钢梁加固技术及钢梁制作方案

PAGEPAGE1611、钢梁卸荷方法钢梁及吊车梁加固应尽量在负荷状态下进行，不得已需卸荷或部分卸荷状态下加固时，可以采用临时支柱卸荷；对于实腹式梁设置临时支柱时应注意临时支柱处实腹梁腹板的强度和稳定，以及翼缘焊缝（或钉栓）强度；对于吊车梁来说，限制桥式吊车运行，即相当于大部分已卸荷，因吊车梁自重产生的应力与桥式吊车运行时产生应力相比是极小的。2、钢梁常用加固方法（1）补增梁截面加固法梁可通过增补截面面积来提高承载能力，焊接组合梁和型钢梁都可采用在翼缘和腹板上焊接水平板、垂直板和斜板来加固(如图1a-d)，也可用型钢加焊在翼缘和腹板上；当梁腹板抗剪强度不足时，可在腹板两边加焊钢板补强(如图1j)，当梁腹板稳定性不能保证时，往往不采用上述方法，而是设置附加加劲肋方法；用圆钢和圆钢管补增梁截面是考虑施工工艺方便(如图1k)。（2）改变结构计算图形加固法改变结构计算图形的一般方法中，有许多可以用来加固梁。（图2a）把支座部分的梁上下翼缘焊上钢板，使各单跨梁变成连续体系，该钢板所传递的力应恰好与支座弯矩相平衡，连续后可使跨中弯矩降低15%-20%,会导致柱子荷载的增加，应验算柱子。(图3d）是长斜撑加固，长斜撑支在柱基上，虽用钢量多一点又较笨重，但能减少柱子内力；(图3c)是短斜撑加固，短斜撑支在柱子上，将给柱子传来较大水平力，虽用钢量少一点，但只能在柱子承载能力储备足够时才能采用。这两种方法一般采用焊接方法连接斜撑和梁，验算时要考虑梁中间部分（斜撑支点之间）会产生压力，有时需要加固梁截面，（如图4）。当梁的荷载增加时，为避免加固柱子和柱基，这时可采用(图3a)在新基础上设置垂直支撑（支柱）最为有利，但需要做新基础，总的看不比(图3c）和（图3d）加固方案经济多少。在层高较高的房屋内，(可参照图5）的方法采用固定于上部柱的吊杆加固梁。由于吊杆不沿腹板轴线与梁相连，故梁又受扭；吊杆应是预应力的，吊杆按预应力和梁计算荷载引起的应力总和确定。(3)下支撑构架加固梁方法当允许梁卸荷加固时，可采用下支撑构架加固（见图6a、b），各种下撑杆使梁变成有刚性上弦梁桁架，下撑杆一般是非预应力的各种型钢（角钢、槽钢、圆钢等），也可用预应力高强钢丝束加固吊车梁，加固件全部应连接到梁横向加劲肋或腹板上，若连在下翼缘会降低抗振性能。2.1钢结构加工工艺流程2.1.1钢结构构件加工工艺流程，见附图2.2工厂制作要领2.2.1材料1）本工程所有钢板采用Q345qB钢。钢材进厂必须具备钢材质量证明书，然后按规定进行材料复检，并出具相应的复验报告，当钢材表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时，其深度不得大于该钢材厚度允许负偏差值的1/2。所有钢材必须符合桥梁用结构钢《GB/T714-2000》的规定。2）板材厚度控制需满足总平均厚度不得出现负公差，单批厚度不得低于-2%负公差。3）焊接材料(必须具备材料质量证明书)材质手工焊埋弧焊气体保护焊Q345qBJHE5015-3HH10Mn2G+HJ331ER50-62.2.2制作1）放样、下料a.放样下料将根据施工详图和工艺要求进行，并预留制作和安装时的焊接收缩余量及切割加工余量。b.对于形状复杂的零部件，在图中不易确定的尺寸，将通过放样确定。c.