大跨度復(fù)雜箱型變截面雙肢雙曲張弦梁加工技術(shù)研究與探討

梁鵬 常武光 杜威 鄭大雨 中冶（上海）鋼結(jié)構(gòu)科技有限公司

一、工程概況

重慶大學(xué)體育館呈鉆石形狀，在四周設(shè)有一圈型鋼混凝土框架柱以支承鋼屋蓋，屋蓋南北向73.4m，東西向82.454m，建筑高度24.22m。屋蓋結(jié)構(gòu)主要為大跨度箱型雙肢雙曲變截面張弦梁，共有8 榀，每榀桁架跨度83.3m，重約100t。本工程鋼結(jié)構(gòu)總量約1800t，材質(zhì)主要為：Q460GJB、Q355GJB 和Q355B。見圖1、圖2。

圖1 體育館屋蓋結(jié)構(gòu)效果圖

圖2 體育館俯視圖

二、加工重點(diǎn)、難點(diǎn)

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)均為焊接構(gòu)件，鋼材規(guī)格繁多，焊縫形式多樣，焊接量較大且焊縫質(zhì)量要求高等。其中張弦梁為變截面雙肢雙曲箱型構(gòu)件，彎弧角度難以控制、跨度較大且節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較為復(fù)雜；制作焊接難度高，變形控制難度大；其零部件組裝工序繁多，需嚴(yán)控裝配順序。

三、工藝流程

張弦梁制作步驟：放線支設(shè)胎架（見圖3）→張弦梁箱體分段組裝（見圖4）→箱體焊接（重點(diǎn)控制拉索耳板焊接）→整體預(yù)拼裝（見圖5）→復(fù)測(cè)，張弦梁總體成型的關(guān)鍵是拉索耳板裝配工藝及厚板焊接。

圖3 張弦梁制作胎架

圖4 張弦梁分段加工制作

圖5 張弦梁整體預(yù)拼裝

四、張弦梁制作

首先進(jìn)行張弦梁裝配胎架搭設(shè)，其胎架高度根據(jù)張弦梁弧形走向及裝配作業(yè)空間確定；采用熱軋H 型鋼等組成整體拼裝胎架，使用全站儀進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量。胎架搭設(shè)完成后頂部使用20mm 厚的鋼板作為張弦梁底部弧形走向模板（見圖6）進(jìn)行定位鋪設(shè)（箱體底板），箱體底板鋪設(shè)完后在其上面進(jìn)行箱體側(cè)板的定位放線，然后采用定位鋼板與撐桿將箱體側(cè)板進(jìn)行固定，側(cè)板安裝完接著裝配箱體內(nèi)隔板（見圖7）；其箱體側(cè)板及內(nèi)隔板全部裝配及焊接完并經(jīng)檢查檢測(cè)合格后，進(jìn)行頂部圓弧走向模板（箱體蓋板）封閉并焊接。

圖6 胎架搭設(shè)（深藍(lán)部位為弧形走向模板）

圖7 側(cè)板、內(nèi)隔板裝配示意

張弦梁組裝前應(yīng)根據(jù)胎架圖紙仔細(xì)核對(duì)胎架的空間曲線走向，構(gòu)件組裝前必須熟悉圖紙和工藝，認(rèn)真核對(duì)零件編號(hào)、外形尺寸和坡口，核查平面度、直線度等各種偏差，徹底清除待焊區(qū)的浮銹、底漆、油污和水分等有害物，確認(rèn)符合圖紙和工藝要求后方可組裝。首制件必須經(jīng)檢查合格后方可批量生產(chǎn)。

