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玉环市漩门湾大桥及接线工程主塔月环形结构加工焊接技术介绍

佚名 钢材资讯 2024-06-11 20:02:02 119

金云松 刘晓亮 刘洪波 陈功 陈锋 玉环市交通局 中交第二公路工程局第二工程有限公司 中建钢结构江苏有限公司

摘要:随着时代的发展,桥梁工程越来越多地介入城市景观工程,钢结构桥梁以其优异的可塑性而受到景观桥梁的青睐。玉环宣门海湾大桥主塔及其接线工程为“月环”结构,本文重点探讨异形钢塔的加工及焊接控制技术。

关键词:玉环漩门海湾大桥及接线工程;“月环”主塔;加工与焊接技术;

1 项目概况 1.1 主要材料

(1)钢铁

钢塔主体结构采用Q420q D型钢,塔内人行楼梯预焊件采用Q235C型钢。

(2)焊接材料

焊接材料应采用与母材相匹配的焊丝、焊剂和手工焊条,并符合相应的国家标准。

(3)剪钉

剪切钉为圆柱头焊钉,材质为ML15,规格为公称直径d=22mm,剪切钉的供货长度为公称长度加熔化长度6mm。

1.2 总体结构

桥塔沿桥向呈“月环”形,跨桥向呈H型,塔高63.111m。单边塔柱设计共分为18个段,分别为:A段(塔顶段)、B段(桥塔锚固区)、C段(主塔根部区)、D段(钢-混凝土结合段)、E段(次塔段)。A段分为A1~A2段,单箱单室;B段分为B1~B8段,单箱三室;C段分为C1~C3段,单箱三室;E段分为E1~E4段,单箱三室。 主塔墙板厚度自下而上分为三种规格:A段墙板厚度为30mm,B段、E段、C段C1/C2段墙板厚度为45mm,C3、D段墙板及腹板壁厚均为60mm,各段腹板壁厚均为45mm。B段每个子段均设1对斜拉索锚箱,塔柱单侧共设7对锚箱。

桥塔主梁底部设横梁,宽4m、高3m,箱形截面,壁厚40mm;桥塔大塔柱顶部设上横梁,宽3m、高3m,箱形截面,壁厚40mm。

2 塔身制造重点难点分析及措施 2.1 厚板校正、切割及焊接质量控制

(1)厚板切割前,应进行切割工艺试验,检测切割精度、切割质量、切割件硬度等;选择合理的割嘴型号,保证切割气压稳定,机床行走速度均匀;使用乙炔气,保证足够的预热温度。

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图1 桥塔总体结构示意图下载原图

(2)切割前应进行模拟切割,用石笔描出模拟线条,检查其尺寸是否符合要求后再进行实际切割。切割后应将各切割端面磨平后再经过钢板整平机滚压,以减少切割对钢板金相组织的影响。

(3)厚板焊前应预热,焊后应保温,预热温度按下表执行,实际预热温度应通过焊接评定试验确定。

表1 预热温度下载原图

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(4)厚板焊接应采用多层多道焊,选用焊接线能量较小的焊接方法;分步组焊,预形成反变形,控制焊接顺序。

(5)结合本工程特点,对厚板、不同材质钢板的焊接工艺进行了评价。

2.2主塔钢锚箱安装精度控制

(1)前期技术准备时,利用计算机对主塔进行整体放样,并与设计单位、监测单位提供的坐标、角度进行核对,发现问题及时与设计单位、监测单位沟通。

(2)在工厂加工制造时,制定详细的预装配工艺和测量控制方案,精确到每个锚箱控制点的坐标。

2.3 钢塔节段装配几何形状及形位公差控制

钢塔零部件几何尺寸、钢塔节段装配几何尺寸及形位公差直接影响工厂加工精度,是工厂生产的重点和难点。控制措施如下:

(1)结构三维放样。利用AUTO-CAD根据钢塔线形进行结构三维放样,确定结构空间形状和定位关系。结构各零部件的形状、位置、尺寸、面展开、控制点坐标等均须以三维放样图为依据确定。

