關于大跨度鋼結構構件安裝方案的研究

文/郭淑娟 山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司型鋼煉鐵廠 山東濟南 271104

許子錚 山東交通學院國際教育學院 山東濟南 250357

袁玉文 山東萊鋼建設有限公司 山東濟南 271104

1、項目背景

1.1 該工程為燒結機原料廠封閉改造項目工程，本項目采用骨架膜結構，主鋼結構為管桁架結構。本項目位于萊蕪萊鋼集團銀山型鋼公司煉鐵廠，結構跨度為81.5米。結構設計采用三角空間管桁架拱作為主要受力構件，為單向傳力體系。

1.2 由于本工程地處寒冷地區，在結構設計中采用的單榀鋼管桁架的鋼材均采用Q345-B材質，且鋼材能保證鋼材須保證抗拉強度，伸長率，屈服點，冷彎和常溫沖擊韌性試驗（V型缺口）五項要求。

1.3 項目結構形式復雜、跨度大，且必須保證生產正常進行，所以給現場安裝的全方位、多工作面的展開造成了很大困難，經多次交流能提供的最大作業面為料場長度的一半空間。

2、安裝方案簡述

本工程為改建工程，既要保證現場安裝工期又不能影響料場正常生產。根據現場實地考察場地情況，現場場地十分狹窄，運輸道路及施工場地十分有限。根據現場場地和料場生產情況，并與料場生產調度提前協商，計劃每個封閉區在長度方向分成兩個施工段進行施工，也就是先將該區的一半施工區的原料騰空，然后交由施工隊進行桁架施工（確定施工時間限制），該施工區施工完成后場地交由生產使用，再騰空另一半場地，轉入另一半施工區進行施工。每一封閉施工區先施工東邊一半，該段桁架安裝由西往東依次進行；西邊一半施工區桁架安裝順序為從東往西依次進行。

所有管桁架桿件均在工廠進行相貫線切割，然后進行防腐，發運至工地后進行分段組裝。根據本工程的跨度，將該工程管桁架分A、B、C三段（以B2區跨度為81.5m桁架為列，其它區根據跨度情況確定分段數量），安裝順序為先將組裝好的A、C段吊裝至設計位置，用塔架進行臨時支撐，然后將B段用一臺大型履帶吊吊裝至高空與A、C段進行空中對接，并將次桁架同時進行安裝，兩榀桁架形成穩定單元依次進行后續軸線桁架的安裝。

2.1 施工方案介紹

2.1.1 管桁架現場安裝工藝流程

2.1.2 組裝胎架構造

為保證胎架有足夠的剛度和穩定性，根據以往施工經驗，胎架材料采用300＊300＊6、300＊175＊6、200＊100＊6 的矩形管 （或型鋼 ）焊接而成，胎架支撐點的位置以滿足桁架尺寸，滿足桁架組裝及焊接為原則，間距3-4米一組，每組之間用120＊100＊3矩形管（或角鋼）焊接連接。

2.1.3 胎架的安裝

胎架的安裝直接影響到桁架的拼裝質量，胎架安裝完成開始進行桁架拼裝前，對胎架的總長度、寬度、高度等進行全方位測量校正，然后對桁架桿件的擱置位置建立坐標控制網，然后對桁架各節點的空間位置進行測量放線，并投影到地面上。跨皮帶位置設置防護。

胎架在完成一次拼裝后，必須對其尺寸進行一次檢測復核，復核結果滿足要求后才能進行下一次拼裝。

3、施工順序

3.1 桁架分段

管桁架跨度81.5米，為大跨距管桁架，桁架安裝無法一次安裝就位，因此，將管桁架分成A、B、C三段，分別就位后再行對接焊接施工。施工時需要制作臨時支撐體系-塔架，用以輔助安裝。

3.2 主桁架分段施工順序

3.2.1 塔架及桁架安裝

塔架高度約為25m（根據具體設計圖紙進行測算塔架實際高度），采用H型鋼或圓管焊接標準節，地面整體拼裝，然后用履帶吊一次吊裝到設計位置，校正好垂直度后，在塔架的四周拉設纜風繩，纜風繩在塔架的綁扎點高度為20m，纜風繩與地面的夾角為45°。