五、拉索耳板節(jié)點(diǎn)裝配工藝

（一）張弦梁拉索耳板貫穿張弦梁上下翼緣板的節(jié)點(diǎn)形式

拉索耳板板厚100mm，拉索耳板處張弦梁截面尺寸口（1300-1313）*600*30*30，張弦梁拉索耳板位置有特殊注明，腹板厚度為40mm。

（二）拉索耳板節(jié)點(diǎn)區(qū)域裝配工序流程

幾何尺寸檢查→耳板、翼緣板焊接→加筋板裝配焊接→焊縫探傷→位置標(biāo)記→腹板裝配→加筋板靠腹板電渣焊、腹板焊縫焊接→焊縫探傷檢測(cè)→幾何尺寸檢查

如圖8、圖9 所示。

圖8 拉索耳板節(jié)點(diǎn)詳圖

圖9 拉索耳板節(jié)點(diǎn)剖面圖

拉索耳板裝配工藝流程：零部件下料→箱體U 型拼裝→拉索耳板裝配→箱體內(nèi)加勁板裝配定位→拉索耳板、加勁板焊接→封閉箱體蓋板。

拉索耳板插入箱體后內(nèi)部后，其加勁板的焊接難度大，焊接操作空間小。因此先進(jìn)行裝配加勁板并焊接，后裝配40mm 厚的腹板并焊接，確保加勁肋焊接質(zhì)量。其裝配焊接流程：耳板插入上下翼緣板→裝配箱體 20mm 厚的內(nèi)部加勁肋→焊接上下翼緣板焊縫→焊接加勁肋與翼緣及耳板焊縫→裝配40mm 厚區(qū)域腹板→焊接腹板與20mm 厚加勁肋焊縫→拼裝封頭加勁肋并焊接。

各加勁肋拼裝及焊接順序：耳板及翼緣拼裝→加勁肋①&②拼裝、焊接→40mm厚區(qū)域腹板拼裝、焊接→加勁肋③&④拼裝、焊接→拼裝40mm 厚腹板區(qū)域外的腹板。其中①號(hào)位置兩塊對(duì)稱的加勁肋與腹板的焊縫采用電渣壓力焊，其余均為二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（見圖10）。

圖10 拉索耳板節(jié)點(diǎn)加勁肋位置示意圖

（三）拉索耳板關(guān)鍵工序控制及注意要點(diǎn)

1.耳板與箱型梁翼緣板裝焊

翼緣板開洞位置按照?qǐng)D紙要求劃線放樣，使用半自動(dòng)火焰切割機(jī)進(jìn)行切割及坡口制備。吊耳裝配后定位點(diǎn)焊，幾何尺寸檢查無誤后裝配①和②號(hào)加勁肋，然后進(jìn)行焊接，焊接時(shí)2 人對(duì)稱焊接，以減少焊接變形。

2.加勁肋的裝焊

加勁肋的裝配位置按照加工圖紙劃線放樣定位。嚴(yán)格按照裝配順序進(jìn)行裝配、施焊，采用2-4 人同時(shí)對(duì)稱施焊。加勁肋施焊結(jié)束后進(jìn)行電渣壓力焊的加勁肋的裝配位置，標(biāo)記在翼緣板位置，為腹板拼裝后的電渣壓力焊做準(zhǔn)備。

六、焊縫UT檢測(cè)

屋面張弦梁為節(jié)點(diǎn)上下600mm 范圍內(nèi)全熔透二級(jí)焊縫，端部100mm 范圍內(nèi)全熔透二級(jí)焊縫，其中部分熔透坡口焊縫厚度不小于板厚的2/3，且不小于12mm。

七、張弦梁總體尺寸復(fù)查與校正

焊接完成后將分段張弦梁吊裝至預(yù)拼裝的胎架并用全站儀對(duì)關(guān)鍵控制尺寸復(fù)查。主要控制點(diǎn)為彎扭節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值和桁架最外端主梁端部空間坐標(biāo)值。

整段張弦梁因焊接引起的控制點(diǎn)移位區(qū)域宜采用火焰校正。保證關(guān)鍵控制點(diǎn)與胎架間隙≤3mm。合格采用半自動(dòng)火焰切割機(jī)制備工地焊縫坡口。坡口為外坡口，坡口角度35°。

八、結(jié)束語

通過該項(xiàng)目大跨度雙肢雙曲箱型變截面構(gòu)件的工藝研究與探討，最終形成大跨度箱型變截面構(gòu)件以分段加工，支設(shè)大型胎架整體精確定位拼裝的加工工藝。內(nèi)容重點(diǎn)對(duì)張弦梁加工工藝和拉索耳板裝配定位控制方法以及焊接節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量控制方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述。使用全站儀測(cè)量張弦梁構(gòu)件各控制點(diǎn)坐標(biāo)值均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。該加工工藝的成功應(yīng)用為雙肢雙曲箱型變截面張弦梁的加工質(zhì)量，施工工期，項(xiàng)目成本控制等奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)類似復(fù)雜構(gòu)件的制作起到一定的借鑒作用。