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论大型钢结构桁架的制作与安装技术

2024-02-04 来源:好走旅游网
建筑工程 企业科技与发展 2010年第24期(总第294期) Construcitonal Engineering Enterprise Science And Technology&Development NO.24,2010(cumulatiVely NO.294) 论大型钢结构桁架的制作与安装技术 麦蔼光 (广西水电工程局,广西南宁530{7101) 【镛耍】文章介绍安哥拉CACUACO水泥厂石灰石仓库的大型钢结构桁架制作与安装技术,重点阐述大型钢结 构桁架制作的关键工艺及多台吊车联合抬吊、单榀桁架整体吊装方案,以供借鉴。 【关键词】大型钢结构桁架;刺作工艺;吊装方案;CACUACO水泥厂 【中圈分类号】TU391 【文献标识码】A 【文章编号】1674—0688(2010)24—0056—05 On the Manufacturing of Large-sized Steel Truss and its Installation Techniques MAI Ai——guang (GuangxiHydmpowerEngineenngBureau,NanningGuangxi530001 【Abstract】The article introduces the manufacturing of large—sized sreel truss 0f lineist0ne warch0use 0f CACUACO ceIllent plant in Angola and its installation techniques,and expounds its key manufacturing techniques,Inuhi—crane joint hoisting and the hoisting pln of taruss,for he refterence. 【Key words】large—sized steel truss;manufacturing technique;hoisitng plan;CACUACO cement plant 1概述 CACUACO水泥厂位于安哥拉共和国罗安达市郊,该水泥 2.2关键制作工艺 2.2.1工艺流程 钢结构桁架制作主要工艺流程如下:施工准备一放样一下 料一弦(腹)杆制作一组装一焊接一机加工一桁架整体预组 装一检验一防腐。 厂设计年生产能力180万t,是安哥拉目前在建的最大水泥厂。 其中该水泥厂的石灰石仓库为65.0 in跨度的半圆形钢结构桁 架,是由几种不同管径的钢管焊接而组成的空间管架结构,共 有3l榀,每榀钢桁架由4节组成,节间采用高强螺栓联接; 单榀重约14 t,端头桁架吊重达25 t;制作过程采用过数控相 贯线切割机(等离子)切割下料,WG一1350B型卷管机进行弦 杆加工,按1:1设计胎膜进行桁架组装,采用二氧化碳保护 焊和超声波探伤技术进行焊接;桁架安装采用多台吊车联合抬 吊,单榀整体吊装的施工方案。 经分析,此大型钢桁架具有以下几个特点和难点:①跨度 大,结构复杂,且有很多管板相贯,多管相贯;②桁架焊缝 多,且位置极不规则,加上管壁薄、易变形,导致焊接难度 大;( 大型钢桁架用于大型水泥厂,靠近大西洋,易受海风 侵蚀,且当地昼夜温差大,对钢材的除锈防腐质量要求极高。 如何解决这些技术难题是该大型钢桁架制作技术攻关的关键。 2.2.2下料 2钢结构桁架的制作 2.1制作场的选择 大型钢结构桁架制作工艺复杂,需要占用较大的施工场 地,制作场地位于广西水电工程局安哥拉公司巴亚主营地的 金结构加工厂。金结构加工厂车间总建筑面积3 150 lI2,露天 2.2.2.1上、下弦管下料 弦管在下料之前先检查管料质量,选用适合的管材。上、 下弦长主要通过CAD放样,一般需预长300 mm,这是因为在 卷管的时候存在直边,这样易于保证安装精度。 