型鋼拱架焊接作業(yè)指導(dǎo)書(報(bào))

1、新建杭州至黃山鐵路站前VI標(biāo)型鋼拱架焊接加工作業(yè)指導(dǎo)書&中國中鐵編制：I H BBJ 1( : ： 復(fù)核：審核：中鐵二局杭黃鐵路站前VD標(biāo)項(xiàng)目部二0一五年三月1 .編制目的 32 .適用范圍 33 .作業(yè)準(zhǔn)備 33.1 內(nèi)業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備33.2 外業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備34 .技術(shù)要求35 .施工要求45.1 施工準(zhǔn)備 45.2 制作模具 55.3 型鋼下料加工 55.4 型鋼鋼架焊接55.5 檢查驗(yàn)收55.6 型鋼鋼架運(yùn)輸1.3.6.質(zhì)量控制及檢驗(yàn)1.3.1.4.6.1 質(zhì)量控制6.2 質(zhì)量檢驗(yàn)1.47.安全及環(huán)保要求1.47.1 安全要求1.47.2 環(huán)保要求1.5型鋼拱架焊接加工作業(yè)指導(dǎo)書1.

2、編制目的為明確隧道型鋼拱架焊接加工施工工藝、操作要點(diǎn)和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，指導(dǎo)、規(guī)范隧道型鋼拱架焊接加工施工，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。2. 適用范圍適用于本標(biāo)段內(nèi)隧道IV、V級(jí)圍巖初期支護(hù)型鋼鋼架焊接加工。3. 作業(yè)準(zhǔn)備3.1 內(nèi)業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備應(yīng)在開工前組織技術(shù)人員認(rèn)真學(xué)習(xí)實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)，閱讀和審核設(shè)計(jì)圖紙，熟悉規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)班組作業(yè)人員進(jìn)行崗前安全培訓(xùn)及技術(shù)交底。鋼拱架大樣尺寸交底時(shí)，應(yīng)考慮隧道開挖斷面預(yù)留沉降量引起的斷面尺寸變化。對(duì)鋼架焊接工藝進(jìn)行交底。3.2 外業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備鋼架加工場(chǎng)地的布置及地面硬化。加工場(chǎng)內(nèi)分區(qū)明顯、合理（原材料堆放區(qū)、加工區(qū)、成品區(qū)、半成品區(qū)、廢料堆放區(qū)）。原材料取樣送檢

3、，合格后方可使用。在加工區(qū)內(nèi)進(jìn)行鋼架分節(jié)段大樣放樣，制作鋼架模型并固定。場(chǎng)地內(nèi)各種標(biāo)識(shí)醒目、齊全，機(jī)具設(shè)備調(diào)試性能良好。4. 技術(shù)要求采用型鋼鋼架施工的圍巖為：IV b級(jí)、IV級(jí)下錨、V b級(jí)、Vc級(jí)、V 級(jí)下錨。Wb級(jí)、IV級(jí)下錨圍巖采用I18型鋼鋼架，鋼架間距0.8m1.0m;V b級(jí)圍巖采用120a型鋼鋼架，鋼架間距0.6m;V c級(jí)圍巖采用122a型鋼鋼架及HW17里鋼鋼架，鋼架間距0.6m;V 級(jí)下錨圍巖采用120a型鋼鋼架，鋼架間距0.8m。隧道各部開挖完成初噴硅后，分單元及時(shí)安裝型鋼鋼架，與定位錨桿、徑向錨桿以及雙側(cè)鎖腳錨桿固定，縱向采用22鋼筋連接。鋼架之間鋪掛鋼筋網(wǎng)，然后復(fù)噴

4、混凝土到設(shè)計(jì)厚度。圖4-1型鋼標(biāo)準(zhǔn)截面圖表4-1型鋼標(biāo)準(zhǔn)截面尺寸表5.施工要求5.1 施工準(zhǔn)備做好施工用電，機(jī)械設(shè)備（如電焊機(jī)、彎筋機(jī)、切斷機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等） 運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試工作型鋼拱架加工所用的原材料必須滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求型鋼拱架應(yīng)按分部開挖情況分段、分節(jié)制作加工，在加工場(chǎng)地按1 放樣， 型鋼鋼架宜采用冷彎成型。型鋼鋼架不得在拱頂?shù)燃魬?yīng)力較大或彎矩最大的地方分段、分節(jié)，型鋼鋼架加工的焊接不得有假焊，焊縫表面不 得有裂紋焊瘤等缺陷。型鋼鋼架安裝前，根據(jù)設(shè)計(jì)斷面尺寸及預(yù)留沉降量要求，對(duì)開挖凈空尺寸進(jìn)行檢查。5.2 制作模具復(fù)核型鋼鋼架截面設(shè)計(jì)模具，模具材料型鋼、鋼板和鋼筋（25）均可，做好模具可按大樣線直

