鋼管拱加工工藝探索
鋼管拱加工工藝探索
楊永樂
內容提要:本文闡述了成都市青龍場立交橋鋼管拱製作的工藝以及製作中有關問
題的思考。
關鍵詞:鋼管拱 工藝 思考
1.前 言
系桿拱橋,三組132m跨拱肋平行布置,鋼管拱
肋斷啞鈴狀(參見圖一)。
始於1993年在四川旺蒼縣建成了第一座鋼管
拱橋後,如雨後春筍,同類型的橋在全國各地
相繼施工了幾十座。但是,迄今為止還沒有一
部正式的規範指導施工。一般都是參考
CECS28:90《鋼管混凝土結構設計與施工規程》
、《建築鋼結 構焊接規程》以及鐵路鋼橋
的有關條文。由於鋼管拱有本身的特殊之處,
在利用相關的參考規範時有一定的難度,給工藝 圖一鋼管拱斷面示意
設計和加工帶來了困難,需要在實踐中不斷探索。
2.鋼管拱加工工藝
青龍場立交橋以廠制鋼管拱筒體,並在工廠組裝成啞鈴狀運輸段,
然後運往施工現場組拼成拱。經不斷實踐、不斷反思,初步找到了廠
制的規律。
該橋採用寬1800mm厚12mm的
鋼板,以W１１－２０×2000卷板機
捲成外徑1100mm的鋼管。鋼板按周
長橫向畫線、編號,半自動切割器氣
割下料。鋼板兩端首先以
引弧扳引弧,然後捲成筒體。之後
是焊縱縫,根據工藝評定要求施焊。
照片一 校園
校園(見照片一)仍以卷扳機,用薄鋼板製成弧形樣板,內靠筒壁,
若有不密貼處,則滾壓該處,直到密貼為止。
捲筒時的注意事項:
其一,為適應鋼管拼接的軸線要求,鋼管坡口端應與管軸線嚴格垂直。
卷扳過程中,必須保證筒體端平面與管軸線垂直。其二,需保證兩兩相鄰
筒體端面的焊接,必須嚴格控制橢園度。其次畫線、切割時應記下當時
車間溫度,並進行編號。卷制的筒體是鋼管拱肋的基本單位,需要嚴格控
制加工精度,否則事倍功半。
2.2運輸段(或吊裝段)的組裝。
運輸段的組裝必須在拼裝台上進行。拼裝台設在車間,以鋼板鋪面,平整
度≦1mm,根據工程周期,在青龍場加工車間設三個拼裝台。
青龍場立交橋要求的運輸段(或吊裝段),是由校園後的筒體組成5.4m左
右的啞鈴狀節段。運輸段的組拼,第一步以三個筒體組拼成單管段;第二
步由兩單管段組拼成啞鈴段。組拼前,筒體按順序合理組合,避免吊杆同時
跨在兩運輸段上,以增加加工與運輸的難度。首先把經校園的筒體按序吊到
拼裝台上,兩兩定位,正確對準拱背中線後用75×75×5mm角鋼臨時固定。
點焊環縫後,移在環縫焊接的工裝上施焊。
然後,將兩組單管段(即運輸段上、
用定位螺桿調整上、下管軸線,並以
鐵水平調平,用角鐵固定後施焊,先
焊聯接角鋼,後進行腹板與筒體的
焊接(參見照片二)。
組拼運輸段是一道複雜的工序。
一則要求嚴格定位。為此,既需
精確計算定
位尺寸,還需要在組拼前自製一
些必要的定位裝置,例如上、 照片二 腹板焊接
下管組拼的螺栓定位桿、調節筒體使拱背中線在同一平面的帶滾輪的角鋼等等。
再則認真進行環縫、縱縫焊接工藝設計,重視收縮變形以及對收縮變形的控制
措施。還應注意吊杆位腹板與吊杆安裝間的焊接順序。
2.3半跨(或一跨)試拼裝
試拼裝是出廠前,在平面的條件下驗證所加工的運輸段(或吊裝段)拼裝成
拱的可能性。試拼裝是在拼裝樣台上進行。受場地的限制,我們的拼裝樣
台為半跨,為便於焊接附件,設置30cm左右高的預製塊台位,台位平整度應≦1mm。
試拼樣台上要求精確測設拱肋上、下管邊線,各運輸段(或吊裝段)端面座
標以及混凝土的灌注孔和排氣孔,橫聯管等附件的座標。
