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摘 要:本文主要介绍了湖南华菱湘钢项目超大型吊车梁的制作技术,板的薄、厚相差较大,且该梁长为59m、高为6m、单件重量为182t,再加上考虑工期和运输成本等因素,所以决定在现场施工,那么分片组装、翻转、拼装、厚板焊接等将是需要我们攻克难题。
关键词:冶金工业厂房 超大型吊车梁 现场制作新技术
中图分类号:TH21 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0118-02
1 项目概况
湘钢5000mm宽厚板精整工程的特点是最大跨度59m,牛腿标高6.8m、柱顶高28.7m,重型吊车梁较多,其中吊车梁上翼缘板规格为1000×100,腹板规格为5800×25,板薄、厚相差较大,且该梁长为59m、高为6m、单件重量为182t,类似吊车梁还有14根。再加上是现场施工,那么分片组装、翻转、拼装、厚板焊接是该超大型吊车梁技术工艺创新施工关键所在(如图1）。
2 超大吊车梁制作主要工艺措施
2.1 大吊车梁的备料排版
大吊车梁的排版工作是很重要的一个环节,由于钢板的采购运输及轧制的限制,大吊车梁中间段一般都不可避免存在拼接点,因此采用合理的排版,将每根吊车梁的不利因素及材料损耗降到最低,满足工艺和节能降耗的要求。
吊车梁的拼接:上翼缘板的拼接应避开跨中1/4跨度范围,下翼缘板应避开跨中1/3跨度范围,腹板的拼接应避开跨中1/5跨度范围。三者的对接焊缝不应相互错开200mm以上,主加劲肋与拼缝亦应错开,所以按此要求整体排板备料。
2.2 吊车梁分段焊接
长度59m,截面高度6m的吊车梁,采取整体排版下料,分三段六块T型分别组立焊接,然后再组拼焊接成三段H型钢,最后整体拼装焊接的方式。
a、翼缘板接料:由于此部分吊车梁翼缘板较厚,因此在进行接料时开大小不对称坡口,并预先采取做反变形,反变形角度控制在15~20°,同时先进行大坡口面的焊接,待该处焊缝焊接完(焊缝金属与母材金属圆滑过渡),随即翻转钢板使用碳弧气刨进行小坡口面焊缝母材清根,清根后再进行小坡口焊缝的焊接。
b、腹板接料:腹板横向、纵向焊缝接料时,先接纵向焊缝,焊完后钢板会呈一弧线变形或边缘波浪形,修平后再进行横缝接料,再次对钢板进行矫正后方能进行吊车梁H型的组立。如图2腹板接料先焊1#缝,再焊2#缝。腹板及翼缘板接料完毕后及时进行超声波探伤,有缺陷时立即返修,合格后方可组立H型。
2.3 吊车梁T型的组立
吊车梁T型组立采取卧式组装法要在胎具上进行,组立前首先要对胎具的几何尺寸、水平度及强度等进行检查,然后再对钢板的尺寸、平直度、坡口形式及大小进行检查,均符合要求后方可组立。
2.4 T型焊接:
A、焊前预热
根据板厚制定出焊前预热的最低温度(见表1)
B、焊接要领
a)接板焊接采用CO2打底至坡口2/3处翻身,反面碳弧气刨清根,以CO2打底,再用埋弧焊盖面并再翻身,最后再正面用埋弧焊盖面;
b)T型焊缝焊接(吊车梁要放置水平,以防变形)以CO2打底,打底控制再小范围内(电流200A,电压25V),打底之后填满坡口至腹板平(电流300A,电压28～30V),两道CO2后翻面,碳弧气刨清根,同样CO2焊填至坡口平位,填平后再利用埋弧焊机在胎架上盖面焊接以保证焊缝成凹形。
C、T型焊缝对腹板造成弯曲变形的控制
T型与H型的区别就在于T型腹板只与一块翼缘板组立、焊接,大吊车梁主焊缝高度本身设计就较大,T型主焊缝焊接时由于腹板对应侧没有约束很容易造成腹板边缘的波浪形变形和腹板宽度方向的弧形变形,为了尽量减少变形将采取一系列反变形及修复措施。
a)在组立T型时同时制作虚拟翼缘板,T型组立完毕后焊接前,把虚拟翼缘板与T型组装,然后对虚拟翼缘板与腹板进行间断点焊固定,这样就相当于平时的H型钢组立及焊接,腹板对应侧有了约束,焊接时就能尽量减少变形(见附图)。
