本遺址博物館建筑主體設(shè)計(jì)為：首層采用直徑５４ｍ 的跨度桁架支撐轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，以托起上部高５７ ｍ仿古塔建筑。整個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)平面形狀為圓形，為了不破壞古文物中心區(qū)域地面，上部結(jié)構(gòu)通過(guò)大跨度轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)將荷載傳遞到直徑５４ ｍ 的基礎(chǔ)環(huán)梁上，而保護(hù)區(qū)中心地帶有直徑約５０ ｍ 的空間基礎(chǔ)，使遺址區(qū)域得到完整的保護(hù)。工程主體結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換層以上采用鋼框架結(jié)構(gòu)，而轉(zhuǎn)換層本身則采用箱型鋼管桁架結(jié)構(gòu)，且轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件采用 Ｑ４２０－Ｄ 鋼材。該工程焊接具有技術(shù)要求高、工序復(fù)雜、工作量大的特點(diǎn)，是一項(xiàng)典型的系統(tǒng)工程。仿古塔鋼結(jié)構(gòu)剖面見(jiàn)圖１，桁架支撐轉(zhuǎn)換箱梁結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖２。
桁架支撐轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
桁架結(jié)構(gòu)具有自重輕、剛度大和跨度大等特點(diǎn)， 從而在大跨度承重結(jié)構(gòu)中得以廣泛應(yīng)用［２］。該工程中桁架支撐轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是重要的部位，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 的合理性直接影響整個(gè)建筑的安全性。經(jīng)分析，若１２榀桁架對(duì)基礎(chǔ)環(huán)梁產(chǎn)生的水平推力過(guò)大，則基礎(chǔ)環(huán)梁除傳遞豎向載荷外，還必須有足夠的長(zhǎng)期的軸向抗拉剛度，以確保上部結(jié)構(gòu)安全。而將桁架支撐點(diǎn)定位于桁架中軸處，則在理論上不會(huì)產(chǎn)生水平推力，基礎(chǔ)環(huán)梁的受力主要以豎向力為主，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不明顯，連接節(jié)點(diǎn)按鉸接設(shè)計(jì)。
終確定的桁架設(shè)計(jì)方案為：整個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)平面形狀為圓形，沿徑向布置１２榀放射狀徑向桁架豎向支撐（支撐１２根內(nèi)圈柱），外圈柱需布置桁架間次梁支撐。桁架總高度為８．２ ｍ，桁架支撐點(diǎn)位于桁架總高度的中分線上。桁架支撐在直徑為５４ ｍ 環(huán)向混凝土承臺(tái)梁上，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主體采用 Ｑ４２０－Ｄ 鋼。遺址博物館結(jié)構(gòu)內(nèi)部及施工、竣工后的情況如圖３所示。
主要焊接接頭形式及坡口設(shè)計(jì)
焊接坡口設(shè)計(jì)是焊接工藝制定過(guò)程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。從坡口焊縫熔敷金屬的熔合比、打底焊縫的成型系數(shù)、防止層狀撕裂以及提高焊接功效等因素考慮，合理設(shè)計(jì)３０～６０ ｍｍ 厚箱梁面板端面對(duì)接的坡口形式及尺寸，從而確定焊接工藝評(píng)定坡口形式，見(jiàn)表１。
４ 焊接方法及焊接材料的選擇
以熱軋狀態(tài)使用的 Ｑ４２０－Ｄ 低合金高強(qiáng)鋼焊接性總體良好，但由于這類鋼中含有一定量的合金元素及微合金化元素，在焊接過(guò)程中如果操作不當(dāng)，就很容易產(chǎn)生焊接缺陷和其他不良影響（根部裂紋、表面裂紋、接頭區(qū)域出現(xiàn)的層狀撕裂；焊接應(yīng)力大、焊縫組織粗大、沖擊韌性降低；焊接效率低等）。如何選擇科學(xué)、合理的焊接材料和焊接工藝是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵。
Ｑ４２０－Ｄ 低合金高強(qiáng)鋼的焊接特點(diǎn)分析.
４．１．１、熱影響區(qū)的淬硬傾向
Ｑ４２０－Ｄ 鋼在焊后冷卻過(guò)程中，熱影響區(qū)容易形成淬火組織，使近縫區(qū)的硬度提高，塑性下降。結(jié)果導(dǎo)致焊后發(fā)生裂紋，或者結(jié)構(gòu)在較小載荷下，較易產(chǎn)生脆性破壞。
４．１．２、冷裂紋性
Ｑ４２０－Ｄ 鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。為防止冷裂紋的產(chǎn)生，主要從以下３方面采取工藝措施：１）選擇合適的焊接材料，應(yīng)使焊縫金屬?gòu)?qiáng)度與母材金屬相匹配，選用堿性較高的焊材，焊前要嚴(yán)格進(jìn)行烘 干，焊絲應(yīng)仔細(xì)去除油污，以減少氫的來(lái)源。２）提高 預(yù)熱溫度，以減緩焊后冷卻速度。３）焊后及時(shí)進(jìn)行 熱處理，可改善焊接接頭的組織，減小殘余應(yīng)力，加 速氫的擴(kuò)散。同時(shí)還應(yīng)注意擬定合理的焊接工藝參數(shù)和焊接順序。
４．１．３、熱裂紋及再熱裂紋傾向
采用高熱輸入焊接方法焊接高拘束度接頭，例如厚板的埋弧焊和大線能量的熔化極氣體保護(hù)焊時(shí)，焊接接頭也會(huì)出現(xiàn)各種形式的熱裂紋。在含碳化物形成元素較多，并能產(chǎn)生沉淀硬化的 Ｑ４２０－Ｄ
鋼接頭中，往往會(huì)在焊件焊接后消除應(yīng)力處理時(shí)，沿
焊接過(guò)熱區(qū)形成再熱裂紋。此種裂紋具有明顯的晶間分布的特征，其起源部 位往往在接頭的應(yīng)力集中區(qū)。
鋼材性能及焊材的選擇
Ｑ４２０－Ｄ 鋼的化學(xué)成分要求見(jiàn)表２，力學(xué)性能見(jiàn)表３。
４．３ 焊接材料選用原則
依據(jù)韌性匹配原則，焊接材料分為高強(qiáng)、等強(qiáng)和低強(qiáng)匹配３種。過(guò)高的強(qiáng)度和過(guò)低的強(qiáng)度對(duì)焊接接頭的綜合性能都會(huì)帶來(lái)不利的影響，所以通常采用等強(qiáng)匹配的原則。故在拘束度過(guò)高應(yīng)力集中的場(chǎng)合，應(yīng)適當(dāng)采用低強(qiáng)匹配以提高焊接接頭抗裂能力。
高強(qiáng)卷板
Q420D
7.75
1500
59.78 噸
安陽(yáng)
安鋼
高強(qiáng)卷板
Q420D
3.75
1500
58.89 噸
安陽(yáng)
安鋼
高強(qiáng)卷板
Q420D
5.75
1500
28.71 噸
安陽(yáng)
安鋼
高強(qiáng)卷板
Q420D
5.75
1500
28.9 噸
安陽(yáng)
安鋼
高強(qiáng)卷板
Q420D
3.5
1500
29.04 噸
安陽(yáng)
安鋼
高強(qiáng)卷板
Q420D
2.65
1500
29.11 噸
安陽(yáng)
安鋼
高強(qiáng)卷板
Q420D
2.65
1500
29.03 噸
安陽(yáng)
安鋼
高強(qiáng)卷板 Q420D 2.75 1250 21.46 噸 安陽(yáng) 安鋼