5、接焊在鋼平臺(tái)上，必須保證焊接牢固和豎向垂直。5.3 型鋼下料加工復(fù)核下料單上型鋼的尺寸及用料規(guī)格型號(hào)，開始階段應(yīng)少下幾根料現(xiàn)場(chǎng)彎制，檢查是否符合設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)禁以拱部頂點(diǎn)作為分節(jié)接頭。按復(fù)核后的下料單進(jìn)行下料，下料后各種規(guī)格、尺寸必須分類分開放置并標(biāo)識(shí)，以免誤用，對(duì)一些小料應(yīng)合理利用。進(jìn)行型鋼彎制，可用人工也可用機(jī)械彎制，但彎制必須做到以下幾點(diǎn)要求：彎起點(diǎn)必須做標(biāo)記；型鋼彎制形狀正確，平面上無翹曲不平現(xiàn)象。5.4 型鋼鋼架焊接以 I18 工字鋼型號(hào)為例，計(jì)算型鋼焊接加強(qiáng)鋼板尺寸確定。5.4.1 熱軋工字鋼焊縫對(duì)接施工當(dāng)中最為常見的焊接方法是手工電弧焊，通電后，在焊條與焊件 間產(chǎn)生電弧，電弧的高溫

6、（可達(dá)到 3000 C）將電弧周圍的金屬變成液態(tài),形成熔池，同時(shí)高溫也使焊條金屬融化，滴落至熔池中，與焊件的熔融金屬結(jié)合。冷卻后即形成焊縫。手工電弧焊優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、焊接方便，但是焊縫帶的質(zhì)量有一定的 缺陷，在焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)剛才表面或者內(nèi)部的 缺陷。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、電弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未 熔合等。焊縫缺陷的存在勢(shì)必削弱焊縫的受力面積，在缺陷處引起應(yīng)力集 中，故對(duì)連接的強(qiáng)度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50205-2001規(guī)定，焊縫質(zhì)量等級(jí)分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)；三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫做外觀檢查，在平時(shí) 的施工當(dāng)中由

7、于焊接技術(shù)和檢測(cè)手段的影響，可以把我們?nèi)粘Ｊ┕ぎ?dāng)中所 遇到的焊縫質(zhì)量規(guī)定為三級(jí)。5.4.2 熱軋工字鋼加強(qiáng)鋼板選取計(jì)算（1）1 18截面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的彎矩計(jì)算由已知資料查出I18工字鋼截面特性：4|x=1660cmWx=i85cm3t w =6.5mm d = 10.7 mmMmaxM23=215N/mm,Wx = 185 M10（設(shè)計(jì)強(qiáng)度）M max=215N/mm2 185 103 mm3=39.775 KN mIx對(duì)x軸的截面慣性矩Wxx軸的截面模量tw工字鋼翼緣板厚度maxd 工字鋼腹板厚度使截面達(dá)到材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度的計(jì)算截面彎矩（荷載乘以分項(xiàng)系數(shù)）三級(jí)焊縫達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的彎矩計(jì)算對(duì)接焊縫（

8、三級(jí)）對(duì)截面的軸向受壓和受剪力削弱可以忽略不計(jì)，主 要是削弱了截面彎矩的抵抗力（受拉）。按照焊縫的最大彎曲應(yīng)力計(jì)算當(dāng) 焊縫承受最大的彎曲應(yīng)力時(shí)所受的彎矩 M ,由于三級(jí)焊縫的焊縫允許存在 的缺陷較多，故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85%即通過對(duì)接焊透焊縫作業(yè)后, 焊縫截面的焊材的拉強(qiáng)度的85%根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范可 以得出對(duì)接焊縫的抗拉、抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度wwft =0.85 f =182.75 N/ mm2 抗剪 fv =125N/mm2Mg= W =182.75MpaM =182.75 N/ mm2185103 mm3=33.809 KN m wwft、fv 對(duì)接焊縫的抗拉和抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度f

9、Q235鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（215 Mpa）加強(qiáng)鋼板截面尺寸的計(jì)算焊縫對(duì)截面抵抗矩的削弱在腹板處和翼緣處（由于施工中對(duì)翼緣處平 整的要求一般不再翼緣處加強(qiáng)），因此在腹板兩邊添加加強(qiáng)鋼板來彌補(bǔ)焊 縫對(duì)截面的削弱?，F(xiàn)假設(shè)焊縫長度滿足要求，由于焊縫質(zhì)量不足降低的強(qiáng) 度由加強(qiáng)鋼板增加的截面尺寸來彌補(bǔ)，從而初步確定加強(qiáng)鋼板的截面面積。以I18工字鋼截面焊接加強(qiáng)鋼板后承受極限應(yīng)力的彎矩（軸力、剪力 忽略不計(jì)），由于截面的彎矩抵抗力主要是有截面的尺寸來提供，所以初 步計(jì)算選取在腹板處焊接兩片130m債10m虛的鋼板來加強(qiáng)如下圖：圖5-1工字鋼立面圖截面幾何性質(zhì)的計(jì)算:1' c "3-441

