城市高架桥曲线段钢箱梁的制作与吊装技术.docx

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城市高架桥曲线段钢箱梁的制作与吊装技术

城市高架桥曲线段钢箱梁的制作与吊装技术

一、工程概况

   广州市内环路改造工程位于广园路与永福路地段，其中交叉路口的第15＃～18＃墩上部结构采用钢结构连续箱梁结构，见“钢箱梁平面位置图”。

   钢箱梁中心线全长为128m，主梁为单箱三室结构，桥面变宽从9.0m到9.75m，单侧悬臂长2.0m。

箱梁内顶、底板净距保持1.944米，支座处顶、底钢板厚均为28mm，钢箱梁高2.0米，其余部位梁高随顶、底钢板厚度不同略有不同。

腹板为直腹板。

边跨不设预拱度，中跨按二次抛物线规律设顶点在跨中的预拱最大上拱值为39mm。

钢箱梁总重约600T，每米约4.69T。

原设计钢箱梁沿总长度分为三段，分别为37m+54m+37m。

   该工程钢箱梁制作及吊装具有如下特点和难点：

   1．钢箱梁位于曲线段内和变坡点段，对线型、超高、外观的要求高。

   2．16#~17#墩跨在两座高架桥中间（两座桥高差约12m）穿过，钢箱梁的厂内制作、工艺设计要求高。

现场将没有制作场地，一旦设计不合理，将造成极大浪费和无法实现工期目标。

   3．钢构件对焊接质量、涂装工艺要求高，必须通过严格控制工序质量、规范操作程序、检验程序，确保结构达到国家标准。

   4．16#~18#墩与广园路上下两层桥梁空间立交，吊装作业条件受到了很大的限制。

   5．钢箱梁段重量大，最重的206.36T，最轻的达到192.29T，最短长度达到41m，运输与吊装特别困难。

   6．段与段通过临时支撑于空中现场焊接，给安装施工提出更高的要求。

二、钢箱梁分段制作规划

   制作前，需根据结构合理性、运输线路与车载能力、吊装环境与吊装能力等方面审核图纸，进行钢箱梁的分段制作规划，以便分段长度及重量在结构合理的前提下能满足运输及现场吊装的要求。

1、原设计分段

   原设计图纸分段如下图：

   经计算，三段钢箱梁最重的达到206.36T，最轻的达到192.29T，最短长度达到41m，无法运输及吊装，需对原设计分段进行变更，重新细分多段。

2、分段规划分析

   钢箱梁分段考虑了如下几方面因素：

（1）运输路线与车载能力

   箱梁分段需根据厂家到现场的运输线路确定长度，同时需考虑现有车辆的载重能力，还要顾及到施工场地的临时放置等，上述40多米的钢箱梁根本无法运到安装场地，而且，施工现场车道分流复杂，车辆流量大，无法放置40多米长的钢箱梁，因此，需进行细分多段，每段长度不大于20m，单段单片重量不大于50T才能满足运输的要求。

（2）吊装环境与吊装能力。

   现场由于高架桥从钢箱梁底下穿过，地面桥墩密度较大，加上车道分流复杂，车辆流量大，地面用作吊装的位置较窄，40多米的钢箱梁吊装所需的空间无法满足，根据现场环境，一次吊装的钢箱梁长度不能大于30米。

