摘要: 本文通過鳳凰山公園2線36+50+33m鋼箱梁的制作為例,介紹其制作工藝、焊接變形控制及質(zhì)量控制技術(shù)。
關(guān)鍵詞: 鋼箱梁 制作工藝 焊接變形 質(zhì)量控制
1前言
鳳凰山公園2線36+50+33m鋼箱梁為上跨鳳凰山公園2線,在ZX110#~ZX113#橋墩之間。本聯(lián)橋分左右兩幅修建,左幅橋?yàn)榈葘挊蛄?,橋?qū)?2.75m,右幅橋?yàn)樽儗挊蛄?,橋?qū)捰?2.75m變到20.75m。
其橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置為:單幅橋?qū)?2.75米=0.15迷(防撞墻懸挑)+12.45米(梁體頂凈寬)+0.15米(防撞墻懸挑);單幅橋?qū)?0.75米=0.15迷(防撞墻懸挑)+20.45米(梁體頂凈寬)+0.15米(防撞墻懸挑)。
橋梁上部結(jié)構(gòu)為變截面連續(xù)鋼箱梁,梁體采用分段預(yù)制拼裝施工。梁高為變高,端支點(diǎn)梁高1.82m,中支點(diǎn)梁高2.52m,考慮到施工現(xiàn)場的運(yùn)輸和拼裝問題,主橋鋼箱梁采用橫縱向劃分。節(jié)段箱梁間聯(lián)結(jié)方式主要采用工廠焊接與工地現(xiàn)場焊接相結(jié)合的方式。全橋左右幅鋼箱梁總長均為119m,左右幅橋頂、底板均采用1.5%的單向橫坡,頂?shù)装迤叫?,腹板鉛垂,鋼箱梁材質(zhì)為Q345C,工程量約2092t。主橋全貌見圖1,橫斷面見圖2。
圖1
圖2
2制作總體工藝流程
鋼箱梁為全焊接結(jié)構(gòu),焊縫密集,操作空間有限,所發(fā)生的焊接變形和殘余應(yīng)力較大,為控制箱體結(jié)構(gòu)焊接變形,保證產(chǎn)品整體質(zhì)量,鋼箱梁制作采用在反變形胎架進(jìn)行部件焊接,分段總裝時(shí)采用“反造法”(分段總裝時(shí),以頂板面為胎架面進(jìn)行“反造”)。制作總體工藝流程:“板→板塊(或部件)→板單元→單元塊→鋼箱梁→預(yù)拼裝→橋位焊接”方式制作。
3制作工藝
3.1箱梁制作分段劃分
根據(jù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合鋼板的采購、供貨現(xiàn)狀,以及梁體分段的運(yùn)輸和現(xiàn)場吊裝設(shè)備的選用等因素,本橋采用橫向、縱向劃分結(jié)合方案,考慮底板變板厚位置及環(huán)縫避開跨中,縱向劃分為11個(gè)分段,橫向根據(jù)寬度合理劃分;分段劃分最大長度為13.7m,最大分段重量約為39.3噸。鋼箱梁橫向塊體劃分見圖3。
圖3
3.2單元件劃分方案
單個(gè)鋼箱梁分段(標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段)按下圖劃分為頂板單元件、底板單元件、腹板單元件、橫隔板單元件、頂板橫肋部件5部分。
3.3單元件(部件)制作
3.3.1頂板單元件制作流程:
按分段尺寸對頂板及U肋T肋下料→放樣前對頂板及U肋T肋復(fù)查(尺寸、坡口朝向、材質(zhì)、爐批號等)→按施工圖紙放樣→對裝→在反變形胎架上用焊接小車焊接(反變形胎架見下圖)→矯正(矯正溫度控制在600℃~800℃,嚴(yán)禁過燒、直接錘擊或水冷)→編號→準(zhǔn)備進(jìn)入單元總裝工序。
3.3.2腹板單元件制作流程:
按分段尺寸對腹板及板肋下料→放樣前對腹板及板肋復(fù)查(尺寸、坡口朝向、材質(zhì)、爐批號等)→按施工圖紙放樣→對裝→在反變形胎架上用焊接小車焊接→矯正(矯正溫度控制在600℃~800℃,嚴(yán)禁過燒、直接錘擊或水冷)→編號→準(zhǔn)備進(jìn)入單元總裝工序。
注:由于橋體在橫縱向存在坡度和拱度,變寬段腹板應(yīng)根據(jù)橋體截面建模下料,防止在單元總裝時(shí)橋體扭曲和對裝間隙過大。
3.3.3底板單元件制作流程:
按分段尺寸對底板及板肋下料→放樣前對底板及板肋復(fù)查(尺寸、坡口朝向、材質(zhì)、爐批號等)→按施工圖紙放樣→對裝→在反變形胎架上用焊接小車焊接→矯正(矯正溫度控制在600℃~800℃,嚴(yán)禁過燒、直接錘擊或水冷)→編號→準(zhǔn)備進(jìn)入單元總裝工序。