下料前必须对钢料的牌号、规格、质量进行检查，如发现钢料不平直，有锈蚀、油漆等污物，应矫正清理后再下料；下料外形尺寸允许偏差为±1mm2）切割切割前应将料面的浮锈、污物清除干净。钢板应放平垫稳，割缝下面应留有空隙。钢板切割优先采用精密切割或数控切割，也可采用自动或半自动切割，其切割精度见下表：序号项目允许偏差(mm)1切割与号料线的偏差e切割类型e自动半自动切割±1.0精密切割±0.5断口截面上不得有裂纹和大于1mm的缺棱.2切割截面与钢材表面的不垂直度e/t≤1/20且不大于1.53精密切割的表面粗糙度≤0.034弯曲加工后与样板线偏差弯曲弦长样板弦长间隙大于15001500≤2.0小于1500≥2/3≤2.05刨边之边线与号料线偏差类别偏差刨边线与号料线±1.0弯曲矢高L/3000且≤2.0刨削面粗糙度≤0.05注：t为钢板厚度，e为偏差值。切割完成后将切割边缘飞边、毛刺、熔渣清除干净，对于大于1mm3）矫正和弯曲热矫正温度应严格控制在600~800℃范围内，然后自然冷却，降至室温前，不得锤击钢料和用水急冷。冷矫时应缓慢加力，室温不宜低于5矫正后的钢材表面不应有明显的凹痕或损伤。零件矫正后的允许偏差应符合下表规定：项目允许偏差（mm）钢板平面度每米1.0钢板直线度L≤8m3.0L>8m4.0型钢直线度每米0.5角钢肢垂直度全长范围0.5角肢平面度连接部位0.5其余1.0槽形板上口宽度±2.0下口宽度±2.0高度±2.0四角不平度≤3.0本桥钢板冷加工弯曲半径应控制为大于15t(t为板厚)。4）边缘加工坡口可采用机加工或精密切割，坡口尺寸及允许偏差由焊接工艺确定。5）主要受力构件的自由边在气割后需要刨边，刨边时的允许偏差见下表：刨削加工的允许偏差表3项目允许偏差零件宽度、长度±1.0mm加工边直线度L/3000且不大于2.0mm相邻两边夹角角度小于或等于±6′加工面垂直度不大于0.025t且不大于0.5mm加工面粗糙度Ra＜50μmm注：L—钢板长度，t—钢板厚度6）组装组装前，应对所有零部件进行检验，合格后方可组装，连接接触面和焊缝边缘30~50mm范围内的铁锈、毛刺、污垢应清除干净，并显露金属光泽。杆件的组装应在工作台上进行，组装时应将焊缝错开，错开最小距离应符合下图的规定：(1-盖板；2-腹板；3-板梁水平肋或箱型梁纵肋；4-板梁竖肋或箱型梁横肋；5-盖板对接焊缝)2.3焊接2.3.1一般要求1)焊工必须持证上岗，严禁非焊工从事焊接作业。2)本工程采用的桥梁用结构钢Q345q，属于新材料，在施工之前将按桥梁用钢结构技术条件《GB/T714-2000的相关规定进行焊接工艺评定.3)焊接用焊条、焊剂在使用前必须按说明书或下表要求进行烘焙，在使用过程中进行保温。焊条焊剂烘焙和保温要求序号材料名称牌号烘焙温度（℃）保温时间（分）1焊条JHE5015-3H300~35060-1202焊剂HJ331300~3501204)焊接接缝必须在焊接前应进行清理，其清理要求如下：a.接缝的清理范围为拼接端面和沿接缝两侧各宽25毫米的表面。b.在接缝的清理范围内，必须清除水、锈、氧化物、油污、泥灰、熔渣及涂料。c.全焊透焊缝应用电动砂轮、钢丝轮或钢丝刷进行清理，直至清理范围内呈现金属光泽。d.经装配、清理后的焊缝未能及时焊接，并因气候或其他原因而生锈时，在焊接前应重新清接缝。e.采用碳弧气刨加工坡口的接缝，如坡口中有粘碳，则应将粘碳处清除干净。5)对接和T型全焊透坡口接头应在焊缝的两端设置引弧和熄弧板，其材质和坡口形式应与焊件相同。