2.2.2.2小腹杆钢管下料 在此钢结构桁架中,有很多管板相贯,多管相贯。我们采 副厂房占地面积超过4 500 m ,厂内配置有数控火焰切割机、 锯床、钻床,以及剪板机、卷板机、卷管机、矫正机、焊机 用CAD、FastCAM、FastPIPE等先进的软件进行管类的相贯线 放样,再通过数控相贯线切割机(等离子)切割下料,减少一 系列复杂的计算,这样既能够保证相贯线的准确性,又能保证 等先进加工设备,铆焊、喷砂、油漆、起重、运输等设备也 一应俱全,完全满足此大型钢结构桁架制作、防腐、包装运 切口的平滑。与传统的手工放样、氧乙炔火焰切割相比,数控 相贯线切割机有以下优点:工艺方面,手工切割需要制作样 输等要求。 【作者简介】麦蔼光(1977一),男,广西藤县人,工学学士,广西水电工程局工程师,主要从事水利水电工程施工工作。 56 板,批量下料还需要在钢管上多次画线,然后才能切割,切割 精度受操作人经验影响,而数控切割只需一次性将数据输入数 控切割机内,便可以进行多次切割;效率方面,以65 m跨桁 架为例,数控切割机一天能够切割100~120根,而手工切割 一天仅能切割50~6O根;效益方面,手工切割不仅需要大量 的氧、乙炔,还需要熟练的工人,成本高,而数控切割仅需要 电源和普通的工人,成本低。 2.2.2.3板料的下料 板料下料参照上述小腹杆钢管下料的方法,一样采用 CAD、FastCAM等先进的软件进行放样,采用数控切割机(等 离子)下料。 2.23弦杆制作 2.2.3.1制作前准备 弦杆制作包括上、下弦杆的制作。先将上、下弦钢管拼接 成分节长度,然后采用弯管机按设计要求将其弯成圆弧。在卷 管之前,必须做一个样板来进行对比校正,以便衡量卷管需要 的弧度。样板长度不得小于2 000 mm,宽度不得小于100 mm。 由于钢管存在弹性,在滚轮卸压时会反弹,为保证钢管弧度的 准确,样板弧度要比实际的弧度小2—3 mm,这样在滚轮卸压 反弹后就比较准确。 2.2.3.2卷管 为保证卷管的精度,可以一边卷管一边靠样板来量度。每 次滚轮的下压量不宜过高,如果下压量过高会造成钢管管料变 形大或卷弯过拢。卷管机的3个滚轮需保持在同一个面上,以 免卷管后出现管料的扭曲变形。 2.2.3.3 校正 在卷管过程中,受到钢管重力、卷管设备以及操作人经验 的影响,钢管的弧度、扭曲度、平面度等存在着一定的偏差, 这就需要我们对卷好的钢管进行校正处理。首先在地面上按 1:l的比例厕地样,再将卷好的钢管固定在地面上,采用火 焰校正。由于钢管的材料是Q345钢,所以在用火烧过之后不 能用水冷却,应让其自然冷却。 2.2.4腹杆制作 腹杆制作相对简单,在腹杆钢管管头切割出相贯线,长 度、弧度控制在允许范围之内即可。 2.2.5拱形桁架组装 2.2.5.1组装胎膜设计与安装 按1:1的比例放出施工大样(见图1),设置拱形钢管桁 架的整体组装平台。整体组装胎膜应采用水准仪、经纬仪(或 全站仪)和合格的钢卷尺进行测量,以保证组装胎膜的位置尺 寸精度。胎膜主要受力支撑杆用中140 mm的钢管,支撑面板 宽度为300mm,厚度为10mm,允许误差为±2mm。其胎膜设 计截面图如图2所示。在0。、22.5。、45。两边附近、90。两 边附近、112.5。、135。两边附近、180。各埋一个组装胎 膜。所有胎膜相同位置的面板保持在同一水平面上,预埋部分 要牢固,避免在拆桁架时受到撞击而松动。 一 一 1— 65. 0m 一 图1大型钢结构桁架图 图2拱形桁架组装胎膜设计图 2.2.5.2上、下弦杆组装 根据设计图纸的结构,将上、下弦杆放到组装胎膜上,按 图纸要求量好弦长裁边,两边柱脚预长200 mm。然后,组装 连接法兰,法兰位置在45。和90。、135。处。用画针在法 兰上画出弦杆的位置,将弦杆对好位置线点焊。与法兰焊接的 各弦杆保持同轴,允许误差为2 mm,用吊锤、水平尺、角尺 等测量工具检查,保证法兰的垂直度。用手_[电弧焊进行点 焊,焊条采用J502或J507。最后,以外弦90。