試拼裝,有兩個主要校核的步驟:
第一步進一步校核運輸段(或吊裝段)端面園管的失園度,以保證相鄰段的對接;
第二步校核並調整各運輸段(或吊裝段)間節縫寬度,以滿足焊接的要求。
運輸段(或吊裝段)焊縫的調整,是組拼時必不可少的一步。號料、切割的
過程中總有誤差存在,運輸段(或吊裝段)組裝時也總有誤差存在,以及焊接、
溫度變化等因素也可產生誤差,組拼時這些誤差以累計的形式暴露出來。
以定尺的鋼板加工筒體時,就應在考慮運輸段的組合時,預留出幾個筒體
(在半跨中)作為調節段,組拼後根據發生了變化的軸線長,特殊加工,以滿
足調整的要求。
經校驗並進行了調整,就可焊接臨時聯接件,橫聯管和吊杆孔位等附件。
3.問題與思考
3.1關於失園度
在我們進行半跨拱肋的試拼後,發現每一運輸段段面的園管幾何都有不
同程度的失園度,為拼裝帶來了困難。不能不令人深思。
從我們跟蹤的半跨拱肋14個運輸段的84個筒體來看,在卷管成型過程中
百分之百的筒體都留下了不同程度的失園度。在此期間由於校園這一道
工序沒有嚴格按樣板檢測。往往為了方便僅僅用鋼捲尺測量了幾個具有
代表特徵處的直徑。該幾處是達到了標準,然而其他部位的失園度被留了
下來。其次,在單管組裝時,只對環縫處的相鄰筒體作了調整,這一調整也
是局部的,由此就把失園度留到了最後階段。另外腹板焊接過程中,有時
沒有嚴格遵循工藝設計要求:或者是焊接速度過快;或者是熔焊量過大,
都會造成焊縫收縮過大而導致筒體產生一定的失園度。這種現象在腹板
焊接過程中屢次發生過。
綜上所述,廠制鋼管拱的全過程中,「校園」是控制失園度的第一步,應
認真按工藝要求做。並建議改變設計內襯加強圈的位置,作為運輸段端
面的園管應設加強圈,並在校園後立即施焊,以免組裝不當而造成它的變
形。「組裝」是控制失園度的第二步,不應僅限於環縫處的調整。出廠
前的試拼,是檢查和調整失園度最後一步,否則將影響拼裝成拱。對失園
度的分析,不難得出這樣的結論:健全責任制,加強各道工序的自檢與互檢。
前道工序不合格,後道工序就不能接。
3.2組拼運輸段的認識
不畫定位線,即使畫定位線,也沒有通過精確測量。其差錯主要取決於
方法正確有否!單管組拼,是使用了
圖二所示的辦法,簡單易行。工藝
設計時,先計算出圖示a、a′、
b、b′、c、c′數據,這些數據
可以根據平面解析幾何計算。組
裝時僅需精確以a、a′、b、b′
定位與複核,最後以c、c′核查。
這一辦法的理論正確,操作方便,
出錯很少。在實際組拼中也證實
了這一點。 圖二 單管組拼示意
然而兩組組裝單管間,並沒有以平面座標定位,使用的是定位螺桿。這樣,
上下管間距可以處理得較為正確,但是管端的平面位置不一定很正確。這
導致了在跟蹤檢查的14段中,出現有三段端面位置有差錯。正確的方法是:
可以通過測定上管端面直徑兩點的投影與下管端面直徑兩點的投影是否四
點共線來判定。與此同時,在另一端面以同樣方法進行檢查,並調整誤差。
總之,在工藝設計時需要重視組裝方法,方法不正確,就要出差錯。差錯,也
必須在組裝中消除。
3.3焊縫的收縮
焊接前的工藝評定,是必不可少的。然而通常工藝評定時,更多注重的是
焊縫質量,力學性能,一般沒有認真研究焊縫的收縮。事實上焊縫的收縮
及收縮的應力對質量有較大的影響。例如:對環縫測試,一般可產生1～2mm
的收縮量,很易使運輸段長度出現負公差。拼接中必須引以重視,採取應有
