申报类型怎么填写:钢管拱加工工艺探索

钢管拱加工工艺探索

                         杨永乐

内容提要:本文阐述了成都市青龙场立交桥钢管拱制作的工艺以及制作中有关问

题的思考。

关键词:钢管拱  工艺  思考

1.前    言

成都市青龙场立交桥主桥为刚构式钢管

系杆拱桥,三组132m跨拱肋平行布置,钢管拱

肋断哑铃状(参见图一)。

始于1993年在四川旺苍县建成了第一座钢管

拱桥后,如雨后春笋,同类型的桥在全国各地

相继施工了几十座。但是,迄今为止还没有一

部正式的规范指导施工。一般都是参考

CECS28:90《钢管混凝土结构设计与施工规程》

、《建筑钢结   构焊接规程》以及铁路钢桥

的有关条文。由于钢管拱有本身的特殊之处,

在利用相关的参考规范时有一定的难度,给工艺   图一钢管拱断面示意

设计和加工带来了困难,需要在实践中不断探索。

2.钢管拱加工工艺

    青龙场立交桥以厂制钢管拱筒体,并在工厂组装成哑铃状运输段,

然后运往施工现场组拼成拱。经不断实践、不断反思,初步找到了厂

制的规律。

2.1钢管筒体成型和校园

该桥采用宽1800mm厚12mm的

钢板,以W１１－２０×2000卷板机

卷成外径1100mm的钢管。钢板按周

长横向画线、编号,半自动切割器气

割下料。钢板两端首先以

引弧扳引弧,然后卷成筒体。之后

是焊纵缝,根据工艺评定要求施焊。

                                     照片一  校园

校园(见照片一)仍以卷扳机,用薄钢板制成弧形样板,内靠筒壁,

若有不密贴处,则滚压该处,直到密贴为止。

卷筒时的注意事项:

   其一,为适应钢管拼接的轴线要求,钢管坡口端应与管轴线严格垂直。

卷扳过程中,必须保证筒体端平面与管轴线垂直。其二,需保证两两相邻

筒体端面的焊接,必须严格控制椭园度。其次画线、切割时应记下当时

车间温度,并进行编号。卷制的筒体是钢管拱肋的基本单位,需要严格控

制加工精度,否则事倍功半。

2.2运输段(或吊装段)的组装。

   运输段的组装必须在拼装台上进行。拼装台设在车间,以钢板铺面,平整

度≦1mm,根据工程周期,在青龙场加工车间设三个拼装台。

青龙场立交桥要求的运输段(或吊装段),是由校园后的筒体组成5.4m左

右的哑铃状节段。运输段的组拼,第一步以三个筒体组拼成单管段;第二

步由两单管段组拼成哑铃段。组拼前,筒体按顺序合理组合,避免吊杆同时

跨在两运输段上,以增加加工与运输的难度。首先把经校园的筒体按序吊到

拼装台上,两两定位,正确对准拱背中线后用75×75×5mm角钢临时固定。

点焊环缝后,移在环缝焊接的工装上施焊。

然后,将两组单管段(即运输段上、                     

下管)移在拼装平台上,端面定位后,

用定位螺杆调整上、下管轴线,并以

铁水平调平,用角铁固定后施焊,先

焊联接角钢,后进行腹板与筒体的

焊接(参见照片二)。

组拼运输段是一道复杂的工序。

一则要求严格定位。为此,既需

精确计算定

位尺寸,还需要在组拼前自制一

些必要的定位装置,例如上、           照片二  腹板焊接

下管组拼的螺栓定位杆、调节筒体使拱背中线在同一平面的带滚轮的角钢等等。

再则认真进行环缝、纵缝焊接工艺设计,重视收缩变形以及对收缩变形的控制

措施。还应注意吊杆位腹板与吊杆安装间的焊接顺序。

2.3半跨(或一跨)试拼装

试拼装是出厂前,在平面的条件下验证所加工的运输段(或吊装段)拼装成

拱的可能性。试拼装是在拼装样台上进行。受场地的限制,我们的拼装样

台为半跨,为便于焊接附件,设置30cm左右高的预制块台位,台位平整度应≦1mm。

试拼样台上要求精确测设拱肋上、下管边线,各运输段(或吊装段)端面座

标以及混凝土的灌注孔和排气孔,横联管等附件的座标。

试拼装,有两个主要校核的步骤:

