钢结构切割与组装尺寸偏差的分析与研究
摘要
在钢结构中,各种钢构件是钢结构最重要的组成部分,钢构件的质量对钢结构的性能起着决定性的作用,而钢构件的加工工艺决定着钢构件质量的好坏。钢板切割作为钢构件加工过程中最基本的工序,其质量与组装后的钢构件截面特性密切相关,同时也直接影响着工程的整体质量。由于加工尺寸偏差和安装误差方面的原因,结构构件的尺寸会出现偏差,加工制作后的实际构件与设计中预期的构件几何特征会有差异,这种差异为构件几何参数不定性。目前,针对钢板切割质量的研究仅限于对设备本身的控制方面,对钢结构构件几何参数不定性的统计工作还不够全面。
本文以钢结构加工企业的钢板切割和组装工艺为对象,探讨钢板切割与组装的误差及质量控制。针对目前常用的钢板切割和组装工艺,采用多阶段抽样和全数检验的方法,在钢结构加工企业对5种不同厚度的剪切钢板、气割钢板和7种不同截面的焊接H型钢进行实地收集检验,得到1130块剪切钢板、300块气割钢板和160个焊接H型钢构件经切割和组装后的实际尺寸数据,运用动态分析中的控制图法和直方图法对钢板切割的实际数据和组装后的焊接H型钢截面特性进行了图表分析,得到切割和组装实际数据的分布规律,并利用数理统计的方法对其尺寸偏差进行了探讨与分析,得到在号料操作时不同板厚的钢板预留加工余量和钢构件截面几何参数不定性的统计参数,并对影响尺寸偏差的主要因素进行了探讨及分析,可为今后钢结构工程施工质量验收规范和工程结构可靠度设计统一标准的修订提供参考。
In the steel structure,all kinds of steel components is the most important parts of the steel structure. The quality of the steel structures for steel structure performance has played a decsive role. And the processing technology of steel structure determines the steel components quality. Steel cutting is steel processing components of the most basic processes,its quality is closely related with the steel components section feature after assembly,at the same time it has a direct impact on the overall quality of the project. Because of processing dimension deviation and installation error reasons,the size of the structural elements will occur windage. The actual component after manufacture with design of the component geometry characteristic will be different. This difference is geometrical parameter uncertainty analysis of component. At present,the cutting quality of the steel research limited to cutting equipment itself control, steel structure component geometry parameters underminedess's statistical work is not comprehensive.
This research object is steel structure processing enterprise of steel cutting and assembly process,explore the steel cutting and assembly's error and quality control.Aiming at the common steel cutting and assembly process,use a multi-stage sampling method and full inspection method,filed collection examined five different thickness shear steel plates、gas cutting steel and seven different section welding H-type steel in the steel structure processing enterprise,collected at 1130 block shear plate,300 gas cutting steel and 160 welding H-type steel's actual size data.Using the method of dynamic analysis's control chart and histogram analyse the actual data and sectional characteristic,and use the statistical methods discussed its size deviation.Get different thickness of steel obligate machining allowance and steel components section of the geometric parameter uncertainty analysis of statistical parameters. And analysis the main factors of influence size deviation, so it can provide reference for the revision of code for acceptance of construction quality of steel structuresand and unified standard for reliability design of engineering structures in the future.