的對策措施。腹板與園管間的焊縫,在實際中出現的問題最多。最初曾出
現過由於焊縫收縮產生的應力,導致園管嚴重變形。後來不得不在焊接的
工藝上採取措施,嚴格防止一次熔焊量過大,禁止層與層連續焊,改為焊一
層翻一次面。此外要求以板中心對稱向兩端施焊,使應力得以放散。由此
才得到控制。
總之焊縫所產生的收縮應充分估計到,否則難以保證質量。
3.4調節段的思索
能否在廠制過程中,不設調節段呢?這是眾所期望的,但是事實上難以做到。
在半跨組拼時誤差是以累計的形式出現,從單件筒體製作,或者運輸段的制
作時一些合理的公差存在是允許的,這些公差有正、有負,所以組拼的誤差
是隨機的。對每一半跨來說都難以一致。因此預留調節段是必要的。
往往廠制是批量生產,半跨組拼是最後一步,如沒有預留調節段,將為最後成
拱帶來困難。唯一的辦法調節拱腳預埋段。以補救。但是,預埋段將直接影
響到最後成拱的軸線正確性,所以必須十分鄭重,需要對每一個預埋段的座
標進行調整與控制。因此,調節段應在事前預留。
4.結束語
4.1卷管與組拼成運輸段時最易產生影響拱軸線幾何形狀的誤差。因此,該兩過
程應成為製作過程中自檢、互檢的兩個主要階段。建議以下面要求進行檢測與控制:
(1) 卷管階段有:
樣板展開圖、號料誤差控制;
筒體周長檢測;
校園後橢園度控制(應使用內弧樣板檢查);
號料時溫度測定;
(2)組拼成運輸段階段有:
兩兩對接(弦長)誤差控制;
拱背中線誤差控制;
上、下管中心距誤差控制;
環縫收縮量統計與控制;
端面平整(即上、下管弧長無反差或錯台)控制;
4.2筒體長可根據市場上供應的板寬選擇,運輸段(或吊裝段)主要取決於運輸條
件和起吊能力確定。但在組拼前一定要認真排序,防止吊杆跨在相鄰兩段上,為加工、運輸帶來困難;與此同時應注意預留用以調節用的筒體。
4.3運輸段端面園管在捲筒成型及校園後應儘快設內襯加強圈,以免在多次吊裝、組拼時變形。
鋼管拱加工工藝探索
楊永樂
內容提要:本文闡述了成都市青龍場立交橋鋼管拱製作的工藝以及製作中有關問
題的思考。
關鍵詞:鋼管拱 工藝 思考
1.前 言
系桿拱橋,三組132m跨拱肋平行布置,鋼管拱
肋斷啞鈴狀(參見圖一)。
始於1993年在四川旺蒼縣建成了第一座鋼管拱橋後,如雨後春筍,同類型的橋在全國各地相繼施工了幾十座。但是,迄今為止還沒有一部正式的規範指導施工。一般都是參考CECS28:90《鋼管混凝土結構設計與施工規程》、《建築鋼結 圖一鋼管拱斷面示意
構焊接規程》以及鐵路鋼橋的有關條文。由於鋼管
拱有本身的特殊之處,在利用相關的參考規範時有一定的難度,給工藝設計和加工帶來了困難,需要在實踐中不斷探索。
2.鋼管拱加工工藝
青龍場立交橋以廠制鋼管拱筒體,並在工廠組裝成啞鈴狀運輸段,然後運往施工現場組拼成拱。經不斷實踐、不斷反思,初步找到了廠制的規律。
該橋採用寬1800mm厚12mm的
鋼板,以W１１－２０×2000卷板機捲成外徑1100mm的鋼管。鋼板按周長橫向畫線、編號,半自動切割器氣割下料。鋼板兩端首先以 照片一 校園
引弧扳引弧,然後捲成筒體。之後是焊縱縫,根據工藝評定要求施焊。
校園(見照片一)仍以卷扳機,用薄鋼板製成弧形樣板,內靠筒壁,若有不密貼處,則滾壓該處,直到密貼為止。
捲筒時的注意事項:
