弧形管桁架相貫線切割及跨外吊裝施工方法

安 東 風(fēng)

(太原師范學(xué)院基建辦,山西 太原 030012)

弧形管桁架相貫線切割及跨外吊裝施工方法

安 東 風(fēng)

(太原師范學(xué)院基建辦,山西 太原 030012)

論述了弧形管桁架相貫線切割及跨外吊裝施工的工藝原理，對(duì)弧形桁架切割、弧度控制、拼裝焊接作業(yè)、桁架拼裝等技術(shù)進(jìn)行了介紹，實(shí)施效果表明：通過該施工工藝，取得了良好的施工效果。

弧形管桁架相貫線切割，跨外吊裝，拼裝

對(duì)于倒三角“橄欖”狀鋼管桁架體系，在普通管桁架的基礎(chǔ)上，形狀進(jìn)行了變異，桁架整體呈多方向弧度變化，鋼管進(jìn)行多項(xiàng)弧變，管與管之間相貫坡口連接，吊裝難度相對(duì)較大。

1 工藝原理

目前國(guó)內(nèi)已有科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者在鋼管桁架結(jié)構(gòu)的相貫線切割及吊裝領(lǐng)域進(jìn)行了研究，其切割工藝及吊裝技術(shù)各有所側(cè)重和不同。

鋼管桁架結(jié)構(gòu)中存在大量的鋼管相貫連接節(jié)點(diǎn)，對(duì)于弧形管桁架相貫線角度更多，傳統(tǒng)的人工放樣切割已經(jīng)不能滿足精度和工廠化生產(chǎn)的要求。通過應(yīng)用專業(yè)軟件，完成二次深化設(shè)計(jì)和圖紙轉(zhuǎn)化工作，建立立體數(shù)字模型，最終得出每根桿件長(zhǎng)度、坡口切割角度等技術(shù)參數(shù)，通過模型建立直接生成零件圖和材料清單。用數(shù)控等離子相貫線切割機(jī)進(jìn)行每根管相貫坡口的切割施工，通過事先編制的放樣程序在電腦控制下自動(dòng)切割，一次性完成多變角度相貫坡口的開設(shè)，確保鋼管相貫切口的切割精度。煨彎采用煨彎?rùn)C(jī)進(jìn)行多變弧度煨彎，然后按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行拼裝焊接。

在四周建筑物均已建成，不能采用常規(guī)跨內(nèi)吊裝的情況下，位于支座不同高度控制斜向安裝就位時(shí)，采用在跨外單榀整體吊裝法，利用三點(diǎn)起吊，對(duì)于桁架身體不對(duì)稱、重心不居中的特點(diǎn)，桁架的吊點(diǎn)位置通過設(shè)計(jì)計(jì)算確定。在空中利用“第三吊點(diǎn)”及滑移繩索的方法改變桁架傾斜度，使其與不同標(biāo)高兩支座間的斜度相吻合，并能夠準(zhǔn)確放置于支座上。

2 方法的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 二次深化設(shè)計(jì)

深化設(shè)計(jì)中對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分段需要綜合考慮加工制作、運(yùn)輸分段，安裝方案，節(jié)點(diǎn)劃分，制作工藝，焊接收縮及變形，結(jié)構(gòu)預(yù)起拱等因素。

通過“BYME管網(wǎng)結(jié)構(gòu)相貫線CAD/CAM軟件”可自動(dòng)地從管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的圖形文件中提取鋼管相貫數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理，建立管網(wǎng)結(jié)構(gòu)相貫數(shù)據(jù)庫(kù)，輸出“相貫鋼管信息列表”和“基本節(jié)點(diǎn)數(shù)匯總表”。通過軟件提取每根鋼管的空間坐標(biāo)位置，并自動(dòng)生成三維模型圖，同時(shí)組建相貫數(shù)據(jù)庫(kù)，并在管網(wǎng)結(jié)構(gòu)相貫數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下系統(tǒng)輸出材料清單，列出所需鋼管的規(guī)格、材質(zhì)及數(shù)量。通過圖形轉(zhuǎn)換成文件輸入，經(jīng)過計(jì)算得出桿件坡口角度、長(zhǎng)度等技術(shù)參數(shù)。再得出切割數(shù)據(jù)單及煨彎弧度并最終生成單根切割等數(shù)據(jù)。