3、分段数的确定

   综合上述分析，最终确定将钢箱梁在工厂横向分为五部分共40片，制作成九段。

运到现场后，则共合并成七段进行吊装。

（1）纵向分段长度

   从15#墩开始，依次分段如下：

17m+16m+16m+26m（14m+12m）+26m（12m+14m）+14m+13m。

上述26m（14m+12m）是指在工厂制成14m和12m两段，而在安装现场拼装成一个26m吊装段。

分段原则是：

分段时上下翼缘板错开大于500mm。

便于焊接，尽量减少仰焊。

详见“纵向分段制作示意图”。

（2）横向分片

   每段均分成：

左端挑臂翼板+边箱体+中间箱体+边箱体+右端挑臂翼。

   （3）单段单片长度与重量

   经计算，按上述分段及分片后，单段单片最重约42t，运输最长为17m，吊装最长26m，可以满足运输和施工要求。

4、分段及分片焊接

   吊装就位后，采用现场焊接将纵向七段横向五片焊接形成一孔三联的钢箱梁结构。

顶、底板纵向采用“U”肋加劲，工厂预制箱和挑臂加劲肋间距为400mm；中间现场焊接箱加劲间距从450mm随梁体加宽逐渐变到825mm。

为保证顶、底板刚度要求，在曲线段，又各设两条加密“U”肋。

钢箱梁在纵向采用强弱加劲肋横隔进行加劲，强弱加劲肋间距为2000mm。

三、钢箱梁的的制作

   根据钢箱梁的分段分片数量及安装顺序逐个段逐片按工艺流程进行制作。

1、工艺流程

2、材料

⑴钢材

   主受力板件Q345C，次受力板为Q235C热轧钢板、型钢。

   进场钢材的表面质量处理：

1表面麻点：

用砂轮打磨光顺或补焊并将表面磨平后使用；2表面伤痕及修补：

经打磨修整之后，局部厚度削减量不应大于轧制厚度的公差。

⑵焊接材料

   通过充分的焊接工艺评定试验后焊条牌号选用E5015、E5016或E5018等，埋弧焊选用HO8MnA焊丝配合中锰或高锰型焊剂。

3、钢材拼接

   钢材长宽尺寸不足，需要焊接拼接者必须在钢梁组装前进行。

梁腹板纵横向拼接间距不宜小于10倍的腹板厚度（交叉焊缝除外）。

配料和组装时应使焊缝错开，错开最小距离应符合相关规定和下列要求：

   ⑴主要构件的对接，应使钢板的轧制方向与部件主要受力方向一致。

   ⑵腹板的纵向拼接焊缝，原则上应布置在受压区。

   ⑶盖板和腹板的最小拼接尺寸，长度为1000㎜，宽度为300㎜。

   ⑷拼接焊缝的布置应避开孔群。

   ⑸主纵梁（连接段除外）的上下翼缘板及其腹板原则上只允许采用整板结构；

4、放样

   ⑴制作专用钢样条时，必须考虑刨（铣）边加工量及焊接收缩量。

   ⑵样板、样杆、样条制作允许偏差应符合相关规定。

   ⑶对形状复杂的零、部件，在图中不易确定的尺寸，将通过放样校对后确定。

   ⑷在样板、样杆、样条上注明：

产品名称、杆号、材料号、规格、数量、孔的直径、孔列轴线与基准面距离等。

5、号料

   ⑴号料前应检查的钢料的牌号、规格、质量，确定无误和合格后，方可号料。

   ⑵发现钢料不平直，有锈及油漆等污物，影响号料及切割质量时，应矫正清理后再号料。

   ⑶样板、样杆、样条必须与工艺文件核对，相符后方可号料。

   ⑷号料所划的切割线必须准确、清晰。

在零、部件上作明显标记（包括焊接辅助用引板），并打上钢印，为识别主要零件的板料轧向，规定钢印标记方向与钢板轧制方向一致。

料头上必须标明钢材的牌号和检号。

   ⑸号料的量具必须使用专用的钢巻尺。

6、切割

   钢板（Q345C）只能进行氧-乙炔火焰切割，采用CG1—30自动气割机和CG-150仿型气割机进行自动切割，切割大弧度曲线时辅以手动控制或将轨道改为弧线。

7、零件矫正和弯曲

   ⑴钢料在切割后用6kg大锤锤击矫正。

矫正时，应在钢板上面放置垫板，防止矫正后钢料表面带有明显的凹痕。

   ⑵热矫温度应控制在600～800℃（用测温笔测定），温度尚未降至室温时，不得锤击钢料。

   ⑶热煨弯曲温度控制在900～1000℃（用测温笔测定）之间。

8、边缘加工

   ⑴零件的切割边缘用电动角向磨光机进行打磨修整。

   ⑵零件磨边、磨头、磨弧时，用电动角向磨光机磨去边缘的飞刺、气割边缘的挂渣及切口棱角的波纹，并应将崩坑等缺陷部位磨修匀顺。

