杜冰冰，闕子雄，王 濤，陳 輝，張建平，張金輝

(浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司，浙江 紹興 312000)

0 前言

波形腹板與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比節(jié)約用鋼量約20%，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的美觀，在經(jīng)濟(jì)性能和美觀方面越來越受到業(yè)主及設(shè)計(jì)者的青睞。但是波形腹板在國內(nèi)的應(yīng)用較少，在建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域更是鳳毛麟角，尚無規(guī)?；┕し矫娴慕?jīng)驗(yàn)。

以煙臺(tái)潮水機(jī)場(chǎng)工程中波形腹板梁的大規(guī)模應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹波形腹板的精確成型和波形腹板梁的制作工藝，為該項(xiàng)新技術(shù)的推廣提供一定的技術(shù)參考。

1 基本介紹

1.1 工程概況

煙臺(tái)潮水機(jī)場(chǎng)是在建的大型國際機(jī)場(chǎng)(見圖1)，鋼結(jié)構(gòu)工程主要分為航站樓、指廊和登機(jī)橋?？傆娩摿拷?萬t。其中B區(qū)航站樓和A、C區(qū)指廊的屋面均采用波形腹板梁，總重達(dá)5 500 t，構(gòu)件特點(diǎn)是波形腹板厚板多截面規(guī)格大、組裝成型精度控制要求高。

圖1 煙臺(tái)潮水機(jī)場(chǎng)整體效果

目前波形腹板的常用波形主要有折線形、正弦曲線、矩形、梯形等，本工程采用梯形波形，共700型和1400型兩種型號(hào)，具體如表1所示。

1.2 重難點(diǎn)介紹

(1)本工程是波形腹板梁在建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，特別是機(jī)場(chǎng)工程，安全性能及建筑美觀要求均較高，國內(nèi)尚無較為成熟的施工經(jīng)驗(yàn)。

(2)波形腹板梁截面大，多為變截面折彎型構(gòu)件，端部又采用高強(qiáng)螺栓連接，如何合理的安排裝配焊接順序以防止變形從而保證構(gòu)件的尺寸精度要求，是加工制作過程中控制的重點(diǎn)之一。

表1 波形腹板梁參數(shù)介紹(單位mm)

(3)使用的鋼板厚度大，最厚達(dá)80 mm，焊接難度大，如何減少焊接收縮變形、保證焊接質(zhì)量是制作過程中控制的重點(diǎn)之一。

(4)波形腹板的展開及制作是本工程的關(guān)鍵，根據(jù)不同的波形如何確定展開系數(shù)、波形腹板模壓成型的缺陷防治措施、波形腹板的變形控制措施等是考驗(yàn)本工程的難點(diǎn)。

2 波形腹板的成型工藝及控制要點(diǎn)

2.1 波形腹板的成型工藝

波形腹板的成型采用冷成型，成型工藝分為模壓法和沖壓法(折彎法)。模壓法又分為無牽制模壓法和普通模壓法。

普通模壓法:利用液壓機(jī)與波形近似斷面的模具進(jìn)行一次成型的方法，如圖2所示。

圖2 普通模壓法

無牽制模壓法:在同一橫斷面上同時(shí)不超過兩個(gè)受壓牽制區(qū)，且模壓時(shí)兩側(cè)鋼板不受牽制，可自由伸縮的模壓方法，如圖3所示。

圖3 無牽制模壓法

沖壓法(折彎法):利用折彎機(jī)多次反復(fù)折壓或成型的方法，如圖4所示。

圖4 沖壓法

本工程的波形腹板板厚小于等于14 mm，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的波形，在工程開始前首先進(jìn)行波形腹板的試制。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)不斷調(diào)整模具，最終確定波形腹板成型主要采用普通模壓法成型(見圖5)，轉(zhuǎn)角半徑確定為15t，展開系數(shù)為1.08。

圖5 普通模壓法成型機(jī)

在此工藝設(shè)計(jì)和模具裝配條件下制作的波形腹板，避免了傳統(tǒng)冷成型過程中所產(chǎn)生的缺陷和質(zhì)量通病，如邊部波浪、角部裂紋、角部皺褶、縱向彎曲、扭曲等。

2.3 波形腹板整形控制措施

成型后的波形腹板采用專用的標(biāo)準(zhǔn)鋼平臺(tái)、工裝設(shè)備進(jìn)行整形或采用機(jī)械整形矯正，以滿足波形腹板的尺寸和整體結(jié)構(gòu)要求，不得采用錘擊等其他人工方法，如圖6所示。

