11.9钢管拱结构构件制造施工总结(北盘江).doc

8.7 钢管拱结构构件制造钢管拱中心跨度236m，中心矢高59m，单拱肋由4根100016mm钢管组成，设计上弦主管中心曲线长度为285040mm，下弦主管中心曲线长度为277131mm。等高拱肋，上下主弦管中心间距4.4m，通过型腹板和斜腹杆栓焊连接；内外管中心间距1.5m，平面以上下盖板焊接。两侧拱肋间以上下平联管焊接成平联系，上下平联直管间又以撑管焊接成横向联结系。钢管拱结构构件受到起重吊装和铁路公路运输等多种因素限制，采用工厂单元件制造、组装、运输，工地拼装成型的制造安装工艺。钢管拱正面图钢管拱平联图钢管拱断面图8.7.1 工厂钢管拱的制造工艺设计上根据结构特点以及运输和安装要求，将全拱划分为39个节段及拱脚预埋节段，跨中和拱脚合拢段；拱脚预埋节段长2.2m，跨中合拢段长2.6m，拱脚合拢口间距0.35m，主弦管长6.58.6m；实腹板划分为6个节段，长5.57.6m，宽3.56m；腹杆统一长度。平联管长3.54m14.71m。主弦管因节段短，制造时采用以直代曲，通过每节管的焊缝间距调整，曲率误差小于1mm，因此主弦管弯曲未使用中频弯管机。钢管拱分节正面图主弦管分段表节号根数上弦管(m)下弦管(m)142.202.20246.706.53347.507.50447.507.70548.408.00648.607.50747.207.50848.308.00947.407.101047.607.701147.207.801248.106.801347.607.701447.907.701547.707.201647.907.801747.507.201847.707.801947.807.10以上小计152140.80136.83合拢长2.602.60弦管总长284.20276.26钢管拱平联图平联800直管组装表编号上平联直管接头Lmax单重数量共重结构组成形式XZnmmttSZ1HZ1+2（HT2+HT1+SZ1-60）1821140224.08728.173SZ2HZ1+2（HT2+HT1+SZ2-60）886121513.57927.158SZ3HZ1+2（HT1+SZ3-60）2114106073.16026.320SZ4HZ1+2（HT1+SZ4-60）144392622.79525.591SZ5HZ1+2（HT1+SZ5-60）83180412.46424.928SZ6HZ1+2（HT3+SZ6-60）130369862.17824.356SZ7HZ2+2（SZ7-60）188961581.95323.907SZ8HZ2+2（SZ8-60）154454671.76623.532SZ9HZ2+2（SZ9-60）121448081.58723.175SZ10HZ2+2（SZ10-60）105944971.50323.006SZ11HZ2+2（SZ11-60）93242431.43422.868SZ12HZ2+2（SZ12-60）82440281.37622.752SZ13HZ2+2（SZ13-60）73638521.32822.656SZ14HZ2+2（SZ14-60）70837961.31322.626SZ15HZ2+2（SZ15-60）62036201.26522.530SZ16HZ2+2（SZ16-60）59135621.24922.499SZ17HZ2+2（SZ17-60）58135411.24411.244小计67.321编号下平联直管接头Lmax单重数量共重结构组成形式SZnmmttXZ1HZ1+2（2HT2+HT3+XZ1-60）1164147084.27328.545XZ2HZ1+2（HT2+HT1+XZ2-60）1253128863.77827.557XZ3HZ1+2（HT2+HT1+XZ3-60）503113863.37226.743XZ4HZ1+2（HT1+XZ4-60）1850100793.01726.034XZ5HZ1