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        基于鋼結(jié)構(gòu)鉸接埋置式螺栓高精度定位技術(shù)研究

        2022-04-20 10:41:34陳明福
        鐵道建筑技術(shù) 2022年2期
        關(guān)鍵詞:扁擔(dān)預(yù)埋軸線

        陳明福

        (中鐵十六局集團(tuán)有限公司 北京 100018)

        1 引言

        鋼結(jié)構(gòu)鉸接連接普遍應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中,鉸接點(diǎn)多為地腳螺栓與成品墊板預(yù)留孔連接處。由于墊板多為廠家預(yù)制成品,故而地腳螺栓預(yù)埋精度問題成為現(xiàn)場質(zhì)量必控項(xiàng)[1]。鉸接點(diǎn)連接過程中預(yù)埋螺栓定位安裝工藝較復(fù)雜且質(zhì)量隱患較多。在預(yù)埋螺栓定位的常規(guī)做法中,是采用常規(guī)鋼板模具開洞定位,亦或采用鋼筋套架焊接固定,螺栓與鋼板預(yù)制洞精度無法保證,導(dǎo)致存在較大誤差,且在混凝土施工時(shí)易因混凝土正面對螺栓的沖擊致使頂部帶動(dòng)下部位移或鋼筋輔助架偏位,導(dǎo)致螺栓軸心偏位、同一螺栓組螺栓中心偏位、輔助架體中心與軸線偏位、螺栓的標(biāo)高誤差均不滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或設(shè)計(jì)要求,造成后期鋼柱安裝墊板孔與螺栓無法正位所產(chǎn)生二次處理的經(jīng)濟(jì)成本加大。

        項(xiàng)目對鋼結(jié)構(gòu)鉸接埋置式螺栓精準(zhǔn)定位進(jìn)行工藝攻關(guān),介紹新型施工方法、研發(fā)器具,以提升高精度定位準(zhǔn)確性,提高工作效率,不損傷螺栓的原有質(zhì)量。在攻關(guān)目標(biāo)明確的前提下,項(xiàng)目發(fā)明一種預(yù)埋地腳螺栓組安裝的扁擔(dān)套架,安裝簡單、操作方便,可根據(jù)螺栓中心線與定位軸線、螺栓所在螺栓組位置、標(biāo)高預(yù)先預(yù)制套架,提前安裝,亦可有效對螺紋保護(hù),保證了安裝及澆筑完成后的工程質(zhì)量。

        2 工程概況

        重慶望變電氣(集團(tuán))股份有限公司10萬t非晶帶材及高磁感鐵芯材料項(xiàng)目位于重慶市長壽區(qū)晏家經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。該項(xiàng)目建筑面積約8.6萬m2。主要包含1#主廠房、2#主廠房兩棟鋼結(jié)構(gòu)單層廠房。抗震設(shè)防烈度6度,鋼框架抗震等級為四級。該項(xiàng)目鋼構(gòu)件總計(jì)6 700 t,鋼結(jié)構(gòu)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ),鋼結(jié)構(gòu)與獨(dú)立基礎(chǔ)柱連接形式為:錨栓待構(gòu)件安裝校正后與墊板、底板點(diǎn)焊[2]。本工程螺栓組448組,預(yù)埋螺栓共計(jì)3 972根。

        3 扁擔(dān)套架輔助安裝預(yù)埋螺栓施工原理

        扁擔(dān)套架根據(jù)螺栓組的大小選用符合架體剛度的鋼板、鋼管進(jìn)行加工,根據(jù)計(jì)算螺栓所在螺栓組位置提前確定扣套所在鋼板位置,扁擔(dān)套架連接方式為焊接預(yù)制(扣套外部環(huán)圈焊接,保證內(nèi)部應(yīng)無損且光滑)。通過扁擔(dān)套架將螺栓底部固定環(huán)箍與地腳螺栓焊接固定,將螺栓骨架置于基礎(chǔ)柱中[3],按基礎(chǔ)上對應(yīng)已放好的軸線安放;綁扎柱筋、支設(shè)柱模完成后,將提前預(yù)制好的扁擔(dān)套架進(jìn)行安裝,扣套對準(zhǔn)螺栓套入其中,確保螺栓上部與鋼板無間隙;使用鋼管扣件與扁擔(dān)擔(dān)托加固連接,反方向與基礎(chǔ)柱加固模板處鋼管連接,以便調(diào)整扁擔(dān)套架所在軸線位置;點(diǎn)焊斜拉筋后,自鋼板灌注口澆筑混凝土。此做法可有效提高地腳螺栓預(yù)埋高精度定位,保護(hù)了螺栓螺紋,避免了因混凝土沖擊力所造成的螺栓組偏位及螺紋損壞。

