大跨度拱型箱梁、氣密性鋼板焊接施工新技術

摘 要:本文主要介紹了建筑造型為主拱跨度61.48m，拱高30.74m的拱型鋼結構房屋，拱全長約76.5m的箱型結構;內層為鋼梁加氣密性鋼。

關鍵詞:重工綜合水池大跨度拱型箱型梁氣密性鋼板焊接制作技術

中圖分類號:TU7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0017-03

1 項目概況

中船重工綜合水池為主拱跨度61.48m，拱高30.74m的拱型鋼結構房屋，拱全長約76.5m的箱型結構，房屋內部設橋式行車，軌頂標高約20m;內層為鋼梁加氣密性鋼板。

其中:

(1)主拱系統:中部主拱8榀為□2080×1000×38×38鋼箱型澆注混凝土結構，端部2榀主拱為□980×900×25×28箱型混凝土結構。主拱腳從8～4m標高埋入混凝土基礎。主拱間支撐采用Φ800x25鋼管混凝土縱向剛性撐桿，與主拱采用現場焊接連接。鋼材材質均采用Q345B。

(2)氣密性鋼板系統:主拱(山墻柱)之間密布鋼梁(間距約3m)，主拱(山墻柱)與鋼梁間采用弧形氣密性鋼板現場焊接密封。

由此可見拱型鋼箱體制作、氣密性鋼板的焊接等施工將是我們技術工藝創新施工關鍵所在。

2 大跨度拱型鋼箱型梁、氣密性鋼板焊接工藝措施

2.1 箱型主拱的制作工藝

(1)箱型主拱分段

本工程箱型主拱外型尺寸:中部主拱8榀為箱型□2080×1000×38×38，端部2榀主拱為□980×900×25×28箱型。主拱采取分5段(不包括兩端預埋拱腳)出廠方案，最大運輸單元為B段，外形尺寸(mm)為3700×1000×20500，單體重約40t，圖1，圖2，圖3。

對于A、B段則在工廠內分為2節(長10m左右)制作，再整體拼裝好出廠。本工程箱型采用立式組裝、立式焊接的方法，由于此結構所用板較厚，又是弧形箱體結構，為了防止不因翻轉導致組裝定位點焊撕裂，所以在翻轉前需要加固處理，并盡量減少箱體的翻轉次數，造成不必要的成本損失，圖4，圖5。

(2)箱型拱梁焊接前的準備

a) 用20#工字鋼或16#槽鋼搭建組裝平臺，采用光學儀器校正，然后根據箱型梁的外形幾何尺寸做成胎架，并逐一對各項傾斜尺寸校正調整后固定。編制加工工藝，并繪制下料圖和組裝圖。

b)材料(鋼板)的切割及校正

素材拋丸除銹后根據排版圖接料。箱型拱梁的蓋板采用多頭氣割機下料并在輥床上輥出大致弧度， 箱型拱梁的側板采用數控氣切割機切出弧形。

放樣和號料應預留收縮量(包括現場焊接收縮量)及切割、銑端等需要的加工余量表1:

焊接收縮量根據不同的構件的結構特點由下料時具體給出。

c)組裝點焊工藝

1)組對底板和蓋板剖口處的焊接襯板，箱型內壁栓釘預先在側板、蓋板組裝前定位焊接完成。

2)將底板放在制作好的胎架上，再將兩側板放在底板上組對成槽型，調整好尺寸后采用間距400mm左右的定位焊將其固定。并在箱體內部加設臨時支撐，以減少因主焊縫而產生的焊接變形。

3)焊前預熱

根據板厚制定出焊前預熱的最低溫度(見表2)

(3)焊接要領

a)接板焊接采用CO2打底至坡口2/3處翻身，反面碳弧氣刨清根，以CO2打底，再用埋弧焊蓋面并再翻身，最后再正面用埋弧焊蓋面;

b)根據多年對此結構類型操作的經驗，先采用CO2氣保焊在箱體內部焊接下蓋板主焊縫的封底熔透焊，待檢驗合格后再裝配上蓋板。

c)用CO2氣保焊焊接箱體外部上蓋板主焊縫的封底熔透焊。待檢驗合格后，測量構件的焊接變形，根據變形的大小方向，確定堆焊層的焊接次序，圖6。

d)為控制焊接變形，四道主焊縫的堆焊應盡量同時施焊。每層焊完時都要用磨光機打磨清理，檢查合格后才能進行下一層施焊，圖7。

e)待主焊縫焊完并檢驗合格后，裝配、焊接箱體內外側的零件板及8m標高以下箱體外壁栓釘焊接。

f)拆除箱體內部臨時支撐并打磨、打掃清理干凈，對單體構件進行自檢，互檢，專檢驗收，檢驗合格后，方可進行A、B段拼裝。

g)拼裝結束后仍要進行以上檢查，檢查合格后，方可按要求進行現場拼接標示。然后對箱體內部用高壓水槍進行沖洗，再用壓縮空氣吹凈。并及時用彩鋼板對箱體兩端進行包裝密封，防止雜物進入，構件制作完后，及時按施工圖紙要求進行鋼印編號及除繡，然后再按圖紙要求核對并用紅色油漆反號，將標高和中心線標示在醒目的位置，等侍裝車出廠，作好運輸準備。