本文以钢结构加工企业的钢板切割和组装工艺为对象,探讨钢板切割与组装的误差及质量控制。针对目前常用的钢板切割和组装工艺,采用多阶段抽样和全数检验的方法,在钢结构加工企业对5种不同厚度的剪切钢板、气割钢板和7种不同截面的焊接H型钢进行实地收集检验,得到1130块剪切钢板、300块气割钢板和160个焊接H型钢构件经切割和组装后的实际尺寸数据,运用动态分析中的控制图法和直方图法对钢板切割的实际数据和组装后的焊接H型钢截面特性进行了图表分析,得到切割和组装实际数据的分布规律,并利用数理统计的方法对其尺寸偏差进行了探讨与分析,得到在号料操作时不同板厚的钢板预留加工余量和钢构件截面几何参数不定性的统计参数,并对影响尺寸偏差的主要因素进行了探讨及分析,可为今后钢结构工程施工质量验收规范和工程结构可靠度设计统一标准的修订提供参考。
In the steel structure,all kinds of steel components is the most important parts of the steel structure. The quality of the steel structures for steel structure performance has played a decsive role. And the processing technology of steel structure determines the steel components quality. Steel cutting is steel processing components of the most basic processes,its quality is closely related with the steel components section feature after assembly,at the same time it has a direct impact on the overall quality of the project. Because of processing dimension deviation and installation error reasons,the size of the structural elements will occur windage. The actual component after manufacture with design of the component geometry characteristic will be different. This difference is geometrical parameter uncertainty analysis of component. At present,the cutting quality of the steel research limited to cutting equipment itself control, steel structure component geometry parameters underminedess's statistical work is not comprehensive.
This research object is steel structure processing enterprise of steel cutting and assembly process,explore the steel cutting and assembly's error and quality control.Aiming at the common steel cutting and assembly process,use a multi-stage sampling method and full inspection method,filed collection examined five different thickness shear steel plates、gas cutting steel and seven different section welding H-type steel in the steel structure processing enterprise,collected at 1130 block shear plate,300 gas cutting steel and 160 welding H-type steel's actual size data.Using the method of dynamic analysis's control chart and histogram analyse the actual data and sectional characteristic,and use the statistical methods discussed its size deviation.Get different thickness of steel obligate machining allowance and steel components section of the geometric parameter uncertainty analysis of statistical parameters. And analysis the main factors of influence size deviation, so it can provide reference for the revision of code for acceptance of construction quality of steel structuresand and unified standard for reliability design of engineering structures in the future.
引文
[1]陈绍蕃,顾强.钢结构基础[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.
[2]王恩华,王广伟.建筑钢结构工程施工技术与质量控制[M].北京：机械工业出版社,2010.
[3]薛发.钢结构企业逐步走向国际化市场[J].中国建筑金属结构,2008,(5)：34-36.
[4]魏明钟,戴国欣.钢结构[M].武汉：武汉理工大学出版社,2007.
[5]徐伟良.我国建筑H型钢的开发与应用[J].新型建筑材料,2004, (10)：60-62.
[6]弓晓芸.轻钢结构建筑的应用及发展[J].工业建筑,2000,(5)：4-7.
[7]王元清,石永久.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用[J].建筑结构学报,2002,(1)：33-34.
[8]上官子昌.钢结构工程质量控制手册[M].北京：化学工业出版社,2010.
[9]梁智杰.对钢结构中钢构件加工工艺的探讨[J].建材与装饰,2010,(4)：223-225.
[10]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京：科学出版社,2005.
[11]GB50205-2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].北京：中华人民共和国建设部,2002.
[12]李国强,黄宏伟.工程结构荷载与可靠度设计原理[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.
[13]李继华,林忠民,李明顺.建筑结构概率极限状态设计[M].北京：中国建筑工业出版社,1990.
[14]李清富,高健磊,乐金朝.工程结构可靠性原理[M].郑州：黄河水利出版社,1999.
[15]李继华,夏正中.钢结构安全度的概率分析[A].钢结构研究论文报告选集[C].北京：中国建筑工业出版社,1983.
[16]GB50300-2001,建筑工程质量验收统一标准[S].北京：中华人民共和国建设部,2002.
[17]GB50411-2007,建筑节能工程施工质量验收规范[s].北京：中华人民共和国建设部,2007.
[18]陈养源.钢结构工程质量控制方法及工程应用[D].浙江：浙江大学,2006.
[19]冯剑.钢结构工程施工质量管理方法及体系的建立[D].南昌：南昌大学,2007.
