矩形双壁钢围堰设计及焊接加工控制技术 双壁钢围堰施工动画

来源:总结汇报 发布时间:2019-04-06 06:21:55 点击:

  1、工程概况   武广客运专线流溪河特大桥跨西华海连续刚构主桥长356m,跨径组合为94m+168m+94m,该桥主墩289#位于水中,承台基础属于低桩承台,承台埋入基岩内,其承台底面标高均为-10.539m,施工水位为+2.1m,施工水深达15m。 289#墩下设一个整体式承台,承台尺寸为长23.2m×宽16.8m×高5.0m,四角倒圆。
  本桥位于近海地带,受涨落潮影响,河道水位相差较大,且因水位较深,水流速度较大,同时施工受台风影响,拟采用双壁钢围堰进行承台施工且水中承台钢围堰必须有足够的高度,满足涨潮与落潮的施工要求,同时也得满足稳定性要求。
  2、钢围堰形式的选择
  钢围堰平面形状的一般根据承台形状而定,常见的有圆形、矩形,也有哑铃型和异型钢围堰。
  该墩承台为矩形承台,可采用圆形双壁钢围堰或矩形双壁钢围堰,以下详述其优缺点:
  2.1矩形双壁钢围堰:
  优点:用钢量小,占用河道面积小。
  缺点:受力条件复杂,结构复杂,由于设置内支撑,对承台施工有一定的干扰。
  2.2圆形双壁钢围堰:
  优点:受力条件好,可承受比一般围堰更大的围堰内外水头差,无须设置内支撑,施工干扰小;适用性强,基本不受墩位处水深限制,不受覆盖层深度限制。
  2.3缺点:占用河道面积较大,自身用钢量大,同时施工平台、封底、吸泥、水下清基等相应工作量也随之增大。
  其各自经济、技术比较如下(壁厚:1.0m,高度:15.991m,操作空间:圆形0.7m,矩形0.1m,平台及围堰所用钢材型号相同)。
  2.4钢围堰平面形状的确定
  经论证和比较,采用1.0m厚矩形双壁钢围堰较为理想,同时也是满足广州市航道局关于施工期间通航宽度不小于110m的要求。围堰内设置斜支撑,支撑避开承台、墩身的施工位置,克服了内支撑对承台、墩身的施工影响,且优化设计后的矩形双壁钢围堰较圆形钢围堰更经济适用。
  
  
  
  
  
  
  