为中点,平均 隔2 000 mm画线,并用粉线将各点连接大样圆心点,再在下 弦上放掉锤与粉线重合,然后在下弦画线。画出的各条线就是 各个小腹杆的位置。 2.2.5.3两上弦杆上连接腹杆的组装 由于重力等因素的影响,上、下弦杆的水平度存在高低不 平,这就需要我们用水平仪进行测量调整。以最高点为基准, 将腹杆放在画线的位置,按图纸要求进行组装:两上弦杆的距 离为2 000±2//l//1,弦杆与腹杆的组装间隙不得大于l//1131, 腹杆的连接位置要求与弦杆对中,允许误差为±2 mm。用手 工电弧焊进行点焊牢固。 2.2.5.4上、下弦杆连接腹杆的组装 两上弦杆应在同一个垂直面上,因受到卷管、吊装变形等 各方面因素的影响,会存在偏差,故用吊锤吊线保持两上弦杆 同在一个垂直面上。用水平仪测量、调整好下弦杆的水平,允 许误差为±2 mm。然后,量好下弦杆到两上弦杆垂直面的距 离2000mm±2mm。将腹杆按线组装,焊缝间隙不能大于1 mm。 57 用手工电弧焊进 2.2.6焊接 焊牢固。 3钢桁架的安装 钢桁架制作完成后,每榀拆分为4节,采用平板车和炮车 组成的运输车运输至CACUACO水泥厂石灰石仓进行安装,在 工作面上重新组装成整榀后进行安装。 2.2;6.1…焊接方法的确定 此桁架结构多管相贯,焊缝位置不规则,焊缝多,加上钢 管管壁薄,容易变形,如采用手工电弧焊,其热影响区大,变 形大,焊接难度大。CO 气体保护焊具有以下优点:①电弧热 量集中,线能量低和CO:气体具有较强的冷却作用,使焊件 受热面积小,焊接变形小;②焊接中含氢量少,可提高焊接低 合金高强钢抗冷裂纹的能力;③电弧可见性好,有利于观察, 3.1钢桁架技术特性 所制作的31榀钢桁架规格一致,均为跨度65 m,高约34 In, 半圆拱形,每榀重约14.0t;但第1榀、第31榀的吊装需考虑 避免安装封边彩钢瓦时进行高空作业,因此在安装场地组装成 整榀后,先用彩钢瓦对其进行包边,然后再整体吊装。由于第 焊丝能准确对准焊接线;④生产效率高,节省电能;⑤对油、 锈产生气孔的敏感性较低。因此,我们采用CO 气体保护焊, 并且使用“唐山松下”焊机,点固焊则采用手丁电弧焊。 2.2.6.2焊接材料 桁架所要求的管料是Q345,因此所有手T电弧焊焊条用 J502或J507焊条,co:气体保护焊焊丝采用ER50—6。焊接材 料必须保持干净,不能有氧化、潮湿现象。 2.2.6.3焊接顺序 焊接作业必定存在焊接变形情况,为避免焊接变形影响桁 架的精度,必须采用正确的焊接顺序。首先,为避免上、下弦 杆变形而导致法兰点焊处崩裂,从而导致上、下弦杆错位,应 先焊接法兰位置。然后,至少分4人,每人每节同时施焊腹杆 以及其连接板和附件。最好每节分2人从两端往中间施焊。 2.2.6.4焊缝检测和要求 上弦、下弦对接焊缝必须开“v”形坡口,焊缝类型为一 类焊缝。检测采用超声波探伤技术,须100%探伤。其他类焊 缝要焊透。焊接的地方不能有水分,避免出现焊接缺陷。焊 缝不能出现气孔、咬边等缺陷。焊缝表面保持平整、光滑过 渡。 2.2.7 防腐 桁架经整体预组装检查合格后,按设计拆分为4节,运至 金结构厂区附近的材料堆放场进行防腐处理。 (1)防腐工艺流程见图3。 图3防腐工艺流程图 (2)防腐施T方法。 钢构件采用高压风喷砂法进行除锈,除锈经检查合格之 后,采用优质“老人牌”环氧漆。为了保证防腐质量,严格按 环氧漆的使用说明进行稀释和涂刷操作,先油一道厚度100 m铝灰色底漆,然后油一道厚度100 m浅铝灰色面漆,保 证漆膜总厚度不小于200“m。进行防腐涂漆后的钢桁架漆膜 具有耐磨损、耐高温、耐海水的特点。 58 1榀和第31榀每榀重约13.85 t,加上封边材料后总重量达 23.3 t,考虑到风载荷及其他因素,第1榀和第31榀每榀重按 25t计算,吊装重量比第2至第30榀大为增加。 3。2钢桁架吊装方案比选 根据现施工情况,我们先安装第2榀至第30榀,最后才 安装第1榀、第31榀。由于基础预埋件已安装完成,钢结构 桁架运输进场后便可直接开展组装和吊装工作。