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肖仁元
(中铁四局集团第七分公司,安徽合肥 230031)
摘要:以浦镇车辆厂的铝合金车体及总装车间为例,介绍焊接H 钢结构厂房构件制作安装技术,包括焊接H 钢制造工艺、构件安装工艺、高强度螺栓安装工艺及彩板安装工艺。
关键词:焊接H钢 厂房 制造 安装
1 工程概况
南京浦镇车辆厂铝合金车体及总装厂房,用于生产城市轨道交通车辆,是铁道部重点工程之一,总建筑面积10757.68 m2 ,跨度为57m(24m + 18m + 15m) ,长度为228m ,设两道伸缩缝,柱间距为6m ,檐口标高14.4m。厂房结构为实腹门式刚架,柱脚刚接。内设10 t 、20 t 行车各3 台,钢材采用16 Mn、Q235 - AF ,高强度螺栓采用H2T2B (10.9 级) 承压型。屋面、墙体檩条均采用C 型钢檩条,彩板均采用BHP 公司产品,屋面外板采用G550 镀铝锌本色板,墙面外板采用G550 镀铝锌保洁板,内板均采用G550 镀铝锌本色板。工程的难点为焊接H 钢焊缝质量的控制、构件几何尺寸的控制、高强度螺栓安装质量的控制、屋面防水质量的控制。
2 主要施工方法
根据现场条件和工程特点,决定钢结构构件、彩板在工厂加工,用汽车运输至现场进行拼装、安装。钢结构的主构件均为焊接H型钢, 总重量达7000 kN ,单根构件重量5～15kN 不等,其中立柱123根,抗风柱8 根,行车梁174根,屋面梁378根,在焊接H型钢流水线上加工。
钢结构附件以檩条为主, 总重量达1500 kN , 为160 型檩条,在檩条机上加工。屋面外板、内板共计21 200m2 ,墙面外板、内板共计16200m2 ,在彩板成形机上加工。
现场钢结构构件采用起吊力为160 kN 的吊车吊装,主钢结构采用两台起吊力各为350 kN 吊车吊装,附件安装采用提升力为20 kN 的卷扬机提升。安装高强度螺栓采用全自动扭力扳手。彩板采用起吊力为350 kN 的吊车进行提升,采用电动自攻螺钉枪安装。
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3.2 钢结构制造的技术要点
钢结构制造技术主要是焊接H 钢的制造,其中控制主焊缝全自动埋弧焊的焊接质量为关键技术。
3.2.1 焊接变形的控制
自动埋弧焊电流大,热量高,构件易产生变形(翼缘板角变形;H 钢的纵向弯曲;H 钢扭曲变形) 。
针对上述问题主要采取以下技术措施:
(1) 针对焊接工作的需要自行制作了一个专用的工作台,将H 钢的四条纵向角焊变为船形焊,以保证焊缝的焊透,提高焊接质量,减少熔敷金属。这是对焊接变形的第一步控制。
(2) 根据翼缘板与腹板的不同配置调整焊接参数,将角变形控制在3 mm 以内,然后用翼缘矫正机对其进行校正。
(3) 纵向弯曲是由于H 型钢单边受热产生的残余应力分布不均造成的。通过实验决定利用后续焊缝的残余应力平衡上道焊缝的残余应力的办法,即第1、2道焊缝焊接时,电流调至下限值,第3 道焊缝焊接时,电流调至平均值,在最后一道焊缝焊接时,将电流调至上限值,以期消除变形。如采用上述措施后仍有少量变形,则在后续工序中用火焰法予以校正。
(4) 扭曲变形与纵向弯曲产生的原因大致相同,因此,也是通过合理调整焊接顺序,以后续焊缝的残余应力来平衡前面的焊接残余应力。
3.2.2 自动埋弧焊的焊接参数的确定
(1) 焊丝直径:在焊接电流、电压和速度不变的情况下,焊丝直径将直接影响焊缝的熔深。随着焊丝直径的减少,熔深将加大,成型系数减小。
(2) 焊接电流:对焊缝熔深大小影响最大的因素是焊接电流。随着焊接电流的增大,熔深将增加。
