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摘 要:本文主要介绍了建筑造型为主拱跨度61.48m,拱高30.74m的拱型钢结构房屋,拱全长约76.5m的箱型结构;内层为钢梁加气密性钢。
关键词:重工综合水池大跨度拱型箱型梁气密性钢板焊接制作技术
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0017-03
1 项目概况
中船重工综合水池为主拱跨度61.48m,拱高30.74m的拱型钢结构房屋,拱全长约76.5m的箱型结构,房屋内部设桥式行车,轨顶标高约20m;内层为钢梁加气密性钢板。
其中:
(1)主拱系统:中部主拱8榀为□2080×1000×38×38钢箱型浇注混凝土结构,端部2榀主拱为□980×900×25×28箱型混凝土结构。主拱脚从8～4m标高埋入混凝土基础。主拱间支撑采用Φ800x25钢管混凝土纵向刚性撑杆,与主拱采用现场焊接连接。钢材材质均采用Q345B。
(2)气密性钢板系统:主拱(山墙柱)之间密布钢梁(间距约3m),主拱(山墙柱)与钢梁间采用弧形气密性钢板现场焊接密封。
由此可见拱型钢箱体制作、气密性钢板的焊接等施工将是我们技术工艺创新施工关键所在。
2 大跨度拱型钢箱型梁、气密性钢板焊接工艺措施
2.1 箱型主拱的制作工艺
(1)箱型主拱分段
本工程箱型主拱外型尺寸:中部主拱8榀为箱型□2080×1000×38×38,端部2榀主拱为□980×900×25×28箱型。主拱采取分5段(不包括两端预埋拱脚)出厂方案,最大运输单元为B段,外形尺寸(mm)为3700×1000×20500,单体重约40t,图1,图2,图3。
对于A、B段则在工厂内分为2节(长10m左右)制作,再整体拼装好出厂。本工程箱型采用立式组装、立式焊接的方法,由于此结构所用板较厚,又是弧形箱体结构,为了防止不因翻转导致组装定位点焊撕裂,所以在翻转前需要加固处理,并尽量减少箱体的翻转次数,造成不必要的成本损失,图4,图5。
(2)箱型拱梁焊接前的准备
a) 用20#工字钢或16#槽钢搭建组装平台,采用光学仪器校正,然后根据箱型梁的外形几何尺寸做成胎架,并逐一对各项倾斜尺寸校正调整后固定。编制加工工艺,并绘制下料图和组装图。
b)材料(钢板)的切割及校正
素材抛丸除锈后根据排版图接料。箱型拱梁的盖板采用多头气割机下料并在辊床上辊出大致弧度, 箱型拱梁的侧板采用数控气切割机切出弧形。
放样和号料应预留收缩量(包括现场焊接收缩量)及切割、铣端等需要的加工余量表1:
焊接收缩量根据不同的构件的结构特点由下料时具体给出。
c)组装点焊工艺
1)组对底板和盖板剖口处的焊接衬板,箱型内壁栓钉预先在侧板、盖板组装前定位焊接完成。
2)将底板放在制作好的胎架上,再将两侧板放在底板上组对成槽型,调整好尺寸后采用间距400mm左右的定位焊将其固定。并在箱体内部加设临时支撑,以减少因主焊缝而产生的焊接变形。
3)焊前预热
根据板厚制定出焊前预热的最低温度(见表2)
(3)焊接要领
a)接板焊接采用CO2打底至坡口2/3处翻身,反面碳弧气刨清根,以CO2打底,再用埋弧焊盖面并再翻身,最后再正面用埋弧焊盖面;
b)根据多年对此结构类型操作的经验,先采用CO2气保焊在箱体内部焊接下盖板主焊缝的封底熔透焊,待检验合格后再装配上盖板。
c)用CO2气保焊焊接箱体外部上盖板主焊缝的封底熔透焊。待检验合格后,测量构件的焊接变形,根据变形的大小方向,确定堆焊层的焊接次序,图6。
d)为控制焊接变形,四道主焊缝的堆焊应尽量同时施焊。每层焊完时都要用磨光机打磨清理,检查合格后才能进行下一层施焊,图7。
e)待主焊缝焊完并检验合格后,装配、焊接箱体内外侧的零件板及8m标高以下箱体外壁栓钉焊接。
f)拆除箱体内部临时支撑并打磨、打扫清理干净,对单体构件进行自检,互检,专检验收,检验合格后,方可进行A、B段拼装。