10、.0 1324IX =1660cm +12=2026.2 cmIx 2026.2Wx = ymax = 9 =225.13 cm3 M Mb = W =225.13 103 =182.75Mpa （焊縫達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度）當(dāng)焊接加強(qiáng)鋼板后抵抗彎矩： _ 3M=I82.75 225.13 10 =41.14KN.m由焊縫質(zhì)量不足抵抗彎矩減小值：39.775 KN.m -33.809 KN.m =5.966 KN.m加強(qiáng)鋼板焊接后抵抗彎矩值增加值：41.14KN.m-33.809KN.m=7.333 KN.m所以當(dāng)腹板增加加強(qiáng)鋼板后，截面的抵抗彎矩增大了7.333 KN.m,大于由焊縫質(zhì)量不足引起的抵抗

11、彎矩減小值5.966 KN.m ,此次計(jì)算旨在找出臨界的截面積，因此采用鋼材（Q235、焊縫強(qiáng)度均采用設(shè)計(jì)值，實(shí)際施 工當(dāng)中按照容許應(yīng)立法，統(tǒng)一折減以保證有一定的安全儲(chǔ)備。由計(jì)算得出寬度為13cm的鋼板對(duì)于加強(qiáng)焊接截面的彎矩，大于所需要提空的彎矩值，這樣造成當(dāng)焊接截面處最危險(xiǎn)點(diǎn)出的彎曲應(yīng)力達(dá)到最大應(yīng)力值時(shí)，其他截面（未焊接截面）早已斷裂，造成了加強(qiáng)鋼板的浪費(fèi)，應(yīng) 選擇寬度小的鋼板，所以厚度不變，經(jīng)過試算后得出最經(jīng)濟(jì)，最安全的鋼 板寬度為：10mm厚130mm寬的鋼板最為經(jīng)濟(jì)，而且滿足截面最大應(yīng)力的要 求并與母材截面強(qiáng)度相同。焊縫長度和寬度的計(jì)算I截面位于彎矩和剪力（軸力忽略不計(jì)）最不利的組合作

12、用下，計(jì)算 最危險(xiǎn)點(diǎn)1、2、3、4點(diǎn)（見圖2）各處應(yīng)力值小于焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值來保證 焊縫的長度滿足要求，當(dāng)臨近未斷開截面H處應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)焊縫剛 好破壞的臨界狀態(tài)，以確定焊縫最小長度和最小的有效截面面積。通過試 算選取130mm130mm10mmi勺力口強(qiáng)鋼板。圖5-2加強(qiáng)鋼板立面圖截面最不利荷載組合值計(jì)算I截面最大剪力值和彎矩值按照使截面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的確定，最大彎矩值已計(jì)算得出：Mmax=39.775KN m, S max J T =Itw =125MPamaxsmax =91.84 cm3, 4I = 1660 cmtw=6.5mm= 146.86KN125 1660 104 6.5Vm

13、 ax=91.84 103M max 使截面達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的最大彎矩max剪切應(yīng)力設(shè)計(jì)值sm ax計(jì)算剪力處中性軸的面積矩I計(jì)算截面慣性矩tw工字鋼腹板厚度Vm ax使截面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的剪力最大值所以一塊加強(qiáng)板承受的剪力值為:146.86KN/2=73.43（實(shí)際承受的剪力值要小于此值，保留一定的安全儲(chǔ)備）一塊加強(qiáng)鋼板承受的彎矩值為：39.775 KN.m /2=19.888 KN.m焊縫強(qiáng)度計(jì)算選取四面圍焊，板厚t=10mm Q235鋼材，當(dāng)臨近截面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí) 在焊縫重心處承受的彎矩為 39.775KN.m/2=19.888 KN.m,所以在截面重心 處作用彎矩值為19.888 KN.m

14、,手工焊，焊條采用 E42型，焊腳尺寸選擇 8mm計(jì)算有效截面的幾何特征。有效截面面積：Ae=0.7x8x （2M30+2M30） =2912mm2形心位置：x=60mm13_ _2130 2 130 60慣性矩：Ix=0.7M8M （2黑12） , _64= 7.297 10 mm因?yàn)槭菍?duì)稱截面所以1P =2 Ix=7.297 106mm4 2=14.593 106 mm4驗(yàn)算危險(xiǎn)點(diǎn)（1、2、3、4）點(diǎn)的應(yīng)力:vZyv 73.43 103Ae2912= 25.216KN.m一M M-fy xI P= 19.888 106 65 6: 88.58114.593 10N/2 mmm MfXy a

