湖北高速公路加工制作大跨变截面栓焊结构钢管桁架拱肋施工工法.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流湖北高速公路加工制作大跨变截面栓焊结构钢管桁架拱肋施工工法.精品文档.加工制作大跨变截面栓焊结构钢管桁架拱肋施工工法1.前言大跨度变截面栓焊结构钢管桁架拱肋加工制作是钢管桁架拱肋施工的关键技术。针对具有结构复杂、管径大、板材厚、部件种类多、施工现场狭小等诸多特点的拱肋施工,宜选择在工厂内加工制作、厂内预拼、工地吊装的施工方案,不仅施工进度快,而且加工后的拱肋线形光滑圆顺,各项技术指标均符合设计和规范要求,将为主拱肋的顺利吊装提供了保障,也能够为实现工程的总体目标工期打下了坚实的基础。本工法就是在总结了湖北XX西高速公路支井河特大桥主拱肋加工制
2、作施工技术研究及成功实践的基础上形成的。2.工法特点结构复杂,部件种类多。主拱截面属于变截面,由拱脚往拱顶逐渐变小,因此主拱各节段部件的外形尺寸各不相同;每个节段又由主弦管、钢腹杆、横联、斜撑、米撑、各种连接板等部件组成,拱肋加工工序繁杂。管径大,板材厚,加工难度大。管径越大、板材越厚,卷制加工难度越大,效率越也越低。在国内钢管拱施工中,采用栓焊结合的新工艺,无成熟的经验可借鉴。3.适用范围本工法适用于大跨度栓焊结构变截面钢管桁架拱肋加工制作的拱桥加工,对相同类似结构工程可参照借鉴。4.工艺原理在工厂内设置胎架,按照工厂试验的焊接工艺完成拱肋桁片的制作后在胎架上进行节段制作。连续拱肋杆件完成后
3、,通过单肋片组焊、弦管组焊接头法兰、节段组装,以“5+1”的形式完成全桥单拱肋的卧拼,最后分解后对杆件进行防腐。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程(见图1)5.2操作要点5.2.1钢材进厂检验全桥钢结构设计选材为Q345C, 进厂钢材应符合设计文件要求和GB1591的有关规定,除必须有材料质量证明书和合格证外,还应按铁路钢桥制造规范(TB1021298)的规定进行复验,复验结果应满足对钢材化学成份和机械性能的要求,合格后方可使用。5.2.2 焊接工艺根据设计要求,主拱各主要焊缝均要求全熔透焊接,结合工厂的实际制造情况,采用埋弧自动焊、药皮焊条手工电弧焊和CO2气体保护焊完成主拱的焊接
4、工作。埋弧自动焊用于主弦管直环缝焊接、拱肋腹杆棱角焊缝的焊接和所有钢板接长的对接焊缝焊接。CO2气体保护焊主要用于工厂内拱肋腹杆的棱角焊缝打底焊及制造时的平位和平角位的其他焊缝焊接。手工电弧焊用于工厂内的立、仰位置的焊缝焊接。5.2.3 部件制作按构件相似原理,拱肋部件制作分为弦管制造、腹杆制造、撑杆制造、节点板制造等四个部分。在工厂内同时安排多条生产线分道作业,进行专业化生产,以保证构件质量和生产进度。组装、焊接拼装、焊接、探伤、矫正、钻孔斜撑、横联制造腹杆制造弦管制造放样下料、卷管、直缝焊接下料、管端部开槽口下料、加工、划线、钻孔下料、接长、内防腐节点板制造节点板划线、钻孔弦管放样、管节焊