        4 扁擔(dān)套架三維模擬

        采用BIM技術(shù)的三維建模功能,從工序便捷性提升、使用功能完善、成本降低等方面入手,分別對多種預(yù)埋螺栓形式進(jìn)行三維模擬試驗(yàn),建立多功能套架模型,擇優(yōu)選擇人工操作簡便靈活、易裝快拆、可大量次循環(huán)使用的扁擔(dān)套架。擔(dān)托與鋼板的連接為剛性連接,與柱架體扣件連接[4]??厶着c鋼板焊接連接,反扣螺栓,見圖1。鋼板做為操作平臺,既需保證混凝土澆筑的可實(shí)施性,又需保證穩(wěn)定性[5]。

        圖1 扁擔(dān)套架三維透視

        5 施工操作關(guān)鍵技術(shù)

        按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB 50204—2015,同一螺栓組內(nèi)的螺栓中心距偏差不超過2 mm,頂標(biāo)高允許偏差0~20 mm,中心距±2 mm,垂直度5 mm。經(jīng)與設(shè)計(jì)圖紙對照,螺栓采用M24摩擦型高強(qiáng)度地腳螺栓[6],鋼柱底板、墊板孔直徑為26 mm,墊板孔僅比螺栓直徑大2 mm,所以對單個(gè)螺栓的預(yù)埋精度要求允許誤差必須控制在±2 mm誤差之內(nèi)。設(shè)計(jì)圖紙螺栓及螺栓孔布置見圖2、圖3。

        圖2 螺栓及螺栓孔點(diǎn)位布置(單位:mm)

        圖3 螺栓點(diǎn)位立面(單位:mm)

        5.1 材料檢測及扁擔(dān)套架加工制作

        (1)鋼板與鋼管檢測

        鋼板與鋼管的選擇是高精度定位關(guān)鍵因素,扣套鋼管的質(zhì)量直接影響到施工后螺栓中心偏差、相鄰螺栓中心偏差、螺栓組中心與定位軸線偏差;鋼板質(zhì)量直接影響螺栓高度差、垂直度等。扁擔(dān)套架所需材料均要滿足規(guī)范要求。

        鋼板與鋼管應(yīng)平直光滑,無嚴(yán)重銹蝕痕跡、無壓扁傾向,無毛刺、裂紋、疤痕、錯(cuò)位、變形等缺陷。鋼管壁厚、管徑,鋼板公稱長度、寬度、厚度均應(yīng)符合國家規(guī)范要求。材料進(jìn)場應(yīng)有產(chǎn)品合格證、出廠檢測報(bào)告和進(jìn)場復(fù)測報(bào)告。

        (2)扁擔(dān)套架加工制作

        扁擔(dān)套架擔(dān)托采用國標(biāo)外徑48.3 mm、壁厚3.6 mm的鋼管與鋼板雙面搭接焊,搭接焊長度不小于100 mm。鋼板中部設(shè)置直徑300 mm的混凝土灌注口??厶走x擇DN32 mm鋼管,壁厚為3.5 mm,內(nèi)徑為25 mm的無縫鋼管與鋼板焊接,扣套位置中點(diǎn)即螺栓所在螺栓組位置中點(diǎn),中心線誤差為±0.2 mm,見圖4。