g)拼装结束后仍要进行以上检查,检查合格后,方可按要求进行现场拼接标示。然后对箱体内部用高压水枪进行冲洗,再用压缩空气吹净。并及时用彩钢板对箱体两端进行包装密封,防止杂物进入,构件制作完后,及时按施工图纸要求进行钢印编号及除绣,然后再按图纸要求核对并用红色油漆反号,将标高和中心线标示在醒目的位置,等侍装车出厂,作好运输准备。
2.2 气密性钢板的制作工艺和试验(氮气试验)
本工程房屋内部采用在主拱(山墙柱)之间@3000的内檩条(即钢次梁)上焊装气密性钢板,配合密封门窗,在房屋内部形成气密性实验空间。气密性钢板厚为8mm,钢板向房屋内部拱起,背面@1000设6mm厚的肋板,以承受室内气压增加的压力。所以气密性钢板本身的气密性能,和钢板接料焊缝及现场与钢构件上伸出的翼缘板的对接焊缝的气密性能的实现,是本工程的一大难点。
(1)首先钢板在采购时要求出厂钢板全部要进行100%的超声波检验,杜绝夹层等轧制缺陷。
(2)钢板的工厂接料采用双面熔透焊;拱边封头梁在工厂制作采用气密性角焊缝;气密性钢板现场安装的对接焊缝应采取单面焊双面成型技术。针对这三种焊接方式,编制针对性的焊接工艺,并做了一个试验单元进行打压试验,图8。
为了对钢构件按上述工艺制作后保证它的气密性,现对该如上图所示的试验单元进行致密性检验:
1)进行外观检查,在外观质量满足要求的前提下采用超声波对气密性焊缝按一级(100%比例)进行探伤检查,当满足要求时进行下一步,否则刨开整改。
2)经以上检查合格后,在单元体外部的所有焊缝处涂抹肥皂液,以便检查是否漏气。
3)从预留法兰连接口中压入氮气,因为氮气的质量轻,可穿透微小的孔隙,且它又是隋性气体,不易与其它物质起反应,所以按设计要求的允许压力进行气密单元压力试验,当达到设主要求的压力时进行外部观察有无气体漏出。
4)观察时该单元箱体如无异常响声,所有涂抹肥皂液的焊缝处无气泡产生,该箱体无可见变形,就视该箱体的气密焊接合格。
2.3 气密性钢板的焊缝制作工艺和试验(煤油试验)
由于煤油试验常用于检验敞开的容器,所以按上述工艺要求取主拱板材,规格(mm)为1500×1000×300×38。并将其组对施焊成如上图所示的试验槽,进行气密性焊缝及探伤检测,图9。
(1)对该的所有焊缝进行外观检验,在外观质量满足要求的前提下采用超声波对气密性焊缝按一级(100%比例)进行探伤检查,当满中要求时进行下一步,否则刨开整改。
(2)先将内外清洗干净,干燥后在槽的外面的焊缝上涂一层白粉水容。
(3)在槽型试件内的各条待检焊缝表面上涂抹煤油,涂抹要均匀无遗漏,由于煤油的表面张力很小,渗透性很强,具有透过极小贯穿性缺陷的能力,在焊缝的穿透性缺陷处,煤油就能很容易的穿过去,所以选用煤油试验。
(4)15～20min后,时间不能过长,因为时间过长,煤油会渐渐散开成为模糊的斑迹,所以约在15-20min时开始观察煤。
(5)如在规定的时间内在待检焊缝的白粉表面上,没有油斑,就说明该焊缝合格。否则会在油槽型试件外面焊缝的白灰上出现油斑或条状油迹。
3 经济技术分析
传统的施工方案和本工程所采用的一边制作一边检验等新工艺方案对比,工程量为:3000t,(不含材料费)本工程当采用这种施工方法,成本上节省约150.94万元,工期提前26天,得到业主和各方的好评。
4 结语
施工中通过运用“大跨度拱型箱梁、气密性钢板焊接制作新技术”,解决了超大跨弧型箱体结构下料制作、拼装焊接和吊装安装、调整中的一些技术难题,保证了工期节点和施工质量、安全和进度,受到业主、设计和监理的高度赞扬,其良好的业绩为今后承接类似工程积累了经验和奠定了坚实的基础。此制作新技术的成功应用降低了施工成本,缩短了施工周期,有效解决了超大跨箱体梁、气密性钢板焊接焊缝的检验等带来的难题,大大的减少了安装周期和对其他专业的影响,其科学的施工工艺,先进的施工技术具有广泛的推广和应用价值。
参考文献
[1] GB 50205-2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].