(3) 电弧电压: 电弧电压低时,熔深大、焊缝宽度窄;电弧电压高时,熔深浅、焊缝宽度增加;过分增加电压,会使电弧不稳,熔深减少,易造成未焊透的现象,严重时还会造成咬边、气孔等缺陷。
(4) 焊接速度:如焊接速度增加,焊缝的线能量减少,使熔宽减少、熔深增加,然而继续加大焊接速度,反而会使熔深减少,焊接速度过快,电弧对焊件加热不足,使熔合比减少,还会造成咬边、未焊透及气孔等缺陷。
3.2.3 构件变形的校正及几何尺寸的控制
在焊接H 钢生产中对构件变形的校正,主要采用三种方法:火焰校正法、机械校正法和反变形法。
(1) 机械校正法主要校正翼缘板的角变形,在专用的翼缘矫正机上,通过机械力进行反复的强制性校正,直到角变形量符合标准为止。
(2) 火焰校正法主要用于校正H 钢的纵向弯曲变形,在拱起的一侧用火焰加热至850 ℃～900 ℃,在翼缘板上进行条形加热,在腹板上进行三角形区加热,加热后用冷水进行跟踪冷却。加热时根据不同的变形量,控制加热区的大小和加热的温度,以防校正过量和出现过烧现象。
(3) 反变形法用于控制端头板焊接变形。在端头板焊接前,在施焊部位的反面用大号气焊枪进行烘烤,产生残余应力,待正式施焊时达到焊接残余应力平衡。最终实现端头板的平整。
3.3 钢结构安装技术要点
3.3.1 定位测量
依据设计资料,对基础的水平标高、轴线、柱间距进行复测。在基础顶面标明纵横两轴线的十字交叉线,作为安装立柱的定位基准。
3.3.2 立柱安装
为消除立柱长度制造中的误差对立柱标高的影响,吊装前,从牛腿上平面向下量1 m 作为理论标高的截面,标出明显标记,用作调整立柱标高的基准。在立柱底板的上表面,标出通过立柱中心的纵横轴十字交叉线,用作立柱安装定位的基准。安装时将立柱上与基础上十字交叉线重合,先用水平仪以立柱上理论标高处的标记为准校正立柱的标高,然后用垫块垫实,拧紧地脚螺丝。再用两台经纬仪从两轴线方向校正立柱的垂直度,达到要求后使用双螺帽将螺栓拧紧。对于单根不稳定结构的立柱,可借助加风缆临时保护措施。对于设计有柱间支撑的立柱,可借助安装柱间支撑,以增强结构稳定性。
3.3.3 吊车梁安装
吊车梁安装前,应对其进行检查,当变形不超限时才能安装。吊车梁单片吊装就位后应及时与牛腿用螺栓连接,并将梁上缘与柱之间的连接板连接,用水平仪和经伟仪照准调整,符合要求后将螺栓拧紧。
3.3.4 屋面梁安装
屋面梁在地面拼装前应对构件进行检查,当构件变形不超限、高强度螺栓连接摩擦面没有泥沙等杂物并确认摩擦面平整、干燥时,方可在地面拼装。拼装时采用无油枕木将构件垫起,构件两侧用木杠支撑,以增强稳定性。屋面梁的拼装以两柱间作为一单元,单元拼接后要检验: ①梁的直线度; ②与其它构件(例如立柱) 联结的螺栓孔的间距尺寸。调整检验达到要求后,拧紧高强度螺栓。
3.3.5 附件安装
屋面檩条、墙檩条安装同时进行。檩条安装前,对构件的变形情况进行检查,如有超限进行处理,清除构件表面油污、泥沙等。将数根檩条作为一组,一起吊装,在一跨安装完毕后,检查檩条坡度。要求檩条的直线度控制在允许偏差范围内,否则利用连接螺栓(必要时加垫块) 加以调整。
3.3.6 复检调整、焊接、补漆
吊装完毕后对所有构件复检、调整,达到设计要求后,进行现场施焊,对构件油漆损坏处进行修补。
3.4 高强度螺栓安装工艺
高强度螺栓应能自由地穿入孔内,不得强行敲打,不得气割扩孔。高强度螺栓采用带有计数器的电动扳手从中央向外(对一构件) 拧紧,分初拧和终拧。初拧扭矩应为终拧扭矩的50 %。终拧扭矩按下式计算:
TC= K ·PC ·d ,
PC= P +ΔP
式中 TC———终拧扭矩(N·m) ;
P ———高强度螺栓设计预拉力(kN) ;
