大跨度复杂箱型变截面双肢双曲张弦梁加工技术研究与探讨

梁鹏 常武光 杜威 郑大雨 中冶（上海）钢结构科技有限公司

一、工程概况

重庆大学体育馆呈钻石形状，在四周设有一圈型钢混凝土框架柱以支承钢屋盖，屋盖南北向73.4m，东西向82.454m，建筑高度24.22m。屋盖结构主要为大跨度箱型双肢双曲变截面张弦梁，共有8 榀，每榀桁架跨度83.3m，重约100t。本工程钢结构总量约1800t，材质主要为：Q460GJB、Q355GJB 和Q355B。见图1、图2。

图1 体育馆屋盖结构效果图

图2 体育馆俯视图

二、加工重点、难点

屋盖钢结构均为焊接构件，钢材规格繁多，焊缝形式多样，焊接量较大且焊缝质量要求高等。其中张弦梁为变截面双肢双曲箱型构件，弯弧角度难以控制、跨度较大且节点构造较为复杂；制作焊接难度高，变形控制难度大；其零部件组装工序繁多，需严控装配顺序。

三、工艺流程

张弦梁制作步骤：放线支设胎架（见图3）→张弦梁箱体分段组装（见图4）→箱体焊接（重点控制拉索耳板焊接）→整体预拼装（见图5）→复测，张弦梁总体成型的关键是拉索耳板装配工艺及厚板焊接。

图3 张弦梁制作胎架

图4 张弦梁分段加工制作

图5 张弦梁整体预拼装

四、张弦梁制作

首先进行张弦梁装配胎架搭设，其胎架高度根据张弦梁弧形走向及装配作业空间确定；采用热轧H 型钢等组成整体拼装胎架，使用全站仪进行监控测量。胎架搭设完成后顶部使用20mm 厚的钢板作为张弦梁底部弧形走向模板（见图6）进行定位铺设（箱体底板），箱体底板铺设完后在其上面进行箱体侧板的定位放线，然后采用定位钢板与撑杆将箱体侧板进行固定，侧板安装完接着装配箱体内隔板（见图7）；其箱体侧板及内隔板全部装配及焊接完并经检查检测合格后，进行顶部圆弧走向模板（箱体盖板）封闭并焊接。

图6 胎架搭设（深蓝部位为弧形走向模板）

图7 侧板、内隔板装配示意

张弦梁组装前应根据胎架图纸仔细核对胎架的空间曲线走向，构件组装前必须熟悉图纸和工艺，认真核对零件编号、外形尺寸和坡口，核查平面度、直线度等各种偏差，彻底清除待焊区的浮锈、底漆、油污和水分等有害物，确认符合图纸和工艺要求后方可组装。首制件必须经检查合格后方可批量生产。

五、拉索耳板节点装配工艺

（一）张弦梁拉索耳板贯穿张弦梁上下翼缘板的节点形式

拉索耳板板厚100mm，拉索耳板处张弦梁截面尺寸口（1300-1313）*600*30*30，张弦梁拉索耳板位置有特殊注明，腹板厚度为40mm。

（二）拉索耳板节点区域装配工序流程

几何尺寸检查→耳板、翼缘板焊接→加筋板装配焊接→焊缝探伤→位置标记→腹板装配→加筋板靠腹板电渣焊、腹板焊缝焊接→焊缝探伤检测→几何尺寸检查

如图8、图9 所示。

图8 拉索耳板节点详图

图9 拉索耳板节点剖面图

拉索耳板装配工艺流程：零部件下料→箱体U 型拼装→拉索耳板装配→箱体内加劲板装配定位→拉索耳板、加劲板焊接→封闭箱体盖板。

拉索耳板插入箱体后内部后，其加劲板的焊接难度大，焊接操作空间小。因此先进行装配加劲板并焊接，后装配40mm 厚的腹板并焊接，确保加劲肋焊接质量。其装配焊接流程：耳板插入上下翼缘板→装配箱体 20mm 厚的内部加劲肋→焊接上下翼缘板焊缝→焊接加劲肋与翼缘及耳板焊缝→装配40mm 厚区域腹板→焊接腹板与20mm 厚加劲肋焊缝→拼装封头加劲肋并焊接。

各加劲肋拼装及焊接顺序：耳板及翼缘拼装→加劲肋①&②拼装、焊接→40mm厚区域腹板拼装、焊接→加劲肋③&④拼装、焊接→拼装40mm 厚腹板区域外的腹板。其中①号位置两块对称的加劲肋与腹板的焊缝采用电渣压力焊，其余均为二氧化碳气体保护焊（见图10）。

图10 拉索耳板节点加劲肋位置示意图

（三）拉索耳板关键工序控制及注意要点

1.耳板与箱型梁翼缘板装焊

翼缘板开洞位置按照图纸要求划线放样，使用半自动火焰切割机进行切割及坡口制备。吊耳装配后定位点焊，几何尺寸检查无误后装配①和②号加劲肋，然后进行焊接，焊接时2 人对称焊接，以减少焊接变形。

2.加劲肋的装焊

加劲肋的装配位置按照加工图纸划线放样定位。严格按照装配顺序进行装配、施焊，采用2-4 人同时对称施焊。加劲肋施焊结束后进行电渣压力焊的加劲肋的装配位置，标记在翼缘板位置，为腹板拼装后的电渣压力焊做准备。

六、焊缝UT检测

屋面张弦梁为节点上下600mm 范围内全熔透二级焊缝，端部100mm 范围内全熔透二级焊缝，其中部分熔透坡口焊缝厚度不小于板厚的2/3，且不小于12mm。

七、张弦梁总体尺寸复查与校正

焊接完成后将分段张弦梁吊装至预拼装的胎架并用全站仪对关键控制尺寸复查。主要控制点为弯扭节点坐标值和桁架最外端主梁端部空间坐标值。

整段张弦梁因焊接引起的控制点移位区域宜采用火焰校正。保证关键控制点与胎架间隙≤3mm。合格采用半自动火焰切割机制备工地焊缝坡口。坡口为外坡口，坡口角度35°。

八、结束语

通过该项目大跨度双肢双曲箱型变截面构件的工艺研究与探讨，最终形成大跨度箱型变截面构件以分段加工，支设大型胎架整体精确定位拼装的加工工艺。内容重点对张弦梁加工工艺和拉索耳板装配定位控制方法以及焊接节点的质量控制方法进行了详细阐述。使用全站仪测量张弦梁构件各控制点坐标值均满足设计和规范要求。该加工工艺的成功应用为双肢双曲箱型变截面张弦梁的加工质量，施工工期，项目成本控制等奠定了坚实的技术基础，对类似复杂构件的制作起到一定的借鉴作用。