超大h型钢吊车梁施工技术

筑龙网 WWW.ZHULONG.COM第 1 页 共 7页 超大 H 型钢吊车梁施工方案超大 H 型钢吊车梁施工方案 一、 工程概况及特点 1.1 工程概况 某工程中，有 8 根超大 H 型实腹吊车梁，其长、宽、高分别为 58.7x1.1/0.9x6.14m，单重约 150t，是目前冶金工业厂房吊车梁之最。 该大梁处于冷床上方，待大梁安装结束后再进行冷床施工，因而安装条件优越。考虑到该 H 型钢大梁腹板高为 6 米，厚度仅 22 毫米，而上下翼缘板分别为 1.1 米和 0.9 米，长度 58.5 米，长细不成比例，在制造过程中未焊接筋板前的腹板及 H 型钢翻身时腹板弯曲和变形，制作难度大，下面将作详细介绍。运输、安装难度相对较小，不再详细介绍。 1.2 工程特点 a) 超大超重，构件长细不成比例：构件长 58.7m，高 6.14m，上下翼缘板宽分别为 1.1m和 0.9m，单件重 150 吨。国内没有制作的先例，需要进行大量的计算和工艺准备工作。 b) 制造难度大：从下料、拼接板、组装、焊接到吊装，特别是拼接起来的腹板翻转、吊装都应采取专门的安全、技术措施。 c) 焊接要求高：吊车梁上、下翼缘板、腹板的对接焊缝及上翼缘与腹板的应焊透的 K 型焊缝均为一级焊缝的质量标准，超探比例 100%。吊车梁材质为 SM490C，板厚40mm的钢板应满足 Z35 的性能要求。 d) 对于如此大型的工字型实腹吊车梁没有制作的先例，所以其结构制作开始前必须首先进行焊接工艺评定试验，确定一套科学、合理的施工工艺、施工方法和科学、准确的工艺参数,整个施工过程必须严格地执行所制定的工艺规程和工艺参数。 A、制作部分 A、制作部分 一、 施工场地 将公司北侧原材料堆场 130x40m 场地辟为大梁施工场地，新建二台 80t 龙门吊作为大梁的制作的主导机械。龙门吊轨长 130m，跨度为 30m。可同时摆放 2 套组对大型吊车梁的胎架和 2 套吊车梁焊接胎架， 具备 4 根吊车梁同时制作条件（见右上图） 。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM第 2 页 共 7页 二、工艺流程： 三、材料准备： 主体钢结构采用 SM490C 钢，其化学成分和机械性能符合 JISG3106-1999 的规定，且板厚在 40mm 以上者需满足厚度方向性能 Z35 级之要求。钢板有正火供货的要求，碳当量的要求、冲击韧性的要求，钢材验收时，进行抽查检验，其复验的结果符合国家产品标准和设计要求。 对于钢板尺寸， 由业主直接从舞阳钢厂采购， 采用双定尺供货。 排版需要考虑三个因素： 1、 图纸理论尺寸、规范及设计要求，如上翼缘板的拼接应避开跨中 1/4 跨度范围，下翼缘板应避开跨中 1/3 跨度范围，腹板的拼接应避开跨中 1/5 跨度范围，并且三者的对接焊缝不应设置在同一截面上，应相互错开 200mm 以上，与加紧肋亦应错开 200mm 以上，吊车梁腹板的纵向拼接焊缝宜设在中心轴偏上 200mm500mm 的范围内等； 2、 钢厂所规定的厚板成材率的最佳范围； 3、 钢厂流水线可以生产的板宽和板长范围； 4、 材料检验需要试样在钢板上的取样位置和方向，预留出样件尺寸。 在实际操作中，事先我们对吊车梁进行了纯理论排版，提出了双定尺的材料预算表。然而材料尺寸大部分不在钢厂成材率的最佳范围内（例：设钢厂规定 70 毫米厚钢板成材率在 80%的话， 一个 25 吨的炉料将会轧制出一张 20 吨的钢板， 而我们需要一张 17 吨的钢板，成材率大幅度下降） ， 有的钢板尺寸使钢厂的成材率下降 20%， 使钢材单位成本大幅度上升,仅 8 根梁的材料就比市场价上升百万元之多。基于成本原因，某领导及公司领导带领我们奔赴河南舞阳，根据钢厂可以提供的一些炉料吨位，以及钢厂成材率的最佳范围，重新进行排版，来选定我们需要的炉料吨位及每块钢板的尺寸。