(2)表面仿形及抽样检验。三维图能准确表达钢塔的外形,通过CAD载入程序将空间表面展开成平面切割图,板材的弯曲部位、曲率半径、弧长等尺寸参数都能在CAD图中表达出来,然后通过计算机编程,将这些信息输入数控切割机,先喷出定位粉喷线,再对板材进行切割,通过机械仿形及抽样检验对表面进行加工。

(3)钢塔节段采用水平拼装,并采用预拼装技术。

2.4钢塔锚箱制造精度

主塔钢锚箱是重要的承重构件,其装配顺序、焊接变形、机械加工工艺对加工精度有直接影响,控制措施如下:

主塔钢锚箱的制造应从板材加工、装配和焊接三个方面保证精度:

(1)对承重板边缘进行倒角处理,保证接触面的平整度。

(2)在保证焊接质量的前提下,尽量采用焊接变形小、焊缝收缩量小的焊接工艺。钢锚箱焊接应对称,防止扭转变形,并应将箱体翻转,使所有焊缝均在俯卧位焊接,以保证焊接质量。

(3)锚板进行双面加工、镗孔,严格控制板材厚度、平整度、电缆孔尺寸、垂直度。

3 塔体加工制造工艺 3.1 零件下料

(1)钢材矫正及预处理

切割前钢板用九辊矫平机进行校平,保证钢板的平整度,消除钢板在轧制过程中产生的内应力。钢板在钢材预处理线上进行抛丸处理,清除表面油污、氧化皮、铁锈、灰尘等杂物,然后喷车间底漆。

(2)零件布局与切割

采用CAD计算机软件对钢塔各部件进行精确的布局,一些结构复杂的部件结合三维图纸进行三维布局,绘制各部件的详细图,作为绘制下料排料图和数控编程的依据。布局时根据工艺要求预留焊接收缩补偿量、加工余量及线性调整量,以便生产安装。

(3)零件加工

(1)隔板人孔、管道孔的加强圈采用三芯滚筒或液压机成型;冷弯作业全部在车间进行,环境温度不低于-5℃;内弯半径不小于板厚的15倍,否则采用热退火工艺,热退火温度控制在900℃~1000℃之间。

(2)过渡坡口及板边采用刨床加工。

3.2钢塔单元加工工艺 3.2.1板式加劲板单元

板加劲板单元加工流程如下:

步骤1:零件切割;步骤2:组装、焊接板筋;步骤3:焊接加劲肋。

3.2.2 分区单元

隔壁单元的处理流程如下:

步骤1:切割、加工人孔加劲圈;步骤2:先将人孔加劲圈上部与半部电缆孔加劲圈进行组焊,再将人孔加劲圈下部进行组焊,最后完成人孔加劲圈的对接焊。

3.2.3 锚框单元

锚框单元处理流程如下:

步骤1:根据设计图及工艺文件要求下料,下料后钻孔安装锚垫。步骤2:以锚箱端板上圆孔中心为基准,按图纸标注承重板及内隔板位置,组装承重板及内隔板并焊接、检查、校正。步骤3:以锚箱端板上圆孔中心为基准,定位组装加劲肋。步骤4:将锚垫直接组装焊接在端板上。

注:管片拼装时,两侧墙板是在锚箱全部安装完毕后再进行拼装的。为保证墙板能顺利拼装,锚块、锚管不是在单元制作时焊接,而是在管片拼装时焊接。

3.3 钢塔节段预拼装

钢塔节段验收合格后,应在工厂内进行钢塔试拼装(试组装)。试组装时,包括垂直度、全长、轴线偏差、拼接错位、高强螺栓孔直径、垂直度等各项精度要求均须符合相关要求。预组装步骤如下:胎架布置、地面取样→底板定位→中横隔板、内腹板定位组装→侧横隔板、锚箱定位组装→顶板定位→外腹板定位→锚管定位→安装环口临时配合件、临时支撑、吊耳→拆胎、翻身、焊接。

4 塔架焊接工艺 4.1 焊接工艺评定

焊接工艺评定是指在正式生产前,根据焊接件相关标准、技术条件的性能要求,编制焊接工艺方案。按照方案焊接试件,进行试验,判断焊接接头是否具备性能要求,最终形成工艺评定报告。通过焊接工艺评定,验证焊接工艺方案是否正确,焊接接头是否具备要求的性能;为焊接作业指导书的制定提供可靠依据,确认焊接作业指导书编制的正确性、合理性。

