论文部分内容阅读
【摘 要】本文论述关于沈阳长白岛内河6号桥的桥体放样和组对。沈阳长白岛内河6号桥桥体截面呈6边形，起拱大，使得组成桥体的各板料需要展开放样。而桥本身拱高过高，无论是制作还是运输都有困难，所以桥身必须分段制作。而分段制作由于焊接收缩，最后对接容易产生弧线不顺滑的问题。针对此桥焊接变形问题进行了计算分析，并论述了对此桥焊接变形控制的方法。
【关键词】放样；焊接变形；组对
1 情况介绍
沈阳长白岛内河六号桥位于沈阳和平区长白三街与长白岛内河相交叉处。全桥为主跨49.413米的钢箱组合无铰人行天桥，下部结构形式为钢筋混凝土拱座；基础采用桩基础。桥梁跨越内河主航道，净高3.5米，净宽不小于18米。桥体设计时，模仿了彩虹的形状，正截面模仿蝴蝶的形状。
长白岛内河六号桥桥体主受力部分长方向与截面尺寸比例较大接近100：1，起拱过高达到5米，长度过长接近50米。在制作过程中焊接收缩控制对于成品的最终质量起到至关重要的作用。
2 焊接收缩控制方法
2.1 桥体分段制作接口处理
长白岛内河六号桥桥体长，起拱大，必须分段制作运至现场后再进行现场组焊。为减少接口处带来的焊接收缩影响，需尽量减少现场对接口数量，经考虑可平均分成3段，现场对接口两道。为保证整桥几何尺寸，必须在桥长方向增加加工余量。为方便起见，左右两边的桥段接口处按照净尺寸切割，而加工余量全部加在中间段。由于桥体侧板放样后为规则弧形，所以只要将弧长适当加长既可。断口直线延伸线通过圆弧圆心。现场安装时先安装两边，安装完后实际测量尺寸后对中间段进行切割安装。
2.2 合理安排组对、焊接顺序及工艺减少焊接收缩
2.2.1 组对、焊接的顺序
为保证桥体的精度和质量，必须合理安排桥体的组装顺序。先要将侧板4对接焊接，并将其的加劲肋5焊接上。由于4号板板厚较薄，焊接后变形较大，必须在整体组对前对其进行矫正。可以采用火焰矫正，其注意事项为：
（1）加热温度不得超过650℃（暗红色），且不可急冷以避免钢材脆性。
（2）采用加热加压法时，250~350℃时不可锤打，避免发生脆断。
（3）钢板厚度较大时要采用预热，避免表面与中心温差太大而发生裂纹。
要求校正后侧板4平整，且外形符合放样尺寸。
将底板1放于胎具上，定位调整，保证每一个胎杠都与底板1接触。使用挡板固定底板1，使其不能移动位置。使用全站仪打点定位隔板的位置，并将隔板与其焊接完毕。再利用隔板定位底板加劲肋2，并将加劲肋2焊接完毕。之后安放侧板3，因为其要求熔透焊接，反面清根后再焊接保证性比较大。之后再安装侧板4，并焊接完毕，最后加盖顶板6，焊接完毕。焊接侧板4和顶板6时，需在桥体两端加压重物，这样可在一定程度上抵制焊接产生的收缩变形。在所有焊缝探伤合格后，加盖上圆管7和8。
2.2.2 组对的注意事项
组队时要注意一下几点：
（1）组对时零件与两件之间必须点焊结实。
（2）组对隔板时必须保证隔板与底板的垂直度。
（3）在隔板间距较大的地方，必须加设必要的支撑，以防止焊接时截面变形。
（4）在最后加盖的盖板6的焊缝处要提前加设衬条，因为无法反面清根焊接，所以必须加设衬条以保证熔透。
（5）箱型里必须提前做好内防腐，再加盖盖板。焊接位置必须预先留出，以免油漆干扰焊接质量。
（9）圆管7和8必须分段加设，在组对时必须注意接头处必须过度光滑，不可出现错芽及折弯现象，接口处内壁要按照弧形加设好衬条，以保证对接焊接时的质量。
2.2.3 合理焊接工艺
焊接时在能达到焊接要求的基础上尽量减小焊肉尺寸。焊接过程中采用多层多道焊，连续、均匀、对称施焊。保证一次焊接质量，尽量减少返修几率。焊接时从桥的一端向另一端顺序焊接，禁止分段同步焊接，以防焊接应力无法释放。
2.3 材料放样切割预变形
桥体整体焊接完后，必然有不可避免的翘起变形。这就要求针对可能出现的变形量进行计算，预先做出调整，以保证制作完后桥体整体拱度符合要求。
针对此问题，在两方面进行处理，以保证拱度合乎要求。
变形计算
引起翘曲的最主要焊缝为上端的两道主焊缝。其焊缝处在外弧侧。以最不利条件计算。