最后我们用尽了钢厂所有的炉料吨位，仅 70 毫米钢板就排出了 20 多种的不同尺寸钢板，而最后一块钢板的成材率较钢厂最佳成材率仅下降 1%，达到了预期目的。 焊接材料的选用： 技术、材料准 抛丸除锈 车间底漆 接板、下料 钻孔 组对 主缝焊接 矫正 二次组对 焊接、打磨 涂装 编号出厂 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM第 3 页 共 7页 钢材种类 焊接方法 焊材类型 手工焊 E5015(4) H10Mn2(4) 埋弧焊 HJ431 SM490C 钢 气体保护焊 ER50-6，1.2 焊条、焊剂烘干温度： 名称 烘干温度°C 烘干时间(小时) 备注 E5015 300400 1-2 HJ431 150200 2 恒温箱储存 温度 80100°C 四、下料、制孔 下料要求：根据工艺需要，长度方向加工余量预留 80mm。其中焊接收缩余量主焊缝考虑为 12mm，劲板焊接长度方向收缩 28mm,切割余量考虑 40mm。起拱根据某规范：自重下挠35mm，本吊车梁起拱值为 25mm,其中自重下挠公式：=5/384xWxL4/E/IX，计算出本吊车梁自重下挠值约为 20mm。 吊车梁上翼缘板的制孔摈弃了传统的采用钻孔套模法 （即采用磁力钻和摇臂钻人工钻孔的方法） ，首次采用 H 型钢钻孔设备-数控三维钻，在 H 型钢组装前，采用高精度三维数控钻床对上翼缘板进行零件钻孔。在每组孔距中考虑焊接收缩余量，从而保证了吊车梁焊接完毕后，达到图纸理论尺寸。保证了制动板与吊车梁上翼缘的高强螺栓的穿孔率。 五、组装： 第一步工作：腹板、翼缘板对接 将开好坡口的腹板平放于经过水平仪操平的制作胎架上，调整好组对间隙、错边，同时考虑反变形数值 f，纵向焊缝局部点焊后，进行纵向焊缝的焊接工作(考虑焊前预热和层间温度)，之后进行分段腹板的翻身,此时由于钢板长度较短，利用一台吊车及一副扁担即可进行翻身。在腹板纵向焊缝焊接完成并矫正后，进行腹板横向焊缝的对接、翻身，此时由于腹板长度太厂，利用现有的两台 80 吨吊车与两副扁担根本无法完成翻身，所以有人提出了中间增加一台汽车吊进行 5 点吊装翻身，通过计算此时腹板将产生板内弯距达到245KN-m，腹板 W6000x222/6484000mm3，则腹板应力245000000/484000506N/mm2，远远大于许用应力 f290N/mm2,于是有人提出汽车吊也使用扁担，即采用 6 点吊装，此方法极度不安全，未被采用。其实通过下面的腹板翻身时自重作用下弯矩及反力图可以发现，考虑吊点的位置时还要计算横向拼接焊缝的强度。由于此时焊缝为单面，故仅考虑一半的焊 缝 厚 度 ， 焊 缝W 6000x112/6 121000mm3， 焊 缝 处 所 能 承 受 的 弯 矩 为290x121000=35090000N 即 35KN-m。综合以上原因，长度为 57.5 米，高 6 米的腹板整体翻筑龙网 WWW.ZHULONG.COM第 4 页 共 7页 身法不可行，故最终采用了整体预组装、分段焊接，最后完成 H 型钢对接的方法。 第二步工作：H型钢组对 吊 车 梁 组 装 采用平躺法在腹板上进行预起拱处理， 同时考虑横向和纵向焊缝收缩余量。在上、 下翼缘板上画出腹板的定位线， 将腹板放在专用组装胎架上,翼缘板分别立于腹板两侧,用契块调整好位置, 用可移动式顶紧装置，并用千斤顶对称顶紧。固定后点焊固定并用 CO2 打底焊接。点焊长度为 80mm100mm，点焊间距不超过 500mm。高度为设计焊缝的 2/3，且不得高于 8mm。CO2焊缝高度为 4 毫米，然后再进行埋弧焊的船形焊接，由于此时腹板太宽，且此时焊缝高度仅为 4 毫米，梁 450就位时需要验算腹板跨中弯矩的板内应力及焊缝剪应力。通过计算焊缝剪应力远小于f=290N/mm2；板内应力也满足要求。 