大型管架鋼結(jié)構(gòu)施工工藝

王賀+隋波

摘要：盤錦港榮興港區(qū)油#3-#5泊位工程管架鋼結(jié)構(gòu)施工采用臥式分片組對焊接的新型工藝，使管架安裝裝配精準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)牢固，達(dá)到提高施工質(zhì)量和效率的目的。

關(guān)鍵詞：管道銅；結(jié)構(gòu)支架；成片組對；焊接變形；整體吊裝

中圖分類號：TU765 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）08-46-03

前言

管道鋼結(jié)構(gòu)支架是管道的支撐，良好的管架施工質(zhì)量是管道安裝的前提，也是保證管道系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要條件。以往管架鋼結(jié)構(gòu)施工一般采用鋼柱構(gòu)構(gòu)件、鋼梁構(gòu)件獨(dú)立組對焊接、安裝的工藝，制作時(shí)各個(gè)獨(dú)立構(gòu)件尺寸偏差較大，安裝時(shí)各個(gè)構(gòu)件尺寸配合偏差更大，嚴(yán)重影響管架安裝整體的質(zhì)量。為此，本工程采用臥式分片組對焊接的新型工藝：管架結(jié)構(gòu)分片預(yù)制、現(xiàn)場分片整體吊裝的工藝，并制定控制變形焊接工藝，為本工程質(zhì)量提供很好的保證。

1工程概況

盤錦港榮興港區(qū)油#3-#5泊位工程采用大型鋼結(jié)構(gòu)框架式管道支架（見圖1）。管架類型多、結(jié)構(gòu)大，其中最大的E型管架高12，4m，跨度17，1m。框架柱與鋼梁采用剛性連接，鋼梁腹板與框架柱上的承剪板采用高強(qiáng)度10，9S級大六角頭螺栓連接，鋼梁翼緣板與柱身或鋼柱懸臂結(jié)構(gòu)采用單邊V形加襯墊全焊透焊縫連接。典型管架結(jié)構(gòu)（見圖1）。

2施工工藝流程

2.1管架鋼結(jié)構(gòu)制作流程（見圖2）

2.2管架鋼結(jié)構(gòu)安裝流程（見圖2）

3主要施工工藝及措施

（1）依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對管架結(jié)構(gòu)進(jìn)行電腦整體放樣，在整體放樣基礎(chǔ)上形成零件、構(gòu)件圖、立面圖、平面布置圖。根據(jù)零件尺寸對應(yīng)原材料鋼板及型鋼的規(guī)格進(jìn)行電腦排板套料，以降低材料損耗，并提高施工作業(yè)效率。

（2）由于施工現(xiàn)場條件所限，須采用半自動、手工氣割下料；依據(jù)電腦放樣零件圖，用薄鐵皮制作零件下料樣板：樣板各尺寸應(yīng)與零件圖完全一致，并由質(zhì)量人員一一檢驗(yàn)核對。

（3）鋼材噴砂除銹與底漆涂裝。受打砂機(jī)內(nèi)部作業(yè)空間限制，需對尺寸過大的鋼材進(jìn)行切割，對部分用量較少、所下零件尺寸較大的鋼板要進(jìn)行提前排板，確定切割位置。除銹質(zhì)量應(yīng)達(dá)到《GB8923-88涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》中Sa2.5級的要求，底漆涂裝應(yīng)均勻且漆膜厚度滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）零件下料。

①依據(jù)型鋼排版方案和樣板對型鋼和鋼板下料，并對自由邊進(jìn)行打磨，滿足無毛刺和光順的要求，有變形時(shí)予以調(diào)校：下料后對零件的規(guī)格尺寸及編號進(jìn)行標(biāo)記。

⑦由于鋼梁腹板與框架柱上的承剪板采用高強(qiáng)度螺栓連接，因此在制作承剪板時(shí)應(yīng)特別注意螺栓孔徑和間距的控制，高強(qiáng)螺栓孔徑比螺栓直徑大2mm，允許偏差為0-0.21mm：螺栓孔應(yīng)有12H的精度，孔壁表面粗糙度Ra不應(yīng)大于12.5μm。