纵向收缩变形量，单道焊时其长度方向的收缩量估算公式为：
△L=k1•AW•L/A
式中AW——焊缝截面积，mm2；
A——杆件截面积，mm2；
L——杆件长度，mm；
△L——纵向收缩量，mm
k1——与焊接方法、材料热膨胀系数和多层焊层数有关的系数，对于不同的焊接方法、系数k1的数值不同。：
CO2气体保护焊接：k1=0.043
埋弧焊接：k1=0.071～0.076
手工电弧焊：k1=0.048～0.057
由图4可知：AW=2•0.5•15•16=240mm2
A=40•250+16•330•2=10000mm2
L=外弧长度=Ld=50984mm
焊接形式为CO2气体保护焊，所以k1取0.043
则△L=240•50984•0.043/20560=25.6mm
如图5，因为1/2△L相对于钢板高AC较小，所以可以近似的认为三角形ACB与三角形OCO’相似。AC/OC=(1/2△L)/OO’
OO’=OC•(1/2△L)/AC。
由图10计算OC长度
=2R2•SIN(31.1°/4)=2•93327• 0.13528=25251mm
则OO’=25251•(0.5•25.6△L)/600=538
上述计算位移没有考虑桥体下部底板的抗力，由于下部桥体的抵抗变形，会适当阻碍桥体形变，减小端头翘起变形，所以端头翘起要乘以相应系数，一般为0.2所以端头翘起量为：△L1= OO’•0.2= 538*0.2=108mm，所以制作时要在原拱高基础上增加108mm，以缓解焊接变形。根据新的拱高，对材料进行放样。
参考文献：
[1]《建筑钢结构施工手册》
编著者：中国钢结构协会；出版社：中国计划出版社；日期：2005年5月
[2]《最新钢结构安装工程常用数据及标准规范速查手册》
编著者：于景泽 苑丽群；出版社：当代中国音像出版社；日期：2006年7月
[3]《钢结构设计规范GB 50017-2003》
编著者：中华人民共和国建设部;出版社：建设部标准定额研究所组织中国计划出版社；日期：2003年4月
[4]《铁路钢桥制造规范TB 10212-2009\J941-2009》
编著者：中华人民共和国铁道部;出版社：中国铁道出版社；日期：2009年1月
【关键词】放样；焊接变形；组对
1 情况介绍
沈阳长白岛内河六号桥位于沈阳和平区长白三街与长白岛内河相交叉处。全桥为主跨49.413米的钢箱组合无铰人行天桥，下部结构形式为钢筋混凝土拱座；基础采用桩基础。桥梁跨越内河主航道，净高3.5米，净宽不小于18米。桥体设计时，模仿了彩虹的形状，正截面模仿蝴蝶的形状。
长白岛内河六号桥桥体主受力部分长方向与截面尺寸比例较大接近100：1，起拱过高达到5米，长度过长接近50米。在制作过程中焊接收缩控制对于成品的最终质量起到至关重要的作用。
2 焊接收缩控制方法
2.1 桥体分段制作接口处理
长白岛内河六号桥桥体长，起拱大，必须分段制作运至现场后再进行现场组焊。为减少接口处带来的焊接收缩影响，需尽量减少现场对接口数量，经考虑可平均分成3段，现场对接口两道。为保证整桥几何尺寸，必须在桥长方向增加加工余量。为方便起见，左右两边的桥段接口处按照净尺寸切割，而加工余量全部加在中间段。由于桥体侧板放样后为规则弧形，所以只要将弧长适当加长既可。断口直线延伸线通过圆弧圆心。现场安装时先安装两边，安装完后实际测量尺寸后对中间段进行切割安装。
2.2 合理安排组对、焊接顺序及工艺减少焊接收缩
2.2.1 组对、焊接的顺序
为保证桥体的精度和质量，必须合理安排桥体的组装顺序。先要将侧板4对接焊接，并将其的加劲肋5焊接上。由于4号板板厚较薄，焊接后变形较大，必须在整体组对前对其进行矫正。可以采用火焰矫正，其注意事项为：
（1）加热温度不得超过650℃（暗红色），且不可急冷以避免钢材脆性。
（2）采用加热加压法时，250~350℃时不可锤打，避免发生脆断。
（3）钢板厚度较大时要采用预热，避免表面与中心温差太大而发生裂纹。
要求校正后侧板4平整，且外形符合放样尺寸。