此时为了防止腹板变形而造成焊缝内部受损，特设计专用夹具进行翻身，在框形夹具内另设 T 形顶板以控制腹板变形，如下图： 60004mm焊缝4mm焊缝吊点处横向对接焊缝处吊点处吊点处吊点处筑龙网 WWW.ZHULONG.COM第 5 页 共 7页 后来在实际的操作中，发现装夹具上的 T 形顶板比较困难，进而采用了先组装部分劲板、先焊接焊缝 2、而取消 T 形顶板的做法，如下图。此方法的缺点是：主焊缝在劲板处需要断开，以后必须使用手工焊修补。 以上两种方法均进一步加强了腹板 450就位时的强度。强度满足之后，利用特制吊具将吊车梁上翼缘吊起，用支撑固定，使腹板与地面成 45 度角，再进行埋弧焊的船形焊接，然后使用同样的方法焊接上翼缘与腹板的角焊缝。利用吊具翻身后同样处理反面焊缝。实际操作如右图： 六、焊接 腹板的拼焊顺序是先拼纵向焊缝后拼横向焊缝，分块拼接的顺序是先拼板宽方向，再拼板长方向。 对接焊缝和主焊缝均采用 CO2打底,埋弧自动焊盖面的焊接方法，此焊接方法较单面焊接，背面清根的方法减少焊接变形，节约材料和提高效率。 翼缘板只存在横向焊缝的对接，翼缘板对接接头的对接焊缝为正对接焊缝。翼缘板对接时要注意板与板的错边值和直线度符合规范要求。吊车梁主焊缝的焊接顺序：吊车梁主焊缝的焊接先焊接下翼缘与腹板的角缝，再焊接上翼缘与腹板的角缝，吊车梁主焊缝的焊接顺序如上图所示。 吊车梁筋板的焊接顺序：首先焊接加劲板与上翼缘板刨光顶紧处的焊缝，然后再焊接与腹板连接处的焊缝，与腹板连接的焊缝长度达到，采用从中间向两端间断跳焊的方CO2打 底 面焊缝16000焊缝1 焊缝2筑龙网 WWW.ZHULONG.COM第 6 页 共 7页 法。 对接焊缝采用 CO2打底,埋弧自动焊，X 形坡口、无钝边，组对间隙 2mm。在焊缝两侧加 100×100mm 的引弧板和熄弧板。腹板与翼缘板角焊缝的焊接，采用用 CO2打底,埋弧自动焊，双边开坡口，在焊缝两侧加 100×100mm 的引弧板和熄弧板，工件材质、厚度及坡口形式与工件相同。筋板的焊接，采用 CO2气体保护焊。 焊前根据工艺要求对厚板进行预热。预热区在焊道两侧，每侧宽度均应大于焊件厚度的 1.5 倍以上，且不应小于 100mm，吊车梁翼缘板70mm，所以预热区确定为焊道两侧每侧宽度为 120mm（应1.5 倍的板厚）的范围内进行预热，后热处理应在焊后立即进行。预热温度(120150)，层间温度(有预热要求的焊件控制在(120200)范围内；无预热要求的控制在 200以下，在预热区的边缘用液晶显示点式测温笔测量预热温度，焊完前一道焊缝也用电子测温笔测量层间温度，符合要求后再进行后道焊缝的焊接。下图为预热及温度检测图： 翼缘板的腹板间的焊缝焊接完毕后，组装焊接加劲肋。 B、运输部分 B、运输部分 运输方案主要是选择运输车辆的承载能力、确定运输超大梁的绑扎固定方案、满足桥梁允许过路荷载、满足车辆的转弯半径、保证运输中大梁的侧向刚度等问题。 一 、 运 输 车 辆 的 选 择 德国GOLDHOFER THP/SL10+SL10液压带转盘无牵引车头车组 1. 该车组核定承载能力为500吨，完全能保证钢结构吊车梁运输承载能力； 2. 该车组具有全液压自动调节举升系统，能有效防止路面、坡度等不平现象，保证吊车梁运输的平稳性，且能自如升降装卸车作业； 3. 该车组具有全液压自动调整与手动调整转向系统，在特殊条件下可以减少转弯半径。 4. 该车组首尾都能牵引，进退自如。 5. 采用该整体车组极大地利用于吊车梁运输的稳定性、平衡性，排除了吊车梁因运输而产生的变形可能。 6. 采用整体车组，使承载力均布于车辆各轴，有效地解决了途中桥梁的承载力。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM第 7 页 共 7页 二、 装车与固定 装车利用加工厂内2台80t龙门吊直接装车。 运输时在车上设固定托架， 跟平板车相连， 再用5t葫芦、 20钢丝绳固定，以保证转 弯 速 度 为 5公 里 /小 时 时 ，转 弯 半 径 为 14米 ， 转弯时向心水平力足够小， 详 见 右 图 ： C、安装部分 C、安装部分 现场钢柱安装找正完，