2.2 弧形桁架切割及弧度控制

相貫桿件的切割采用HID-600EH五維數(shù)控管線切割機(jī)。通過六軸連動(dòng)，等離子切割管材坡口，由電腦控制切割機(jī)的切割速度、變換角度形成了所要求的坡口，同時(shí)滿足管材兩端坡口與上下弦管相吻合，解決坡口角度的控制難點(diǎn)。

具體坡口切割操作：1)定角切割坡口：割槍以一固定的角度進(jìn)行坡口切割。2)定點(diǎn)切割坡口：系統(tǒng)提供0°，90°，180°，270°共四點(diǎn)(或八點(diǎn)0°，45°，90°，135°，180°，225°，270°，315°)允許用戶輸入坡口角度，系統(tǒng)將按照輸入的值來變化坡口的角度，點(diǎn)與點(diǎn)之間平滑過渡。固定焊接角度坡口：輸入一個(gè)固定的焊接坡口角度，系統(tǒng)將按照相貫關(guān)系，自動(dòng)折算成切割的坡口角度進(jìn)行切割。

弦桿煨彎采用專業(yè)煨彎?rùn)C(jī)：通過計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備→置入桿件→夾緊作業(yè)→煨彎→取出桿件的程序進(jìn)行。

2.3 拼裝焊接作業(yè)

拼裝焊接過程中采用從中間節(jié)點(diǎn)向桁架兩端節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展的焊接順序，采用多點(diǎn)式組焊、間歇式對(duì)稱施焊等相結(jié)合的辦法，利用預(yù)留焊接收縮余量，預(yù)制焊接反變形等措施，減少焊接變形和焊接應(yīng)力的產(chǎn)生。對(duì)于管壁較厚的桿件相貫坡口采用臺(tái)階式坡口，可以有效的減小焊縫截面面積。

焊接過程中采用氬弧焊打底，隨后跟進(jìn)二氧化碳?xì)獗：负罄m(xù)焊層，減少焊接變形，上弦與下弦同時(shí)施焊，使變形抵消。焊接完畢，對(duì)弦桿弧度進(jìn)行檢驗(yàn)，看是否有超差出現(xiàn)。

具體操作要點(diǎn)：

1)對(duì)接熔透焊縫：熔透焊為二級(jí)焊縫要求。焊接電流140 A～180 A，焊接電壓24 V，焊接速度15 cm/min。

2)腳高度：大于被焊件中較薄件的厚度。焊接電流140 A～160 A，焊接電壓22 V，焊接速度16 cm/min。

手工電弧焊接時(shí)可參照表1參數(shù)。

表1 手工電弧焊接參數(shù)表

3)桿件下料時(shí)每個(gè)對(duì)接頭預(yù)留2 mm的收縮量，每個(gè)節(jié)點(diǎn)預(yù)留1 mm的焊接收縮量現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接接頭處預(yù)留10 mm～20 mm的調(diào)整量。

4)焊縫外觀：用肉眼和量具檢查焊縫外觀缺陷和焊腳尺寸，應(yīng)符合施工圖和施工規(guī)范的要求，焊波均勻，不得有裂紋、未熔合、夾渣、焊瘤、咬邊、燒穿、弧坑和針狀氣孔等缺陷，焊接區(qū)應(yīng)清理干凈，無飛濺殘留物。

2.4 桁架現(xiàn)場(chǎng)拼裝

當(dāng)桁架長(zhǎng)度較短，滿足運(yùn)輸限長(zhǎng)的要求時(shí)，在制作現(xiàn)場(chǎng)組拼完畢后運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于整體長(zhǎng)度較長(zhǎng)，無法整體運(yùn)輸?shù)蔫旒?，需要在現(xiàn)場(chǎng)完成二次拼裝工作。對(duì)于“倒三角”式弧形管桁架的現(xiàn)場(chǎng)拼裝采用倒置拼裝方式，即：拼裝上弦→拼裝下弦→腹桿安裝。

拼裝中，安裝現(xiàn)場(chǎng)上弦拼裝時(shí)在兩端部設(shè)置門式腳手架組裝，腳手架水平桿設(shè)置手拉葫蘆用于調(diào)整桁架弧度及標(biāo)高。用塔吊吊裝下弦桿件就位后，兩端部采用門式腳手架臨時(shí)固定，手拉葫蘆調(diào)節(jié)下弦桿件的標(biāo)高及弧度。