第一步进一步校核运输段(或吊装段)端面园管的失园度,以保证相邻段的对接;

第二步校核并调整各运输段(或吊装段)间节缝宽度,以满足焊接的要求。

运输段(或吊装段)焊缝的调整,是组拼时必不可少的一步。号料、切割的

过程中总有误差存在,运输段(或吊装段)组装时也总有误差存在,以及焊接、

温度变化等因素也可产生误差,组拼时这些误差以累计的形式暴露出来。

以定尺的钢板加工筒体时,就应在考虑运输段的组合时,预留出几个筒体

(在半跨中)作为调节段,组拼后根据发生了变化的轴线长,特殊加工,以满

足调整的要求。

经校验并进行了调整,就可焊接临时联接件,横联管和吊杆孔位等附件。

3.问题与思考

3.1关于失园度

在我们进行半跨拱肋的试拼后,发现每一运输段段面的园管几何都有不

同程度的失园度,为拼装带来了困难。不能不令人深思。

从我们跟踪的半跨拱肋14个运输段的84个筒体来看,在卷管成型过程中

百分之百的筒体都留下了不同程度的失园度。在此期间由于校园这一道

工序没有严格按样板检测。往往为了方便仅仅用钢卷尺测量了几个具有

代表特征处的直径。该几处是达到了标准,然而其他部位的失园度被留了

下来。其次,在单管组装时,只对环缝处的相邻筒体作了调整,这一调整也

是局部的,由此就把失园度留到了最后阶段。另外腹板焊接过程中,有时

没有严格遵循工艺设计要求:或者是焊接速度过快;或者是熔焊量过大,

都会造成焊缝收缩过大而导致筒体产生一定的失园度。这种现象在腹板

焊接过程中屡次发生过。

综上所述,厂制钢管拱的全过程中,“校园”是控制失园度的第一步,应

认真按工艺要求做。并建议改变设计内衬加强圈的位置,作为运输段端

面的园管应设加强圈,并在校园后立即施焊,以免组装不当而造成它的变

形。“组装”是控制失园度的第二步,不应仅限于环缝处的调整。出厂

前的试拼,是检查和调整失园度最后一步,否则将影响拼装成拱。对失园

度的分析,不难得出这样的结论:健全责任制,加强各道工序的自检与互检。

前道工序不合格,后道工序就不能接。

3.2组拼运输段的认识

运输段组拼时产生的差错是难以校正的。在钢平面组装台上组拼,一般

不画定位线,即使画定位线,也没有通过精确测量。其差错主要取决于

方法正确有否!单管组拼,是使用了

图二所示的办法,简单易行。工艺

设计时,先计算出图示a、a′、

b、b′、c、c′数据,这些数据

可以根据平面解析几何计算。组

装时仅需精确以a、a′、b、b′

定位与复核,最后以c、c′核查。

这一办法的理论正确,操作方便,

出错很少。在实际组拼中也证实

了这一点。                        图二 单管组拼示意

然而两组组装单管间,并没有以平面座标定位,使用的是定位螺杆。这样,

上下管间距可以处理得较为正确,但是管端的平面位置不一定很正确。这

导致了在跟踪检查的14段中,出现有三段端面位置有差错。正确的方法是:

可以通过测定上管端面直径两点的投影与下管端面直径两点的投影是否四

点共线来判定。与此同时,在另一端面以同样方法进行检查,并调整误差。

总之,在工艺设计时需要重视组装方法,方法不正确,就要出差错。差错,也

必须在组装中消除。

3.3焊缝的收缩

焊接前的工艺评定,是必不可少的。然而通常工艺评定时,更多注重的是

焊缝质量,力学性能,一般没有认真研究焊缝的收缩。事实上焊缝的收缩

及收缩的应力对质量有较大的影响。例如:对环缝测试,一般可产生1～2mm

的收缩量,很易使运输段长度出现负公差。拼接中必须引以重视,采取应有

的对策措施。腹板与园管间的焊缝,在实际中出现的问题最多。最初曾出

现过由于焊缝收缩产生的应力,导致园管严重变形。后来不得不在焊接的

工艺上采取措施,严格防止一次熔焊量过大,禁止层与层连续焊,改为焊一

层翻一次面。此外要求以板中心对称向两端施焊,使应力得以放散。由此

才得到控制。

总之焊缝所产生的收缩应充分估计到,否则难以保证质量。

3.4调节段的思索

能否在厂制过程中,不设调节段呢?这是众所期望的,但是事实上难以做到。

在半跨组拼时误差是以累计的形式出现,从单件筒体制作,或者运输段的制

作时一些合理的公差存在是允许的,这些公差有正、有负,所以组拼的误差

是随机的。对每一半跨来说都难以一致。因此预留调节段是必要的。

往往厂制是批量生产,半跨组拼是最后一步,如没有预留调节段,将为最后成

拱带来困难。唯一的办法调节拱脚预埋段。以补救。但是,预埋段将直接影

响到最后成拱的轴线正确性,所以必须十分郑重,需要对每一个预埋段的座

标进行调整与控制。因此,调节段应在事前预留。

4.结束语

4.1卷管与组拼成运输段时最易产生影响拱轴线几何形状的误差。因此,该两过

程应成为制作过程中自检、互检的两个主要阶段。建议以下面要求进行检测与控制:

(1)    卷管阶段有:

样板展开图、号料误差控制;

筒体周长检测;

校园后椭园度控制(应使用内弧样板检查);

号料时温度测定;

(2)组拼成运输段阶段有:

两两对接(弦长)误差控制;

拱背中线误差控制;

上、下管中心距误差控制;

环缝收缩量统计与控制;

端面平整(即上、下管弧长无反差或错台)控制;

4.2筒体长可根据市场上供应的板宽选择,运输段(或吊装段)主要取决于运输条

件和起吊能力确定。但在组拼前一定要认真排序,防止吊杆跨在相邻两段上,为加工、运输带来困难;与此同时应注意预留用以调节用的筒体。

4.3运输段端面园管在卷筒成型及校园后应尽快设内衬加强圈,以免在多次吊装、组拼时变形。

钢管拱加工工艺探索

                           杨永乐

内容提要:本文阐述了成都市青龙场立交桥钢管拱制作的工艺以及制作中有关问

题的思考。

关键词:钢管拱  工艺  思考

1.前    言

成都市青龙场立交桥主桥为刚构式钢管

系杆拱桥,三组132m跨拱肋平行布置,钢管拱

肋断哑铃状(参见图一)。

始于1993年在四川旺苍县建成了第一座钢管拱桥后,如雨后春笋,同类型的桥在全国各地相继施工了几十座。但是,迄今为止还没有一部正式的规范指导施工。一般都是参考CECS28:90《钢管混凝土结构设计与施工规程》、《建筑钢结    图一钢管拱断面示意

构焊接规程》以及铁路钢桥的有关条文。由于钢管

拱有本身的特殊之处,在利用相关的参考规范时有一定的难度,给工艺设计和加工带来了困难,需要在实践中不断探索。

2.钢管拱加工工艺

青龙场立交桥以厂制钢管拱筒体,并在工厂组装成哑铃状运输段,然后运往施工现场组拼成拱。经不断实践、不断反思,初步找到了厂制的规律。

2.1钢管筒体成型和校园

该桥采用宽1800mm厚12mm的

钢板,以W１１－２０×2000卷板机卷成外径1100mm的钢管。钢板按周长横向画线、编号,半自动切割器气割下料。钢板两端首先以           照片一  校园

引弧扳引弧,然后卷成筒体。之后是焊纵缝,根据工艺评定要求施焊。

校园(见照片一)仍以卷扳机,用薄钢板制成弧形样板,内靠筒壁,若有不密贴处,则滚压该处,直到密贴为止。

卷筒时的注意事项:

其一,为适应钢管拼接的轴线要求,钢管坡口端应与管轴线严格垂直。卷扳过程中,必须保证筒体端平面与管轴线垂直。其二,需保证两两相邻筒体端面的焊接,必须严格控制椭园度。其次画线、切割时应记下当时车间温度,并进行编号。卷制的筒体是钢管拱肋的基本单位,需要严格控制加工精度,否则事倍功半。

