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大截面圓弧箱型鋼橋梁制作技術(shù)

作者:陳錦榮    
時(shí)間:2013-11-01 17:02:34 [收藏]
蘇州市相城區(qū)華元路元和塘景觀人行橋鋼橋梁為828m大跨度圓弧箱型鋼橋梁,橋梁最大跨度50米。橋梁組裝工藝、焊接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜,焊接工程量大,底部弧形板弧度大,質(zhì)量要求高。本公司針對(duì)該工程的特點(diǎn)及圓
    關(guān)鍵詞:截面 圓弧 型鋼

      要:蘇州市相城區(qū)華元路元和塘景觀人行橋鋼橋梁為828m大跨度圓弧箱型鋼橋梁,橋梁最大跨度50米。橋梁組裝工藝、焊接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜,焊接工程量大,底部弧形板弧度大,質(zhì)量要求高。本公司針對(duì)該工程的特點(diǎn)及圓弧箱型梁的結(jié)構(gòu)形式,探討了不同焊接順序和制作工藝、措施對(duì)構(gòu)件最終尺寸精度及焊接質(zhì)量的影響,并根據(jù)現(xiàn)有施工機(jī)械設(shè)備及施工措施,利用仿真模擬計(jì)算,進(jìn)而控制、優(yōu)化施工工藝。

    關(guān)鍵詞:大跨度鋼橋梁,計(jì)算機(jī)仿真模擬

    1.概述

    1.1工程概況

    本橋梁工程是位于蘇州市相城區(qū)華元路塔橋北面商業(yè)區(qū)內(nèi)的一座景觀人行橋梁,由蘇州市市政工程設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)。橋梁平面呈飄帶形布置,兩次跨越元和塘河道,將東西商業(yè)區(qū)連接成一個(gè)有機(jī)整體(圖1)。河道內(nèi)設(shè)置2個(gè)親水平臺(tái),延線共設(shè)置5處上下橋人行樓梯(含2個(gè)親水平臺(tái)上下橋樓梯)。該項(xiàng)目橋墩為鋼筋混凝土橋墩,橋梁為鋼結(jié)構(gòu)箱型梁,橋面為混凝土+防腐松木橋面,支座采用WBPZ(KL)系列抗震盆式橡膠支座。

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    1   蘇州市相城區(qū)華元路元和塘景觀人行橋效果圖(大截面圓弧箱型鋼橋梁制作)

     

    鋼橋梁全長(zhǎng)828m,橋?qū)?/span>4.0m,橋箱梁高1.2m,1.5m,1.2~1.5m三種形式組成,總噸位達(dá)1600

    多噸,鋼板厚度為14~20mm。引橋鋼板材質(zhì)為Q235B,主橋鋼板材質(zhì)為Q345C。全橋共設(shè)12聯(lián),每一聯(lián)形式各異,造型復(fù)雜。

    本工程鋼結(jié)構(gòu)截面形式如下(圖2

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    大截面圓弧箱型鋼橋梁截面

     

    1.2 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

    本工程大截面圓弧箱型梁重量重,體積大,圓弧箱型梁在胎架上制作時(shí)容易使胎架造成下繞,因此在胎架制作前必須進(jìn)行驗(yàn)算,確保構(gòu)件對(duì)在胎架施壓時(shí),撓度控制在1mm之內(nèi)。

    由于胎架需反復(fù)利用,因此每次制作前均需安排技術(shù)人員對(duì)胎架制作平面平整度進(jìn)行復(fù)測(cè),平整度允許偏差控制在±1mm,如有偏差及時(shí)調(diào)整。

    箱梁的下底面為弧形板件,寬度大,在卷板前需要清除鋼板表面氧化皮,并涂上保護(hù)膜,卷圓時(shí)采用吊車配合,減少鋼板因自重而使已過(guò)的鋼板回直。

    根據(jù)工程實(shí)際情況,確定焊接的大致順序,并用ANSYS三維仿真軟件計(jì)算取的最優(yōu)的焊接順序。能在總體拼裝前能焊接完成的零件,事先焊接完成,可以用機(jī)器自動(dòng)焊的焊縫盡量由機(jī)器焊,減少手工焊人為影響因素。

    2 制作確保胎架平面精度

    2.1 確定胎架大小

    根據(jù)方案確定大截面圓弧箱型梁分段后最大弦長(zhǎng)為13.7m,最大高度為1.5m,最大寬度為4m,所以我們確定新胎架面積最小為14m×4m=56㎡。鋼箱梁最重為21.928t。

    我們根據(jù)這些原始數(shù)據(jù),并且控制胎架撓度為1mm,設(shè)計(jì)出胎架和有足夠承載力的平臺(tái)基礎(chǔ)。

    胎架截面如下(圖3):

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    3    胎架截面(大截面圓弧箱型鋼橋梁制作)

     

    2.2布點(diǎn),抄平

    在胎架平臺(tái)上部點(diǎn)(圖4),總共15×7=105個(gè)點(diǎn),LINE1LINE5,每一行用水準(zhǔn)儀測(cè)量其統(tǒng)一標(biāo)高,LINE6LINE7,先用數(shù)學(xué)公式計(jì)算出相鄰點(diǎn)之間的高差,然后用水準(zhǔn)儀測(cè)量每個(gè)點(diǎn)的標(biāo)高,核對(duì)相鄰點(diǎn)之間測(cè)量高差與計(jì)算高差的差值。

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    圖4    胎架制作平面測(cè)量布點(diǎn)圖

     