b)T型腹板在宽度方向都预留5～8mm的余量,这样即使在T型主焊缝焊接造成变形时也可以对变形较大的弧形进行二次切割,保证腹板拼接的平直度。
D、T型钢拼装采用卧式组立法,在组立胎具上进行,胎具如图3。
T型梁组装成H型后,矫正、焊接完毕后再将三段H拼装成吊车梁整体
E、T型钢焊接顺序
吊车梁上翼缘T型焊缝、对接焊缝两端焊接时要设置引、熄弧板,施焊应在其两端设置的引(熄)弧板上起(落)弧。焊接打底采用CO2打底,大坡口方向向上,两面同时由中心向两端施焊,打底至焊高和腹板相平,再采用埋弧焊盖面,一次成型焊完,焊完后将正面所有筋板及其他焊缝完成,翻身后碳弧清根,焊接方法及顺序同上。吊车梁截面较大,在吊车梁H型翻转时要采取有效措施和制作辅助工具,防止吊车梁在翻转时腹板出现变形、折弯等现象（如图4）。
钢吊车梁H型的焊接顺序
c)T型主焊缝在进行埋弧焊接前先用对钢板产生热变形较小二氧化碳气保焊施焊,主焊缝用二氧化碳进行多遍焊接,使焊缝基本能图纸满足要求时再用埋弧焊进行盖面焊接以保证焊缝成凹形。
d)对于上翼缘板与腹板的T型熔透焊缝,腹板开大小不对称坡口,并使大坡口朝上,这样能尽量减少反面气刨清根所造成的热变形。T型主焊缝焊接完毕后,除掉虚拟翼缘板,然后对腹板进行矫正、修复,均无问题后开纵向接料及横向接料的坡口减少安装现场工作难度最后依照要求进行除锈及涂装工作。
2.5 吊具及索具的制备
施工中为了有效地解决了超重型吊车梁在吊装翻转时不易发生卡具脱钩等安全隐患,设计、制作了“一种超重型钢结构吊车梁吊装专用吊耳”,并形成了专利成果。
1)钢丝绳:分段吊车梁组装完毕后,每段单重最重为72t,翻转及倒运时选用Ф80纤维芯钢丝绳4根,每根钢丝绳的安全承载力=500d 2/6,其中d为钢丝绳直径,6为6倍安全系数,每根Ф80钢丝绳最终承载力为500×80×80/6=533.3kN,即为53.3t,53.3×4=213.2t,满足要求。
2)钢板及吊车梁翻转时需使用专用吊具,用板厚60材质为Q345C的钢板制作吊钩,形式如下（如图5）。
每个吊钩所能承受的剪力值为:115×60×120=828000N,即约082.8t(115为345钢板剪力值,60为吊钩板厚),82.8×4=331.2t,满足要求。
2.6 焊接和翻转技术
本项目中吊车梁截面超大、超长和超重,难以在现场进行整体制作、翻转和转驳,因此经与设计等各方协商同意,并根据现场能配置的实际起重设备情况,采取将大梁先分成三个H型梁或六个T型梁分别加工制作,组装焊接和翻转转驳的工艺措施,有效解决了超大梁现场一次难以成型制作的难题。
2.7 整体合成拼装、焊接成型技术
由于吊车梁截面超大、超长和超重,经过认真研究和分析,采用分三段部件分别制作焊接,再整体合成一体的方法,拼装时先用测量仪在固定拼装抬架上进行测量放线定位,然后依次放置好各段梁,进行精确调整,测量其整体拱度、外形尺寸等参数,无误后,按制定的施焊顺序进行焊接。解决了整体外形尺寸和拱度的控制问题。
3 经济技术分析
传统的施工方案和本工程所采用的现场施工方案对比,工程量为:1756t,(不含材料费)当采用本工程这种施工方法,在成本上节省了251.94万元,工期上提前21天,达到业主和各方的好评。
4 结语
施工中运用“大跨度冶金工业厂房超大型吊车梁现场制作新技术”,解决了超大型吊车梁现场下料制作、拼装焊接和吊装安装、调整中的一些技术难题,保证了工期节点和施工质量、安全和进度,受到业主、设计和监理的高度赞扬,其良好的业绩为今后承接类似工程积累了经验和奠定了坚实的基础。此制作新技术的成功应用降低了施工成本,缩短了施工周期,不但有效解决了超宽、超重和超高吊车梁带来的运输难题,大大的减少了制作安装周期和对其他专业的影响,通过国内外文献检索分析可知,该项目具有新颖性,并形成了科技成果,其科学的施工工艺,先进的施工技术具有广泛的推广和应用价值。
参考文献
[1] GB 50205-2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].