2.2运输段(或吊装段)的组装。

运输段的组装必须在拼装台上进行。拼装台设在车间,以钢板铺面,平整度≦1mm,根据工程周期,在青龙场加工车间设三个拼装台。

青龙场立交桥要求的运输段(或吊装段),是由校园后的筒体组成5.4m左右的哑铃状节段。运输段的组拼,第一步以三个筒体组拼成单管段;第二步由两单管段组拼成哑铃段。组拼前,筒体按顺序合理组合,避免吊杆同时跨在两运输段上,以增加加工与运输的难度。首先把经校园的筒体按序吊到拼装台上,两两定位,正确对准拱背中线后用75×75×5mm角钢临时固定。点焊环缝后,移在环缝焊接的工装上施焊(见照片二)。

然后,将两组单管段(即运输段上、     照片二  环縫焊接

下管)移在拼装平台上,端面定位后,用定位螺杆调整上、下管轴线,并以铁水平调平,用角铁固定后施焊,先焊联接角钢,后进行腹板与筒体的焊接(参见照片三)。

组拼运输段是一道复杂的工序。一则要求严格定位。为此,既需精确计算定位尺寸,还需要在组拼前自制一些必要的定位装置,例如上、           照片三  腹板焊接

下管组拼的螺栓定位杆、调节筒体使拱背中线在同一平面的带滚轮的角钢等等。再则认真进行环缝、纵缝焊接工艺设计,重视收缩变形以及对收缩变形的控制措施。还应注意吊杆位腹板与吊杆安装间的焊接顺序。

2.3半跨(或一跨)试拼装

试拼装是出厂前,在平面的条件下验证所加工的运输段(或吊装段)拼装成拱的可能性。试拼装是在拼装样台上进行。受场地的限制,我们的拼装样台为半跨,为便于焊接附件,设置30cm左右高的预制块台位,台位平整度应≦1mm。试拼样台上要求精确测设拱肋上、下管边线,各运输段(或吊装段)端面座标以及混凝土的灌注孔和排气孔,横联管等附件的座标。

试拼装,有两个主要校核的步骤:

第一步进一步校核运输段(或吊装段)端面园管的失园度,以保证相邻段的对接;

第二步校核并调整各运输段(或吊装段)间节缝宽度,以满足焊接的要求。

运输段(或吊装段)焊缝的调整,是组拼时必不可少的一步。号料、切割的过程中总有误差存在,运输段(或吊装段)组装时也总有误差存在,以及焊接、温度变化等因素也可产生误差,组拼时这些误差以累计的形式暴露出来。以定尺的钢板加工筒体时,就应在考虑运输段的组合时,预留出几个筒体(在半跨中)作为调节段,组拼后根据发生了变化的轴线长,特殊加工,以满足调整的要求。

经校验并进行了调整,就可焊接临时联接件,横联管和吊杆孔位等附件。

3.问题与思考

3.1关于失园度

在我们进行半跨拱肋的试拼后,发现每一运输段段面的园管几何都有不同程度的失园度,为拼装带来了困难。不能不令人深思。

从我们跟踪的半跨拱肋14个运输段的84个筒体来看,在卷管成型过程中百分之百的筒体都留下了不同程度的失园度。在此期间由于校园这一道工序没有严格按样板检测。往往为了方便仅仅用钢卷尺测量了几个具有代表特征处的直径。该几处是达到了标准,然而其他部位的失园度被留了下来。其次,在单管组装时,只对环缝处的相邻筒体作了调整,这一调整也是局部的,由此就把失园度留到了最后阶段。另外腹板焊接过程中,有时没有严格遵循工艺设计要求:或者是焊接速度过快;或者是熔焊量过大,都会造成焊缝收缩过大而导致筒体产生一定的失园度。这种现象在腹板焊接过程中屡次发生过。