    制作完一段鋼箱梁后重新抄平并詳細(xì)記錄,如合格率低于95%,調(diào)整加固至合格率達(dá)到95%后制作下段鋼梁。

    3 卷板機(jī)預(yù)彎精度控制

    由車間技術(shù)負(fù)責(zé)人制定卷板機(jī)操作規(guī)程,經(jīng)單位總工批準(zhǔn)后實(shí)施,并將交底到施工班組長(zhǎng)。

    減小導(dǎo)軌的摩擦系數(shù),安排工人在每次卷板完成后,用鏟子修刮導(dǎo)軌,用鐵砂皮去繡去毛刺,使兩接觸導(dǎo)軌接觸面積大于75%,調(diào)好鑲條,使油槽潤(rùn)滑油暢通等。

    在卷板前清除板材表面的氧化皮,并涂上保護(hù)涂料,為了減少鋼板因自重而使已過(guò)的鋼板回直。

    我們用一臺(tái)10t的吊車配合卷板機(jī)工作(圖5),并且安排工人不斷測(cè)量圓弧內(nèi)側(cè)弧度,吹掃剝落的氧化皮。

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    5   工人的卷板過(guò)程

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    6   模板分段對(duì)比示意圖(大截面圓弧箱型鋼橋梁制作)

    用數(shù)控機(jī)床按照卷板所需形狀,制作了1/10圓的薄鋼板模板(圖6),用模板和卷板后成型的零件進(jìn)行了對(duì)比。

    為對(duì)彎折后圓弧形零件的精度由原來(lái)的76%提高了了94%,雖然合格率沒(méi)達(dá)到100%,但這樣的彎折方法大幅度的提高了圓弧形零件的精度。

    4、采用有限元ANSYS三維仿真軟件確定最優(yōu)的焊接順序

    工程中焊接變形,主要是由焊接過(guò)程中的不均勻的熱影響產(chǎn)生的。焊接殘余應(yīng)力是引起焊接變形的根源,沒(méi)有焊接殘余應(yīng)力的存在就不會(huì)產(chǎn)生焊接變形。根據(jù)工程實(shí)際情況,制定合理的焊接順序和方向,可使局部的焊接變形變小或者抵消,從而達(dá)到減小整體變形的目的。

    鋼箱梁主要焊縫由(圖71-8號(hào)焊縫組成,我們先由車間技術(shù)人員根據(jù)工程實(shí)際情況編寫焊接方案,并根據(jù)焊接方案用ANSYS大型三維有限元軟件進(jìn)行論證。 

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    7   焊縫示意圖

    本工程中鋼箱梁面板的寬度為4米,底板的寬度為2米。且面板一側(cè)的零件及焊縫較底板多,所以先確定組裝面板一側(cè)零件后翻身焊底板一側(cè)零件為大方向。

    焊接順序(圖8)主要為7-3-1-4-2,焊接原則為相同焊縫應(yīng)同時(shí)對(duì)稱焊接 ,并由中間向兩邊,多人同時(shí)施焊。

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    8   焊接順序示意圖

    確定了具體焊接順序后,采用用ANSYS軟件進(jìn)行了論證(圖九),論證結(jié)果表明變形量控制在理想范圍。

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    9   ANSYS分析結(jié)果

    實(shí)際操作過(guò)程中考慮減少T200×100×14×14T型腹板豎向加勁肋因焊接產(chǎn)生的變形和實(shí)際加工制作的方便,車間直接加工成H405×100×14×14H型鋼(圖10),而后采用分段切割的方法根據(jù)實(shí)際長(zhǎng)度切割成T型腹板豎向加勁肋。

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    10  T型腹板豎向加勁肋成型圖

    這樣可以減少整體組裝時(shí)的一條豎向焊縫和避免因工人焊接水平差異而造成的焊接缺陷。同理,能夠整體組裝前就可以單獨(dú)制作完成的零部件均提前制作完成。

    焊接完成見(jiàn)下圖(圖11):

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    11  大截面箱型梁焊接成型圖

    5 工程應(yīng)用情況

    由我司大截面圓弧箱型梁的制作工藝成功應(yīng)用于大截面圓弧箱型梁鋼結(jié)構(gòu)的制作,提高了我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)加工技術(shù)水平,為我司焊接工藝完善提供了依據(jù),提高焊接效率和焊接質(zhì)量。

    此次我司大截面圓弧箱型梁的加工制作質(zhì)量、尺寸精度均符合規(guī)范,為現(xiàn)場(chǎng)安裝提供了可靠的技術(shù)保障,從而保證了元和塘景觀人行橋這樣的集團(tuán)公司重點(diǎn)項(xiàng)目的質(zhì)量和工期,得到業(yè)主和總包的好評(píng)與嘉獎(jiǎng),為以后制作大截面圓弧箱型梁打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    6 結(jié) 語(yǔ)

    蘇州市相城區(qū)元和塘景觀人行橋工程經(jīng)過(guò)三百多天的艱苦奮戰(zhàn),終于圓滿地完成了預(yù)定的目標(biāo)任務(wù),我們深深地感受到,在上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和業(yè)主的關(guān)心與支持下,在監(jiān)理部門的緊密配合下,我們的精誠(chéng)團(tuán)結(jié)下, 通過(guò)改進(jìn)施工方法方法,在竣工驗(yàn)收中,一次性通過(guò)驗(yàn)收,受到建設(shè)單位、監(jiān)理單位和上級(jí)主管部門的一致好評(píng)。為企業(yè)施工同類類型工程提供了寶貴的資料。

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    12  制作完成的大截面箱型梁

    參考文獻(xiàn)

    [1]《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB-50205

    [2]《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JCJ81

     

     (蘇州二建建筑集團(tuán)有限公司鋼結(jié)構(gòu)工程公司,江蘇 21500

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