2.2 氣密性鋼板的制作工藝和試驗(氮氣試驗)

本工程房屋內部采用在主拱(山墻柱)之間@3000的內檁條(即鋼次梁)上焊裝氣密性鋼板，配合密封門窗，在房屋內部形成氣密性實驗空間。氣密性鋼板厚為8mm，鋼板向房屋內部拱起，背面@1000設6mm厚的肋板，以承受室內氣壓增加的壓力。所以氣密性鋼板本身的氣密性能，和鋼板接料焊縫及現場與鋼構件上伸出的翼緣板的對接焊縫的氣密性能的實現，是本工程的一大難點。

(1)首先鋼板在采購時要求出廠鋼板全部要進行100%的超聲波檢驗，杜絕夾層等軋制缺陷。

(2)鋼板的工廠接料采用雙面熔透焊;拱邊封頭梁在工廠制作采用氣密性角焊縫;氣密性鋼板現場安裝的對接焊縫應采取單面焊雙面成型技術。針對這三種焊接方式，編制針對性的焊接工藝，并做了一個試驗單元進行打壓試驗，圖8。

為了對鋼構件按上述工藝制作后保證它的氣密性，現對該如上圖所示的試驗單元進行致密性檢驗:

1)進行外觀檢查，在外觀質量滿足要求的前提下采用超聲波對氣密性焊縫按一級(100%比例)進行探傷檢查，當滿足要求時進行下一步，否則刨開整改。

2)經以上檢查合格后，在單元體外部的所有焊縫處涂抹肥皂液，以便檢查是否漏氣。

3)從預留法蘭連接口中壓入氮氣，因為氮氣的質量輕，可穿透微小的孔隙，且它又是隋性氣體，不易與其它物質起反應，所以按設計要求的允許壓力進行氣密單元壓力試驗，當達到設主要求的壓力時進行外部觀察有無氣體漏出。

4)觀察時該單元箱體如無異常響聲，所有涂抹肥皂液的焊縫處無氣泡產生，該箱體無可見變形，就視該箱體的氣密焊接合格。

2.3 氣密性鋼板的焊縫制作工藝和試驗(煤油試驗)

由于煤油試驗常用于檢驗敞開的容器，所以按上述工藝要求取主拱板材，規格(mm)為1500×1000×300×38。并將其組對施焊成如上圖所示的試驗槽，進行氣密性焊縫及探傷檢測，圖9。

(1)對該的所有焊縫進行外觀檢驗，在外觀質量滿足要求的前提下采用超聲波對氣密性焊縫按一級(100%比例)進行探傷檢查，當滿中要求時進行下一步，否則刨開整改。

(2)先將內外清洗干凈，干燥后在槽的外面的焊縫上涂一層白粉水容。

(3)在槽型試件內的各條待檢焊縫表面上涂抹煤油，涂抹要均勻無遺漏，由于煤油的表面張力很小，滲透性很強，具有透過極小貫穿性缺陷的能力，在焊縫的穿透性缺陷處，煤油就能很容易的穿過去，所以選用煤油試驗。

(4)15～20min后，時間不能過長，因為時間過長，煤油會漸漸散開成為模糊的斑跡，所以約在15-20min時開始觀察煤。

(5)如在規定的時間內在待檢焊縫的白粉表面上，沒有油斑，就說明該焊縫合格。否則會在油槽型試件外面焊縫的白灰上出現油斑或條狀油跡。

3 經濟技術分析

傳統的施工方案和本工程所采用的一邊制作一邊檢驗等新工藝方案對比，工程量為:3000t，(不含材料費)本工程當采用這種施工方法，成本上節省約150.94萬元，工期提前26天，得到業主和各方的好評。

4 結語

施工中通過運用“大跨度拱型箱梁、氣密性鋼板焊接制作新技術”，解決了超大跨弧型箱體結構下料制作、拼裝焊接和吊裝安裝、調整中的一些技術難題，保證了工期節點和施工質量、安全和進度，受到業主、設計和監理的高度贊揚，其良好的業績為今后承接類似工程積累了經驗和奠定了堅實的基礎。此制作新技術的成功應用降低了施工成本，縮短了施工周期，有效解決了超大跨箱體梁、氣密性鋼板焊接焊縫的檢驗等帶來的難題，大大的減少了安裝周期和對其他專業的影響，其科學的施工工藝，先進的施工技術具有廣泛的推廣和應用價值。

參考文獻

[1]GB 50205-2001，鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[2]JGJ 81-2002，建筑鋼結構焊接規程[S].