消除就變得很重要。本文采用振動時效和局部控制加熱相結(jié)合的方法對鋼柱進行殘余應力消除。
直管振動時效工藝
本次試驗采用聚航科技生產(chǎn)的jh-300a全功能頻譜振動時效設備，采用頻譜諧波時效技術(shù)，噪音低、工藝簡單，可在線打印時效曲線。
振動輔助工藝裝備
1.托架用20-25mm厚鋼板焊接而成，外圍尺寸約1800*500*400mm。
2.采用振動時效設備專用橡膠墊，用薄鋼板圍框焊接在斜面上，固定橡膠墊?？蚣苓吀咭?，保證橡膠墊被鋼管壓時鋼管與框架無接觸。
3.激振器墊塊 激振器墊塊用作激振器剛性固定的襯墊。內(nèi)弧、外弧各一塊，用厚鋼板制成，以確保偏心塊旋轉(zhuǎn)面與鋼管端面平行。墊塊平面尺寸應與激振器固定面相當，一面為平面，另一面為柱面；柱面半徑為875mm。
振動時效工藝
1.鋼管放在托架上，保證4個橡膠墊壓縮均勻。鋼管固定端口平面距支架厚板平面10-20mm。
2.激振器用c形夾固定在鋼管振動端上方，激振器端面與鋼管端面齊平。偏心距設定為32%（可以按實際效果在25%-40%范圍調(diào)節(jié)）。
3.加速度傳感器放在激振器下方鋼管內(nèi)。
4.設備供電為ac220v-20a，并保證電壓穩(wěn)定，干擾低，運行過程中不允許斷點。
5.放置設備前應首先切斷電源。
振動時效處理方法
鋼管可以采用2種處理方法：人工手動控制和自動控制。2種方法的過程一樣。
1.掃頻得到振動幅值-電機轉(zhuǎn)速曲線。轉(zhuǎn)速變化范圍應保證觀察到2個振動幅值＞30m/s2的共振峰f1f2。
2.在*低共振峰f1的亞共振范圍內(nèi)進行工藝振動，連續(xù)振動預定18min；手動條件下可以每3min調(diào)節(jié)一次轉(zhuǎn)速，以確保工藝在*大振幅下進行。記錄每次調(diào)節(jié)后的振幅與頻率。
3.在次低共振峰f2的亞共振范圍內(nèi)進行第2次工藝振動，連續(xù)振動12min；手動條件下可以每3min調(diào)節(jié)一次轉(zhuǎn)速，以保證工藝在*大振幅狀況下進行。記錄每次調(diào)節(jié)后的振幅和頻率。
4.再次掃頻，獲工藝后的振動幅值-電機轉(zhuǎn)速曲線。轉(zhuǎn)速變化范圍應保證與第1次掃頻相同。
5.打印自動評定結(jié)果、2次掃頻曲線和振幅-時間曲線。手動控制時應把記錄數(shù)據(jù)填入工藝執(zhí)行報告相應欄內(nèi)。
消除殘余應力參數(shù)
1.鋼管的振動時效實施技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)數(shù)2000-6000r/min；穩(wěn)速精度1rpm/min（1rpm=1r/min）；激振力8-14kn；加速max32g；時效時間20-25min。
2.節(jié)點振動時效實施技術(shù)參數(shù)：轉(zhuǎn)速2000-8000r/min；穩(wěn)速精度2rpm/min；激振力8-26kn；加速度max44g；時效時間 *一振點25-30min，第二振點20-22min，第三振點15-20min。
3.局部控制加熱——烘烤法 對鋼管局部烘烤釋放應力，即構(gòu)件完工后在其焊縫背部或焊縫兩側(cè)進行烘烤。此法過去常用于對t型構(gòu)件焊接角變形的矯正，不需要施加任何外力，構(gòu)件角變形即可得以矯正。因此，只要控制加熱溫度與范圍，此法對消除殘余應力非常有效果。利用電加熱板對焊縫加熱到65℃左右，保溫1-1.5h，緩慢冷卻，相關局部烘烤工作將安排在制管階段進行。
以下是鋼柱殘余應力消除數(shù)據(jù)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可看出消除應力后和消除應力前應力得到了有效降低，下降率達50%，說明振動時效工藝和局部控制加熱法對鋼柱焊接殘余應力的減少和均化*果顯著。
殘余應力消除效果
總結(jié)
殘余應力對鋼構(gòu)件承載能力、穩(wěn)定性及疲勞強度都有不利影響，因此，了解鋼管節(jié)點成型后殘余應力的大小和分布，并采取有效措施消除殘余應力，對提高結(jié)構(gòu)整體承載力、增強結(jié)構(gòu)的安全性有重大意義。