+2（HT1+XZ5-60）125888962.69625.392XZ6HZ1+2（HT3+XZ6-60）74778732.41924.837XZ7HZ2+2（HT3+XZ7-60）134670712.20124.402XZ8HZ2+2（HT3+XZ8-60）101164012.01924.039XZ9HZ2+2（XZ9-60）169257641.84723.693XZ10HZ2+2（XZ10-60）154154611.76423.529XZ11HZ2+2（XZ11-60）141852151.69823.395XZ12HZ2+2（XZ12-60）131350061.64123.282XZ13HZ2+2（XZ13-60）122848361.59523.190XZ14HZ2+2（XZ14-60）116247041.55923.118XZ15HZ2+2（XZ15-60）111546101.53423.067XZ16HZ2+2（XZ16-60）108745541.51823.037XZ17HZ2+2（XZ17-60）107745341.51311.513小计75.375 平联斜管组装表编号上平联斜杆接头Lmax单重数量共重编号下平联斜管接头Lmax单重数量共重结构组成形式SXnmm tt结构组成形式XXnmm ttSX13XT+2（SX1-60）203499472.03648.143XX14XT+2（XX1-60）1143101662.08048.320SX23XT+2（SX2-60）133785541.75447.016XX23XT+2（XX2-60）133785531.75447.015SX33XT+2（SX3-60）121483071.70446.816XX33XT+2（XX3-60）131285041.74446.976SX42XT+2（SX4-60）161871151.46345.852XX42XT+2（XX4-60）173173421.50946.036SX52XT+2（SX5-60）177374251.52646.103XX52XT+2（XX5-60）186776131.56446.255SX62XT+2（SX6-60）124563701.31245.250XX62XT+2（XX6-60）135465881.35645.426SX72XT+2（SX7-60）142867351.38645.545XX72XT+2（XX7-60）153069391.42745.710SX8XT+2（SX8-60）195357861.19444.777XX8XT+2（XX8-60）206860141.24044.962SX92XT+2（SX9-60）126964181.32245.288XX92XT+2（XX9-60）136266041.36045.439SX10XT+2（SX10-60）179254641.12944.517XX10XT+2（XX10-60）189956771.17244.689SX11XT+2（SX11-60）189956781.17244.690XX11XT+2（XX11-60）201359051.21844.874SX12XT+2（SX12-60）152449281.02144.083XX12XT+2（XX12-60）164551691.07044.278SX13XT+2（SX13-60）145847960.99443.976XX13XT+2（XX13-60）158450471.04544.179SX14XT+2（SX14-60）117542300.88043.519XX14XT+2（XX14-60）126644110.91643.665SX15XT+2（SX15-60）145347860.99243.968XX15XT+2（XX15-60）155949981.03544.140SX16XT+2（SX16-60）141046990.97543.898XX16XT+2（XX16-60）149648711.00