ΔP ———预拉力损失值(kN) ,取0.1 P ;
d ———高强度螺栓螺纹直径(mm) ;
K ———扭矩系数,取0.10～0.15 。
在终拧1 h 以后至24 h 以内,检查螺栓扭矩,如在扭矩理论值的±10 %范围内视为合格。
高强度螺栓接触面的间隙若小于1.0 mm 时可不处理;若在1.0～3.0 mm 的范围内,可将高出的一侧磨成1∶10 斜面,打磨方向与受力方向垂直;若大于3.0mm 可加垫板处理。
3.5 彩板安装工艺
3.5.1 彩板进场
堆料处用枕木垫起,上面铺塑料布,将彩板按规格分类堆放、标识。
用吊车卸料,并用专用彩板的吊具,防止外表油漆损伤和彩板变形。
3.5.2 屋面安装
屋面板安装前,先在檩条上搭设人行走道,吊装时不得损坏板形。(1) 屋面板的安装: ①从一侧山墙往另一侧山墙采用拉线定出檐口控制基准线,并每隔12 m 设一控制网线; ②确定安装方向后,把山墙边的封口板安装固定好,接着将第一块安装就位,并用自攻螺钉将其紧固在檩条上。要保证与檩条垂直。
(2) 屋脊堵头及屋脊板的安装: ①放线定位第一块屋脊板的起始基准线,顺安装方向定出屋脊堵头及屋脊堵头两边线的安装控制线; ②安装屋脊堵头板。堵头板与压型板接触部位涂满防水胶,然后安装定位并用拉铆钉固定,以防水胶将固定件密封防止渗漏,依次安装后续堵头; ③在起始基准线和控制线安装第一块屋脊板。在屋脊板上测量划出弯折挡水板的定位板,用剪刀剪口,将屋脊板用规定的拉铆钉固定于压型板上,以防水胶将固定件密封,依划出的弯折定位线弯折挡水板; ④在第一块压型板上测量出第一块的搭接定位线,在板的搭接部位涂防水胶,安装第二块屋脊板调整定位,并在第二块板上量出弯折挡水板的定位线,用剪刀剪口,将第二块用拉铆钉固定于压型板上,用防水胶将固定件密封,依划出弯折定位线弯折挡水板。用以上方法逐步安装。
(3) 泛水、包角板的安装: ①放线定出第一块的起始基准线,沿安装方向确定板两边的控制线; ②安装第一块,依基准线和控制线安装第二块板调整定位,固定在固定板上,以防水胶将固定件密封以防渗漏; ③在第一块板上测量划出第二块板与第一块板的搭接定位线,在板的搭接部位涂防水胶,安装第二块板调整定位,固定件固定并涂防水胶密封,依次安装第二块及后续板。
3.5.3 采光带的安装
采光带的安装是屋面防水的关键部位。在采光带复合侧边安置铝门框,把厚10 mm 的无色阳光板直接搁置在铝门框上,中间加防水压条,在采光带上部用防水自攻螺钉固定,并在两侧涂抹防水密封胶。采光带选用3m 或6m 长,在采光带纵向搭接处,下垫檩条支架,在搭接口部位,下设垫板,上加盖板,均用防水密封胶与采光带粘结,然后用防水自攻螺钉将其紧固,确保采光带的防水效果和抗风强度。
3.5.4 墙面板安装
检查墙檩条的垂直度,若不够垂直,应用临时支撑将檩条调平,待墙板安装好后再将其拆除。
搭设活动式脚手架,用专用吊绳将墙面板吊至安装位置。墙面采用瓦楞组装,先安装砖墙上的泛水板,第一片墙板安装前应在墙梁上放线,保证墙面板波纹线的垂直度。第二片墙板必须扣在第一片墙面板的波峰并用带防水的自攻螺钉固定,用防水帽盖好,然后依次安装,要求所有自攻螺钉横平竖直。
4 结束语
该工程质量被评定为优良,并获得铁道部火车头奖章。工程投入使用以来,未发现屋面漏雨、墙面退色、油漆脱落等问题。
我们的施工体会是: ①严格控制焊接参数,减小焊接变形,并采用特定工艺及专用胎具进行校正,以保证构件几何尺寸和焊接质量; ②在安装过程及时采取有效措施消除累计误差; ③彩板安装重点是要注意防漏,并注意外观质量。
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