（5）組對

①在傳統(tǒng)類似管架結(jié)構(gòu)預(yù)制施工中，鋼梁與鋼柱之間的牛腿連接板采用獨(dú)立下料、制作螺栓孔的方法，鋼柱、鋼梁構(gòu)件制作時(shí)采用獨(dú)立拼裝制作的方法（如圖4），制作時(shí)依據(jù)構(gòu)件圖圖紙尺寸位置，牛腿連接板直接在型鋼柱、梁上進(jìn)行組對焊接；這些梁、柱之間牛腿連接板沒有進(jìn)行尺寸配合，現(xiàn)場安裝時(shí)出現(xiàn)大量梁、柱構(gòu)件無法連接在一起，導(dǎo)致大批管架無法安裝。而出現(xiàn)這些問題的原因就是：型鋼自身彎曲扭曲變形過大、零件下料、鋼梁制孔、鋼柱組對過程中的尺寸偏差、焊后整體變形等，會導(dǎo)致現(xiàn)場安裝時(shí)鋼柱構(gòu)件與鋼梁構(gòu)件裝配質(zhì)量較差，出現(xiàn)翼緣板對接焊縫錯(cuò)邊、對接間隙偏差過大。鋼梁腹板與鋼柱承剪板不能緊貼、螺栓孔不能對齊的問題。

②采用臥式分片組對焊接的新型工藝，是結(jié)合管架結(jié)構(gòu)形式（如圖5），1、2軸鋼柱結(jié)構(gòu)與鋼梁之間通過牛腿連接，牛腿連接處節(jié)點(diǎn)連接板較多，且為主要承重結(jié)構(gòu)，裝配精度要求高；而A，B軸為柱身直接與鋼梁連接，連接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較簡單。所以我們采用了1、2軸成片組對的方法：根據(jù)圖紙尺寸及鋼柱、鋼梁的規(guī)格預(yù)設(shè)胎具，將鋼柱、鋼梁及連接板等零件放入胎具之中，用鋼楔、卡蘭等工具調(diào)整其位置以達(dá)到要求，然后點(diǎn)焊固定，并依據(jù)牛腿連接板螺栓孔的位置確定鋼梁腹板的開孔位置（如圖5、6）；組對完畢后對構(gòu)件進(jìn)行編號并做好標(biāo)記：鋼梁從胎具上取下后制作螺栓孔，

③組對時(shí)須注意：

a.鋼柱承剪板必須調(diào)平，不等有彎、扭曲的情況，且與鋼梁腹板緊貼，不得有縫隙，b.鋼梁翼緣板與鋼柱上的牛腿連接板組對間隙必須符合圖紙43、44號節(jié)點(diǎn)大樣圖（如圖7）的對接要求，且錯(cuò)邊不能大于2mm。

④采用新的組對工藝的優(yōu)點(diǎn)：

a.鋼柱與鋼梁之間牛腿連接板螺栓孔能夠裝配精準(zhǔn)，避免錯(cuò)孔、擴(kuò)孔，b.鋼梁翼緣板與鋼柱上的牛腿連接板對接間隙尺寸精準(zhǔn)，且無超標(biāo)錯(cuò)邊，為后續(xù)焊接打下良好基礎(chǔ)；c.現(xiàn)場梁、柱構(gòu)件組拼快，作業(yè)效率高，降低人工及吊機(jī)費(fèi)用。

（6）鋼柱構(gòu)件焊接

焊接采用手工電弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，本工程中母材材質(zhì)全部為0235B型，因此焊材選用E4303型焊條和ER50-6型焊絲。

由于鋼柱焊縫較多，大量、連續(xù)的焊接熱量導(dǎo)致了構(gòu)件彎曲、扭曲變形，為此，采用跳焊工藝能夠減少局部一次受熱過大的原理來控制焊接變形。具體焊接順序方案如下：

①首先焊接承剪板與鋼柱腹板的焊縫，這樣能夠率先固定好承剪板與鋼柱的相對位置。焊接順序?yàn)棰佟凇邸埽ㄈ鐖D8所示）。

②然后焊接承剪板與翼緣連接板的焊縫，這樣就完全固定了承剪板，同時(shí)固定了翼緣連接板的位置。⑤、⑥、⑦、⑧焊接順序不分先后。（如圖9所示）。

③再焊肋板與鋼柱的焊縫，焊接順序?yàn)棰帷狻?1→12（如圖10所示）。

④最后焊接翼緣連接板與鋼柱的焊縫，焊接順序?yàn)?3→14→15→16（如圖11所示）。每條焊縫焊接時(shí)，先焊無坡口的一側(cè)，再焊有坡口的一側(cè)。

⑤對于過長焊縫可采用分段退焊的方法。

（7）補(bǔ)涂底漆，涂裝中間漆、面漆

①涂裝前應(yīng)先對鋼柱腹板連接板及鋼梁高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面進(jìn)行清理，保證其干凈、整潔，不得有油漆，在清理完畢后用膠帶粘貼密封，避免氧化鐵的出現(xiàn)和受到后續(xù)涂裝施工的影響。