15、I P= 19.888 1 06 6514.593 106-88.581N/2 mm_ v _ M (、)2( m)225.216 88.5811.222 2)88.5819= 128.636 N/ mm2 < 1602N/ mmAe焊縫有效面積（計(jì)算寬度按照焊縫寬度的0.7倍）Ixx周慣性矩Iyy軸慣性矩I p焊縫有效截面對(duì)形心軸的極慣性矩Ip = I形心位置 Iyxa、ya焊縫角點(diǎn)（1、2、3、4）到截面形心軸的距離二 fy剪力作用下角點(diǎn)引起的應(yīng)力彎矩作用下角點(diǎn)引起的應(yīng)力mfX彎矩作用下角點(diǎn)應(yīng)力端焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。對(duì)承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)取1.225.4.3結(jié)果說

16、明經(jīng)過試算得出達(dá)到臨界狀態(tài)（臨近截面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)焊縫破壞）下焊縫的長度和有效面積，I18對(duì)接焊接截面腹板處的加強(qiáng)鋼板的設(shè)計(jì)尺寸 為：130mm 130mm 10mmi具有一定的安全儲(chǔ)備滿足使焊接截面處的強(qiáng)度和 母材（Q235強(qiáng)度相同及臨近未斷開截面強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度破壞時(shí)，焊接 截面處最危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力達(dá)到焊縫設(shè)計(jì)強(qiáng)度而破壞，實(shí)際施工當(dāng)中要不小于按 照理論計(jì)算的出的加強(qiáng)鋼板的規(guī)格，保證施工安全和材料的合理利用。5.4.4其他型號(hào)型鋼焊接同比于以上I18型鋼焊縫對(duì)接加強(qiáng)鋼板檢算，I20a、I22a、HW17里鋼 加強(qiáng)鋼板需求尺寸如下表。表5-1型鋼加強(qiáng)鋼板尺寸表.序號(hào)型2焊接鋼植取值截面幾何性質(zhì)怛餐盍

17、岫加強(qiáng)用 板后地M彎拒值 大于由序顯曲里 不至引超的*杭 穹矩辛小值 （正加煌建強(qiáng)度計(jì)算危險(xiǎn)點(diǎn)強(qiáng)度假角第埴強(qiáng)度 設(shè)計(jì)恒正效親示合楮岸睡噴里不足抵抗 拒算小值加強(qiáng)帆恤焊援任林 抗毒矩值增加值危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力代加覽(nOB(mO123i118I3D130105.966L3341.36725. 216B8. 581SB.5BI128. 630胤31.12120aI4D140107.643835B0.71.528,06094.15294.15213L 475ISO22.53122aI6D160109.96511.3581-39329,00699. 361RB. 361144.706ISO15.34W175

18、I5D1461010.676ID. 6900.01626. 105弭39292.474132. 34016027.7圖5-3 I20a加強(qiáng)鋼板立面圖圖5-4其122a加強(qiáng)鋼板立面圖圖5-5 HW175加強(qiáng)鋼板立面圖1.5 檢查驗(yàn)收對(duì)焊接好的型鋼鋼架取試件進(jìn)行拉伸、彎曲試驗(yàn)檢測(cè)，要求試驗(yàn)結(jié)果 數(shù)據(jù)不低于母材材質(zhì)要求。1.6 型鋼鋼架運(yùn)輸根據(jù)隧道掌子面每循環(huán)安裝型鋼鋼架棉數(shù)，人工在型鋼鋼架加工場(chǎng)選 型、配號(hào)，裝載機(jī)或汽車運(yùn)輸型鋼鋼架至洞內(nèi)，再由人工抬運(yùn)型鋼鋼架至掌子面設(shè)計(jì)位置安裝就位。6 .質(zhì)量控制及檢驗(yàn)6.1 質(zhì)量控制鋼架要根據(jù)計(jì)算尺寸要求加工；焊接質(zhì)量控制；螺栓連接質(zhì)量控制。6.2 質(zhì)量檢驗(yàn)制作型鋼鋼架所用型鋼的品種、規(guī)格、型號(hào)必須符合設(shè)計(jì)及規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)場(chǎng)抽樣檢驗(yàn)合格。檢驗(yàn)數(shù)量：全部檢查。檢驗(yàn)方法：觀察，鋼尺檢查。型鋼鋼架的彎制應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。鋼架的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。檢驗(yàn)數(shù)量：全部檢查。檢驗(yàn)方法：觀察、尺量。型鋼等原材料應(yīng)平直、無損傷，表面不得有裂紋、油污、顆粒狀或片狀銹蝕。檢