飛機靜力/疲勞試驗承力地軌施工技術(shù)

金國建

摘要：飛機靜力/疲勞試驗承力地軌安裝精度要求非常高，通過把精度控制分解到各組件制作、構(gòu)件的組拼、安裝、固定等工序中，減小各工序誤差等一系列施工技術(shù)，實現(xiàn)了設(shè)計所要求的精度，滿足了試驗所要求的使用功能。

關(guān)鍵詞：承力地軌;鋼槽骨架;施工技術(shù)

前言

隨著我國的航空事業(yè)的高速發(fā)展，新型飛機的研發(fā)步入快車道，飛機強度試驗也隨之越來越多，為了滿足飛機靜力/疲勞試驗的需要，需建設(shè)專用的承力地坪，而承力地坪中的承力地軌的精度要求非常高，其施工質(zhì)量的控制就顯得尤為重要。同時由于國內(nèi)對承力地軌鋼槽骨架的施工沒有相應(yīng)的規(guī)范、也沒有形成統(tǒng)一的施工方法和成熟的施工技術(shù)。本文對具體工程成功的施工技術(shù)進行總結(jié)，值得在今后類似的工程中借鑒。

1.工程概況

中國航空集團某所是全國唯一的飛機強度試驗專業(yè)基地，承擔全國各種飛機的強度試驗。全國各飛機設(shè)計單位設(shè)計的飛機，在樣機首飛和裝備服役前，都將在這里進行各項強度試驗，驗證飛機強度是否滿足飛行安全及適航要求。我單位承擔施工的該所〈101#飛機靜力/疲勞試驗廠房〉的承力地坪，是我國乃至亞洲最大的飛機試驗地坪，為國家重點建設(shè)項目。地坪表面積10210m2，厚度1.5m。地坪中嵌筑鋼結(jié)構(gòu)承力地軌，形成承力體系。

該試驗廠房由于使用性能的特殊性，對承力地坪質(zhì)量要求嚴格，承力地軌安裝精度要求高，而且制作及安裝數(shù)量多，承力地軌112條，地軌每條長78.4m。承力地坪鋼結(jié)構(gòu)總重量1990噸。

2.工程設(shè)計及技術(shù)要求

2.1承力地軌平面圖

2.2承力地軌結(jié)構(gòu)及幾何尺寸

2.3承力地軌技術(shù)要求

2.3.1兩相鄰地軌中心線間距偏差±2mm。

2.3.2同一地軌鋼槽兩平面標高偏差±1mm。

2.3.3地軌沿長度方向不平整度≤1mm /m，全長總允差≤10mm。

2.4地軌制作安裝結(jié)構(gòu)

每條地軌設(shè)計分為3個型號單元，每個單元地軌鋼槽架長度26.88m，型號為GC—1，GC—2，GC—3，GC—4等，地軌鋼槽與鋼槽之間由中間取物槽相連。

3.方案選擇

3.1承力地軌制作控制點

本工程施工精度要求高，沒有合理的工藝及技術(shù)措施是很難保證設(shè)計要求的，經(jīng)向使用單位咨詢并根據(jù)用途及設(shè)計要求分析，確定了以下三個控制重點，以這三個控制點選取施工方案。

3.1.1重點控制地軌鋼槽架間隙56mm尺寸和相鄰兩槽鋼架標高尺寸。

3.1.2控制好地軌鋼槽架的制作精度，采取措施減小變形，以保證直線度。

3.1.3現(xiàn)場組拼聯(lián)接后保證整體幾何尺寸、標高平直度等要求。

3.2制作方案選擇

3.2.1搭設(shè)平臺

首先要考慮采取措施控制地軌鋼槽架的平直和兩槽鋼相鄰上平面的誤差（±1mm）必須滿足設(shè)計要求，這是制作的最大難點，又是滿足用戶使用要求的必要關(guān)鍵控制點。經(jīng)多方案比對研究，選取在平臺上將槽鋼擠壓平直的工藝方案，即在平臺上將地軌鋼架倒扣，平臺上焊小龍門架及其他胎具，小龍門架每隔1425mm設(shè)一個，用胎具約束槽鋼控制變形。