桁架現(xiàn)場(chǎng)拼裝示意圖如圖1所示。

2.5 跨外吊裝

吊裝前，首先要對(duì)螺栓的位置、軸線、標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，吊車吊裝站位應(yīng)能滿足吊車全部支腿伸出，地面承載力符合要求。

吊點(diǎn)選擇位于上弦桿上，采用三點(diǎn)法進(jìn)行吊裝作業(yè)，其中跨中一點(diǎn)，兩側(cè)各一點(diǎn)。位于桁架兩側(cè)的吊點(diǎn)，由于倒三角弧形桁架頂面為一面體結(jié)構(gòu)，所以吊裝的兩吊點(diǎn)應(yīng)在桿件兩側(cè)同時(shí)分別設(shè)置，吊裝之前首先進(jìn)行試吊，確定穩(wěn)定性后再進(jìn)行。

由于桁架安裝支座標(biāo)高不一，在高支座一邊的桁架端部設(shè)置另外的“第三點(diǎn)”，在空中保持桁架吊裝的平穩(wěn)后，利用人工拉動(dòng)第三點(diǎn)，繩索滑移改變桁架傾斜度，使其與兩支座間的斜度相吻合，并能夠準(zhǔn)確放置于支座上。吊裝前先將桁架一側(cè)的支座放到定好位的位置上，桁架安裝到位，調(diào)整好位置和標(biāo)高、接口處理、點(diǎn)焊強(qiáng)度穩(wěn)固后松鉤開始下一步吊裝。在兩端分別利用腳手管對(duì)桁架前后兩個(gè)方向進(jìn)行穩(wěn)固，在低端支座處外側(cè)部位設(shè)置托架，防止其向下滑移和失穩(wěn)。

3 實(shí)施效果

太原師范學(xué)院新校區(qū)行政中心樓位于山西省晉中市高校園區(qū)，建設(shè)單位為太原市師范學(xué)院，設(shè)計(jì)單位為華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，該工程總建筑面積為18 500 m2，總建筑高度為19.350 m。建筑層數(shù)為地上4層，地下1層，建筑類型為公共建筑，結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

行政中心樓中庭上空鋼結(jié)構(gòu)屋頂采用弧形管桁架結(jié)構(gòu)。跨度為26 m的簡(jiǎn)支梁倒三角鋼管桁架體系，位于框架結(jié)構(gòu)中庭屋面，安置于不同標(biāo)高兩端支座上。其上下弦桿均為弧形，呈“橄欖”狀。管桁架用方鋼檁條連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系，采光天棚封閉。

主桁架5榀，跨度約26 m，次桁架8榀。上下弦桿采用φ140×6焊管，上弦橫、斜桿采用φ114×5焊管，腹桿采用φ76×4和φ76×6焊管。桁架為倒三角錐形，單榀主桁架約3.7 t?；⌒舞旒軆啥酥ё帢?biāo)高不一，高差約1.8 m。

該工程安裝空間狹小，中庭外側(cè)建筑物主體均已施工完畢。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用跨外240 t輪胎式起重機(jī)三點(diǎn)起吊，要求在樓頂構(gòu)件翻身、倒運(yùn)等一次完成。

4 結(jié)語(yǔ)

通過采取上述方法，管桁架撓度及整體平面度經(jīng)檢測(cè)符合設(shè)計(jì)要求，并最終以設(shè)計(jì)、建設(shè)、監(jiān)理單位及鋼結(jié)構(gòu)專家的高度評(píng)價(jià)通過了主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益雙豐收。

On construction methods for intersecting line cutting and external hoisting of arc pipe truss

AN Dong-feng

(InfrastructureConstructionOffice,TaiyuanNormalUniversity,Taiyuan030012,China)

The paper indicates the craft principle for the arc pipe truss intersecting line cutting and external hoisting, introduces the techniques for the arc truss cutting, the arc control, assembly welding, and truss assembly, and proves by the implementation effect that the construction craft can achieve better construction effect.

intersecting line cutting and external hoisting of arc pipe truss, external hoisting, assembly

1009-6825(2014)22-0099-03

2014-05-22

安東風(fēng)(1976- )，女，工程師

TU758.15

A