圖6 波形腹板的整形矯正

構(gòu)件矯正一般采用冷矯，冷矯時(shí)環(huán)境溫度不得低于－12℃，矯正后的鋼材表面不得有超過標(biāo)準(zhǔn)要求的凹坑和其他損傷。熱矯時(shí)溫度應(yīng)控制在600℃ ～800℃，嚴(yán)禁過燒，矯正后構(gòu)件應(yīng)緩冷，降至室溫之前不得錘擊鋼材工件或用水急冷。

2.4 波形腹板防止變形控制措施

波形腹板矯正合格后為了防止吊裝和運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生變形，應(yīng)采用以下措施進(jìn)行防治變形控制:

(1)焊接吊耳，避免吊鉤傷及母材，如圖7所示。

圖7 焊接吊耳

(2)焊接加固桿，保證吊裝時(shí)腹板不產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，如圖8、圖9所示。

圖8 焊接加固桿

圖9 加固桿應(yīng)用實(shí)例

2.5 波形腹板的尺寸允許偏差

波形腹板的尺寸允許偏差符合規(guī)范《組合結(jié)構(gòu)橋梁用波形鋼腹板》(JT/T 784－2010)的要求。

3 波形腹板梁的制作工藝及技術(shù)控制要點(diǎn)

波形腹板梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的加工制作方法的分析對(duì)比如表2所示。

表2 加工制作方法分析對(duì)比

本工藝主要以H型波形腹板梁的加工制作為例，詳細(xì)介紹波形腹板梁的制作工藝及其質(zhì)量控制。

3.1 臥式拼裝法

(1)繪制地樣基準(zhǔn)線。

根據(jù)構(gòu)件的實(shí)際投影尺寸，按照1∶1的比例繪制地樣投影線。如主體端口、折彎點(diǎn)、下翼板等重要控制部位輪廓線，并采用水準(zhǔn)儀抄平，偏差不得大于1 mm，如圖10所示。

圖10 繪制地樣基準(zhǔn)線

(2)搭設(shè)胎架。

根據(jù)地樣位置搭設(shè)胎架，波形腹板的胎架采用H鋼，檢查合格后進(jìn)行定位焊接，如圖11所示。

圖11 搭設(shè)胎架

(3)波形腹板組裝定位。

將下料拼接合格后的波形腹板及連接端板進(jìn)行定位，采用線錘檢查，如圖12所示。

圖12 波形腹板組裝定位

(4)翼板組裝定位及其尺寸檢測(cè)。

根據(jù)波形腹板位置結(jié)合地樣裝配兩側(cè)翼板，要求翼板與腹板的垂直度偏差為b/200，且不大于3 mm。翼緣板裝配前應(yīng)首先劃出中心線及波形腹板位置線，裝配時(shí)保證波形腹板的中心線與翼緣板的中心線偏差不大于2 mm。對(duì)于翼板端部定位點(diǎn)及中間部位連接端板定位點(diǎn)采用吊線錘方式進(jìn)行檢查，與地樣偏差不大于3 mm，合格后對(duì)翼板和波形腹板進(jìn)行定位點(diǎn)焊，定位焊的焊腳大小為4～6 mm，長度為40～60 mm，間距為300～500 mm，如圖13、圖14所示。

(5)側(cè)板及其附屬零部件的裝配。

根據(jù)連接端板確定側(cè)板位置，根據(jù)側(cè)板確定檁條定位板位置，如圖15所示。

圖13 繪制腹板位置線

圖14 翼板組裝定位

圖15 附屬零部件裝配

(6)尺寸整體檢查。

主要控制尺寸如表3所示，成品如圖16所示。

表3 關(guān)鍵尺寸控制要求

3.2 立式拼裝法

根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式將其分為三個(gè)單元:單元一、單元二、單元三。每個(gè)單元采用立式拼裝法單獨(dú)制作，然后再將三個(gè)單元采用臥式拼裝法進(jìn)行整體組立和焊接。翼板斷開位置距折彎點(diǎn)應(yīng)大于200 mm以上，如圖17所示。

(1)繪制基準(zhǔn)線。

首先劃出翼緣板中心線、波形腹板位置線、端部基準(zhǔn)線、連接端板位置線，裝配時(shí)保證波形腹板的中心線與翼緣板的中心線偏差不大于2 mm，如圖18所示。

圖16 H型波形腹板梁成品

圖17 單元?jiǎng)澐质疽?/p>

圖18 繪制基準(zhǔn)線

(2)裝配波形腹板。

波形腹板定位采用定位卡馬，裝配時(shí)保證腹板與翼板的垂直度偏差不大于b/200，且不大于3 mm，腹板中心線與翼板中心線偏差不大于2 mm。當(dāng)波形腹板較寬時(shí)可采用臨時(shí)斜撐對(duì)腹板進(jìn)行加固。檢查合格后對(duì)翼板和波形腹板進(jìn)行定位點(diǎn)焊，如圖19所示。