注:由于橋體底板最終成型時(shí)兩端底板需折彎,故制作時(shí)應(yīng)考慮坡度和拱度對底板進(jìn)行展開下料,保證最終的成型尺寸(對于折彎角度很小的底板可不作考慮)。
3.3.4橫隔板單元件制作流程:
下料→放樣前復(fù)查(尺寸、坡口朝向、材質(zhì)、爐批號等)→按施工圖紙放樣→對裝進(jìn)入孔加強(qiáng)圈、筋板→在鋼平臺上用CO2氣保焊焊接→矯正(矯正溫度控制在600℃~800℃,嚴(yán)禁過燒、直接錘擊或水冷)→編號→準(zhǔn)備進(jìn)入單元總裝工序。
3.3.5橫聯(lián)、挑梁單元件制作流程:
下料→放樣前復(fù)查(尺寸、坡口朝向、材質(zhì)、爐批號等)→按施工圖紙放樣→對裝進(jìn)入孔加強(qiáng)板、筋板→在鋼平臺上用CO2氣保焊焊接→矯正(矯正溫度控制在600℃~800℃,嚴(yán)禁過燒、直接錘擊或水冷)→編號→準(zhǔn)備進(jìn)入單元總裝工序。
注:對于數(shù)量多的橫隔板、橫聯(lián)和挑梁的首件進(jìn)行試裝配,合格后方可進(jìn)行批量制作。
3.4單元總裝
為保證鋼箱梁整體成型質(zhì)量,在單元總裝階段制作總裝胎膜平臺,胎膜平臺的線型根據(jù)橋體實(shí)際的坡度和拱度進(jìn)行放樣制作,胎膜平臺示意圖如下:
單元總裝流程:確定基準(zhǔn)點(diǎn)→根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)和橋體線形調(diào)節(jié)胎膜→檢驗(yàn)→合格后對胎膜進(jìn)行加固→在胎膜上鋪置頂板→通過壓重塊使頂板貼在胎膜上,保證頂板整體線形→點(diǎn)焊固定→依次對裝隔板單元件、腹板單元件、橫聯(lián)、挑梁、底板單元件→焊接→矯正→挑梁內(nèi)預(yù)防腐→裝焊挑梁蓋板、支座墊板、進(jìn)人門等附件→檢查單元對接口尺寸→準(zhǔn)備與下一單元串組。
3.5段間串組
為保證在廠內(nèi)制作的單元件在工地現(xiàn)場安裝時(shí)能夠準(zhǔn)確拼接,因此,在廠內(nèi)制造時(shí)對每段單元件進(jìn)行兩兩串組,檢驗(yàn)合格后發(fā)運(yùn)至工地。
串組流程:以前一單元件為基準(zhǔn)(前一單元件制作完成不拆除)→在胎膜上鋪置后一單元件頂板(保證頂板對接處錯(cuò)牙在)→通過壓重塊使頂板貼在胎膜上,保證頂板整體線形→點(diǎn)焊固定→依次對裝隔板單元件、腹板單元件、橫聯(lián)、挑梁、底板單元件→焊接→矯正→挑梁內(nèi)預(yù)防腐→裝焊挑梁蓋板、支座墊板、進(jìn)人門等附件→檢查單元對接口尺寸→檢查串組各處對接尺寸→用樣沖標(biāo)記對接定位線,并防腐后用油性筆做上記號→出廠驗(yàn)收(包括外形尺寸、整體拱度、坡度、焊縫質(zhì)量等)→拆除前一單元件→翻面→在每個(gè)單元件頂板上安裝工地吊裝吊耳和標(biāo)記基準(zhǔn)控制點(diǎn)→防腐。
4鋼箱梁焊接變形控制
鋼箱梁制造精度主要通過裝配精度和焊接變形的控制實(shí)現(xiàn),對于多箱多室形式的鋼箱梁結(jié)構(gòu),常見的焊接變形有:1)縱向收縮變形;2)橫向收縮變形;3)角變形;4)彎曲變形;5)扭曲變形;6)波浪變形。針對這些焊接變形可采取如下工藝措施加以控制:
4.1部件焊接采用反變形技術(shù)(上述反變形胎架),通過板厚、焊腳和焊接參數(shù),大致計(jì)算出變形量d,然后通過反變形胎架反向壓彎量-D,壓彎部分抵消掉焊接過程中產(chǎn)生的變形量,即d+(-D)=0。
4.2單元件在縱橋向的合攏段預(yù)留50mm工地補(bǔ)償量,此部分余量可抵消一部分工地和廠內(nèi)焊接收縮量,多余余量可修切掉,保證其在縱向整體長度。因此,在廠內(nèi)制作時(shí)對每件構(gòu)件可不單獨(dú)考慮焊接收縮量。
4.3下料時(shí)預(yù)留構(gòu)件切邊量,在構(gòu)件焊接完成再行切邊,以補(bǔ)償構(gòu)件焊接的橫向和縱向收縮量。
4.4橫向分段布置在橫聯(lián)上,為保證安裝時(shí)便于調(diào)節(jié),橫聯(lián)與頂板在工地現(xiàn)場焊接,在頂板對接焊縫焊接完成后再焊橫聯(lián)與頂板的焊縫。通過此焊接順序,控制變形,防止錯(cuò)牙。