944.037SX17XT+2（SX17-60）146448080.99743.986XX17XT+2（XX17-60）156550101.03744.150SX18XT+2（SX18-60）138746530.96543.861XX18XT+2（XX18-60）147948381.00344.010SX19XT+2（SX19-60）192357261.18222.364XX192XT+2（XX19-60）126564101.32022.641SX20XT+2（SX20-60）183555491.14622.293XX202XT+2（XX20-60）117562291.28422.568小计95.947XX212XT+2（XX21-60）110060791.25422.507XX222XT+2（XX22-60）104059601.23022.459XX232XT+2（XX23-60）99858751.21222.425XX242XT+2（XX24-60）96558091.19922.398XX252XT+2（XX25-60）95257841.19422.388小计111.546横联斜杆450数量表编号 Lmax(mm)单重(t)数量共重(t)L174061.11444.457L266781.00544.019L361050.91943.674L456320.84743.390L551800.77943.117L648450.72942.916L746130.69442.776L843990.66242.647L942420.63842.553L1058370.87821.756L1156660.85221.705L1255230.83121.662L1354080.81421.627L1457200.86121.721L1552570.79121.582L1652200.78521.571L1752080.78410.784小计41.958在厂内，按成组制造技术和流水线生产的要求，将钢管桁架拱制造过程划分为以下五大工艺阶段：筒节制造、单元件制造、片装分段制造、钢管桁架拱匹配预总装。8.7.1.1. 材料复验a. 北盘江大桥钢管桁架拱制造所用的钢材、焊材涂料必须符合水柏铁路北盘江大桥钢管桁架拱制造与验收技术规定中第3条的要求和工厂材料采购质量控制程序文件的规定，核对生产厂家、质量证书、牌号、炉批号、批量等，并按合同和有关国家现行标准要求取样复验。b. 所有材料复验工作在工厂计量试验所进行。复验合格的材料方可入库。按牌号、规格、炉批号等分类存放和领用。8.7.1.2. 材料预处理由于主拱钢管内表面、拱肋盖板内表面、腹板内表面将来与混凝土接触，可不作防锈处理。横联的空心管内表面作一般的除锈预处理，刷一道防锈漆。8.7.1.3. 零件加工a. 主拱钢管、横联结构钢管采用三芯辊卷制；b. 横联结构中厚钢管上的过渡坡口，用刨边机加工；c. 横联结构钢管的相贯线及坡口用专用设备进行割制；d. 盖板及实腹板上的螺栓孔用FABRICATOR 3500型数控等离子钻割机钻孔下料一次完成。8.7.1.4. 放样下料为了提高放样精度，应用计算机放样和数控编程技术。在放样过程中，充分利用工厂在钢结构制造方面的成熟经验，对所有零件均预置精度补偿量，并采用一次下料工艺。下料采用德国梅塞尔650型门式数控等离子切割机、澳大利亚FABRICATOR 3500型数控等离子钻割机、CNC-4A式数控切割机、LC-3.0-8门式自动多头切割机等进行精密切割。管材下料采用专用管材切割设备下料。8.7.1.5. 零、部件制造8.7.1.5.1 筒节制造下料、加工好纵缝坡口后的钢板按图纸要求加工成圆，并用加工样板检查筒节椭圆度。 辊圆后的筒节按筒节施工图要求在平面胎架上装配，装配好的筒节按北盘江大桥钢拱焊接工艺规程中有关要求焊接成圆管，同时施工人员需将筒节的编号用醒目油漆标记在指定位置。 筒节装焊完工后校圆并报检，具体要求参见北盘江大桥钢拱制造精度要求中有关规定。