焊后引弧和熄弧板必须用气割切除，并磨平切口，严禁用锤击落，长度及间距规定如下表：焊接方法引弧和熄弧板长度（mm）埋弧焊80-100手工电弧焊60-807)采用埋弧自动焊时，应在装配好的当天焊完，并严格控制装配间隙，一般不超过1~1.5mm8)焊缝应连续施焊，一次完成，焊完每道和每层焊缝后，应及时清理，发现缺陷，必须清除后再焊。严禁在焊接区以外的母材上引弧和息弧。9).焊接完毕后，焊工应及时清理焊缝表面的熔渣和飞溅，检查焊缝外观质量。对非裂纹缺陷应及时修补，出现裂纹时，应报焊接技术员分析原因，制定修补措施及时修补，严禁自行处理。焊后按要求打上焊工钢印号。10).当环境温度低于5℃时，应对焊缝两侧各100mm进行预热，预热温度为100~15011).为减少焊接变形，应适当采取如下措施：a.下料装配时，应预留焊接收缩余量和焊接反变形量。b.装配前，矫正每一构件的变形，保证装配公差符合要求。c.使用夹具、隔板和撑杠进行固定。d.同一构件尽量采用热量分散、对称分布的方式施焊。e.焊角尺寸在保证设计要求的前提，尽量避免偏大。2.3.2焊接工艺1）本工程采用的焊接材料符合1.3.12）本工程对焊接方法的使用部位进行了严格的规定，具体要求如下：a．主梁在工厂对接焊接接缝采用半自动焊接，对接处的板边应根据钢材厚度采用V型、K型坡口加工，两端焊引弧板以保证焊透构件板全截面，并要求焊透的K型或V型焊缝质量为一级标准。b．箱梁翼缘板和腹板的T型全焊透坡口焊缝和其它T型角焊缝采用气体保护焊。c．其余纵向焊缝采用气体保护焊。3）钢梁的焊接顺序钢梁按组装顺序和要求进行，组装时按要求进行定位焊。（T型加筋、横隔板等部件也预先焊接矫正完成）。以下钢梁成形后的焊接顺序：2.3.3焊接修复焊缝修磨和返修应符合如下要求：1）上下盖板的对接焊缝必须去除余高，并垂直焊缝方向磨平。2）焊角尺寸、焊波或余高超过“焊缝外观质量标准表”的上限值的焊缝和超过允许偏差的咬边必须修磨均顺。3）焊缝咬边超差或焊角尺寸不足时，应采用手工电弧焊进行返修焊。4）碳弧气刨清根或清除缺陷时，应刨出利于焊接的坡口，并用砂轮清除掉坡口内的氧化皮或夹碳，露出金属光泽。5）返修焊应按原焊缝质量要求检验，同一部位的返修焊不宜超过两次，两次以上应制定合理的返修工艺报总工程师审批后进行。6）对接焊缝应每个节段加焊一块引弧试板，试板焊后进行探伤及力学性能试验，其质量应达到焊接工艺评定的相应标准。2.3.41）零部件的焊缝应在焊接24小时后进行无损检验。2）对接焊缝应按表下表规定进行分级：焊缝类别类别项目内容Ⅰ桥面板、底板横向拼接焊缝，节段内U形肋和球扁钢对接焊缝，节段横向对接焊缝，工地环形大接头焊缝Ⅱ桥面板、底板的纵向拼接焊缝，节段内角焊缝3）所有焊缝应按下表要求进行无损检测。无损检测要求项目超声波X光射线磁粉探伤类别Ⅰ一般100%每1.2米以上3张，1.2米以下2张工地环焊缝5-10%Ⅱ对接缝100%每1.2米以上3张，1.2米以下2张角焊缝100%4)探伤过程中若发现较大缺陷，须继续向外伸长探伤，必要时直至焊缝全长，对接焊缝超声波探伤有疑问部分用X射线复查。2.4桥面梁的制作工艺主梁采用全钢、全焊接、正交异性桥面板的纵横梁体系。桥宽3.3米，梁高0.85米。据此，工厂按8米的节段长度进行制作、预装后运至现场安装，最后经现场焊接成一体。