        圖4 扁擔(dān)套架

        5.2 工藝流程

        初安裝定位→螺栓試裝、環(huán)箍焊接→螺紋保護(hù)→套架正式安裝→二次校正定位→混凝土澆筑校正→套架拆除。

        (1)參照設(shè)計(jì)圖紙要求,對螺栓組四角方向的地腳螺栓進(jìn)行所在軸線定位放線,明確四個(gè)角度的地腳螺栓所在的軸線位置及其標(biāo)高;對四角點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn),在已澆筑完成的基礎(chǔ)上引出并標(biāo)記螺栓組十字軸線標(biāo)識(亦為螺栓扁擔(dān)套架中心軸線),作為預(yù)埋螺栓首次安裝位置,見圖5、圖6。

        圖5 扁擔(dān)套架中心軸線平面

        圖6 扁擔(dān)套架中心軸線三維示意

        (2)通過計(jì)算,明確設(shè)計(jì)圖紙螺栓標(biāo)高和相應(yīng)坐標(biāo)后,通過設(shè)計(jì)圖紙反算在鋼板上的定位位置,提前焊接預(yù)制(扣套外部與鋼板環(huán)圈滿焊,內(nèi)部無損傷且光滑)。取一平整的平面,將扁擔(dān)套架翻面平放,螺栓組所有螺栓對正塞入已加工校核好的扁擔(dān)套架扣套內(nèi),使螺栓頂面與鋼板底面緊密結(jié)合,環(huán)螺栓組所有螺栓一圈,點(diǎn)焊環(huán)圈箍筋(環(huán)箍采用HRB400公稱直徑≥12 mm的鋼筋,焊接范圍為自根部≤150 mm范圍,焊接過程不得損傷螺栓)后,取出焊接好的架體,見圖7。

        圖7 套架螺栓試裝及環(huán)箍焊接

        (3)螺栓螺紋處使用廢舊機(jī)油涂抹均勻,凹槽紋可滿凃。因扣套與螺栓相扣剩余空間較小,螺紋外側(cè)微涂保證潤滑效果即可。用塑料薄膜進(jìn)行嚴(yán)密纏繞,螺紋全面包裹,層數(shù)6~9層。

        (4)將螺栓骨架置于基礎(chǔ)柱中,按基礎(chǔ)上對應(yīng)已放好的軸線安放后,綁扎柱筋。待柱筋綁扎、模板加固完成后,將扁擔(dān)套架平正套入所有螺栓組螺栓,用橡膠錘敲擊四個(gè)方向?qū)欠轿?,使所有螺栓頂部與鋼板契合后,使用鋼管扣件與扁擔(dān)擔(dān)托加固連接,反方向與基礎(chǔ)柱加固模板處鋼管連接,以便調(diào)整扁擔(dān)套架所在軸線位置,見圖8。

        圖8 套架完成效果圖

        (5)因擔(dān)托與柱模板加固鋼管連接,施工過程中易碰觸模板,故螺栓組十字軸線不易在模板上標(biāo)識,會產(chǎn)生相應(yīng)誤差;根據(jù)基礎(chǔ)上標(biāo)記的十字中心線引出放線,亦存在誤差,校正工作需重新進(jìn)行。校核后的中心線需與扁擔(dān)套架的十字中心線完全契合,標(biāo)高校核扁擔(dān)套架四角點(diǎn)即可,同時(shí)反方向?qū)?dān)托和基礎(chǔ)柱加固模板處鋼管擰緊。在標(biāo)高與軸線校正的同時(shí),使用HRB400公稱直徑≥14 mm的鋼筋廢料將柱筋與固定環(huán)箍斜拉筋點(diǎn)焊(點(diǎn)焊迅速,不得影響螺栓組軸線位置及標(biāo)高),斜拉筋應(yīng)超出兩焊接點(diǎn)20~50 mm,且距基礎(chǔ)柱邊≤10 mm,見圖9。