其一,為適應鋼管拼接的軸線要求,鋼管坡口端應與管軸線嚴格垂直。卷扳過程中,必須保證筒體端平面與管軸線垂直。其二,需保證兩兩相鄰筒體端面的焊接,必須嚴格控制橢園度。其次畫線、切割時應記下當時車間溫度,並進行編號。卷制的筒體是鋼管拱肋的基本單位,需要嚴格控制加工精度,否則事倍功半。
2.2運輸段(或吊裝段)的組裝。
運輸段的組裝必須在拼裝台上進行。拼裝台設在車間,以鋼板鋪面,平整度≦1mm,根據工程周期,在青龍場加工車間設三個拼裝台。
青龍場立交橋要求的運輸段(或吊裝段),是由校園後的筒體組成5.4m左右的啞鈴狀節段。運輸段的組拼,第一步以三個筒體組拼成單管段;第二步由兩單管段組拼成啞鈴段。組拼前,筒體按順序合理組合,避免吊杆同時跨在兩運輸段上,以增加加工與運輸的難度。首先把經校園的筒體按序吊到拼裝台上,兩兩定位,正確對準拱背中線後用75×75×5mm角鋼臨時固定。點焊環縫後,移在環縫焊接的工裝上施焊(見照片二)。
然後,將兩組單管段(即運輸段上、 照片二 環縫焊接
組拼運輸段是一道複雜的工序。一則要求嚴格定位。為此,既需精確計算定位尺寸,還需要在組拼前自製一些必要的定位裝置,例如上、 照片三 腹板焊接
下管組拼的螺栓定位桿、調節筒體使拱背中線在同一平面的帶滾輪的角鋼等等。再則認真進行環縫、縱縫焊接工藝設計,重視收縮變形以及對收縮變形的控制措施。還應注意吊杆位腹板與吊杆安裝間的焊接順序。
2.3半跨(或一跨)試拼裝
試拼裝是出廠前,在平面的條件下驗證所加工的運輸段(或吊裝段)拼裝成拱的可能性。試拼裝是在拼裝樣台上進行。受場地的限制,我們的拼裝樣台為半跨,為便於焊接附件,設置30cm左右高的預製塊台位,台位平整度應≦1mm。試拼樣台上要求精確測設拱肋上、下管邊線,各運輸段(或吊裝段)端面座標以及混凝土的灌注孔和排氣孔,橫聯管等附件的座標。
試拼裝,有兩個主要校核的步驟:
第一步進一步校核運輸段(或吊裝段)端面園管的失園度,以保證相鄰段的對接;
第二步校核並調整各運輸段(或吊裝段)間節縫寬度,以滿足焊接的要求。
運輸段(或吊裝段)焊縫的調整,是組拼時必不可少的一步。號料、切割的過程中總有誤差存在,運輸段(或吊裝段)組裝時也總有誤差存在,以及焊接、溫度變化等因素也可產生誤差,組拼時這些誤差以累計的形式暴露出來。以定尺的鋼板加工筒體時,就應在考慮運輸段的組合時,預留出幾個筒體(在半跨中)作為調節段,組拼後根據發生了變化的軸線長,特殊加工,以滿足調整的要求。
經校驗並進行了調整,就可焊接臨時聯接件,橫聯管和吊杆孔位等附件。
3.問題與思考
3.1關於失園度
在我們進行半跨拱肋的試拼後,發現每一運輸段段面的園管幾何都有不同程度的失園度,為拼裝帶來了困難。不能不令人深思。
從我們跟蹤的半跨拱肋14個運輸段的84個筒體來看,在卷管成型過程中百分之百的筒體都留下了不同程度的失園度。在此期間由於校園這一道工序沒有嚴格按樣板檢測。往往為了方便僅僅用鋼捲尺測量了幾個具有代表特徵處的直徑。該幾處是達到了標準,然而其他部位的失園度被留了下來。其次,在單管組裝時,只對環縫處的相鄰筒體作了調整,這一調整也是局部的,由此就把失園度留到了最後階段。另外腹板焊接過程中,有時沒有嚴格遵循工藝設計要求:或者是焊接速度過快;或者是熔焊量過大,都會造成焊縫收縮過大而導致筒體產生一定的失園度。這種現象在腹板焊接過程中屢次發生過。