[2] JGJ 81-2002,建筑钢结构焊接规程[S].
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
关键词:冶金工业厂房 超大型吊车梁 现场制作新技术
中图分类号:TH21 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0118-02
1 项目概况
湘钢5000mm宽厚板精整工程的特点是最大跨度59m,牛腿标高6.8m、柱顶高28.7m,重型吊车梁较多,其中吊车梁上翼缘板规格为1000×100,腹板规格为5800×25,板薄、厚相差较大,且该梁长为59m、高为6m、单件重量为182t,类似吊车梁还有14根。再加上是现场施工,那么分片组装、翻转、拼装、厚板焊接是该超大型吊车梁技术工艺创新施工关键所在(如图1）。
2 超大吊车梁制作主要工艺措施
2.1 大吊车梁的备料排版
大吊车梁的排版工作是很重要的一个环节,由于钢板的采购运输及轧制的限制,大吊车梁中间段一般都不可避免存在拼接点,因此采用合理的排版,将每根吊车梁的不利因素及材料损耗降到最低,满足工艺和节能降耗的要求。
吊车梁的拼接:上翼缘板的拼接应避开跨中1/4跨度范围,下翼缘板应避开跨中1/3跨度范围,腹板的拼接应避开跨中1/5跨度范围。三者的对接焊缝不应相互错开200mm以上,主加劲肋与拼缝亦应错开,所以按此要求整体排板备料。
2.2 吊车梁分段焊接
长度59m,截面高度6m的吊车梁,采取整体排版下料,分三段六块T型分别组立焊接,然后再组拼焊接成三段H型钢,最后整体拼装焊接的方式。
a、翼缘板接料:由于此部分吊车梁翼缘板较厚,因此在进行接料时开大小不对称坡口,并预先采取做反变形,反变形角度控制在15~20°,同时先进行大坡口面的焊接,待该处焊缝焊接完(焊缝金属与母材金属圆滑过渡),随即翻转钢板使用碳弧气刨进行小坡口面焊缝母材清根,清根后再进行小坡口焊缝的焊接。
b、腹板接料:腹板横向、纵向焊缝接料时,先接纵向焊缝,焊完后钢板会呈一弧线变形或边缘波浪形,修平后再进行横缝接料,再次对钢板进行矫正后方能进行吊车梁H型的组立。如图2腹板接料先焊1#缝,再焊2#缝。腹板及翼缘板接料完毕后及时进行超声波探伤,有缺陷时立即返修,合格后方可组立H型。
2.3 吊车梁T型的组立
吊车梁T型组立采取卧式组装法要在胎具上进行,组立前首先要对胎具的几何尺寸、水平度及强度等进行检查,然后再对钢板的尺寸、平直度、坡口形式及大小进行检查,均符合要求后方可组立。
2.4 T型焊接:
A、焊前预热
根据板厚制定出焊前预热的最低温度(见表1)
B、焊接要领
a)接板焊接采用CO2打底至坡口2/3处翻身,反面碳弧气刨清根,以CO2打底,再用埋弧焊盖面并再翻身,最后再正面用埋弧焊盖面;
b)T型焊缝焊接(吊车梁要放置水平,以防变形)以CO2打底,打底控制再小范围内(电流200A,电压25V),打底之后填满坡口至腹板平(电流300A,电压28～30V),两道CO2后翻面,碳弧气刨清根,同样CO2焊填至坡口平位,填平后再利用埋弧焊机在胎架上盖面焊接以保证焊缝成凹形。
C、T型焊缝对腹板造成弯曲变形的控制
T型与H型的区别就在于T型腹板只与一块翼缘板组立、焊接,大吊车梁主焊缝高度本身设计就较大,T型主焊缝焊接时由于腹板对应侧没有约束很容易造成腹板边缘的波浪形变形和腹板宽度方向的弧形变形,为了尽量减少变形将采取一系列反变形及修复措施。
a)在组立T型时同时制作虚拟翼缘板,T型组立完毕后焊接前,把虚拟翼缘板与T型组装,然后对虚拟翼缘板与腹板进行间断点焊固定,这样就相当于平时的H型钢组立及焊接,腹板对应侧有了约束,焊接时就能尽量减少变形(见附图)。
b)T型腹板在宽度方向都预留5～8mm的余量,这样即使在T型主焊缝焊接造成变形时也可以对变形较大的弧形进行二次切割,保证腹板拼接的平直度。
D、T型钢拼装采用卧式组立法,在组立胎具上进行,胎具如图3。