[2] JGJ 81-2002,建筑钢结构焊接规程[S].
关键词:重工综合水池大跨度拱型箱型梁气密性钢板焊接制作技术
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0017-03
1 项目概况
中船重工综合水池为主拱跨度61.48m,拱高30.74m的拱型钢结构房屋,拱全长约76.5m的箱型结构,房屋内部设桥式行车,轨顶标高约20m;内层为钢梁加气密性钢板。
其中:
(1)主拱系统:中部主拱8榀为□2080×1000×38×38钢箱型浇注混凝土结构,端部2榀主拱为□980×900×25×28箱型混凝土结构。主拱脚从8～4m标高埋入混凝土基础。主拱间支撑采用Φ800x25钢管混凝土纵向刚性撑杆,与主拱采用现场焊接连接。钢材材质均采用Q345B。
(2)气密性钢板系统:主拱(山墙柱)之间密布钢梁(间距约3m),主拱(山墙柱)与钢梁间采用弧形气密性钢板现场焊接密封。
由此可见拱型钢箱体制作、气密性钢板的焊接等施工将是我们技术工艺创新施工关键所在。
2 大跨度拱型钢箱型梁、气密性钢板焊接工艺措施
2.1 箱型主拱的制作工艺
(1)箱型主拱分段
本工程箱型主拱外型尺寸:中部主拱8榀为箱型□2080×1000×38×38,端部2榀主拱为□980×900×25×28箱型。主拱采取分5段(不包括两端预埋拱脚)出厂方案,最大运输单元为B段,外形尺寸(mm)为3700×1000×20500,单体重约40t,图1,图2,图3。
对于A、B段则在工厂内分为2节(长10m左右)制作,再整体拼装好出厂。本工程箱型采用立式组装、立式焊接的方法,由于此结构所用板较厚,又是弧形箱体结构,为了防止不因翻转导致组装定位点焊撕裂,所以在翻转前需要加固处理,并尽量减少箱体的翻转次数,造成不必要的成本损失,图4,图5。
(2)箱型拱梁焊接前的准备
a) 用20#工字钢或16#槽钢搭建组装平台,采用光学仪器校正,然后根据箱型梁的外形几何尺寸做成胎架,并逐一对各项倾斜尺寸校正调整后固定。编制加工工艺,并绘制下料图和组装图。
b)材料(钢板)的切割及校正
素材抛丸除锈后根据排版图接料。箱型拱梁的盖板采用多头气割机下料并在辊床上辊出大致弧度, 箱型拱梁的侧板采用数控气切割机切出弧形。
放样和号料应预留收缩量(包括现场焊接收缩量)及切割、铣端等需要的加工余量表1:
焊接收缩量根据不同的构件的结构特点由下料时具体给出。
c)组装点焊工艺
1)组对底板和盖板剖口处的焊接衬板,箱型内壁栓钉预先在侧板、盖板组装前定位焊接完成。
2)将底板放在制作好的胎架上,再将两侧板放在底板上组对成槽型,调整好尺寸后采用间距400mm左右的定位焊将其固定。并在箱体内部加设临时支撑,以减少因主焊缝而产生的焊接变形。
3)焊前预热
根据板厚制定出焊前预热的最低温度(见表2)
(3)焊接要领
a)接板焊接采用CO2打底至坡口2/3处翻身,反面碳弧气刨清根,以CO2打底,再用埋弧焊盖面并再翻身,最后再正面用埋弧焊盖面;
b)根据多年对此结构类型操作的经验,先采用CO2气保焊在箱体内部焊接下盖板主焊缝的封底熔透焊,待检验合格后再装配上盖板。
c)用CO2气保焊焊接箱体外部上盖板主焊缝的封底熔透焊。待检验合格后,测量构件的焊接变形,根据变形的大小方向,确定堆焊层的焊接次序,图6。
d)为控制焊接变形,四道主焊缝的堆焊应尽量同时施焊。每层焊完时都要用磨光机打磨清理,检查合格后才能进行下一层施焊,图7。
e)待主焊缝焊完并检验合格后,装配、焊接箱体内外侧的零件板及8m标高以下箱体外壁栓钉焊接。
f)拆除箱体内部临时支撑并打磨、打扫清理干净,对单体构件进行自检,互检,专检验收,检验合格后,方可进行A、B段拼装。
g)拼装结束后仍要进行以上检查,检查合格后,方可按要求进行现场拼接标示。然后对箱体内部用高压水枪进行冲洗,再用压缩空气吹净。并及时用彩钢板对箱体两端进行包装密封,防止杂物进入,构件制作完后,及时按施工图纸要求进行钢印编号及除绣,然后再按图纸要求核对并用红色油漆反号,将标高和中心线标示在醒目的位置,等侍装车出厂,作好运输准备。