5、接、探伤材料预处理焊接工艺评定材料采购及进厂复验拱肋节段立体拼装及焊接横联立体拼装及焊接检验、探伤检查立柱、横联接头定位交验交 验节段预拼装焊 接焊 接拱肋节点板拼装横联单元件拼装交验检验、探伤检查交 验交 验主拱肋节段的主管、腹杆、斜撑、横联、进行内表面防腐立柱、横联接头焊接编号、交验发 运表面防腐图1 工艺流程图 5.2.3.1弦管制造a.单元管节制造拱肋弦管分120024、120030、120035三种规格,采用1.3-2.5m的直缝焊接钢管拼接成型,故每一根单元管节的加工质量将直接影响拱肋整体质量。号料:下料按计算机放出的11大样进行划线。包括下料切割线、以后管节接长的基准线(在两端打
6、样冲眼),并用钢印在两端距端部及直缝边100mm位置打上管节编号。划线时要分清钢板的压延方向,使钢板压延方向与卷管方向一致。计算机放样时,相邻两管节直缝应错开180,一节的直缝布置在顶部(使用状态下),其相邻管节则布置在底部,上弦管拱上立柱处尽量布置在下部。每根弦管两端管节,长度各预留30mm焊接收缩量。下料后长宽尺寸允许误差2.0mm。下料:采用半自动气割机进行下料。下料后切口上不得产生裂纹,并不宜有大于1.0mm的缺棱,应清除边缘上的氧化物、熔瘤和飞溅物等。切口或坡口边缘上的缺棱,当其为1-3mm时,可用机械加工或修磨平整;当缺棱或沟槽超过3.0mm时则应用3.2mm以下的低氢型焊条补焊,
7、并修磨平整。其它部件的下料要求与此相同。加工焊接坡口:采用半自动气割机加工焊接坡口。切割后用角磨砂轮机将坡口面及其侧边50mm范围内打磨光洁并清除锈斑、油污等脏物。单元管节焊接坡口型式如图2所示 图2 弦管直缝、环缝坡口型式卷管:采用三辊卷板机对钢板进行卷管加工,根据管径、板材厚度及卷板机性能,选择常温下卷制成型的冷卷工艺。卷管前,首先利用专用压模在压力机上将两端直缝边预压成型(引弧),如图3所示。然后再上卷板机卷管。图3 弦管直缝边压型卷管时注意,管节接长基准线及管节编号标识所在的钢板面应是钢管的外表面。另外,钢板喂入角度应保证直缝边与卷板机辊轴平行。卷管直径允许误差为2.4mm,直缝对接错
8、边量不超过1.0mm。卷管时严格采用快速进给法和多次进给法,冷卷时,由于钢板的回弹,必须施加一定的过卷量,在达到所需的过卷量后,还应来回多卷几次。在管节直径较大,为防止钢板因自重而使已卷过的圆弧部分回直或被压扁,必须有吊车配合。在卷管过程中,应不断使用内圆样板检查钢板的弯曲度直至达标。焊接纵缝:单元管节卷好后,按要求检查管径和直缝对接错边量允差,对局部超限的管节采用千斤顶、夹具、手拉葫芦等工具进行校正,合格后用手工焊点焊固定。采用埋弧自动焊焊接卷管直缝,先焊内侧,然后再清根焊外侧。矫圆:管节焊接后会发生变形,所以必须使用卷板机进行二次矫圆,以使管节外形尺寸达到工艺要求。矫正后管节端口失圆度不超
9、过3.6mm。b.组装节段弦管当所有的单元管加工好后,下一部工作就是将单元管以折线对接连成所需要的节段弦管。在组装前,要将所有单元管几何尺寸、焊接质量进行检查,合格后方可进行组装工作。所有组装工作均在专用的平台上进行。放样:在平台上放出节段弦管轴线大样,并依此轴线划出弦管轮廓线。对照轮廓线设置管节对接定位靠板。如图4所示。图4 弦管接长定位板设置示意图组装单弦管:每根筒节的摆放位置和方向是唯一的,在组装时要严格根据管节编号进行排位,为了避免组装时出现错误,在摆放管节前,先在平台上标出每根管节的位置编号以及摆放方向(纵向),两者对照无误后才能摆放。焊接环缝:采用手工定位焊对接各管节。焊缝厚度4-
