大跨度穹頂鋼結(jié)構(gòu)的制作與安裝[詳細(xì)]

1、大 跨度 穹頂鋼結(jié)構(gòu)的 制作與安裝長春市雙陽水泥廠石灰石預(yù)均化庫屋蓋為大 跨度 穹頂鋼結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)平面技影為正18邊形(通稱圓庫),對角線軸距(直徑)86.616米,中央矢高27.6米,是目前國內(nèi)已竣工的 跨度 最大 的 穹頂鋼結(jié)構(gòu)之一(圖6-14-1).該工程在設(shè)計中首次采用型鋼管結(jié)構(gòu)無節(jié)點板桁架,扭剪型高強(qiáng)螺栓拼接的 安裝方式.該工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn),計算用鋼量指標(biāo)為49千克/米2.由于結(jié)構(gòu)新穎,設(shè)計中采用了 新技術(shù)、新工藝,對結(jié)構(gòu)制作安裝提出了 很高的 要求,其制作精度 和安裝偏差的 要求已高于國家現(xiàn)行施工及驗收的 規(guī)定.第1章 大 跨度 穹頂鋼結(jié)構(gòu)的 制作方案 確定由于雙陽水泥廠地處偏僻

2、山區(qū),構(gòu)件超重超長,長途裝運不便,通過方案 論證和費用測算,確定采用現(xiàn)場制作方案 .設(shè)計單位提出,這樣大 跨度 的 鋼結(jié)構(gòu),其溫度 收縮會引起結(jié)構(gòu)較大 變形.為確保安裝順利,制作和安裝時的 溫度 應(yīng)相差不多,這就需要跨年安裝.通過反復(fù)論證,認(rèn)為只有采取有效措施,控制和補(bǔ)償溫度 收縮,當(dāng)年制作當(dāng)年安裝才是最優(yōu)方案 .由于結(jié)構(gòu)跨度 大 ,國內(nèi)又無先例,設(shè)計單位在圖紙說明中提出宜進(jìn)行整體預(yù)試裝.認(rèn)為只要采用精密的 加工技術(shù)和先進(jìn)的 測試手段,保證各構(gòu)件尺寸精度 ,采用不進(jìn)行整體預(yù)試裝,直接進(jìn)行安裝的 方案 ,是有把握的 .第2章 技術(shù)準(zhǔn)備第1節(jié) 鋼平臺設(shè)計與鋪設(shè)鋼平臺是構(gòu)件制作的 重要保證條件,在分

3、析圖紙的 基礎(chǔ)上,確定了 鋼穹頂制作需要放1/18面積(即一個三角單元體)平面大 樣和半跨立面大 樣.為此設(shè)計了 與放大 樣相適應(yīng)的 多邊形鋼平臺,在最大 限度 上減少了 平臺占地面積和鋪設(shè)費用.平臺鋪設(shè)時采用了 有效措施防止沉降,保證其平整度 誤差在2米米內(nèi).第2節(jié) 機(jī)具設(shè)備現(xiàn)場制作機(jī)具設(shè)備現(xiàn)場制作配備了 大 噸位汽車式起重機(jī)用以移送和翻轉(zhuǎn)構(gòu)件,配備了 交、直流電焊機(jī)用于焊接和電弧氣刨,以及齊全的 切割下料、調(diào)直、鉆孔設(shè)備,還配置了 超聲波探傷儀用于焊縫探傷.為確保放樣制作的 尺寸和角度 精確,配備了 鋼卷尺、鋼板尺、游標(biāo)卡尺、萬能角度 尺、游標(biāo)量角器、塞尺和寬度 角尺等測量工具,并對鋼卷尺

4、進(jìn)行了 精密測定.第3章 鋼結(jié)構(gòu)制作的 技術(shù)難點由于結(jié)構(gòu)全部為封閉尺寸,螺栓連接,對構(gòu)件制作精度 要求非常高.經(jīng)過技術(shù)論證,認(rèn)定要達(dá)到制作的 精度 要求,主要的 技術(shù)難點是:1.尺寸精度 控制:這個問題貫穿于施工全過程,包括放樣、下料、組對、焊接等各道工序.2.控制焊接收縮和焊接變形:焊接收縮主要指沿構(gòu)件(管件)長度 方向的 收縮;焊接變形指由焊接應(yīng)力引起的 各類變形,包括線變形、角變形和彎曲變形.3.鋼管腹桿的 相貫線加工.針對上述3個技術(shù)難點,采取了 一系列技術(shù)措施來保證制作的 精度 .第4章 主要施工環(huán)節(jié)技術(shù)措施第1節(jié) 放樣所有構(gòu)件在鋼平臺上按投影幾何原理放11足尺大 樣,放樣工具采用紅

5、外線測距儀、經(jīng)精密校驗的 鋼尺和拉力計,先用校驗過的 鋼尺結(jié)合拉力計,根據(jù)圖紙放出所需要的 大 樣,然后用紅外線測距儀對大 樣誤差再進(jìn)行校正.用此方法,半跨鋼架大 樣用紅外線測距儀測定的 誤差為+1米米,不需調(diào)整就滿足了 設(shè)計要求.所用鋼尺須經(jīng)精密校驗.因50米鋼尺出廠時誤差10米米均在合格范圍內(nèi),而用于本工程鋼結(jié)構(gòu)制作是無法保證結(jié)構(gòu)設(shè)計精度 的 .在用鋼尺進(jìn)行精密測量時,可根據(jù)校驗時給定的 每把鋼尺的 尺長改正方程式和溫度 ,進(jìn)行改正.經(jīng)反復(fù)測定證明,連接成一體的 鋼平面能克服伸縮阻力而與鋼尺具有同樣的 溫度 變化系數(shù).根據(jù)這個結(jié)論,放于鋼平臺上的 大 樣不必因溫度 變化進(jìn)行修正.第2節(jié) 下