   ⑶边缘加工后，将边缘刺屑清除干净。

   ⑷将钢箱梁所有永久外露自由边的边缘直角打磨成R＞1.0㎜的圆弧，以防止喷涂后在棱角处最先腐蚀。

9、除刺和铣头

   ⑴孔边的飞刺、板层间刺屑、边缘的飞刺、电焊熔渣飞溅、杆件边缘和端部的允许缺陷等，用风动角向磨光机或电动角向磨光机铲磨匀顺。

   ⑵钢梁端部及有磨光顶紧要求的杆件端部用铣床、刨床铣头，对不能铣头的切角部分铲磨。

10、组装

   ⑴组装前应熟悉施工图和工艺文件，准备好工艺装备和零件，核对无误后方可组装。

   ⑵组装焊接区包括埋弧焊剂可能接触部位必须彻底清除铁锈、氧化皮、油污、水分、显露出钢材金属光泽。

   ⑶组装必须在规定的工作台上或工艺装备内进行。

   ⑷对复杂的杆件，应分部组装，部件焊接修整后再装成整体。

   ⑸埋弧自动焊，半自动焊的部件应焊引弧板及引出板，引板的要求与正式杆件相同。

   ⑹组装后的杆件，打上杆件编号钢印，填写组装检查纪录。

11、焊接及检验

⑴各部位焊接方法

   ①主纵梁、横梁、上下翼板与腹板、与横梁连接的主纵梁肋板的焊接要求全熔透焊缝，按图纸开坡口，采用手工直流电弧焊；

   ②其它有横向连接的肋板或传力板与主要零部件的连接采用坡口角焊缝；

   ③无横向连接的肋板（包括水平肋板）的焊接采用不开坡口贴角焊；

   ④所有与水平加肋板连接的竖向加肋板（工字梁外侧）端部应开设“包角焊”专用倒角坡口。

   ⑤所有拼板均采用埋弧自动焊全熔透焊缝；

   ⑥与顶板连接的腹板、纵横向加劲肋均应开坡口，采用埋弧焊自动全熔透焊缝；

   ⑦与底板连接的纵横向加劲肋可不开坡口，采用双面角焊缝；

   ⑧与腹板连接的竖向加劲肋和水平加劲肋可不开坡口，采用双面角焊缝；

   ⑨竖向加劲肋角焊缝应采用包角焊；K：

U肋可抬高1～2mm作为焊接间隙，以保证全熔透；

   ⑩现场组拼顶底板主受力纵横焊缝采用陶瓷衬垫单向施焊双向成型工艺保证其全熔透；采用手工直流电弧焊和自动埋弧焊。

   ⑾所有的对接焊缝都应从熔合面两侧对称完全熔透；

⑵焊接环境

   ①主要零部件应在组装后24小时内焊接。

   ②风速：

气体保护焊时小于2m/s，其他焊接方法小于10m/s。

   ③相对湿度不小于85%；

   ④母材焊接区域干燥时；

   ⑤室内温度大于5°时；

   ⑥多层焊的每一层必须将熔渣及缺陷清除干净再焊下一层。

⑶焊接修整

   ①埋弧自动焊

   在距杆件端部80㎜以外的引板上起、熄弧，埋弧自动焊焊接中不应断弧，如有断弧则必须将停弧处创成1：

5斜坡后再继续搭接50㎜施焊，埋弧自动焊焊剂覆盖厚度不应小于20㎜，埋弧半自动焊不应小于10㎜。

焊接后待焊缝稍冷却后再敲去熔渣。

   ②焊接完成处理

   焊接后的杆件应对名称、杆号、焊接日期及参数、质量状况等作出记录，并应在杆件上打焊工钢印。

   ③返修焊

   返修预热温度应比原焊接预热温度提高50℃，焊缝整修返修次数不超过二次。

   焊缝咬边深超过1㎜，或外观检查超出负偏差的缺陷，应用手工电弧焊进行返修焊。

   气孔、裂纹、夹渣、未焊透等超出无损检验规定时，用碳弧气刨清除缺陷，用原焊接方法进行补焊。

   返修焊采用埋弧自动焊、半自动焊时，将清除部位的焊缝两端刨成不陡于1：

5的斜坡，并用砂轮磨掉坡口表面的氧化皮，露出金属光泽后再进行焊接。

   返修焊后的焊缝随即打磨匀顺，并按原质量要求进行复检。

   ④不同焊接头处理

   箱梁顶底板和腹板对接焊时，板厚不同时，厚板按1：

10铣边；顶、底、腹板的拼接焊缝采用丁字接头；顶、底、腹板的对接焊缝V形坡口下的衬垫采用陶瓷衬垫来单向施焊双向成型。

⑷焊接顺序

   ①挑臂焊接顺序

③工厂预制箱部分焊接顺序

⑸焊接检验

   对所有焊缝均按相关规定进行外观检验及超声波探伤检验。

本工程超声波探伤检验采用斜角单探头法来检测。

12、涂装

⑴除锈

   采用抛丸（砂）除锈，风压不小于0.5MPa，喷射角为65～85，喷射距离为200～400㎜，根据杆件锈蚀程度，调整杆移动速度；对抛丸不到处，应喷丸补充清除之后，再用干净的压缩空气或毛刷将灰尘清理洁净，确保钢表面清洁度、粗糙度须符合相关要求。

⑵涂装体系

   ①钢梁涂料涂装

   钢梁的涂装防腐应确