10、6mm,每段长度及间隔均为100-150mm,自动焊前,采用与定位焊相同的方法,将间隔补焊到与定位焊齐平。管节对接错边量不超过2mm。采用埋弧自动焊在专用的旋转胎具上进行环缝焊接。先焊接内侧,再清根焊外侧。将焊好的弦管放到平台大样上,检查其弧线精度,并对超差部位采用火焰矫正。矫正后实际弧线与设计弧线偏移量,不超过5mm。弦管节段制造完成后,用钢印在两端距端部及直焊缝100mm位置打上弦管编号。c.制造要点管节对接是进行单肋片和拱肋拼装的基础,其质量直接影响到拱肋的拼装质量。一要放出准确的单弦管对接大样,并经自检互检和专检确定无误,大样是进行尺寸控制的基础;二要控制好焊接变形,如尺寸超差即采用火
11、焰法进行矫正。5.2.3.2腹杆制造腹杆为截面尺寸为400600mm的箱形结构,其盖板厚度16mm,腹板厚度18mm。a.钢板接长盖板和腹板尽量采用整板下料,在材料尺寸不满足要求时,允许接长,但不允许帮宽。最小接长长度不小于1000mm。钢板拼接均采用埋弧自动焊,焊后将焊缝余高磨平,拼接错边量不超过1.0mm。先接长,后进行切割下料。b.号料及下料按照施工详图放出腹杆盖、腹板及中间隔板的11大样,划出下料切割线。为提高效率,采用多头直条切割机进行下料。下料宽度允差2mm,盖板、腹板长度方向留30mm焊接收缩及修割余量。腹板的两侧边及中间隔板四周,每边留3-5mm机加工余量。c.加工中间隔板、腹
12、板边缘及坡口用刨边机加工腹板边缘,用铣边机加工腹板坡口,坡口角度50,钝边2mm。腹板两端各1000mm范围内宽度允差0-1mm,其余部位2mm。用铣边机加工隔板四边,高、宽允差1mm,对角线差不超过1mm。用机床对中间隔板、腹板边缘及坡口进行加工,能保证尺寸精度,确保组装质量。d.组装与焊接盖板、腹板内表面和隔板表面要按要求先进行内防腐,再进行组装。腹杆的组装在专用胎架内进行,如图5所示。先将一块盖板放入胎架内,然后按图纸划出隔板、腹板装配线,依次安装腹板、隔板和腹板。采用CO2气体保护焊焊接隔板与腹板、盖板的连接焊缝。 图5 腹杆组装胎架截面示意图安装另一块盖板。并按图6所示顺序焊接四条棱
13、角焊缝。棱角焊缝打底焊道(1,1,2,2)采用CO2气体保护焊,盖面焊道(3,3,4,4)采用埋弧 自动焊。 e.矫正焊接变形腹杆焊接成型后,对各部尺寸进行检测,对超差部位采用火焰法进行变形矫正。f.钻连接螺栓孔 图6 钢箱件棱角焊缝焊接次序示意图在刚性平台上放地样,将腹杆水平放在平台上,对地样划出两端孔群位置线。采用平面覆盖式模板,对线钻两端连接孔。g.制造要点防止腹杆焊后发生扭曲变形是腹杆制造的关键。为此须采取以下保证措施:一为保证组拼质量对腹板及中间隔板的边缘及坡口用刨边机和铣边机进行加工;二严格按照焊接顺序进行施焊;三焊后采用火焰法消除焊接应力并进行变形矫正。5.2.3.3撑杆制造撑杆
14、钢管60016,采用直缝焊接钢管,其制造及要求同拱肋弦管。斜撑40216采用无缝钢管直接下料。a.号料及下料按照施工详图放出撑杆的11大样,划出下料切割线。采用半自动气割机进行下料,长度允差2mm。b.加工焊接坡口在平台上,划出两端坡口切割线,并采用半自动气割切割坡口。坡口根部宽度1-3 mm。切割后用砂轮打磨坡口,使之光洁,清除锈斑、油污等脏物。c.卷管及焊接利用专用压模,在压力机上将直缝边先压制成型,然后上卷板机卷管。采用埋弧自动焊焊接撑管直缝,先焊内侧,然后再清根焊外侧。对于需进行接长的撑杆,采用埋弧自动焊进行对接环缝的焊接,先焊接内侧,再清根焊外侧。d.撑管矫正撑管管节焊接完成后,应二