然后在筒节两端头处按筒节施工图划上分度线（0、90、180、270）和检查线并打上洋冲标记。 筒节制造完工并划上分度线和检查线。横联杆的相贯口用专用的切割机加工。8.7.1.5.2 腹杆制造腹杆分为节点板和“H”型钢两部分，节点板在下料、加工时将栓孔钻制完，“H”型钢翼板上的栓孔在预总装时与节点板配钻完成。“H”型钢按照图纸在专用胎架上装焊而成，并按照北盘江大桥钢拱制造精度要求中有关规定校正合格并报检。8.7.1.5.3 腹板、缀板制造腹板、盖板下料后，腹板须按拼板图拼接，拼接完后的腹板进行二次下料并按图钻螺栓孔，上下盖板按图下料、钻螺栓孔；钻完孔后的腹板、盖板分别按加工图安装焊钉。8.7.1.6. 钢管拱桁架制造8.7.1.6.1 单元件制造单元件胎架制造根据主弦管、横撑单元件的线形特点制造专用胎架，单元件装配胎架与基础预埋件焊接形成刚体。由于该工程中的单元件为钢管对接，焊接全部在滚轮胎架上进行，以便利用自动焊，提高焊接质量。单元件制造单元件一般由三个筒节对接而成。主弦管单元件为折线型，胎架每一轮线型需修正，横撑单元件为直线型，分别在相应的胎架上对接装配。单元件的焊接在滚轮胎架上进行，焊接采用埋弧自动焊，并实行定人定机定工位施工，保证焊缝的内、外部质量的稳定性，提高工效。8.7.1.6.2 片装分段制造片装分段胎架制造根据片装分段的线型制造专用胎架，片装分段装配胎架与基础预埋件焊接形成刚体。片装分段焊接全部在装配、焊接胎架上进行，利用自动焊焊接，提高焊接质量。片装分段制造每个片装分段的弦杆包括两根弦管单元件，上、下盖板各一块。弦杆片装分段在专用正斜切胎架上进行装焊，胎架每一轮线型需修正。片装分段按片装分段图册进行施工。组装时，先将下盖板放上胎装，两根弦管单元件上胎架定位。安装下盖板和上盖板，按北盘江大桥钢拱焊接工艺规程要求焊接上盖板，在翻身胎架上焊接下盖板。根据图纸尺寸修正主弦杆两端头检查线，用内卡样板划出节点板的位置线，对线装焊上弦杆上的节点板并配合样板切割节点板焊接处的两端头，修磨光顺。片装分段装焊报检合格后，按北盘江大桥钢拱焊缝无损检验清册进行焊接无损检验，并根据片装分段图册上要求作好完工标记。8.7.1.7焊接8.7.1.7.1. 焊接方法为了保证本桥的焊接质量，针对各种焊接位置的不同采用不同的焊接方法，主钢管采用卷板机卷成圆筒，采用埋弧自动焊焊接纵缝，形成一个筒节。然后每个筒节在工厂内对接时，采用陶质衬垫埋弧自动焊。盖板与主钢管间的焊缝采用实芯焊丝CO2气体保护焊打底，药芯焊丝CO2气体保护焊填充，盖面。横联直杆的生产方法和主钢管的生产方法相同。腹杆在工厂内全部预先制作好，采用埋弧自动焊（船形焊）生产。腹板的拼板也采用预热，反面清根。主钢管间的对接采用陶质衬垫手工电弧焊。横联钢管与主钢管间的焊缝，即相贯线的焊接采用手工电弧焊。腹杆与主钢管间的焊缝采用手工电弧焊，反面碳弧气刨清根。盖板的嵌补段及腹板的立对接缝均采用手工电弧焊或药芯焊丝CO2气体保护半自动焊，采用陶质衬垫或钢衬垫，单面焊双面成形。全桥的栓钉焊接采用螺栓焊。8.7.1.7.2焊接材料钢管纵焊缝及环焊缝：焊丝H08Mn2E 5mm， 焊剂SJ101，药芯焊丝K-71T 1.2mm，天高牌专用陶质衬垫；腹板拼焊：焊丝H08Mn2E 5mm， 焊剂SJ101。下盖板与主钢管间焊缝：药芯焊丝K-71T 1.2mm，CO2 气体纯度99.5%，含水量小于0.005%；H型腹杆角焊缝：H08A 5mm，焊剂HJ431；节点板与主钢管焊缝：药芯焊丝K-71T 1.2mm，E5015 3.2mm 4mm8.7.1.7.3 补修使用焊材CO2气体保护焊： 药芯焊丝： K-71T 1.2 CO2气体纯度 99.5% 陶质衬垫：TG1.0手工电弧焊： 焊条：E5015 4.0埋弧自动焊： 埋弧焊焊丝：H08Mn2E 5.08.7.1.7.4 焊缝状况及补修方法(1).焊波、余高超标、焊缝咬边1mm，采用砂轮机修磨匀顺。(2).