第一步：用一臺汽車吊配合一臺履帶吊將塔架吊起安裝就位，校正完塔架垂直度后，在塔架的四周對稱加設4道纜風繩。

第二步：分別用一臺履帶吊將A、C段吊裝至設計位置，一端與支座焊接，另一端放置于塔架頂部。

第三步：利用履帶吊將B段吊起與A、C空中對接。

通過以上步驟安裝，相鄰兩個軸線主桁架安裝完成。后續桁架以同樣的方法安裝。主桁架安裝兩個軸線后安排一組人員用吊車安裝其間橫向連接次桁架，成為一個穩固的支撐體系，后即可拆除該軸線臨時支撐塔架，將塔架運至下一個相鄰安裝軸線使用。本工程每個施工區計劃制作3套6個支撐塔架循環使用，最后安裝山墻桁架。

第四步：當兩榀桁架的次桁架安裝完畢后，將塔架移至下一榀安裝位置，準備進行下一榀桁架安裝。

3.3 典型焊縫的焊接工藝

3.3.1 管-管對接

①坡口形式

②焊接位置：傾斜固定全位置焊。

③焊接方法：SMAW、GMAW

④焊接順序：每條環焊縫由兩名焊工對稱施焊；采用多層多道焊；根部用φ2.5mm或φ3.2mm焊條打底焊1～2 層，其他用φ4mm或φ5mm焊條填充、蓋面。

3.3.2 相貫口焊接

①貫口形式

②焊接位置：傾斜固定全位置焊。

③焊接方法：SMAW

④焊接順序：相貫焊縫應對稱施焊，多層多道焊；熔透部位采用φ2.5mm的焊絲打底，或直接采用手工電弧焊φ2.5mm或φ3.2mm焊條打底，但要確保單面焊雙面成形，其他采用φ4mm或φ5mm焊條填充、蓋面；一個節點往往有多條相貫焊縫，焊縫集中。一條相貫焊縫焊接完畢冷卻后，再焊相鄰的相貫焊縫，以防止應力集中，減小焊接變形。焊接時，應先焊坡口大，變形大的區域，對于Y型節點，先焊A、D區，后焊C、B區，且先焊趾部再焊根部。T型節點先焊趾部，后焊側邊。

3.3.3 球-管焊接

⑴焊接時，采用對稱焊接法，以保證鋼管的軸線角度和減少焊接應力。

⑵球-管接頭坡口形式和尺寸：

球與管的定位原則：為了確保安裝精度，球與管采取不預留間隙的方法。

當鋼管厚度δ≤5mm時，焊接時不預留坡口；

當鋼管厚度δ＞5mm時，取單面坡口，為避免碰撞時損壞坡口，應留有2mm的鈍邊，坡口的角度以達到等強并盡量減少焊接量為原則，選擇合理的角度。

⑶球-管節點采取對稱焊接，焊縫的分區焊接順序。

⑷拼裝焊接時，應盡量使球體在下，鋼管在上，而處于俯焊位置，以保證焊接質量。

⑸在拼裝焊接之前，估算出節點焊縫的橫向收縮量，采取鋼管預留長度的方法，以保證拼裝焊接的尺寸與精度，其中焊縫收縮量為：1.5-2.0mm。

⑹在制作焊接過程中，嚴格控制構件的尺寸及焊接收縮量，即保證鋼管下料時長度公差應控制在±1mm范圍內，焊接球尺寸公差也應符合規范要求，以保證安裝時的順利合攏。

3.4 焊后處理

焊后處理包括后熱及消氫處理，后熱溫度一般為150～250℃，消氫溫度則是在300～400℃，加熱好后保溫一段時間。目的都是加速焊接中氫的擴散逸出，消氫處理比后熱處理效果更好。根據我們以往工程的經驗，對于一般拘束接頭可采用焊后緩冷措施，不會產生氫致延遲裂紋。