为找到最佳的 安装方案,考虑了以下几个不同的安装方案。 方案一:先分别吊装与基础连接的2节,然后再将中间2 节先在地面上平置拼装成半榀,最后吊装联成整榀。此方案优 点:不需要校核分段桁架的刚度;缺点:施工难度大,功效 低,需要制作2个高空作业平台,高空作业难度大,操作不方 便。 方案二:先在地面上组成对称的2个半榀桁架,同时吊装 后,利用T作平台在最高点连接面整榀。此方案优点:不需要 校核分段桁架的刚度;缺点:施T难度大,功效低,需要制作 一个高空作业平台,需投入2台50t汽车吊同时吊装,高空作 业难度大,操作不方便。 方案三:先将桁架在工作面上并平置拼装成整榀,采用 100t汽车吊单榀整体吊装。优点:施T方便,功效高,施工难 度小,不需要制作高空工作平台,高空作业少;缺点:需校核 整榀主桁架的刚度。 经过研究对比不同吊装方案后,优选单榀整体吊装的施工 方案。钢桁架整体吊装的难点是跨度大,高度也大,为半圆 形,并受场地限制,在平面拼装后整体翻身困难,且吊装时可 能超过允许的变形。针对单榀整体吊装方案难点,施工前认真 分析半圆形钢桁架的特性及起吊设备的性能,并分析起吊过程 的受力情况和桁架整体刚度是否满足要求,同时现场采取模型 模拟吊装,科学合理确定吊点位置、拼装桁架及吊车布置位 置,以及桁架翻身及吊装就位方案。 3.3钢桁架拼装 由于采用单榀整体吊装的施 方案,吊装前必须对主桁架 进行现场拼装。由于 ]二作面场地宽度有限,而桁架的组装位置 应根据吊车的起吊位置而定,以利于吊起桁架,因此将桁架按 图4所示的位置进行布置。 图4拼装位置示意图 选好拼装位置后,如图5所示,在每个1/4桁架端头设置 固定支座,将单榀桁架的4节就位对接,并采用高强螺栓联接 牢固。 一一, ::: : 。x4。。 、\\。。 一i \, 、 , — ; / i 、、 ■Il …, … 一 一占 一 图5组装支座的固定示意图(单位:mm) 3.4第2至第30榀桁架吊装 第2至第30榀桁架单榀重量约14.0t,跨度为65.0m,高 约34 m,根据参数lO0 t汽车吊完全能起吊整榀桁架的重量。 然而,钢桁架安装具有以下难点:①跨度大,体形高,重量 大,刚度有限,单台吊车起吊容易引起桁架变形。在理论上计 算,当采用1台100 t吊车以桁架中部为吊点,完全吊起单榀 桁架时,产生由两端向内侧收扰的变型,水平、垂直方向变形 位移达40 cm。②大型钢桁架为半圆形,且吊装受场地两侧基 础砼承台及挡墙的限制,致使桁架在平面拼装后整体翻身困 难。③要使桁架立起来并且使桁架的两端能落在所安装的基础 承台上,钢桁架在起吊过程中需对两端头进行牵引,使其能准 确就位。为解决上述吊装难题,我们采用3台吊车联合抬吊, 单榀整体吊装的施工方案。 在实际施工中首先吊装第2榀钢桁架,以1台100 t吊车 为主吊,起吊缆绳绑扎在桁架中心两侧3 m处的节点处;以2 台25 t的汽车吊为副吊,绑扎点在两端底部数上去第5格处。 第2榀吊装就位并与预埋的高强螺栓固定后,还需按图6 所示拉缆风绳进行加固。接着进行相邻第3榀吊装,即同样在 第3榀吊装就位并与预埋的高强螺栓固定后,拉缆风绳进行加 固。待两榀主桁架均吊装就位好后,按图7所示安装各榀纵向 桁架联结系。以同样的办法吊装除第1、第31榀的其余各榀 钢桁架。特别需要说明的是,在第2榀桁架吊装中,榀桁架立 直后试采用单台lO0 t吊车起吊,测量桁架变形量,结果并没 有理论上计算值大,变形量完全在允许范围内,因此为节约资 源,降低成本,在第3至第3O榀桁架吊装中只采用1台100t 汽车吊翻身吊装,在桁架两端头分别绑上牵引麻绳,桁架起吊 后人工配合牵引,便桁架摆正并且吊到立柱上。 / 图6缆风绳绑扎示意图 lo.oIll / 圭拄 —童拄 拓架联结系 / / I I I  I[I 0.13_耻』  .