地軌鋼槽架每型號單元長26.88m，考慮制作、倒運和運輸不便，選取分段制作，將一個型號單元的鋼槽架分三段制作，安裝時再拼為整體。

根據(jù)分段尺寸，平臺搭設(shè)長度選19.5m。用兩條18#槽鋼鋪底，上鋪10mm厚鋼板，水平儀找平，然后在平臺上焊接龍門架，小龍門架用于擠平鋼槽架槽鋼，大龍門架用于鋼絲拉線控制鋼架垂直。

在平臺上放出地軌鋼槽架直線及尺寸線，用鋼楔在龍門架上將槽鋼垂直、水平兩方向擠壓平直，然后組裝其他零、部件，待鋼架成為整體后，整體吊離平臺。

3.2.2制作工序

?????? ???耳板下料——與Φ22豎向螺紋鋼鋼筋焊接——

槽鋼下料——槽鋼打坡口——槽鋼接長焊接——擺放拼裝臺—分段整體拼裝

支撐角鋼下料——與?10圓鋼焊接——

3.2.3焊接施工方法

（1）耳板與豎鋼筋的焊接

因與耳板連接的豎鋼筋緊靠槽鋼凹槽部位，在靠槽鋼一面的焊縫施焊非常困難，一方面焊鉗無法操作，另一方面施工人員無法觀察焊縫情況，而此筋是地軌傳力的主受力筋，是較為重要的一道焊縫，僅單面焊縫無法保證強度要求，經(jīng)研究采取預(yù)先焊接成組件再上拼裝臺拼裝的方案。

預(yù)先在鋼板上按圖紙要求的尺寸做一個胎膜，將下好料的耳板和鋼筋在胎膜上組焊，用此方法可以保證鋼筋兩面焊縫的高度，同時可以很方便的檢查控制焊縫質(zhì)量，而且用此法施焊時焊縫均為平焊操作，很容易保證質(zhì)量，且焊接效率高。焊成組件后，在后面的拼裝工序中，其拼裝精度高，拼裝效率也提高很多。

（2）耳板與角鋼的焊接

耳板與角鋼的焊接在靠槽鋼凹槽部位同樣施焊困難。為保證拼裝精度，不考慮散件拼裝，仍以組件上拼裝臺，

組件與耳板因不能提前預(yù)焊，造成難焊部位無法施焊，為保證該部位的焊縫強度，經(jīng)計算并征得設(shè)計同意采取三面圍焊，難焊部位不施焊的方案。

3.2.4拼裝

在鋼平臺上進行鋼架整體拼裝，首先在平臺上彈線，按照兩槽鋼相鄰間距及各豎撐間距制作拼裝胎膜，在胎膜上將槽鋼、豎撐定位，復(fù)核尺寸后進行拼焊（點焊牢固）。

槽鋼底部間距由焊接在胎膜上的數(shù)個尺寸控制鍵控制，控制鍵用圓鋼切割磨削至槽鋼相鄰間距尺寸（56mm），然后按照放樣的樣線點焊在平臺上，控制鍵間隔尺寸≤1245mm。槽鋼上部間距用臨時卡件控制，臨時卡件用鋼板制成。

為保證槽鋼在拼裝時穩(wěn)固不移動，在槽鋼外部兩邊每隔一定距離焊定位塊，定位塊間隔同控制鍵，拼裝時用木楔或鋼楔將槽鋼卡死，拼裝完成后去掉木楔將鋼架移出平臺。

在平臺兩端的大龍門架上，繃緊鋼絲，找直角鋼組件，每組件用儀器校正垂直，然后依次拼裝角鋼組件—豎鋼筋組件—斜向連接鋼筋—U型油槽—水平拉接筋等。

4.施工中方案的調(diào)整

在實際施工當中，發(fā)現(xiàn)部分施工結(jié)構(gòu)及方法按照圖紙設(shè)計施工非常困難或無法實現(xiàn)，經(jīng)與使用單位和設(shè)計單位協(xié)商，在保證原設(shè)計強度要求及使用要求原則下，采取了一定的結(jié)構(gòu)及方案調(diào)整。4.1槽鋼對接焊縫的調(diào)整