4.5通過總拼胎架采用強(qiáng)制約束施焊,頂板與胎架剛性固定,箱體內(nèi)通過剪刀架支承,控制箱體整體變形。
4.6對于需清根焊透的坡口焊,采用不對稱坡口形式,先焊大坡口,清根小坡口,減小焊接變形。
4.7由于焊縫截面積越大,冷卻時(shí)收縮引起的塑性變形量大,采取合理的坡口大小,避免坡口過大。
4.8減小熱輸入,采用合理的焊接參數(shù),減小焊接變形。
4.9對于角焊縫大和坡口大的焊縫采用多層多道焊接,減小熱影響區(qū)域,減小焊接變形。
4.10鋼箱梁對裝完成后,通過對稱施焊、間斷跳焊,先立焊,再平焊,后仰焊的順序進(jìn)行焊接,以控制焊接變形。
5鋼箱梁質(zhì)量控制
鋼箱梁整體質(zhì)量應(yīng)對制作的各個(gè)環(huán)節(jié)加以監(jiān)控和把關(guān),使其最終成形符合設(shè)計(jì)圖紙和相應(yīng)規(guī)范的要求。
5.1材料檢驗(yàn)
此過程主要包括對板材、型材、焊材、涂料的進(jìn)廠復(fù)驗(yàn),并按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)要求進(jìn)行焊接工藝評定。
5.2放樣尺寸檢驗(yàn)
在此過程中,按加工圖紙尺寸對放樣尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)。對于多批量構(gòu)件和尺寸不好檢驗(yàn)的弧形構(gòu)件,可制造檢驗(yàn)樣板,通過樣板對構(gòu)件進(jìn)行檢驗(yàn)。
5.3下料、加工尺寸檢驗(yàn)
下料過程中,對材質(zhì)、爐批號、零件編號、坡口、下料尺寸、零件表面的坑洼等進(jìn)行檢驗(yàn)。加工過程中,對零件精度、表面粗糙度、銑面加工量等進(jìn)行檢驗(yàn)。
5.4鋼板拼接檢驗(yàn)
此過程主要對拼板坡口、板材尺寸焊前檢查,拼板后的焊縫探傷、外觀、矯正、標(biāo)記等檢查。
5.5部件制作檢驗(yàn)
焊前對裝整體尺寸、對裝間隙檢查。焊后成形尺寸,焊縫外觀檢查、焊縫無損檢驗(yàn)、矯正、標(biāo)記、標(biāo)識等檢查。
5.6單元總裝檢驗(yàn)
焊前對產(chǎn)品標(biāo)記標(biāo)識、總裝尺寸、定位焊等進(jìn)行檢查。焊后成形尺寸,焊縫外觀檢查、焊縫無損檢驗(yàn)、矯正、標(biāo)記、標(biāo)識等檢查。
5.7單元串組檢驗(yàn)
段間開口尺寸檢查,附件裝焊、臨時(shí)人孔開制及封堵、矯正、標(biāo)記、標(biāo)識。焊后焊縫外觀檢查、焊縫無損檢驗(yàn)。
5.8防腐涂裝檢驗(yàn)
噴砂表面清潔度、粗糙度,涂層漆膜厚度、附著力檢測,涂裝保護(hù),分段出廠標(biāo)記標(biāo)識檢查。
6總結(jié)
鋼箱梁制作主要由切割下料、裝配、焊接、矯正、探傷等工序組成。對每個(gè)工序進(jìn)行控制是保證最終產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。鋼箱梁的制造精度是由工廠制作精度和現(xiàn)場拼接精度決定的,制作和現(xiàn)場拼裝過程中一定要嚴(yán)把各道工序的質(zhì)量關(guān),在實(shí)踐中不斷探索各工序的控制余量,確保誤差控制在允許偏差范圍內(nèi)。并通過焊接變形的特點(diǎn),采取有效措施減小焊接變形和消除構(gòu)件殘余應(yīng)力,只有這樣才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。
本文所介紹的鋼箱梁制作技術(shù)是經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的成熟技術(shù),可供生產(chǎn)同類型鋼構(gòu)件時(shí)參考借鑒。
(作者單位:中國水利水電第七工程局有限公司機(jī)電安裝分局)
作者簡介:胡平,(1979.8.4),男,本科,工程師,從事水電站金屬結(jié)構(gòu)制作及安裝技術(shù)管理工作。