关于大跨度钢结构构件安装方案的研究

文/郭淑娟 山东钢铁股份有限公司莱芜分公司型钢炼铁厂 山东济南 271104

许子铮 山东交通学院国际教育学院 山东济南 250357

袁玉文 山东莱钢建设有限公司 山东济南 271104

1、项目背景

1.1 该工程为烧结机原料厂封闭改造项目工程，本项目采用骨架膜结构，主钢结构为管桁架结构。本项目位于莱芜莱钢集团银山型钢公司炼铁厂，结构跨度为81.5米。结构设计采用三角空间管桁架拱作为主要受力构件，为单向传力体系。

1.2 由于本工程地处寒冷地区，在结构设计中采用的单榀钢管桁架的钢材均采用Q345-B材质，且钢材能保证钢材须保证抗拉强度，伸长率，屈服点，冷弯和常温冲击韧性试验（V型缺口）五项要求。

1.3 项目结构形式复杂、跨度大，且必须保证生产正常进行，所以给现场安装的全方位、多工作面的展开造成了很大困难，经多次交流能提供的最大作业面为料场长度的一半空间。

2、安装方案简述

本工程为改建工程，既要保证现场安装工期又不能影响料场正常生产。根据现场实地考察场地情况，现场场地十分狭窄，运输道路及施工场地十分有限。根据现场场地和料场生产情况，并与料场生产调度提前协商，计划每个封闭区在长度方向分成两个施工段进行施工，也就是先将该区的一半施工区的原料腾空，然后交由施工队进行桁架施工（确定施工时间限制），该施工区施工完成后场地交由生产使用，再腾空另一半场地，转入另一半施工区进行施工。每一封闭施工区先施工东边一半，该段桁架安装由西往东依次进行；西边一半施工区桁架安装顺序为从东往西依次进行。

所有管桁架杆件均在工厂进行相贯线切割，然后进行防腐，发运至工地后进行分段组装。根据本工程的跨度，将该工程管桁架分A、B、C三段（以B2区跨度为81.5m桁架为列，其它区根据跨度情况确定分段数量），安装顺序为先将组装好的A、C段吊装至设计位置，用塔架进行临时支撑，然后将B段用一台大型履带吊吊装至高空与A、C段进行空中对接，并将次桁架同时进行安装，两榀桁架形成稳定单元依次进行后续轴线桁架的安装。

2.1 施工方案介绍

2.1.1 管桁架现场安装工艺流程

2.1.2 组装胎架构造

为保证胎架有足够的刚度和稳定性，根据以往施工经验，胎架材料采用300＊300＊6、300＊175＊6、200＊100＊6 的矩形管 （或型钢 ）焊接而成，胎架支撑点的位置以满足桁架尺寸，满足桁架组装及焊接为原则，间距3-4米一组，每组之间用120＊100＊3矩形管（或角钢）焊接连接。

2.1.3 胎架的安装

胎架的安装直接影响到桁架的拼装质量，胎架安装完成开始进行桁架拼装前，对胎架的总长度、宽度、高度等进行全方位测量校正，然后对桁架杆件的搁置位置建立坐标控制网，然后对桁架各节点的空间位置进行测量放线，并投影到地面上。跨皮带位置设置防护。

胎架在完成一次拼装后，必须对其尺寸进行一次检测复核，复核结果满足要求后才能进行下一次拼装。

3、施工顺序

3.1 桁架分段

管桁架跨度81.5米，为大跨距管桁架，桁架安装无法一次安装就位，因此，将管桁架分成A、B、C三段，分别就位后再行对接焊接施工。施工时需要制作临时支撑体系-塔架，用以辅助安装。

3.2 主桁架分段施工顺序

3.2.1 塔架及桁架安装

塔架高度约为25m（根据具体设计图纸进行测算塔架实际高度），采用H型钢或圆管焊接标准节，地面整体拼装，然后用履带吊一次吊装到设计位置，校正好垂直度后，在塔架的四周拉设缆风绳，缆风绳在塔架的绑扎点高度为20m，缆风绳与地面的夹角为45°。