圖紙設(shè)計要求，槽鋼接縫為坡口對接焊，為使槽鋼滿足兩面焊縫，因此將槽鋼采用焊接方式預(yù)先焊接接長，然后上平臺拼裝，但施工中發(fā)現(xiàn)，因焊接后的焊接殘余應(yīng)力存在，施焊后槽鋼在接縫處不可避免的產(chǎn)生焊接殘余變形，即便采取措施在平臺上將槽鋼約束焊接，但焊接殘余應(yīng)力使得去除約束后槽鋼依然產(chǎn)生變形，變形產(chǎn)生的硬彎使得校正非常困難，而承力地軌的精度要求非常高，用此工藝方法較難實現(xiàn)設(shè)計要求。

經(jīng)研究和現(xiàn)場試驗，認為采取不提前預(yù)焊，在下坑安裝時采取控制措施，盡量保證地軌的平面精度達到設(shè)計要求，工藝措施如下：

地軌鋼槽的制作分段盡量以型鋼出廠長度為準（一般9m），將型鋼兩端各切去100mm，去除端頭變形和彎曲部分，然后放樣拼裝。安裝時將兩端槽鋼對接，在接縫處增加一個與耳板尺寸和厚度相同的鋼板，焊縫結(jié)構(gòu)同耳板，焊腳尺寸增加為8mm，安裝方式與耳板在槽鋼上安裝相同。

由于有耳板的約束，使之平面外水平直線度得到了有效控制。焊縫用CO2氣體保護焊施焊，CO2氣體保護焊熱量集中，焊件加熱面積小，同時氣體有較強的冷卻作用，因此熱影響區(qū)較小，焊接變形小，經(jīng)安裝檢驗，地軌標高和平面內(nèi)直線度達到了設(shè)計精度要求。

4.2 U型槽與槽鋼的焊接

油槽用剪板機下料，用折邊機按圖紙尺寸折成U形，每段長度以鋼板寬度為準。設(shè)計圖紙給出了焊腳尺寸4mm，要求未注明焊縫均沿搭接長度滿焊，但很多搭接部位并未給出焊縫符號。開始施工時，U槽與槽鋼均采取全長滿焊工藝，但施工中發(fā)現(xiàn)，不論采取任何措施，焊后的地軌鋼槽架都會產(chǎn)生嚴重的變形，且平面內(nèi)、平面外均變形嚴重。在后期的安裝校正中施工十分困難，經(jīng)分析，主要是焊縫較長且在槽鋼一面不對稱焊，焊縫熔池結(jié)晶的累計收縮，造成槽鋼沿焊縫面整體變形，且材料誤差造成的焊縫縫隙大小不均勻，也使焊接時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力大小不均勻，造成局部彎曲變形。

經(jīng)多方研究并咨詢使用單位，確定U型槽不屬主受力結(jié)構(gòu)，主要起模板成型作用，為此要保證地軌鋼槽架的制作安裝精度，決定U型槽不再全長通焊，改為每500mm一個焊點間斷焊，每個焊點焊長50mm，U槽焊接前必須將相鄰角鋼組件之間的斜筋焊牢，使地軌鋼槽架成為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，然后焊接。未焊縫隙用結(jié)構(gòu)密封膠填縫，保證在澆筑砼時不會漏漿。改正后的方案使地軌鋼架的制作安裝精度大為提高，安裝的鋼架經(jīng)校正均滿足設(shè)計要求，且大大提高了施工效率。

5.承力地軌鋼架安裝

5.1施工關(guān)鍵點

5.1.1安裝時鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋施工人員緊密配合，預(yù)先協(xié)商制定出平行、交叉施工配合方案。

5.1.2坑底墊層表面彈地軌鋼架安裝尺寸控制線。

5.1.3確定地軌鋼架上表面標高控制線（點）。

5.1.4安裝完成調(diào)平（直）后，不得再進行影響鋼架穩(wěn)固的其他分項工程的施工，并及時澆注砼。

5.2安裝

5.2.1調(diào)平

首先在坑底彈出安裝尺寸控制線，依據(jù)控制線逐條彈出1000mm鋼架安裝尺寸線，按照尺寸線將鋼架逐條放入，擺放就位，臨時穩(wěn)固。

先初步調(diào)整槽鋼上表面標高，標高用精密水平儀控制。為使地坪盡量保證平面度，減小平面誤差，采取的調(diào)平措施如下：

每隔三條用精密水平儀找平，一條地軌每1m一個測點。中間相隔的兩條用鋁合金直杠找平，可盡量保證相鄰4條地軌完全在一個平面上，以此逐段調(diào)整，確保整個地坪偏差在設(shè)計要求內(nèi)。