将底板1放于胎具上，定位调整，保证每一个胎杠都与底板1接触。使用挡板固定底板1，使其不能移动位置。使用全站仪打点定位隔板的位置，并将隔板与其焊接完毕。再利用隔板定位底板加劲肋2，并将加劲肋2焊接完毕。之后安放侧板3，因为其要求熔透焊接，反面清根后再焊接保证性比较大。之后再安装侧板4，并焊接完毕，最后加盖顶板6，焊接完毕。焊接侧板4和顶板6时，需在桥体两端加压重物，这样可在一定程度上抵制焊接产生的收缩变形。在所有焊缝探伤合格后，加盖上圆管7和8。
2.2.2 组对的注意事项
组队时要注意一下几点：
（1）组对时零件与两件之间必须点焊结实。
（2）组对隔板时必须保证隔板与底板的垂直度。
（3）在隔板间距较大的地方，必须加设必要的支撑，以防止焊接时截面变形。
（4）在最后加盖的盖板6的焊缝处要提前加设衬条，因为无法反面清根焊接，所以必须加设衬条以保证熔透。
（5）箱型里必须提前做好内防腐，再加盖盖板。焊接位置必须预先留出，以免油漆干扰焊接质量。
（9）圆管7和8必须分段加设，在组对时必须注意接头处必须过度光滑，不可出现错芽及折弯现象，接口处内壁要按照弧形加设好衬条，以保证对接焊接时的质量。
2.2.3 合理焊接工艺
焊接时在能达到焊接要求的基础上尽量减小焊肉尺寸。焊接过程中采用多层多道焊，连续、均匀、对称施焊。保证一次焊接质量，尽量减少返修几率。焊接时从桥的一端向另一端顺序焊接，禁止分段同步焊接，以防焊接应力无法释放。
2.3 材料放样切割预变形
桥体整体焊接完后，必然有不可避免的翘起变形。这就要求针对可能出现的变形量进行计算，预先做出调整，以保证制作完后桥体整体拱度符合要求。
针对此问题，在两方面进行处理，以保证拱度合乎要求。
变形计算
引起翘曲的最主要焊缝为上端的两道主焊缝。其焊缝处在外弧侧。以最不利条件计算。
纵向收缩变形量，单道焊时其长度方向的收缩量估算公式为：
△L=k1•AW•L/A
式中AW——焊缝截面积，mm2；
A——杆件截面积，mm2；
L——杆件长度，mm；
△L——纵向收缩量，mm
k1——与焊接方法、材料热膨胀系数和多层焊层数有关的系数，对于不同的焊接方法、系数k1的数值不同。：
CO2气体保护焊接：k1=0.043
埋弧焊接：k1=0.071～0.076
手工电弧焊：k1=0.048～0.057
由图4可知：AW=2•0.5•15•16=240mm2
A=40•250+16•330•2=10000mm2
L=外弧长度=Ld=50984mm
焊接形式为CO2气体保护焊，所以k1取0.043
则△L=240•50984•0.043/20560=25.6mm
如图5，因为1/2△L相对于钢板高AC较小，所以可以近似的认为三角形ACB与三角形OCO’相似。AC/OC=(1/2△L)/OO’
OO’=OC•(1/2△L)/AC。
由图10计算OC长度
=2R2•SIN(31.1°/4)=2•93327• 0.13528=25251mm
则OO’=25251•(0.5•25.6△L)/600=538
上述计算位移没有考虑桥体下部底板的抗力，由于下部桥体的抵抗变形，会适当阻碍桥体形变，减小端头翘起变形，所以端头翘起要乘以相应系数，一般为0.2所以端头翘起量为：△L1= OO’•0.2= 538*0.2=108mm，所以制作时要在原拱高基础上增加108mm，以缓解焊接变形。根据新的拱高，对材料进行放样。
参考文献：
[1]《建筑钢结构施工手册》
编著者：中国钢结构协会；出版社：中国计划出版社；日期：2005年5月
[2]《最新钢结构安装工程常用数据及标准规范速查手册》
编著者：于景泽 苑丽群；出版社：当代中国音像出版社；日期：2006年7月
[3]《钢结构设计规范GB 50017-2003》
编著者：中华人民共和国建设部;出版社：建设部标准定额研究所组织中国计划出版社；日期：2003年4月
[4]《铁路钢桥制造规范TB 10212-2009\J941-2009》
编著者：中华人民共和国铁道部;出版社：中国铁道出版社；日期：2009年1月