②涂裝時(shí)，應(yīng)先對焊縫處補(bǔ)涂底漆，然后分別涂裝中間漆和面漆，且嚴(yán)格控制涂層間時(shí)間間隔。

（8）現(xiàn)場分片拼裝

①鋼構(gòu)件運(yùn)往安裝現(xiàn)場后，在現(xiàn)場搭設(shè)臨時(shí)胎具進(jìn)行預(yù)拼裝。②拼裝之前，需對鋼構(gòu)件高強(qiáng)度螺栓連接摩擦面上貼敷的膠帶進(jìn)行清理。③依據(jù)編號將鋼構(gòu)件在胎具中拼裝成片并調(diào)整到滿足圖紙要求后，進(jìn)行高強(qiáng)螺栓初擰緊并在梁柱連接處進(jìn)行點(diǎn)焊加固。④高強(qiáng)度大六角頭螺栓施工初、終擰扭矩的確定：根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中T=k*P*d

式中：T為施工終擰扭矩（N*m）；

k為高強(qiáng)螺栓連接副扭矩系數(shù)的平均值，經(jīng)過扭矩系數(shù)復(fù)試驗(yàn)得出為0.14；

P為高強(qiáng)螺栓施工預(yù)拉力（kN），按表5.8.4.1取值為170kN：d為高強(qiáng)度螺栓公稱直徑（mm），取20mm，

將數(shù)據(jù)帶人公式T=0.14*170*20≈480N*m，

初擰扭矩值為終擰扭矩值的50%，故初擰扭矩值為240N*m。

（9）安裝柱腳板

①依據(jù)圖紙要求焊接抗剪鍵與柱腳板，將柱腳板安裝于基礎(chǔ)之上，并擰緊螺栓。②測量放線：在已安裝固定的柱腳底板面，通過測量將兩柱中心線做好標(biāo)記，作為安裝基準(zhǔn)水平方向基準(zhǔn)線。

（10）根據(jù)基礎(chǔ)實(shí)際標(biāo)高對鋼柱二次加工

由于部分管架基礎(chǔ)交付高程與設(shè)計(jì)要求有較大偏差，為保證管架鋼梁標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。我們采用調(diào)整鋼柱高度的方法：首先對柱腳板上表面標(biāo)高進(jìn)行測量，得出其與圖紙要求的偏差，然后將管架鋼柱與柱腳板一一對應(yīng)，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙中鋼梁標(biāo)高，對需要二次加工的鋼柱進(jìn)行切割，以達(dá)到安裝后鋼梁標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求的目的。

（11）吊裝

將雙吊點(diǎn)對稱布置于成片管架最高層鋼梁上，使用汽車吊進(jìn)行吊裝（如圖12），管架到位后將其與提前安裝好的柱腳板點(diǎn)焊固定。

（12）管架鋼梁標(biāo)高檢驗(yàn)

將鋼尺懸掛于鋼梁上表面并豎直下拉，用水準(zhǔn)儀查看其刻度，保證鋼梁標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求，其偏差不得超過2mm。

（13）現(xiàn)場焊接

①采用手工電弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊材為E4303型焊條和ER50-6型焊絲。②鋼梁翼緣板與鋼柱懸臂結(jié)構(gòu)的連接板之間的焊縫須全熔透。質(zhì)量等級為二級。③首先焊接鋼柱與柱腳板之間的焊縫，由于焊縫間隙不同，為減少焊接變形，先焊間隙較小的焊縫，后焊間隙較大的。④由于臨海高空作業(yè)、鋼梁翼緣板與鋼柱懸臂結(jié)構(gòu)的連接板之間的焊縫質(zhì)量要求較高，使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊時(shí)，施工人員制作了防風(fēng)籠，保證了焊接質(zhì)量。

（14）高強(qiáng)螺栓緊固

在焊接完成后對高強(qiáng)螺栓進(jìn)行復(fù)擰和終擰。高強(qiáng)度螺栓連接副終擰后，螺栓絲扣外露應(yīng)為2～3扣。

（15）焊縫補(bǔ)漆

現(xiàn)場焊接完畢后，及時(shí)對焊縫進(jìn)行打磨清理，補(bǔ)涂底漆、中間漆、面漆；對倒運(yùn)和安裝過程中損壞的涂層要及時(shí)修補(bǔ)。

4結(jié)束語

此次管架鋼結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行了大量工藝改進(jìn)、采用臥式分片預(yù)制、鋼柱構(gòu)件焊接順序控制和安裝現(xiàn)場預(yù)拼裝等新的工藝方法有效的保證了安裝裝配尺寸精度和施工效率，使得本工程施工質(zhì)量跨上了新的臺階，也為同類工程的施工起到了很好的指導(dǎo)和借鑒作用。