由于坑底墊層上未設(shè)計預(yù)埋板，地軌鋼架底部固定方案選定鋼架豎撐與坑底滿布鋼筋相連。下部調(diào)直分段施工，每調(diào)直一段將地軌豎角鋼、豎筋與基坑底部鋼筋焊牢固定，下部調(diào)整完成后，調(diào)整地軌上部槽鋼。

5.2.2調(diào)直

地軌上部槽鋼的調(diào)直也是整個承力地坪的重點，按照圖紙誤差要求，仔細認真進行細調(diào)。因整條地軌較長，為保證直線度，同時為避免儀器誤差或人為操作誤差，用兩臺激光經(jīng)緯儀每隔1000mm打點進行直線度安裝尺寸控制。

第一條線調(diào)整完畢后，必須采取臨時穩(wěn)固措施，防止移動，以后各條鋼架參考第一條進行調(diào)直。每調(diào)整完畢一條（段），用地坪上部橫向拉結(jié)鋼筋（2Ф18）連接固定。全部安裝完畢后，再復(fù)核標高，進行最后調(diào)整，完成后及時澆注砼。

地軌鋼槽架及材料調(diào)整校正一般采用冷校正，變形嚴重時可加熱校正，加熱校正溫度控制在700度以下。

6.效果驗證及總結(jié)

6.1實施效果

承力地軌安裝完成后，由相關(guān)單位共同進行質(zhì)量驗收。主要驗收項目為：地軌幾何尺寸、安裝尺寸、焊縫質(zhì)量、標高、平直度、標高誤差。一次驗收全項合格率91%，經(jīng)二次調(diào)整后全項合格率達97%，驗收認為達到設(shè)計要求的標準。各方均同意驗收合格，發(fā)令進行砼澆筑。砼澆筑完成后，又對地軌直線和地坪平面進行復(fù)驗，結(jié)論合格，完全可滿足使用要求。交付業(yè)主使用后，業(yè)主對承力地坪的施工質(zhì)量非常滿意。

經(jīng)過二次調(diào)整安裝完成后的承力地軌

施工完成后的承力地坪

6.2施工總結(jié)

6.2.1經(jīng)驗教訓(xùn)

通過運用該施工技術(shù)，減小了各工序累計誤差。承力地軌單件長度達到78.40m，現(xiàn)場組拼后的地軌連體橫向幾何尺寸達到112.00m，工藝精度要求又很高。故方案把精度控制前移到各構(gòu)件的制作、構(gòu)件的組拼至安裝、固定等工序的控制，達到減小誤差的目的。

該技術(shù)的運用合理修改了方案。設(shè)計單位設(shè)計的角度主要偏重于安全性和功能使用要求，有時對施工工藝方面的問題難以考慮周全，在施工中實現(xiàn)設(shè)計意圖會產(chǎn)生施工難度，這需要在充分理解設(shè)計意圖基礎(chǔ)上，加以溝通并合理地進行變更或調(diào)整。如鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中因焊接殘余應(yīng)力造成的焊接變形，一般也很難避免。由于焊縫長度的不對稱、焊接位置的不對稱、焊縫大小的不對稱、鋼材材質(zhì)的不均勻、操作人員的操作習(xí)慣不同以及使用焊接電流大小不同等都會造成焊件的隨機變形，在保證結(jié)構(gòu)強度和滿足使用功能的前提下，需要根據(jù)現(xiàn)場具體情況進行方案的調(diào)整，或會同設(shè)計單位進行設(shè)計變更。

7.結(jié)束語

該試驗廠房承力地坪規(guī)模比較大，相比較于同類工程極為少見，而且相類似大型承力地軌施工技術(shù)，尚無成熟的施工經(jīng)驗以及施工工藝可借鑒。通過該工程的實踐，積累的施工技術(shù)和質(zhì)量控制的經(jīng)驗，施工成型后的地坪完全滿足設(shè)計要求和實驗需求。形成了一套成熟完整的施工技術(shù)，對今后類似工程的施工有很好的借鑒作用。

參考文獻：

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