  3、围堰施工难点
  钢围堰平面尺寸较大,结构杆件多,焊缝较多,焊接过程中产生的变形量大,不利于围堰拼装。若不能很好的控制围堰加工过程中的变形。在围堰拼装过程中必然会导致大量的人力及财力的浪费。
  4、施工过程控制
  双壁矩形钢围堰焊接质量要求极高,对焊接变形量与焊缝质量及密水性要求极为严格。下面我们从以上几个角度研究控制焊接质量措施。
  4.1影响围堰焊接变形的因素
  (1)结构尺寸:
  289#水中墩矩形双壁钢围堰长25.4米,宽19米,高15.991米,壁厚1米,属于大型钢结构。众所周知,钢结构尺寸越大焊接变形越严重。
  (2)焊缝尺寸及形式:
  焊缝尺寸的大小不仅关系到焊接工作量,而且对焊接变形也产生较大的影响。焊缝尺寸过大,焊接量就大。289#主墩钢围堰由于焊缝较多,且要求焊透易引起较大变形,有由于角焊缝的纵横向收缩易引起翅曲变形。同时不同的焊缝剖口形式对焊接变形也有很大的影响。
  (3)焊接工艺及材料:
  由于先焊焊缝对后焊焊缝有一定的约束作用,所以在焊接参数一定的情况下,先焊接焊缝变形总是大于后焊焊缝的变形,且结构越大,板材越薄,焊接变形量的差异也就越大。
  3.2 控制焊接变形措施:
  3.2.1将钢围堰分块制作,分割其结构尺寸
  为控制因结构过大而引起焊接变形过大情况,我们将钢围堰分为3节,每节分为12块,共所36块制作。从而极大减小了其自身结构尺寸,有效控制了因结构过大引起的焊接变形量。上下节段间焊接加劲板,拼装时为面与面的焊接,有效保证拼装质量。
  3.2.2选择合理的焊缝尺寸及焊缝位置
  (1)焊缝尺寸过大必然导致焊接变形量增大,但并不是说焊缝尺寸越小越好,在焊接过程中,过小的焊缝尺寸,由于冷却速度过快,容易产生一系列的焊接缺陷,影响焊接质量和降低焊缝的力学性能。因此,在保证结构承载力和焊缝的焊接质量的前提下,应选取最小的焊缝尺寸。同时采用多层多焊道施工保证焊接质量。
  钢围堰的面板都为薄壁板,焊接过程中极易变形,为有效控制此问题。我们选择大尺寸钢板作为围堰面板,尽可能的减少焊缝长度及焊缝条数,以尽可能的减少因焊缝过多引起的焊接变形量。
  (2)在焊缝结构设计时,尽可能在对称于截面中性轴,或接近于中性轴的位置上安排焊缝。对于对称的焊接结构,焊缝布置应对称于中性轴,由两名焊工同时对称施焊,可使产生的焊接应力相互抵消,或部分抵消,大大地减少了焊接变形。
  (3)选择合理的焊缝剖口形式
  焊缝的坡口形式对焊接变形的影响较大。焊缝的坡口角度越大,熔敷金属的填充量就越大,沿着板厚方向的横向收缩就越不均匀,焊接变形就越大。通常情况下,不开坡口的焊缝因为熔敷金属填充量小,比开坡口的焊缝焊接变形要小。对于289#围堰面板厚钢板来说,为保证焊接牢固性,必须采用剖口焊,经比较与现场实践得出,V型坡口较小,焊缝的焊接变形就越小。
  3.3.3 从焊接工艺上来减小焊接变形量
  (1)选择合理的焊接方法
  选择焊接方法的原则是:
  在保证焊接质量和力学性能的前提下,选用较低的线能量,能有效地防止焊接变形。289#主墩钢围堰采用手工电弧焊,功率大,热利用率高,焊接速度快,焊缝收缩小,焊接变形就小。
  (2)采用合理的装配焊接顺序和方向
  焊接结构的装配焊接顺序将给钢结构的变形带来较大的影响。为了使焊缝能自由收缩,在围堰焊接过程中,同时存在对接焊缝和连续焊缝时,先焊连续焊缝。焊接时,应对称焊接,对于不对称焊缝的焊接先焊焊缝少的一侧。对于结构中长焊缝,采取分段焊。
  (3)刚性模具固定法
  289#主墩钢围堰主桁骨架施焊时,将焊件固定在具有足够刚性的胎膜上,使焊件在焊接时不能移动,在焊接结束完全冷却以后再将焊件放开,这时焊件的焊接变形要比在自由状态下焊接时发生的变形要小。
  (4)反变形法
  根据生产中已经发生的焊接变形的规律,预先把焊件人为地制成一个变形,使这个变形与焊接后发生的变形方向相反而且数值大小相等,以达到防止产生焊接残余变形。例如:289#主墩钢围堰竖向加劲角钢即N8与面板焊接时,采用在角钢与面板接触的正反面跳焊,不但总焊缝长度大于角钢长度,保证了焊接质量;而且利用反变形法很好的控制了焊接变形量。
  (5)散热法
  散热法又称强迫冷却法,是把焊接处的热量迅速散走,使焊缝附近金属受热区域大大减小,以达到减少焊接变形的目的。289#主墩钢围堰面板与桁架骨架拼装时采用鼓风机通风,迅速降低因焊接产生的热量,从而最低限度的减少了变形。
  5、结语
  289#主墩围堰加工过程中,综合运用了上述的焊接工法与工艺,很好控制了焊接变形量。根据验收结果得知,结构平面最大尺寸误差不足15�,对角线最大误差不足20�。36块围堰全部一次性通过了煤油渗透试验,保证了密水性。通过以上对武广客运专线跨西华海连续刚构深水基础钢围堰形式选择及施工过程控制的论述,能对相似工程的施工提供一些参考
  

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