图7纵向桁架联结系示意图 3.5第1榀与第31榀桁架吊装 3.5.1 吊装施工方案比选 第1榀与第31榀桁架吊装同样具有跨度大、体形高、重 量大及易变形的特点,而在安装彩钢瓦及附件钢结构后吊装 重量达25 t,重量大为增加,体形更显高大,吊装难度相比 第2至第30榀更大,是整个石灰石仓库钢桁架安装最为关键 的环节。有了吊装第2至第30榀的成功经验,采用单榀整体 吊装的总体方案已经确定,因此对第1榀与第31榀桁架吊装 方案的选择工作,主要落在吊装设备配置、选择方面的进一 步比选上。 方案一:单台大型门机整榀吊装。优点:施工方便,功效 高,施工难度小。缺点:需要新安装门机及轨道,拆装工期 长,利用时间短,成本高。 方案二:多台汽车吊联合抬吊,整榀吊装。优点:施工方 便,功效高,施工难度小,已有成功吊装经验,而且可利用现 有设备。缺点:需各机手协调配合。 显然,选择多台汽车吊联合抬吊,整榀吊装方案为最佳方 案。从汽车吊选择方面,我们也进行了多方案比较,具体方案 有:①2台50t汽车吊联合吊方案;②1台100t汽车与1台 50 t汽车吊联合吊方案;③1台100 t汽车吊与2台25 t汽车 59 吊联合吊方案;④1台100t汽车吊与2台50t汽车吊联合吊 着100 t吊起桁架随时调整桁架高度,保持桁架底部不碰地。 (2)在桁架起升过程中,要尽量保持吊钩、吊绳垂直,在 100 t吊绳倾斜时保证吊车的臂杆工作半径为8 iTI;100 t吊车 继续起高时,2台50 t吊车相应的也要摆臂杆,以保持吊绳垂 直。 方案。经分析:方案①不满足吊装能力要求;方案②虽然能满 足起吊能力,但起吊2点位置不能对称布置,起吊时钢桁架向 两侧张开变型过大,也不满足安装要求;方案③虽能满足吊装 能力,也能保证变形要求,但由于由受基础挡墙影响,且现场 右侧有一深槽,25 t汽车吊不便置于基础挡墙内侧,25 t汽车 吊置于外时臂杆伸长后不能满足吊装要求。囚此,优选1台 100 t汽车与2台50 t汽车吊联合吊方案,该方案不但能满足 吊装能力、控制变形要求,并且按2台及以上吊车合抬时最大 吊重为额定重量的80%进行了校核计算,完全满足吊装要求。 (3)当50 t吊车摆臂杆有106。时,就松钩将桁架底部 触地,收车挪位,然后再次吊起桁架。 (4)当50 t吊车挪位并再次吊起桁架后,100 t吊车继续 抬高桁架,同时2台50 t吊车缓慢地摆动臂杆,将桁架两端移 动至基础承台的安装基座。当桁架准备垂直时,有可能桁架底 3.5.2桁架的吊装 部触碰基础承台,此时可调整3台吊车的臂杆角度,待桁架底 第1或第3 1榀桁架在工作面平置组装完毕,并安装彩钢瓦 起高超过基础承台后再降臂杆就位。 后,按图8所示的位置布置吊车和桁架。采用了1台100t汽车 (5)桁架吊到基础承台上后,分别调整就位、焊接,最终 吊作为主吊,2台50t汽车吊作为副吊, “三吊联合”的吊装 完成第1榀或第31榀桁架的吊装。 整体吊装过程如下所述。 4结语 COCUACO水泥厂钢桁架制作T艺复杂,在施工之前,只 有制定制作工艺,找出施:[中的关键点和难点,才能使得施 1 井然有序,才能保证制造质量及提高工效。因此,我们在下 料、弦杆制作、组装、焊接等关键工序中采用了先进的工艺, 解决了结构复杂、焊缝多、易变形的难题,提高了制作效率及 质量,降低了成本。 在钢桁架安装中,经过研究对比不同吊装方案,选用单台 100 t汽车吊进行单榀整体吊装的方案,以及2台50 t吊配合 1台100t吊的“三吊联合”吊装方案,最终使吊装均取得完 满的成功,节约了分节吊装时高空作业所需T作平台,极大地 嫦 提高了工效,节约了成本,由此获得安哥拉业主及葡萄牙监理 蛐 的一致好评,充分显示了企业的综合施工能力,是企业“创精 图8吊车及钢桁架吊装方案图(单位:m) 品,树品牌,赢市场”这一经营理念的具体体现,为企业进一 (1)起吊时,2台50 t吊车先吊起桁架离地20 cm,然后 步开拓非洲建筑市场奠定了坚实的基础。固 100 t吊车再跟着起升吊钩。50 t吊车作为副吊,操作司机随 [责任编辑:刘新英] 60 

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