綜上所述,廠制鋼管拱的全過程中,「校園」是控制失園度的第一步,應認真按工藝要求做。並建議改變設計內襯加強圈的位置,作為運輸段端面的園管應設加強圈,並在校園後立即施焊,以免組裝不當而造成它的變形。「組裝」是控制失園度的第二步,不應僅限於環縫處的調整。出廠前的試拼,是檢查和調整失園度最後一步,否則將影響拼裝成拱。對失園度的分析,不難得出這樣的結論:健全責任制,加強各道工序的自檢與互檢。前道工序不合格,後道工序就不能接。
3.2組拼運輸段的認識
以c、c′核查。這一辦法的理論正確,操作方便,出錯很少。在實際組拼中也證實了這一點。
然而兩組組裝單管間,並沒有以平面座標定位,使用的是定位螺桿。這樣,上下管間距可以處理得較為正確,但是管端的平面位置不一定很正確。這導致了在跟蹤檢查的14段中,出現有三段端面位置有差錯。正確的方法是:可以通過測定上管端面直徑兩點的投影與下管端面直徑兩點的投影是否四點共線來判定。與此同時,在另一端面以同樣方法進行檢查,並調整誤差。
總之,在工藝設計時需要重視組裝方法,方法不正確,就要出差錯。差錯,也必須在組裝中消除。
3.3焊縫的收縮
焊接前的工藝評定,是必不可少的。然而通常工藝評定時,更多注重的是焊縫質量,力學性能,一般沒有認真研究焊縫的收縮。事實上焊縫的收縮及收縮的應力對質量有較大的影響。例如:對環縫測試,一般可產生1～2mm的收縮量,很易使運輸段長度出現負公差。拼接中必須引以重視,採取應有的對策措施。腹板與園管間的焊縫,在實際中出現的問題最多。最初曾出現過由於焊縫收縮產生的應力,導致園管嚴重變形。後來不得不在焊接的工藝上採取措施,嚴格防止一次熔焊量過大,禁止層與層連續焊,改為焊一層翻一次面。此外要求以板中心對稱向兩端施焊,使應力得以放散。由此才得到控制。
總之焊縫所產生的收縮應充分估計到,否則難以保證質量。
3.4調節段的思索
能否在廠制過程中,不設調節段呢?這是眾所期望的,但是事實上難以做到。
在半跨組拼時誤差是以累計的形式出現,從單件筒體製作,或者運輸段的製作時一些合理的公差存在是允許的,這些公差有正、有負,所以組拼的誤差是隨機的。對每一半跨來說都難以一致。因此預留調節段是必要的。
往往廠制是批量生產,半跨組拼是最後一步,如沒有預留調節段,將為最後成拱帶來困難。唯一的辦法調節拱腳預埋段。以補救。但是,預埋段將直接影響到最後成拱的軸線正確性,所以必須十分鄭重,需要對每一個預埋段的座標進行調整與控制。因此,調節段應在事前預留。
4.結束語
4.1卷管與組拼成運輸段時最易產生影響拱軸線幾何形狀的誤差。因此,該兩過程應成為製作過程中自檢、互檢的兩個主要階段。建議以下面要求進行檢測與控制:
(1) 卷管階段有:
樣板展開圖、號料誤差控制;
筒體周長檢測;
校園後橢園度控制(應使用內弧樣板檢查);
號料時溫度測定;
(2)組拼成運輸段階段有:
兩兩對接(弦長)誤差控制;
拱背中線誤差控制;
上、下管中心距誤差控制;
環縫收縮量統計與控制;
端面平整(即上、下管弧長無反差或錯台)控制;
4.2筒體長可根據市場上供應的板寬選擇,運輸段(或吊裝段)主要取決於運輸條件和起吊能力確定。但在組拼前一定要認真排序,防止吊杆跨在相鄰兩段上,為加工、運輸帶來困難;與此同時應注意預留用以調節用的筒體。
4.3運輸段端面園管在捲筒成型及校園後應儘快設內襯加強圈,以免在多次吊裝、組拼時變形。
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