[20]董晓宇.钢构件制作过程中的工序质量控制研究[D].西安：西安建筑科技大学,2010.
[21]高明辉.河南地区住宅钢结构构件加工几何特性调查与统计模型[D].郑州：郑州大学,2004.
[22]刘海涛.河南地区住宅钢结构构件的可靠性分析[D].郑州：郑州大学,2005.
[23]沈祖炎.钢结构制作安装手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1998.
[24]尹训强,尚超.提高钢板剪切质量的工艺研究及生产应用[J].科技信息,2010,(18)：382-384.
[25]寇传乾.APC控制技术在钢板剪切中的应用[J].轧钢,2008,25(1)：54-56.
[26]Michael Emonts, Christian Brecher. Laser-assisted shearing of stainless steel and spring steel plates with the use of a laser scanner system-New hybrid production technology for the sheet metal industry[J]. Physics Procedia,2010,(5):273-283.
[27]岳明君,孙钢.复杂形状钢板件气割中的数字控制[J].制造技术与机床,1999,(01)：17-18.
[28]张建民.谈气割主要工艺参数对切割质量的影响[J].金属加工,2010,(10)：69-70.
[29]苑彬彬,马天一.数控气割工件产生热变形及尺寸偏差的原因及控制措施[J].电站系统工程, 2009,(02)：70.
[30]陆彦超.钢板用数控气割下料加工余量初探[J].大电机技术,1993,(04)：55-57.
[31]李天,高明辉,王珂.钢构件主要几何尺寸不定性的调查分析[J].郑州大学学报,2005,37(1)：87-90.
[32]郑训兵.钢结构制作安装便携手册[M].北京：中国计划出版社,2008.
[33]邓祥发,李大龙.钢结构工程施工技术·质量控制·实例手册[M].北京：中国电力出版社,2008.
[34]孟宪成,周和敏,冯光宏.轻型焊接H型钢生产工艺及其质量保证措施[J].钢铁,2004,39(4)：34-37.
[35]Lawson R M, Popo Ola S,Pedreschi R. Design of Over-cladding Systems to Existing Building[J]. Constr. Steel Research,1998, (46):1-3.
[36]日本钢结构协会.钢结构技术总览[建筑篇][M].陈以一,傅功义译.北京：中国建筑工业出版社,2003.
[37]官兵.钢结构工程施工细节详解[M].北京：机械工业出版社,2008.
[38]闫仲儒.钢结构H型钢数控加工设备[J].科技资讯,2006,(23).
[39]宋金虎,吴明清,徐敏.轻钢结构焊接H型钢质量工艺控制措施[J].中国建筑金属结构,2008,(9)：34-36.
[40]李军,左云,邹森.浅析钢结构工程施工质量控制[J].工程与建设,2007,21(2)：190-191.
[41]梁向南.浅谈钢结构施工技术[J].国外建材科技,2007,28(5)：116-118.
[42]张爱国,贾海真.厚板焊接H型钢生产中的变形控制[J].工程力学,2001,(3)：739-742.
[43]Popovic O. Sustainable Aspects of Long Span Light Weight Steel Structure. [J].Constr. Steel Research,1998, (46):1-3.
[44]陆慧敏.焊接H型钢结构制造安装技术[J].铁道建设,2010,(2)：61-64.
[45]葛主强,申屠培新,董秀海.轻钢结构工程在制作、运输、安装过程中的质量控制[J].建筑施工,2006,28(11)：885-886.
[46]袁征,邵长菊.钢结构工业厂房钢构件加工制作要点[J].科技信息,2009(1)
[47]Mantripragada Ramakrishna, Whitney Daniel E. Modeling and controlling variation propagation in mechanical assemblies using state transition [J].Robotics&Automation,1999, 15(1):124-140.
[48]潘虎,顾昊.钢结构质量控制的几点体会[J].江苏建材,2006,(3)：45-46.
[49]中国建设监理协会组织.建设工程质量控制[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.