T型梁组装成H型后,矫正、焊接完毕后再将三段H拼装成吊车梁整体
E、T型钢焊接顺序
吊车梁上翼缘T型焊缝、对接焊缝两端焊接时要设置引、熄弧板,施焊应在其两端设置的引(熄)弧板上起(落)弧。焊接打底采用CO2打底,大坡口方向向上,两面同时由中心向两端施焊,打底至焊高和腹板相平,再采用埋弧焊盖面,一次成型焊完,焊完后将正面所有筋板及其他焊缝完成,翻身后碳弧清根,焊接方法及顺序同上。吊车梁截面较大,在吊车梁H型翻转时要采取有效措施和制作辅助工具,防止吊车梁在翻转时腹板出现变形、折弯等现象（如图4）。
钢吊车梁H型的焊接顺序
c)T型主焊缝在进行埋弧焊接前先用对钢板产生热变形较小二氧化碳气保焊施焊,主焊缝用二氧化碳进行多遍焊接,使焊缝基本能图纸满足要求时再用埋弧焊进行盖面焊接以保证焊缝成凹形。
d)对于上翼缘板与腹板的T型熔透焊缝,腹板开大小不对称坡口,并使大坡口朝上,这样能尽量减少反面气刨清根所造成的热变形。T型主焊缝焊接完毕后,除掉虚拟翼缘板,然后对腹板进行矫正、修复,均无问题后开纵向接料及横向接料的坡口减少安装现场工作难度最后依照要求进行除锈及涂装工作。
2.5 吊具及索具的制备
施工中为了有效地解决了超重型吊车梁在吊装翻转时不易发生卡具脱钩等安全隐患,设计、制作了“一种超重型钢结构吊车梁吊装专用吊耳”,并形成了专利成果。
1)钢丝绳:分段吊车梁组装完毕后,每段单重最重为72t,翻转及倒运时选用Ф80纤维芯钢丝绳4根,每根钢丝绳的安全承载力=500d 2/6,其中d为钢丝绳直径,6为6倍安全系数,每根Ф80钢丝绳最终承载力为500×80×80/6=533.3kN,即为53.3t,53.3×4=213.2t,满足要求。
2)钢板及吊车梁翻转时需使用专用吊具,用板厚60材质为Q345C的钢板制作吊钩,形式如下（如图5）。
每个吊钩所能承受的剪力值为:115×60×120=828000N,即约082.8t(115为345钢板剪力值,60为吊钩板厚),82.8×4=331.2t,满足要求。
2.6 焊接和翻转技术
本项目中吊车梁截面超大、超长和超重,难以在现场进行整体制作、翻转和转驳,因此经与设计等各方协商同意,并根据现场能配置的实际起重设备情况,采取将大梁先分成三个H型梁或六个T型梁分别加工制作,组装焊接和翻转转驳的工艺措施,有效解决了超大梁现场一次难以成型制作的难题。
2.7 整体合成拼装、焊接成型技术
由于吊车梁截面超大、超长和超重,经过认真研究和分析,采用分三段部件分别制作焊接,再整体合成一体的方法,拼装时先用测量仪在固定拼装抬架上进行测量放线定位,然后依次放置好各段梁,进行精确调整,测量其整体拱度、外形尺寸等参数,无误后,按制定的施焊顺序进行焊接。解决了整体外形尺寸和拱度的控制问题。
3 经济技术分析
传统的施工方案和本工程所采用的现场施工方案对比,工程量为:1756t,(不含材料费)当采用本工程这种施工方法,在成本上节省了251.94万元,工期上提前21天,达到业主和各方的好评。
4 结语
施工中运用“大跨度冶金工业厂房超大型吊车梁现场制作新技术”,解决了超大型吊车梁现场下料制作、拼装焊接和吊装安装、调整中的一些技术难题,保证了工期节点和施工质量、安全和进度,受到业主、设计和监理的高度赞扬,其良好的业绩为今后承接类似工程积累了经验和奠定了坚实的基础。此制作新技术的成功应用降低了施工成本,缩短了施工周期,不但有效解决了超宽、超重和超高吊车梁带来的运输难题,大大的减少了制作安装周期和对其他专业的影响,通过国内外文献检索分析可知,该项目具有新颖性,并形成了科技成果,其科学的施工工艺,先进的施工技术具有广泛的推广和应用价值。
参考文献
[1] GB 50205-2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].
[2] JGJ 81-2002,建筑钢结构焊接规程[S].
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”