第一步：用一台汽车吊配合一台履带吊将塔架吊起安装就位，校正完塔架垂直度后，在塔架的四周对称加设4道缆风绳。

第二步：分别用一台履带吊将A、C段吊装至设计位置，一端与支座焊接，另一端放置于塔架顶部。

第三步：利用履带吊将B段吊起与A、C空中对接。

通过以上步骤安装，相邻两个轴线主桁架安装完成。后续桁架以同样的方法安装。主桁架安装两个轴线后安排一组人员用吊车安装其间横向连接次桁架，成为一个稳固的支撑体系，后即可拆除该轴线临时支撑塔架，将塔架运至下一个相邻安装轴线使用。本工程每个施工区计划制作3套6个支撑塔架循环使用，最后安装山墙桁架。

第四步：当两榀桁架的次桁架安装完毕后，将塔架移至下一榀安装位置，准备进行下一榀桁架安装。

3.3 典型焊缝的焊接工艺

3.3.1 管-管对接

①坡口形式

②焊接位置：倾斜固定全位置焊。

③焊接方法：SMAW、GMAW

④焊接顺序：每条环焊缝由两名焊工对称施焊；采用多层多道焊；根部用φ2.5mm或φ3.2mm焊条打底焊1～2 层，其他用φ4mm或φ5mm焊条填充、盖面。

3.3.2 相贯口焊接

①贯口形式

②焊接位置：倾斜固定全位置焊。

③焊接方法：SMAW

④焊接顺序：相贯焊缝应对称施焊，多层多道焊；熔透部位采用φ2.5mm的焊丝打底，或直接采用手工电弧焊φ2.5mm或φ3.2mm焊条打底，但要确保单面焊双面成形，其他采用φ4mm或φ5mm焊条填充、盖面；一个节点往往有多条相贯焊缝，焊缝集中。一条相贯焊缝焊接完毕冷却后，再焊相邻的相贯焊缝，以防止应力集中，减小焊接变形。焊接时，应先焊坡口大，变形大的区域，对于Y型节点，先焊A、D区，后焊C、B区，且先焊趾部再焊根部。T型节点先焊趾部，后焊侧边。

3.3.3 球-管焊接

⑴焊接时，采用对称焊接法，以保证钢管的轴线角度和减少焊接应力。

⑵球-管接头坡口形式和尺寸：

球与管的定位原则：为了确保安装精度，球与管采取不预留间隙的方法。

当钢管厚度δ≤5mm时，焊接时不预留坡口；

当钢管厚度δ＞5mm时，取单面坡口，为避免碰撞时损坏坡口，应留有2mm的钝边，坡口的角度以达到等强并尽量减少焊接量为原则，选择合理的角度。

⑶球-管节点采取对称焊接，焊缝的分区焊接顺序。

⑷拼装焊接时，应尽量使球体在下，钢管在上，而处于俯焊位置，以保证焊接质量。

⑸在拼装焊接之前，估算出节点焊缝的横向收缩量，采取钢管预留长度的方法，以保证拼装焊接的尺寸与精度，其中焊缝收缩量为：1.5-2.0mm。

⑹在制作焊接过程中，严格控制构件的尺寸及焊接收缩量，即保证钢管下料时长度公差应控制在±1mm范围内，焊接球尺寸公差也应符合规范要求，以保证安装时的顺利合拢。

3.4 焊后处理

焊后处理包括后热及消氢处理，后热温度一般为150～250℃，消氢温度则是在300～400℃，加热好后保温一段时间。目的都是加速焊接中氢的扩散逸出，消氢处理比后热处理效果更好。根据我们以往工程的经验，对于一般拘束接头可采用焊后缓冷措施，不会产生氢致延迟裂纹。