[50]周纪萝,晶诗松.质量管理统计方法[M].北京：中国统计出版社,1999.
[5l]张公绪,孙静.现代质量控制与诊断工程[M].北京：经济科学出版社,1999.
[52]陈俊芳.质量管理学[M].北京：中国标准出版社,2004.
[53]彭泽军,陈辉,周定果.质量控制图及其工序质量控制[J].机械设计与制造,2008,(8)：139-141.
[54]余忠华,吴昭同.面向小批量制造过程的质量控制方法研究[J].机械工程学报,2000,(8)：60-64.
[55]王建稳.多品种小批量生产情形下的工序质量控制图[J].数理统计与管理,2002,21(4)：34-37.
[56]鲍广鑑.钢结构施工技术及实例[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.
[57]罗福午.建筑工程质量缺陷事故分析及处理[M].武汉：武汉工业大学出版社,1999.
[58]白国良,刘明.荷载与结构设计方法[M].北京：高等教育出版社,2003.
[59]GB50068-2001,建筑结构可靠度设计统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社,2001.
[60]张明轩.钢结构工程的施工质量控制[J].钢结构,2004,(6)：56-61.
[61]陶戈强.浅析钢结构施工流程质量原因与措施[J].科技信息,2008,(15)
[62]马虎臣,张瑞学.轻钢门式结构工程施工及质量控制[M].北京：金盾出版社,2006.
[63]侯兆新,何奋韬,何一.钢结构工程施工质量验收规范实施指南[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.
[64]日本钢结构协会.钢结构技术总览[M].陈以一,傅功义译.北京：中国建筑工业出版社,2003.
[65]GB50017-2003,钢结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2003.
[66]侯兆欣,何乔生.钢结构工程施工质量验收规范陪训讲座[M].北京：中国建筑工业出版社,2003.
[67]李想.钢结构加工企业成本控制探讨[J].现代商贸工业,2009(3)：174-175.
[68]尹显奇.钢结构工程施工问答实录[M].北京：机械工业出版社,2009.
[69]Ohkawa Schi-ichi, Aoki Masakazu, Masuda Hiroo.Analysis and Characterization of Device Variations in an LSI Chip Using an Integrated Device Matrix Arrya[J].IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing,2004,17(2):155-165.
[70]林辉.钢结构工程发展与应用[J].工程质量,2005,(11)：35-37.
[71]Grzesik W, Brol S. Hybrid approach to surface roughness evaluation in multistage machining processes[J].Journal of Materials Processing technology 2003,134(2):265-272.
[72]李世俊.钢结构市场和钢结构用钢[J].钢结构,2001,16(6)：72-75.
[73]弓晓芸,严虹.国外工业化钢结构住宅应用探讨[J].工业建筑,2001,(8)：35-36.
[74]侯和涛,李良慧,钟华东.钢结构住宅加工与安装中的问题与对策[J].建筑技术,2007,38(9)：653-655.
[2]王恩华,王广伟.建筑钢结构工程施工技术与质量控制[M].北京：机械工业出版社,2010.
[3]薛发.钢结构企业逐步走向国际化市场[J].中国建筑金属结构,2008,(5)：34-36.
[4]魏明钟,戴国欣.钢结构[M].武汉：武汉理工大学出版社,2007.
[5]徐伟良.我国建筑H型钢的开发与应用[J].新型建筑材料,2004, (10)：60-62.
[6]弓晓芸.轻钢结构建筑的应用及发展[J].工业建筑,2000,(5)：4-7.
[7]王元清,石永久.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用[J].建筑结构学报,2002,(1)：33-34.
[8]上官子昌.钢结构工程质量控制手册[M].北京：化学工业出版社,2010.
[9]梁智杰.对钢结构中钢构件加工工艺的探讨[J].建材与装饰,2010,(4)：223-225.
[10]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京：科学出版社,2005.
[11]GB50205-2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].北京：中华人民共和国建设部,2002.