焊缝焊脚尺寸不足、焊缝咬边1mm时，先采用手工电弧焊或CO2气体保护焊补焊，然后采用砂轮机将补焊处修磨匀顺。(3).焊缝内部缺陷应采用碳弧气刨和砂轮机清除，并开制有利于补修焊接的坡口。(4).焊接裂纹的清除时应沿裂纹两端各外延50mm，防止裂纹扩展。(5).焊缝内部缺陷补修焊接采用手工电弧焊或CO2气体保护焊。(6).焊缝出现没焊透时，应采用碳弧气刨或砂轮机清除，采用手工电弧焊或CO2气体保护焊补焊，然后采用砂轮机将补焊处修磨匀顺。(7).若马板拆除时损伤母材时，采用砂轮机磨制有利于补焊的坡口长度为50mm左右，补焊处修磨匀顺。(8).当焊缝或引弧板局部焊穿现象时，必须用CO2气体保护焊补焊，待整条焊缝成形后在反面用碳弧气刨清除焊穿部位，用手工电弧焊或CO2气体保护焊返修，然后采用砂轮机将补焊处修磨匀顺。(9). 当焊缝出现焊偏或未焊满时，应用砂轮机或碳弧气刨清除缺陷，用埋弧焊或CO2气体保护焊返修，然后采用砂轮机将补焊处修磨匀顺。(10).当焊缝出现气孔、夹渣时，采用砂轮机或碳弧气刨清除，用手工电弧焊或CO2气体保护焊补焊，然后采用砂轮机将补焊处修磨匀顺。(11). 用CO2气体保护焊打底反面出现缩孔时，用碳弧气刨清除，用手工电弧焊或CO2气体保护焊返修。8.7.1.7.5. 焊接变形控制腹杆的生产要求采用合理的焊接顺序及有效的工装夹具来控制变形。主钢管的对接要求尽量对称施焊。尽量采用线能量小的焊接方法同时尽量保证热输入量的均匀。先焊接收缩量大的焊缝，再焊接收缩量小的焊缝，先焊接对接焊缝，再焊接角焊缝。872 焊接工艺评定及质量控制根据图纸确定的结构规格、焊接节点形式，制定了工艺评定项目清册，工艺评定项目得到了驻厂监理的认可后，工厂焊接试验室根据焊接工艺评定清册拟定焊接工艺评定任务书，并按此任务书进行了工艺评定试验，确定了相关的焊接坡口型式、焊接材料、焊接工艺参数。水柏公司组织有关专家在武汉和贵阳两地对厂内制造焊接工艺评定结果、工地组装焊接工艺评定结果进行了评审，焊接工艺评定结果得到了与会专家的一致通过。本桥在整个制造过程中，严格按焊接工艺评定推荐的规范参数进行施工。8.7.2.1桥正式开工前，工厂针对重要焊缝制订出焊接工艺评定清册。焊接实验室焊接工艺评定清册进行了焊接工艺评定试验，以确定焊接材料及相应的焊接规范参数。评定项目对接接头试件有：接头和焊缝金属的拉伸试验、焊缝金属及热影响区-20度低温冲击实验、接头侧弯试验、宏观断面酸蚀试验、接头硬度试验。T型接头试件有：焊缝金属的拉伸试验、宏观断面酸蚀试验、接头硬度试验。工艺评定所用材料为Q345d。检验要求：弯曲试验、拉伸试验以不低于母材机械性能的标准进行评定，冲击试验-20度AKV 的规律值为27J。焊接接头的硬度应不大于HV350，宏观断面酸蚀后不得存在裂纹、未溶合、气孔、夹渣。试验结果：满足规范及设计要求。焊接工艺评定见附表。8.7.2.2、焊接质量控制要点1. 焊接材料必须严格按照产品说明书上的要求进行烘干使用。生产过程中，焊条必须存放于保温筒内，超过4小时必须重新烘干；2. 焊接前应认真清理焊缝区域，不得有水、锈、氧化皮、油污、油漆或其它杂物；3. 切割不整齐的坡口要求打磨光顺，不得有大的凸起与凹陷；4. 环境湿度大于85%或环境温度低于5度时，焊前要求预热，预热范围一般为每侧100mm以上。预热温度为80150度，距焊缝3050mm范围测量温度；5. 钢管纵缝端头必须设专用引、熄弧板，其坡口形式、焊接要求与正式相同；6. 焊工应根据焊缝的具体形式以及相对应的焊接工艺评定来选择焊接参数；7. 埋弧自动焊必须在焊缝端部的引、熄板上引、熄弧，如在焊接过程中出现断弧现象，必须将断弧处刨成15的坡度，搭接50mm施焊；8. 埋弧自动焊焊剂覆盖厚度不应小于20mm，且不大于60mm，焊接后应等焊缝稍冷却再敲去溶渣；各种马板及临时连接件严禁用疲劳破坏的方式拆除；9. 不允许在焊缝以外的母材上随意打火引弧；10. 焊缝焊接完成后，应立即敲净溶渣及清除飞溅物；定位焊缝一定要按要求施焊，出现裂纹的定位焊缝必须清除后再施焊；11. 