浅谈钢管拱肋及风撑制作施工技术

浅谈钢管拱肋及风撑制作施工技术

王文明

中铁十八局集团第五工程有限公司天津市滨海新区300450

摘要：通过上海浦东区浦东北路跨越赵家沟大桥的工程实例，介绍了钢管拱部件制作、预拼装、焊接方案等控制环节。

关键词：钢管拱；预拼装；焊接

1设计概述

赵家沟大桥主桥为下承式三肋系杆拱桥，计算跨径130m。

拱肋轴线为悬链线m=1.167，矢跨比f/l=1/5。

主拱肋采用钢管混凝土桁架拱，上下弦管内灌注混凝土，腹杆为空钢管，拱肋四个小钢管直径均为φ700mm。钢桥主管材为Q345C，风撑、腹杆为Q235。

拱肋高度3.2m，中拱肋宽度2m，边拱肋宽度1.7m。中拱肋上下拱圈分别是由两个厚δ=12mm圆形钢管以厚δ=14mm的钢板相连形成哑铃型截面。边拱肋高上下拱圈分别是由两个厚δ=10mm圆形钢管以厚δ=12mm的钢板相连形成哑铃型截面，上下拱圈间采用厚δ=10mm、直径φ300mm的圆钢管每隔一定间距相联系形成桁架腹杆。

风撑为钢管桁架结构，桁架上下弦杆钢管为δ=12mm圆形空钢管，直径φ500mm，腹杆为δ=10mm圆形空钢管，直径φ300mm，共设三道风撑。

根据设计要求，钢管拱分5段安装。在施工顺序上，首先要施工拱脚，因而先安排拱脚拱肋的加工，其他段的加工随着进行，整体试拼装完成方可出厂。

2施工准备

材料入场：根据施工计划安排，编制材料采购计划，材料提前进场检验。材料入库严格按照相关程序进行验收、入库、保管、领料等过程有责任人签字。

预制加工场地：在施工现场附近租用60m×150m场地一处，作为施工材料堆放、预制、组对、存放场地，搭设30m×10m钢平台两个。

3制作方案

3.1厂内制作内容

厂内制作内容包括：钢管拱主拱肋5×3件，风撑3×2件。

3.2部件制作工艺

部件制作包括钢管煨制、型钢下料、连接板加工等内容。

钢管拱制作工艺流程：号料→切割→边缘加工→卷管→焊接纵缝（并超声波检测）→矫圆→拼接（接长，焊接对接环境）→超声波检测及X射线拍片→热弯→组装（焊成分段桁架，超声波检测必要时X射线拍片）→试拼（各吊装段间试拼接，含风撑）→涂装（含弦管、缀板及封端）→起吊装船→运输到桥位处。

拱肋弦管直径≥φ500mm以上采用卷管，直径<φ500mm的管采用无缝钢管。

钢管拱焊缝采用完全熔透坡口焊缝，加工前按拱肋尺寸进行1:1的精确放样，注意考虑温度和焊接变形的影响，拱肋制作的几何精度必须符合规范和设计要求。

3.3段节组装工艺线路选择

组装前，将所有煨制钢管部件几何尺寸、制造质量进行检查，合格后方可进行段节组装工作，所有组装工作均在平台上进行。线路如下：

检查部件编号→平台上1:1放地样→检查→按地样摆放支架→安放煨制好的部件管→安装腹杆及连接板→检查→铺设另侧连接板→检查→多次翻身完成所有平焊→检查→安装端口定位块→翻身完成所有平焊→总检。

3.4放样、划线

各部件均按1:1进行放样，放样用各种量具、工具、仪表均预先进行计量检验合格后方可使用。加工时先根据每段长度确定所用的材料尺寸，排出焊缝并错开。

利用计算机计算并画图排版，所有部件首先在计算机中做出每个部件段节的相关线，转化成工人可以直接下料的数据。通用部件放样为保证互换性，在0.5mm厚铁皮上进行，并做成1:1样板。划线根据切割工艺及坡口加工工艺的要求预留2～3mm余量。

3.5钢管整体热弯

拱肋采用整体热弯成型，用型钢制作一个热弯用工装模具，模具形状与拱肋线形相符，在钢管弯内侧采用多点式加热，加热点间距0.5m，加热温度不超过800℃，同时采用两台100t液压千斤顶施压，热弯成型的管肋线形和形位公差必须符合设计要求。

3.6切割

切割工作采用火焰切割，切割线与材料线的允许偏差＜2mm；切割截面与钢材表面不垂直度不大于钢板厚度的10%；切割时要在朝向拱顶侧留余量，并标出余量位置。

3.7管节加工

管节组对采用设计图中所示线形进行拼接组对，因此管节加工时要严格控制线形，测量监控，保证各项指标符合规范要求。在钢管拱肋加工过程中，注意混凝土泵入口、防倒流节制阀、排气孔及扣点、吊点节点板的设置。