(3)裝配上翼板。

翼板裝配參照第2點(diǎn)要求，如圖20所示。

(4)三單元合攏拼裝。

采用臥式拼裝法進(jìn)行三個(gè)單元的合攏，具體流程及尺寸精度控制詳見3.1臥式拼裝法，如圖21所示。

圖19 裝配波形腹板

圖20 裝配上翼板

圖21 三單元合攏

4 技術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

4.1 波形腹板的展開系數(shù)及轉(zhuǎn)角半徑

根據(jù)普通模壓法成型方法及本工程波形特點(diǎn)，轉(zhuǎn)角半徑確定為15t，展開系數(shù)為1.08。

4.2 波形腹板的定位

波形腹板變形大，定位困難，怎樣確保腹板中心線的平行度是班組在制作時(shí)應(yīng)重點(diǎn)控制的內(nèi)容之一。班組在制作時(shí)采用臨時(shí)卡馬進(jìn)行固定，然后使用鍥塊從一端向另一端進(jìn)行位置調(diào)整。波形腹板與翼緣板的定位采用三線標(biāo)識(shí)定位，即波谷波峰兩條位置線應(yīng)完全與腹板中心線均布對(duì)稱，確定波形腹板與翼緣板垂直度合格后采用斜向支撐進(jìn)行加固，防止扭曲變形，如圖22所示。

圖22 波形腹板定位及固定

4.3 焊接變形控制措施

焊前清理焊接區(qū)域的氧化皮、鐵銹等雜物，采用CO2氣保焊小電流焊接。焊接時(shí)應(yīng)雙人對(duì)稱施焊，并采用分段退焊的方法減少變形，重點(diǎn)預(yù)防產(chǎn)生扭曲變形。

4.4 箱型波形腹板梁的防止扭曲控制措施

箱型波形腹板梁規(guī)格為2 000×1 000×6×40，箱體截面大，翼緣板厚而腹板較薄，構(gòu)件最大長度達(dá)15 m，箱體在翻轉(zhuǎn)、吊裝及運(yùn)輸過程中極其容易產(chǎn)生扭曲變形，因此加工時(shí)在箱體內(nèi)部設(shè)置“剪刀撐”進(jìn)行剛性加固，箱體每隔2～3 m加設(shè)一道，離端部200 mm位置必須加設(shè)一道，如圖23所示。

圖23 剪刀撐加固防扭

4.5 箱型波形腹板的對(duì)稱裝配

裝配時(shí)應(yīng)保證兩側(cè)波形腹板沿中心線對(duì)稱，做到波峰與波峰對(duì)稱、波谷與波谷對(duì)稱，如圖24所示。

4.6 波形腹板現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接處及拐角處的節(jié)點(diǎn)處理

圖24 箱型波形腹板的對(duì)稱裝配

由于構(gòu)件的形狀多樣、長短不一，波形腹板在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接處和拐角處無法確定是否處于中心位置，采用常規(guī)的對(duì)接接頭難以滿足工程的要求，因此在波形腹板的端部設(shè)計(jì)端部連接板，有效地保證了對(duì)接要求，如圖25所示。

圖25 端部連接板的設(shè)置

5 結(jié)論

以波形腹板梁在煙臺(tái)潮水機(jī)場(chǎng)工程中的應(yīng)用為例，詳述了波形腹板的成型工藝、缺陷防治措施、防治腹板變形的控制措施及腹板的矯正，通過對(duì)H型波形腹板梁的兩種裝配制作工藝、技術(shù)要點(diǎn)及其質(zhì)量檢測(cè)的闡述，形成了一套較為完整的波形腹板梁的整體制作工藝方案。通過工程的實(shí)踐證明，本套波形腹板梁的整體制作工藝方案是成功的，同時(shí)為波形腹板梁在建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的大規(guī)模成熟化應(yīng)用樹立了成功的工程典范，對(duì)今后該項(xiàng)新技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了一些經(jīng)驗(yàn)。

［1］GB 50205－2001，鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［2］GB 50661－2011，鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范［S］.

［3］JT/T 784－2010，組合結(jié)構(gòu)橋梁用波形鋼腹板［S］.

［4］戴為志，高 良.鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)培訓(xùn)教程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［5］劉子祥，戴維志.國家體育場(chǎng)鳥巢鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［6］CECS 291:2011，波紋腹板鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.