15、次上卷板机进行矫正,矫正后管节端口失圆度不超过1.8mm。对接长的撑管应放到平台上,检查其弯曲度,并对超差部位采用火焰矫正。矫正后实际弯曲度,不超过3mm。e.组焊节点板先将同一端两节点板与填板及加劲板组焊成整体,填板与节点板间加1mm薄铁皮调整间隙,保证两节点板间距为正差2-3mm。加劲板与节点板的连接焊缝,非隐蔽部分留待工地安装焊接。撑管制造完成后,用钢印在两端距端部及直焊缝100mm位置打上编号。f.制造要点组焊两端节点板时,应严格控制好两端连接螺栓孔群的中心距精度。5.2.3.4节点板制造a.下料本桥节点板数量大,形状尺寸各异,为保证精度提高效率,采用数控气割机下料,不留加工和修割余量
16、。为保证钻孔质量,节点板螺栓孔采用数控钻床钻制。b.钻孔为减轻数控钻床工作量,提高工作效率,对相同型号的节点板,用数控钻床先钻1块,充当模板,再套钻其余节点板。每块模板,只可用于套钻1次。c.制造要点控制好节点板连接螺栓孔的位置精度是关键工序,为此采用数控钻床进行钻孔。先钻一块充当模板,再用其套钻其余节点板。每块模板,只能使用一次。5.2.4组装单肋片5.2.4.1放样单肋片组拼在刚性的平台上进行。按吊装节段施工图在平台上放出11大样:上下弦管外缘轮廓控制线、拱肋中心线、腹杆中心线及拼装线、弦管对接线、横联撑杆的中心线。拱肋宽度加5mm的焊接收缩量。地样必须经自检、互检和专检,符合图纸尺寸要求
17、后,用油漆标记,打上样冲眼。在平台上沿上弦管凸边轮廓线、下弦管凹边轮廓线、腹杆侧边轮廓线各设2个定位挡板,并在腹杆两端设置腹杆支承座。如图7所示。 5.2.4.2各部件就位 图7 拱肋肋片拼装定位示意图将上、下弦管分别吊上平台,对地样就位。上弦管控制上凸边轮廓线,下弦管控制下凹边轮廓线,允许偏移5mm,超出范围时用火焰进行矫正。将腹杆吊上平台,对地样就位,两端用支承座支撑,使其中心面与弦管中心在一个水平面内。5.2.4.3安装腹杆节点板先将下部的节点板栓在腹杆上,并用冲钉定位,接触面间垫1.0mm薄铁皮,然后对线将节点板与弦管点焊固定。当节点板与弦管间隙过大时,采用手工焊方法,先对节点板进行堆
18、焊;节点板与弦管发生干涉时,采用气割的方法,对节点板进行修割。无论是堆焊还是修割,都须对坡口面进行修磨,使其表面光洁。再用相同的方法,组装上部的节点板。焊接时先焊接节点板上侧坡口焊缝,应尽量使焊缝熔透,以减小背面清根量。焊接采用小线能量,多层多道焊。每焊接一道焊缝,须对焊道表面进行锤击处理。锤击后,焊道表面应有均匀的可见压痕。背面清根及封底焊,在拱肋试装完成,拆下腹杆后进行。5.2.4.4安装横联节点板横联节点板仅进行点焊固定。注意控制节点板孔群到肋片中心面的高度,和上、下弦管上的两个节点板的相对位置。同一节段中,只组装一个肋片上的节点板,另一个肋片上的节点板栓在横联上,在节段组拼时再进行定位
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