3.8段节组装

组装时，按部件制作工艺中的步骤将各部件依次拼装到位，只进行初步点焊和加固，将所有部件组装完毕，经总体检验合格后整体焊接。

整体焊接前，对易变形部件进行加固，焊接顺序及方式严格按焊接方案的有关规定进行。组装过程中，设专人对段节的各种形位偏差进行监测。

4预拼装

4.1预拼装

预拼装前在拼装场地上按1:1放出大样，在大样之上按图纸要求放置刚性支撑体，支撑体上表面标高及形状按桥拱要求进行设置。采用整跨预拼，每件单元体均留余量，余量留在靠拱中心侧。预拼装时每节单元体尽量一端放置在事先放好的大样中，有余量的一端采用经纬仪放线，画出余量部分，用火焰进行切割；再将下一单元体平移至事先放好的大样上，以此类推。中间段节必需待两半跨都已拼装好后，再采用上述方法将一侧余量切割，另一侧余量待合拢时经实测后切割。

4.2试拼装

试拼装中要充分考虑气温、气压及各种影响测量精度及钢材物理性能的因素并做好记录（安装时的条件尤其是气温及光照要等同试拼装时的气温及光照）。各段节摆放到位后，进行严格检查，当所有技术指标达到要求后，方可进行下一组拱的预拼装。

4.3拼装注意事项

在单元体起吊、移位过程中，根据具体情况采取有效的防变形措施，吊装时稳起稳落，并有专人指挥。拼装时技术人员一定要在场，指导施工，发现问题及时处理。

拼装时对各单元体进行编号，特别是拼装合格的一组段节；在各单元体上要有明显记号，以保证作业安装时不出现混乱。

进行预拼装时，单元体的结合部要保持自然吻合状态，严禁出现强力组对现象。

钢性支撑体的设置，要保证在可能的最大荷载下不出现变形。

5焊接方案

5.1焊材选用及管理

焊接材料必须具有出厂合格证和质量证明书。焊条、焊剂的烘干严格按生产厂家说明书要求进行烘干。严格执行焊材烘干、发放、保管制度，并做好记录。

焊材库房和焊条烘干室设专人管理，负责焊材的贮存、保管、烘干和发放。焊接材料按种类、牌号、规格、批号分别堆放，并有明显标识。

5.2焊接工艺评定

针对钢管拱的焊接施工，对于不同材质、规格，不同的焊接方法、焊接材料和焊接位置进行焊接工艺评定，评定试验必须与生产中的焊接工艺相同。拱肋和风撑焊接工艺及质量检验按《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的有关规定执行。

5.3焊前准备

焊接坡口按设计图纸要求加工，坡口加工采用机械或氧乙炔焰切割，具体尺寸按焊接工艺卡或技术交底卡进行。焊接必须对焊接区100mm范围内的铁锈、毛刺、油污清除干净；焊接时不得使用药皮脱落、焊芯生锈和未经烘干的焊条。

5.4焊接工艺

手工电弧焊焊接时，定位焊缝长50～100mm，间距400～600mm，焊脚尺寸不得大于设计焊脚尺寸的一半，且距设计焊缝端部30mm以上。

手工电弧焊时严禁在非焊接区域引弧。每层焊缝连续焊完，因故中断再焊接时，检查无裂纹后方可施焊。焊接完成后，将焊缝两侧的溶渣清除干净。

焊缝外观尺寸超出允许的焊缝以及咬边必须修磨匀顺，焊缝外观尺寸超出允许负偏差的焊缝用手工电弧焊进行补焊。焊缝经无损探伤出现不合格者，要进行返修焊，返修焊采用原焊接工艺。返修焊次数不能超过两次。

5.5焊接变形控制

为了满足尺寸要求，保证产品质量，焊接过程中要尽量减少变形，其措施有以下几个方面：对接焊缝采用V型坡口，双面焊接。手工电弧焊采用V型坡口，背面采用碳弧气刨或角向磨光机清根。连接板的角焊缝，采用从中间向两侧分断退焊的方法。原则是先焊短焊缝，后焊长焊缝。采用合理的焊接顺序和组装顺序，组装顺序见制作方案。在易变形部位采用刚性加固，对称焊接防止焊接变形。

5.6焊接质量要求

（1）外观检查

气孔、咬边及焊缝余高必须符合规范要求。焊缝表面不得有夹渣、裂纹、未填满、弧坑等缺陷。角焊缝圆滑过渡、成形美观。

（2）内部质量

焊缝焊接24h后进行无损检测，焊缝质量须满足焊接质量要求表要求。

对所有的焊缝均100%进行超声波探伤，并抽取不少于焊缝长度的20%进行射线探伤，两条焊缝交叉点必须进行射线探伤。

射线探伤的有关规定和质量评定，采用《钢焊缝射线照片及底片分类法》（GB3323-82），对接接头焊缝达到Ⅰ级标准，其他达到Ⅱ级标准。

若进行超声波探伤认定焊缝存在裂缝，则判断焊缝质量不合格。

5.7焊接环境

当施焊环境出现下述情况时，必须有防护措施：手工电弧焊风速≥8米/秒；雨天或相对湿度大于80%；温度低于5℃；焊接部位潮湿；焊接作业点10m以内有易燃、易爆物品；作业面不符合要求等。

6结语

钢管拱桥具有跨度大，结构受力合理，造型美观的特点，近年来钢管拱桥在我国在公路、市政建设中获得了广泛应用。

参考文献

[1]《钢结构工程施工质量验收规范》（2001年出版）；中国计划出版社，地址：北京西城区木樨地北甲11号；主编：侯兆新、何奋涛、于之绰、王文涛等

[2]《公路桥涵施工技术规范》（2000年出版）；交通出版社，地址：北京和平里东街10号；主编：刘吉士、阎洪河、田克平、吴龙鳌