2.2 气密性钢板的制作工艺和试验(氮气试验)
本工程房屋内部采用在主拱(山墙柱)之间@3000的内檩条(即钢次梁)上焊装气密性钢板,配合密封门窗,在房屋内部形成气密性实验空间。气密性钢板厚为8mm,钢板向房屋内部拱起,背面@1000设6mm厚的肋板,以承受室内气压增加的压力。所以气密性钢板本身的气密性能,和钢板接料焊缝及现场与钢构件上伸出的翼缘板的对接焊缝的气密性能的实现,是本工程的一大难点。
(1)首先钢板在采购时要求出厂钢板全部要进行100%的超声波检验,杜绝夹层等轧制缺陷。
(2)钢板的工厂接料采用双面熔透焊;拱边封头梁在工厂制作采用气密性角焊缝;气密性钢板现场安装的对接焊缝应采取单面焊双面成型技术。针对这三种焊接方式,编制针对性的焊接工艺,并做了一个试验单元进行打压试验,图8。
为了对钢构件按上述工艺制作后保证它的气密性,现对该如上图所示的试验单元进行致密性检验:
1)进行外观检查,在外观质量满足要求的前提下采用超声波对气密性焊缝按一级(100%比例)进行探伤检查,当满足要求时进行下一步,否则刨开整改。
2)经以上检查合格后,在单元体外部的所有焊缝处涂抹肥皂液,以便检查是否漏气。
3)从预留法兰连接口中压入氮气,因为氮气的质量轻,可穿透微小的孔隙,且它又是隋性气体,不易与其它物质起反应,所以按设计要求的允许压力进行气密单元压力试验,当达到设主要求的压力时进行外部观察有无气体漏出。
4)观察时该单元箱体如无异常响声,所有涂抹肥皂液的焊缝处无气泡产生,该箱体无可见变形,就视该箱体的气密焊接合格。
2.3 气密性钢板的焊缝制作工艺和试验(煤油试验)
由于煤油试验常用于检验敞开的容器,所以按上述工艺要求取主拱板材,规格(mm)为1500×1000×300×38。并将其组对施焊成如上图所示的试验槽,进行气密性焊缝及探伤检测,图9。
(1)对该的所有焊缝进行外观检验,在外观质量满足要求的前提下采用超声波对气密性焊缝按一级(100%比例)进行探伤检查,当满中要求时进行下一步,否则刨开整改。
(2)先将内外清洗干净,干燥后在槽的外面的焊缝上涂一层白粉水容。
(3)在槽型试件内的各条待检焊缝表面上涂抹煤油,涂抹要均匀无遗漏,由于煤油的表面张力很小,渗透性很强,具有透过极小贯穿性缺陷的能力,在焊缝的穿透性缺陷处,煤油就能很容易的穿过去,所以选用煤油试验。
(4)15～20min后,时间不能过长,因为时间过长,煤油会渐渐散开成为模糊的斑迹,所以约在15-20min时开始观察煤。
(5)如在规定的时间内在待检焊缝的白粉表面上,没有油斑,就说明该焊缝合格。否则会在油槽型试件外面焊缝的白灰上出现油斑或条状油迹。
3 经济技术分析
传统的施工方案和本工程所采用的一边制作一边检验等新工艺方案对比,工程量为:3000t,(不含材料费)本工程当采用这种施工方法,成本上节省约150.94万元,工期提前26天,得到业主和各方的好评。
4 结语
施工中通过运用“大跨度拱型箱梁、气密性钢板焊接制作新技术”,解决了超大跨弧型箱体结构下料制作、拼装焊接和吊装安装、调整中的一些技术难题,保证了工期节点和施工质量、安全和进度,受到业主、设计和监理的高度赞扬,其良好的业绩为今后承接类似工程积累了经验和奠定了坚实的基础。此制作新技术的成功应用降低了施工成本,缩短了施工周期,有效解决了超大跨箱体梁、气密性钢板焊接焊缝的检验等带来的难题,大大的减少了安装周期和对其他专业的影响,其科学的施工工艺,先进的施工技术具有广泛的推广和应用价值。
参考文献
[1] GB 50205-2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].
[2] JGJ 81-2002,建筑钢结构焊接规程[S].