梅溪湖螺旋體三角箱型構件製作
作者:鄧凌雲;楊高陽;甘霖;葉曉東;陳德義
中建鋼構武漢有限公司
1 工程概況
梅溪湖城市島項目位於長沙大河西先導區核心梅溪湖,見圖1。城市島上的標誌性建築物為雙螺旋觀景台,最高點約34 m,環道內邊界直徑最大約72 m,兩條相互環繞螺旋上升的採用三角支撐架結構的環形通道,連接著一列密集的柱廊。相鄰斜立柱之間通過鋼棒連接以保證結構的整體穩定性。主要結構為: 人行天橋、箱型柱、螺旋體三角箱型構件,鋼結構製作工程量約為5 800 t。
圖1 梅溪湖城市島
螺旋體坡道製作分段為332 段,面板寬度主要為7 000,6000,3500 mm 3 個尺寸,單個分段長約2 500 mm,板厚12 mm,其中最大分段尺寸為3 212 mm × 6 143 mm × 7 042 mm,質量約19 t。箱體內設600 ~ 1 000 mm 間距不等的12 mm 厚縱向加勁肋,單個分段內設兩道橫向加勁肋,與鋼柱連接處設置60 mm 或90 mm 厚橫隔板。
2 製作難點
1) 本工程為室外景觀型項目,結構直接裸露在外,結構線型需平順優美,而坡道結構自身沒有任何一個壁板或面板為平面。因此,結構整體線型和精度控制是本工程製作的重點和難點。
2) 每個坡道節段分為面板、下外板、側外板、縱向加勁肋、橫向加勁肋、橫隔板等,三面壁板間,橫隔板與壁板間均為全熔透焊縫連接,加勁肋與壁板間為雙面角焊縫連接。焊縫密集,焊接工作量大,焊接變形和焊接收縮大,同時存在隱蔽焊縫焊接。
3 節段組拼
螺旋體坡道製作分段為332 段,以其中一段為例論述整體組裝過程。節段整體組裝示意見圖2。
a—胎架製作; b—組裝下外板; c—組裝側外板;d—組裝橫隔板、橫向加勁肋; e—組裝縱向加勁板; f—組裝面板。
圖2 節段整體組裝示意
4 工藝操作要點
4.1 整體線型控制措施
4.1.1 三維坐標控制點繪製
根據構件的實體三維模型,利用AutoCAD 系統直角坐標系確定構件控制點,即在三角形箱體三邊線形變化較大處標出三維坐標點( x,y,z) ,其中( x,y) 值用於水平平台地樣線的劃制,z 值為設立胎架的標高值,如圖3 所示。
圖3 三維坐標控制點
4.1.2 胎架搭設
根據坐標控制點,在鋼平台上划出三角形箱體外框地樣線,並將各控制點的坐標值移植到鋼平台上。沿地樣線在控制點處豎立H 型鋼支撐,根據地樣控制點z 軸坐標確定H 型鋼支撐的高度,並在H型鋼支撐上用鋼針划上檢測點標記,使用全站儀進行複測,如圖4 所示。在製作過程中,通過檢測點來衡量構件的加工精度。
圖4 胎架搭設
4.1.3 單元件裝配
將加工成型並經檢驗合格的板單元吊上胎架。
單元件裝配時,需隨時觀察構件與胎架檢測點的重合度,當構件與檢測點的偏差超過相關驗收標準時,需即時進行矯正,從而將後續的焊接變形分散到各個板單元中。各節段對接埠200 mm 範圍設置為後焊區,在預拼裝工序精度調整到位後再進行焊接,從而防止現場對接埠錯邊。
4.1.4 匹配製作
螺旋體分段製作時採用4 個連續分段為一組、匹配總成裝配工藝。4 個連續分段按照現場安裝位置進行匹配地樣劃線、匹配胎架搭設、匹配總成裝配,如圖5所示。
圖5 匹配製作
4.1.5 循環預拼裝
匹配總成之後,上一組最後一個分段再與下一組第一個分段工廠內進行預拼裝檢驗,以保證所有分段加工精度符合相關規範要求,然後完成對接埠後焊區的焊接。
4. 2 焊接工藝措施
4.2.1 焊接順序
在焊接過程中,盡量採用熱量分散、對稱分布的方式施焊。三角箱體內側加勁板遵循由中間向兩邊的順序施焊。橫向隔板與人孔加強圈、加勁肋焊接成隔板單元並經檢驗合格後再參與裝配。主焊縫採用分段退焊法與多人對稱焊接法同時運用的方式,焊接過程中嚴格控制焊接電流和焊腳尺寸,避免大電流施焊,熱量過分集中從而引起過大的變形。
4.2.2 焊接過程式控制制
由於鋼板經過扭曲加工,焊縫不是規則線形,焊接時應連續作業。焊接時盡量採用較小的熱輸入,採用多層多道焊,每道焊縫不得過寬。每層每道的焊縫接頭應該相互錯開,每層至少錯開25 ~ 30 mm,以保證起弧點的缺陷不會集中在一起且能夠被後續焊縫熔掉。每層焊縫焊接完成後,在清理焊渣及飛濺時,順便對焊縫進行錘擊處理,以消除部分焊接內應力。
4.2.3 空間隱蔽焊縫焊接
三角箱體尖角區域空間狹小,橫向加勁肋與面板之間角焊縫無法焊接,故採用面板開槽的方式從外部進行焊接,以保證結構的連接強度,如圖6所示。
注: TYP 為典型焊縫。
圖6 尖角區域開槽焊接
5 結束語
針對梅溪湖城市島大截面螺旋體三角箱體結構,制定了合理的裝配、焊接、矯正工藝。利用三維坐標控制點控制單元件的裝配精度; 採用匹配製作和循環預拼裝保證結構整體線型。通過控制焊接順序和焊接熱輸入減小焊接變形; 對箱體內部隱蔽焊縫採用面板開孔槽焊接,確保結構強度。該工程已順利完成現場安裝和驗收,結構安全,線條優美,成型美觀,從而證明了以上工藝的合理性,可為類似工程借鑒和參考。
參考文獻
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來源:鄧凌雲;楊高陽,甘霖,等. 梅溪湖大截面螺旋體三角箱型構件匹配製作工藝研究[J]. 鋼結構,2018,33(7):86-88.
該篇文章刊載於《鋼結構》2018年第7期,如需購買請點擊以下鏈接:
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