焊缝咬边超过1mm或焊脚尺寸不足时，可采用手工电弧焊进行补焊；12. 节点板与主钢管间的焊缝应作打磨和捶击处理，且该处焊缝端部要求打磨到圆顺光滑；13. 每一片拱肋上的盖板与主钢管间的焊缝端头要求缓焊5080mm，并且磨成斜坡（长30mm），以便于嵌补段的焊接；14. H腹杆焊接顺序：共有4条角焊缝，采用单台埋弧焊机先焊接“H”上口两条焊缝，再焊接“H”下口两条焊缝，4条角焊缝并按顺时钟次序焊接。872.3. 焊接检验全桥焊缝均要求进行外观检查（见下表）。需要进行无损检验的焊缝必须在外观检查合格后，放置24小时之后才能进行无损检验。要求无损检验的焊缝及无损检验的标准（见下表）。焊缝外观质量标准项 目焊缝种类质量标准气 孔全部焊缝不允许咬 边所有的对接焊缝及接点不允许板与主钢管间的焊缝H形腹杆的角焊缝0.3盖板、腹板与主钢管间0.5的角焊缝其它焊缝1.0焊脚尺寸其它角焊缝K -1+2焊 波角焊缝2.0（任意25mm范围高低差）余 高对接焊缝3.0（焊缝宽b12）4.0(12b12)4b/25(b25)工厂焊缝检验要求检验焊缝部位超声波检验（UT）射线检验（RT）数量质量等级检验等级数量质量等级底片等级钢管对接环焊缝100%B抽查AB钢管纵向接缝100%B抽查AB节点板与弦管焊缝100%B抽查AB盖板与弦管焊缝100%B8.7.3 工厂预拼的质量控制工厂预拼分为卧预拼装和立体预拼装卧预拼装的目的是保证钢管拱的线型正确；立体预拼装的目的是检查横直联相贯线的正确性和确定横直联的尺寸。按设计方和业主的要求，钢管拱预拼需半拱预拼，但半拱斜切高度高达20米、长达132米，这样既占场地，施工又不安全。经研究，并得到业主和监理的认可，确定了实际制造时采用的施工方案，即卧预拼采用“3+1”、立体预拼采用“6+1”短线预拼方案（见下图）。该方案既能保证钢管拱的线型、达到卧立预拼的效果，又能节约施工场地并提高场地利用率，施工安全也得到保障。为了保证立、卧的质量，从以下几个方面进行了质量控制：1 精确放样保证工厂在接到北盘江设计图纸后，进行了详细的计算机放样工作，经与设计院协商确定以折代曲来制造主拱弦管，针对这种情况对主拱弦管进行了分段，分段图得到了设计单位的认可，并且通过计算机三维放样，得到了每个分段两端检查点的空间坐标，在施工过程中严格按给定的坐标进行测量定位，保证了该桥的线型达到设计要求。2 胎架制造保证胎架分单元件胎架、片装分段胎架、卧拼装胎架和立体拼装胎架；各类胎架制造时，按计算机放样给出的坐标值在地上进行放样，高程坐标由模板来实现。胎架制造严格按图纸要求进行，每制造一轮后对胎架都进行了修正处理。保证了钢管拱的线型。钢管拱桁架预拼装分为两步进行：首先单边主拱肋采用3+1的形式在平面胎架上卧拼（见图一），再模仿工地吊装程序采用6+1的形式对桁架进行立体组装（见图二）。8.7.3.1.单边主拱肋平面卧拼厂内节段预拼装(1) 按图制造单拱卧拼装胎架，胎架上各轮廓线、位置线等按要求标记好并报检。每一轮单拱卧拼装需对胎架进行修正。(2) 为保证线型，预拼装时单边主拱肋四个节段在平面胎架上侧装，预拼完工后，前三个节段上立体预拼装胎架，后一个节段作为下一轮卧装的基准。(3) 预总装过程中因各构件间全部为临时连接（接头处的临时连接件和临时吊耳除外），组装完后需上立体预总装胎架进行预拼装，因此在坡口处不能直接点焊，为保护坡口不受损坏，需用连接板进行过渡点焊。(4) 卧装时，从拱脚开始向拱中顺次进行预拼，首先四个节段一侧的上 弦杆单元件按地面划出的定位线上胎架定位。(5) 吊装实腹板片装分段并调整好实腹板的位置。(6) 下弦杆片装分段按地面划出的中心线上胎架定位。(7) 对于有腹杆的桁架段，上弦杆片装分段上胎架后即可吊装腹杆。(8) 对线装焊下弦杆上节点板，利用样板切割节点板焊接处的两端头，修磨光顺。(9) 按节点板上螺栓孔配钻腹杆螺栓孔（腹杆默孔后拆下钻孔再安装），用螺栓固定。(10) 按图安装各接头处的临时连接件，安