[12]李国强,黄宏伟.工程结构荷载与可靠度设计原理[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.
[13]李继华,林忠民,李明顺.建筑结构概率极限状态设计[M].北京：中国建筑工业出版社,1990.
[14]李清富,高健磊,乐金朝.工程结构可靠性原理[M].郑州：黄河水利出版社,1999.
[15]李继华,夏正中.钢结构安全度的概率分析[A].钢结构研究论文报告选集[C].北京：中国建筑工业出版社,1983.
[16]GB50300-2001,建筑工程质量验收统一标准[S].北京：中华人民共和国建设部,2002.
[17]GB50411-2007,建筑节能工程施工质量验收规范[s].北京：中华人民共和国建设部,2007.
[18]陈养源.钢结构工程质量控制方法及工程应用[D].浙江：浙江大学,2006.
[19]冯剑.钢结构工程施工质量管理方法及体系的建立[D].南昌：南昌大学,2007.
[20]董晓宇.钢构件制作过程中的工序质量控制研究[D].西安：西安建筑科技大学,2010.
[21]高明辉.河南地区住宅钢结构构件加工几何特性调查与统计模型[D].郑州：郑州大学,2004.
[22]刘海涛.河南地区住宅钢结构构件的可靠性分析[D].郑州：郑州大学,2005.
[23]沈祖炎.钢结构制作安装手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1998.
[24]尹训强,尚超.提高钢板剪切质量的工艺研究及生产应用[J].科技信息,2010,(18)：382-384.
[25]寇传乾.APC控制技术在钢板剪切中的应用[J].轧钢,2008,25(1)：54-56.
[26]Michael Emonts, Christian Brecher. Laser-assisted shearing of stainless steel and spring steel plates with the use of a laser scanner system-New hybrid production technology for the sheet metal industry[J]. Physics Procedia,2010,(5):273-283.
[27]岳明君,孙钢.复杂形状钢板件气割中的数字控制[J].制造技术与机床,1999,(01)：17-18.
[28]张建民.谈气割主要工艺参数对切割质量的影响[J].金属加工,2010,(10)：69-70.
[29]苑彬彬,马天一.数控气割工件产生热变形及尺寸偏差的原因及控制措施[J].电站系统工程, 2009,(02)：70.
[30]陆彦超.钢板用数控气割下料加工余量初探[J].大电机技术,1993,(04)：55-57.
[31]李天,高明辉,王珂.钢构件主要几何尺寸不定性的调查分析[J].郑州大学学报,2005,37(1)：87-90.
[32]郑训兵.钢结构制作安装便携手册[M].北京：中国计划出版社,2008.
[33]邓祥发,李大龙.钢结构工程施工技术·质量控制·实例手册[M].北京：中国电力出版社,2008.
[34]孟宪成,周和敏,冯光宏.轻型焊接H型钢生产工艺及其质量保证措施[J].钢铁,2004,39(4)：34-37.
[35]Lawson R M, Popo Ola S,Pedreschi R. Design of Over-cladding Systems to Existing Building[J]. Constr. Steel Research,1998, (46):1-3.
[36]日本钢结构协会.钢结构技术总览[建筑篇][M].陈以一,傅功义译.北京：中国建筑工业出版社,2003.
[37]官兵.钢结构工程施工细节详解[M].北京：机械工业出版社,2008.
[38]闫仲儒.钢结构H型钢数控加工设备[J].科技资讯,2006,(23).
[39]宋金虎,吴明清,徐敏.轻钢结构焊接H型钢质量工艺控制措施[J].中国建筑金属结构,2008,(9)：34-36.
[40]李军,左云,邹森.浅析钢结构工程施工质量控制[J].工程与建设,2007,21(2)：190-191.
[41]梁向南.浅谈钢结构施工技术[J].国外建材科技,2007,28(5)：116-118.