        圖9 斜拉筋焊接三維示意

        (6)自灌注口進(jìn)行混凝土灌注,泵管距灌注口高度控制在300~600 mm為宜。采用直徑30 mm振搗棒進(jìn)行振搗,振搗時(shí)嚴(yán)禁碰觸預(yù)埋螺栓、扁擔(dān)套架或斜拉筋[7],避免扁擔(dān)套架發(fā)生位移或螺栓偏位。澆筑時(shí)還應(yīng)時(shí)刻關(guān)注扁擔(dān)套架的情況,若出現(xiàn)位移,及時(shí)調(diào)正。混凝土達(dá)到初凝強(qiáng)度前,再次校核扁擔(dān)套架與軸線偏差,確保符合設(shè)計(jì)要求。

        (7)待混凝土達(dá)到終凝強(qiáng)度后,拆除輔助鋼管,垂直向上取下套架,用膠帶將塑料薄膜全部纏繞,螺栓螺紋密封,防止螺栓絲扣被破壞。

        6 扁擔(dān)套架優(yōu)點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益分析

        6.1 扁擔(dān)套架優(yōu)點(diǎn)

        (1)本扁擔(dān)套架取材制作方便、防位移能力大;現(xiàn)場組裝拆卸方便、工序簡捷,有效保護(hù)了螺栓螺紋,降低施工成本、節(jié)約了二次處理費(fèi)用[8]。

        (2)采用此項(xiàng)工藝,有效保證了地腳螺栓高精度預(yù)埋,避免了澆筑過程中混凝土直接沖擊螺栓的情況發(fā)生,保證了預(yù)埋螺栓的施工質(zhì)量;無需針對單個(gè)螺栓進(jìn)行精度校正,大大提高了施工效率[9]。

        (3)扁擔(dān)套架無需待柱箍筋綁扎完成及模板安裝完成后施工,亦不受因后插螺栓所造成柱箍筋調(diào)整帶來的其他問題的制約,優(yōu)先安裝地腳螺栓工作面充足,操作方便[10]。

        (4)施工更安全、環(huán)保,相同螺栓組多次循環(huán)使用,亦保證了廢舊鋼筋的利用率。

        6.2 經(jīng)濟(jì)效益

        本工程采用扁擔(dān)套架運(yùn)用在預(yù)埋螺栓施工中,預(yù)埋螺栓的安裝精度、施工質(zhì)量、成品保護(hù)、工序便捷性均滿足施工及設(shè)計(jì)要求。節(jié)省了預(yù)埋螺栓的定位時(shí)間、減少了安裝校正的人工投入及超規(guī)范施工的二次處理成本消耗。經(jīng)過對本項(xiàng)目扁擔(dān)套架進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析,在使用扁擔(dān)套架相較于未使用此項(xiàng)發(fā)明可節(jié)省12 d工期,人工費(fèi)成本降低42.57%,安裝質(zhì)量問題概率由12%降至1.5%以內(nèi),二次成本消耗節(jié)約效果可觀。

        綜合測算:采用扁擔(dān)套架比傳統(tǒng)鋼板模具開洞定位、鋼筋套架焊接固定成本降低58.37%,人工費(fèi)、材料費(fèi)總成本為3.27萬元[11],折合單螺栓組綜合單價(jià)為54.5元/組;采用傳統(tǒng)鋼板模具開洞定位、鋼筋套架焊接人工費(fèi)、材料費(fèi)總成本為7.855萬元,折合單螺栓組綜合單價(jià)為130.9元/組。二次處理成本消耗節(jié)約1.74萬元,工程累計(jì)可節(jié)省成本約6.325萬元。

        7 結(jié)束語

        通過本工程對扁擔(dān)套架的綜合評估,于安裝精度及質(zhì)量、穩(wěn)定性、安拆便捷性、工期要求、施工效率、環(huán)保及成本等方面為切入點(diǎn),通過前期試使用、三維模擬,開發(fā)出一種綜合全優(yōu)性的新型施工工藝,同時(shí)該技術(shù)在項(xiàng)目上的研發(fā)和應(yīng)用獲得“扁擔(dān)套架”國家實(shí)用新型專利(專利號ZL 2018 2 1860297.9)。此項(xiàng)成果解決了鋼結(jié)構(gòu)鉸接埋置式螺栓高精度定位施工的重要難點(diǎn)問題,在鋼結(jié)構(gòu)施工中具有很強(qiáng)的實(shí)效性和推廣性[12]。

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