综上所述,厂制钢管拱的全过程中,“校园”是控制失园度的第一步,应认真按工艺要求做。并建议改变设计内衬加强圈的位置,作为运输段端面的园管应设加强圈,并在校园后立即施焊,以免组装不当而造成它的变形。“组装”是控制失园度的第二步,不应仅限于环缝处的调整。出厂前的试拼,是检查和调整失园度最后一步,否则将影响拼装成拱。对失园度的分析,不难得出这样的结论:健全责任制,加强各道工序的自检与互检。前道工序不合格,后道工序就不能接。

3.2组拼运输段的认识

运输段组拼时产生的差错是难以校正的。在钢平面组装台上组拼,一般不画定位线,即使画定位线,也没有通过精确测量。其差错主要取决于方法正确有否!单管组拼,是使用了图二所示的办法,简单易行。工艺设计时,先计算出图示a、a′、b、b′、c、c′数据,这些数据可以根据平面解析几何计算。组装时仅需精确以a、a′、b、b′定位与复核,最后        图二 单管组拼示意

以c、c′核查。这一办法的理论正确,操作方便,出错很少。在实际组拼中也证实了这一点。

然而两组组装单管间,并没有以平面座标定位,使用的是定位螺杆。这样,上下管间距可以处理得较为正确,但是管端的平面位置不一定很正确。这导致了在跟踪检查的14段中,出现有三段端面位置有差错。正确的方法是:可以通过测定上管端面直径两点的投影与下管端面直径两点的投影是否四点共线来判定。与此同时,在另一端面以同样方法进行检查,并调整误差。

总之,在工艺设计时需要重视组装方法,方法不正确,就要出差错。差错,也必须在组装中消除。

3.3焊缝的收缩

焊接前的工艺评定,是必不可少的。然而通常工艺评定时,更多注重的是焊缝质量,力学性能,一般没有认真研究焊缝的收缩。事实上焊缝的收缩及收缩的应力对质量有较大的影响。例如:对环缝测试,一般可产生1～2mm的收缩量,很易使运输段长度出现负公差。拼接中必须引以重视,采取应有的对策措施。腹板与园管间的焊缝,在实际中出现的问题最多。最初曾出现过由于焊缝收缩产生的应力,导致园管严重变形。后来不得不在焊接的工艺上采取措施,严格防止一次熔焊量过大,禁止层与层连续焊,改为焊一层翻一次面。此外要求以板中心对称向两端施焊,使应力得以放散。由此才得到控制。

总之焊缝所产生的收缩应充分估计到,否则难以保证质量。

3.4调节段的思索

能否在厂制过程中,不设调节段呢?这是众所期望的,但是事实上难以做到。

在半跨组拼时误差是以累计的形式出现,从单件筒体制作,或者运输段的制作时一些合理的公差存在是允许的,这些公差有正、有负,所以组拼的误差是随机的。对每一半跨来说都难以一致。因此预留调节段是必要的。

往往厂制是批量生产,半跨组拼是最后一步,如没有预留调节段,将为最后成拱带来困难。唯一的办法调节拱脚预埋段。以补救。但是,预埋段将直接影响到最后成拱的轴线正确性,所以必须十分郑重,需要对每一个预埋段的座标进行调整与控制。因此,调节段应在事前预留。

4.结束语

4.1卷管与组拼成运输段时最易产生影响拱轴线几何形状的误差。因此,该两过程应成为制作过程中自检、互检的两个主要阶段。建议以下面要求进行检测与控制:

(1)    卷管阶段有:

样板展开图、号料误差控制;

筒体周长检测;

校园后椭园度控制(应使用内弧样板检查);

号料时温度测定;

(2)组拼成运输段阶段有:

两两对接(弦长)误差控制;

拱背中线误差控制;

上、下管中心距误差控制;

环缝收缩量统计与控制;

端面平整(即上、下管弧长无反差或错台)控制;

4.2筒体长可根据市场上供应的板宽选择,运输段(或吊装段)主要取决于运输条件和起吊能力确定。但在组拼前一定要认真排序,防止吊杆跨在相邻两段上,为加工、运输带来困难;与此同时应注意预留用以调节用的筒体。

4.3运输段端面园管在卷筒成型及校园后应尽快设内衬加强圈,以免在多次吊装、组拼时变形。