根据设计图纸及相关规范,主塔焊缝按接头形式分为对接接头、T型熔透焊缝、T型部分熔透焊缝、角焊缝及其他焊缝。对每条焊缝的焊接位置、焊接部位、焊接方法制定相应的焊接工艺评定清单。依据清单制定焊接工艺试件,并对试件进行各项性能检测。检测项目见下表:

表2 下载原图

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4.2 塔体现场焊接 4.2.1 焊接环境要求

(1)在施工现场放置风速计,定期测量并记录施工时风速;当焊接区域风速对于手工电弧焊超过8m/s、对于气体保护焊超过2m/s时,应设置防风林。

(2)当湿度过高(≥80%),不利于焊接时,建议对焊接位置附近进行除湿。可采用局部加热的方法降低焊接区域的湿度。

(3)雨天施焊时,应采取措施防止雨水直接落在刚焊好的焊缝表面上,并防止雨水流到刚焊好的焊缝表面上。

4.2.2 焊接顺序

(1)安装完成后,先将墙板焊接好,分三层在四边对称焊接;

(2)焊接腹板焊缝;

(3)加劲板及锚箱焊缝的焊接。

4.2.3 焊前、焊后检查

(1)焊前:认真检查缺口尺寸是否合格,清除缺口内的水、铁锈、油污及定位焊缝外面的焊渣飞溅、污物。

(2)焊后:认真清除焊缝上的飞溅、焊接结核、咬边、表面气孔、未熔合裂纹等缺陷。

4.2.4 焊缝现场焊接

塔体现场焊接采用二氧化碳气体保护焊,在焊前检查完成后,按照焊接工艺评定方案分层填焊。为减少雨天等外界环境对焊接的影响,塔体焊缝坡口尽量开在塔体内部,焊工在塔体内部进行焊接,不仅减少了外界环境对焊接的影响,而且提高了焊接时人员的安全性,减少了焊接对外界环境的污染。

4.2.5 焊缝检验

钢构件焊接完成后,应对所有焊缝进行外观检查。壁厚大于45mm的对接焊透焊缝应在焊后48小时进行无损检测,其他焊缝应在焊后24小时进行无损检测。I级墙板、腹板的纵、横向对接焊缝应采用超声波和射线法检测,其他I级、II级焊缝应采用超声波法检测。

4.2.6 焊缝修复

若焊缝外观检查超过允许偏差,无损检测发现超出允许范围的缺陷,必须进行修磨修复。焊缝缺陷修复方法如下:

(1)当焊缝波浪及余高超过标准,且焊缝咬边≤1mm时,用砂轮机将其打磨平整。

(2)当焊脚尺寸不足,且焊缝咬边>1mm时,可采用手工电弧焊或CO2气体保护焊进行补焊,然后用打磨机将焊缝打磨平整。

(3)修补焊缝内部缺陷,先用碳弧气刨或打磨机清理缺陷,然后采用手工电弧焊或CO2气体保护焊,使用J507碱性焊条。焊前预热50-100℃。

(4)清除焊接裂纹时,应将裂纹两端延伸50mm,刨出不大于1:5的坡度。焊接坡口应光滑圆润,尖角、缺口应打磨干净。焊前预热至100-150℃,防止裂纹扩展。

(5)补焊焊缝焊后要求打磨平整,质量要求与原焊缝相同,补焊焊缝最小长度大于50mm。

(6)对焊缝同一部位的修复次数不应超过两次;若修复超过两次,应查明原因后制定相应的修复工艺。

5 结论

玉环宣门海湾大桥主塔及接线工程为异形钢结构,通过分析塔身加工制造及焊接施工的重点和难点,制定了相关的加工和焊接控制技术措施,取得了良好的效果,可为类似工程提供借鉴。

参考

[1] JTG/T F50-2011,公路桥涵施工技术规范。

[2] GB 50017-2017,钢结构设计标准。

[3] TGD64-2015,公路钢桥设计规范,

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