工厂制作按桥面、纵梁、横梁等主体构件分别制作，然后在胎架进行组装和工厂焊接。为保证工地安装质量，出厂前应按4+1方式对每个节段进行预组装。2.4.1顶板、底板的加工由于顶板和底板外形尺寸较大，需借助计算机和数控切割来完成，首先，在计算机中按设计尺寸放出实样，然后将其展开，展开后解体，再分块切割后进行拼接，焊接、矫正并经UT和外观检验合格后，进行组装。（下料时在翼腹板长度方向两端各留50mm加工余量，待预拼装时割除，宽度方向两自由边各留32.4.2纵梁的加工腹板的加工腹板长度8m，在加工时分段加工后进行拼接，在每个节段两端预留50mm加工余量，待预拼装完成后切除。拱度值的确定方法：预拱度=设计拱度值+自重挠度+焊接对拱度影响值腹板的放样和切割借助计算机和数控切割来完成.b.下翼板、筋板下料,利用数控切割.c.在胎架上完成下翼板的装配和焊接,焊接采用CO2气体保护焊.端口处纵向焊缝预留250mm三、胎具的搭建因为设计要求，钢梁预起拱按二次抛物线，最高处成桥后为75.5（20m跨），所以在胎具搭建时必须考虑以上因素。首先，按1:3.1钢梁组装组装顺序详见下图：在胎具上拼焊顶板——在顶板上预置纵肋——组装横隔板——组装中腹板——组装侧腹板——焊接——底板组装——悬臂部分组装焊接——解体——钢梁翻面装焊——矫正——涂装3.1.1底板及加劲板的组装在底板封盖前，对上翼板与加筋焊缝及隔板与腹板角焊缝进行焊接，翼腹板主焊缝在底板封盖后进行焊接，底板组装前，将底部纵向加劲预先置入槽口内，待翻身后再行组装（底板与腹板及横隔板点焊确保牢靠）注：1）箱体节段端口处纵向焊缝预留250mm不焊，横向分块处接口处所有横焊缝预留2002）箱梁组装完成后，检验端口尺寸，符合设计尺寸后加支撑固定，确保现场拼装顺利。3.2预拼装场地及胎架3.2.1预拼装场地选用两台30t（24m3.2.2预拼装胎架布置按预拼装详图标高（箱梁底板底面标高）。3.3预装前的准备3.3.1进入预装的单件构件必须经检验完全符合设计标准；3.3.2预装必须在固定、坚实的胎架上进行；3.3.3根据整桥实际斜率预算各标高点，用垫块做出准确的标高值，并进行复测，其标高允许偏差小于2mm3.3.4在整个预装场地内投影桥面中心线，边线，节段面基准线，水平标高基准线，并作好永久性标志；3.3.5预装用测量工具必须与制作安装一致；3.3.6现场配置适合安装高度的简易脚手架及扶梯。3.4预装顺序及要求3.4.1施工方法和要求1）首先以箱梁下翼缘为基准，将箱梁就位，将标高值返到上平面，箱梁纵向曲线以梁中心线为基准，然后测量各点标高值；2）当支点标高值未到位时，采用油压千斤顶调整，达到设计标高值后加垫板垫稳；3）箱梁就位后，测量几何尺寸和控制点标高，合格后，进行下一节段预拼装；四、除锈和涂装所有零件板在组装前均需除锈涂装车间底漆一道，钢板表面除锈一律采用喷砂除锈，除锈等级达到Sa3级，钢梁内表面粗糙度为RZ25~60um，钢梁外表面粗糙度为RZ50~100um，涂装完成后涂层受热损伤或机械损伤的部分，均需作二次除锈的质量要求，达到GB8923-88标准的Sa3级.4.1漆膜厚度应符合规定，最小膜厚需达到规定厚度的90%以上，但不允许盲目超厚。4.2为保证膜厚，对于自由边缘等难以涂装的部位，在高压无气喷涂前，需用毛刷预先刷涂。4.3涂层表面应光滑、平整、无针孔、流挂、起皱、龟裂、漏涂等弊病，面漆应光洁美观、色彩均匀。五、安全文明施工5.1