[42]张爱国,贾海真.厚板焊接H型钢生产中的变形控制[J].工程力学,2001,(3)：739-742.
[43]Popovic O. Sustainable Aspects of Long Span Light Weight Steel Structure. [J].Constr. Steel Research,1998, (46):1-3.
[44]陆慧敏.焊接H型钢结构制造安装技术[J].铁道建设,2010,(2)：61-64.
[45]葛主强,申屠培新,董秀海.轻钢结构工程在制作、运输、安装过程中的质量控制[J].建筑施工,2006,28(11)：885-886.
[46]袁征,邵长菊.钢结构工业厂房钢构件加工制作要点[J].科技信息,2009(1)
[47]Mantripragada Ramakrishna, Whitney Daniel E. Modeling and controlling variation propagation in mechanical assemblies using state transition [J].Robotics&Automation,1999, 15(1):124-140.
[48]潘虎,顾昊.钢结构质量控制的几点体会[J].江苏建材,2006,(3)：45-46.
[49]中国建设监理协会组织.建设工程质量控制[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.
[50]周纪萝,晶诗松.质量管理统计方法[M].北京：中国统计出版社,1999.
[5l]张公绪,孙静.现代质量控制与诊断工程[M].北京：经济科学出版社,1999.
[52]陈俊芳.质量管理学[M].北京：中国标准出版社,2004.
[53]彭泽军,陈辉,周定果.质量控制图及其工序质量控制[J].机械设计与制造,2008,(8)：139-141.
[54]余忠华,吴昭同.面向小批量制造过程的质量控制方法研究[J].机械工程学报,2000,(8)：60-64.
[55]王建稳.多品种小批量生产情形下的工序质量控制图[J].数理统计与管理,2002,21(4)：34-37.
[56]鲍广鑑.钢结构施工技术及实例[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.
[57]罗福午.建筑工程质量缺陷事故分析及处理[M].武汉：武汉工业大学出版社,1999.
[58]白国良,刘明.荷载与结构设计方法[M].北京：高等教育出版社,2003.
[59]GB50068-2001,建筑结构可靠度设计统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社,2001.
[60]张明轩.钢结构工程的施工质量控制[J].钢结构,2004,(6)：56-61.
[61]陶戈强.浅析钢结构施工流程质量原因与措施[J].科技信息,2008,(15)
[62]马虎臣,张瑞学.轻钢门式结构工程施工及质量控制[M].北京：金盾出版社,2006.
[63]侯兆新,何奋韬,何一.钢结构工程施工质量验收规范实施指南[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.
[64]日本钢结构协会.钢结构技术总览[M].陈以一,傅功义译.北京：中国建筑工业出版社,2003.
[65]GB50017-2003,钢结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2003.
[66]侯兆欣,何乔生.钢结构工程施工质量验收规范陪训讲座[M].北京：中国建筑工业出版社,2003.
[67]李想.钢结构加工企业成本控制探讨[J].现代商贸工业,2009(3)：174-175.
[68]尹显奇.钢结构工程施工问答实录[M].北京：机械工业出版社,2009.
[69]Ohkawa Schi-ichi, Aoki Masakazu, Masuda Hiroo.Analysis and Characterization of Device Variations in an LSI Chip Using an Integrated Device Matrix Arrya[J].IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing,2004,17(2):155-165.
[70]林辉.钢结构工程发展与应用[J].工程质量,2005,(11)：35-37.
[71]Grzesik W, Brol S. Hybrid approach to surface roughness evaluation in multistage machining processes[J].Journal of Materials Processing technology 2003,134(2):265-272.
[72]李世俊.钢结构市场和钢结构用钢[J].钢结构,2001,16(6)：72-75.
[73]弓晓芸,严虹.国外工业化钢结构住宅应用探讨[J].工业建筑,2001,(8)：35-36.
[74]侯和涛,李良慧,钟华东.钢结构住宅加工与安装中的问题与对策[J].建筑技术,2007,38(9)：653-655.