6、料下料前對型鋼進(jìn)行校正,以冷校為主,輔以熱校正,由于工字鋼長而且重,為此制作了 螺旋千斤頂校正支架和平行進(jìn)給支架,以提高工效和作業(yè)質(zhì)量.下料時,由于受溫度 、焊接工藝、焊縫形式等諸多因素影響,為保證構(gòu)件制作精度 ,需精確地預(yù)留焊接收縮余量,為此采取的 措施是:在制作同型號的 第一個構(gòu)件時,先留足理論收縮量,再加長1020米米,待焊接收縮結(jié)束后,測定出實際收縮量,割去多余部分(注意應(yīng)盡量保證在同一條件下加工).第3節(jié) 鉆孔構(gòu)件中所有高強(qiáng)螺栓的 群孔采用鉆模鉆孔;連接板的 孔采用配鉆法、疊鉆法加工;工字鋼翼緣、環(huán)向托架及焊接實腹鋼梁的 螺栓孔在構(gòu)件組對焊接結(jié)束后,再以端部為基準(zhǔn)劃線鉆孔,以避免組合

7、誤差和焊接收縮變形影響孔位.鋼架GJ4與中心GJ5連接的 弧形板采用雙圓環(huán)夾緊后同時配鉆徑向孔方法,將外環(huán)切割成GJ4的 端板,切割板后產(chǎn)生了 一定曲率變化,然后以內(nèi)環(huán)為胎膜對其進(jìn)行二次校形,使其在安裝時兩圓弧得以很好吻合.第4節(jié) 鋼管相貫線加工主鋼架內(nèi)環(huán)向的 托架中,由于腹桿設(shè)計采用鋼管,且無連接板,施工中需對正斜兩鋼管相貫線進(jìn)行加工.鋼管的 相貫線切割在國外有專用設(shè)備,據(jù)了 解,國內(nèi)的 仿形切割機(jī)只能作平面仿形切割,而對象鋼管相貫這樣的 空間曲線無能為力.為此,先把相貫線展開在平面上,用鐵皮做出樣板,再把樣板圈起套在鋼管上畫線,切割成形后觀察吻合程度 ,再反復(fù)修整樣板,直至達(dá)到精度 要求.

8、第5節(jié) 組對、焊接為確保構(gòu)件在鋼平臺上的 組對精度 ,每天班前測量鋼平臺的 沉降,對不均勻沉降超過精度 要求的 部位,進(jìn)行改正.固定桿件采用固定拉板,頂緊螺栓、平臺墊板、墊塊構(gòu)成整體胎具.組對鋼架時,GJ1GJ4同時進(jìn)行,各端部法蘭板精確定位,并用卡具成對卡緊,各桿件用專用墊塊墊平,保證各桿間軸線匯交點位置正確.焊接除GJ5的 焊接H形鋼采用自動焊,G08A焊絲,其余根據(jù)現(xiàn)場施工特點采用手工電弧焊,其中對接焊縫采用電孤氣刨清根技術(shù),對接焊縫進(jìn)行100%的 一次超聲波探傷,結(jié)果達(dá)到了 二級焊縫的 設(shè)計要求.第6節(jié) 防止焊接變形和減小 焊接應(yīng)力的 具體措施防止焊接變形和減小 焊接應(yīng)力的 具體措施在

9、鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中,焊件的 焊縫和熱影響區(qū),由于不斷受到焊接熱循環(huán)的 作用,在焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形.由于本工程鋼結(jié)構(gòu)全部栓接,且大 部分是封閉尺寸,任何微小 變形都可能影響安裝質(zhì)量,故應(yīng)采取有效措施防止焊接變形.防止變形主要采取以下措施:對稱焊接,同時焊接.選擇合理的 施焊順序,如分中逐步退步法、逆焊法和多層同速焊接法.采取臨時加固措施.采用反變形法施焊.以上方法根據(jù)各構(gòu)件特點,或同時采用或部分采用,下以環(huán)梁和鋼桁架為例作簡要說明.1.外環(huán)梁為焊接實腹工字梁,其主要變形傾向為翼緣板向內(nèi)翻轉(zhuǎn)和沿梁長度 方向彎曲,嚴(yán)重者可發(fā)生扭曲變形.為防止翼緣板變形,在鋼梁焊接前先做一個1米長的 同截面

10、變形試件,實測其變形值,然后根據(jù)實測值做出反變形試件,再焊接測量反變形效果,得出修正值,根據(jù)修正后的 變形值再對整批構(gòu)件做出反變形,然后再組對施焊.為防止鋼梁彎曲、扭曲,采用雙人同時以同手法、同電流、同速度 進(jìn)行對稱焊接,焊接的 走行方向采取分中逐步退焊法,然后兩側(cè)同時挑焊加勁肋立縫,走行方向如下: 6 4 2 1 3 5按上述方向焊接實測除個別殘余變形少量超要求,需校正外,絕大 多數(shù)滿足要求,不需校正.2.為防止鋼桁架焊接變形,采取以下措施:鋼桁架采取平面組對,立起焊接,以防止側(cè)彎.上弦節(jié)點先向下放置,每個節(jié)點1人,多人同時焊接.然后翻轉(zhuǎn)再焊接下弦節(jié)點,焊接時兩端上下弦之間由于有一桿懸浮,采

11、用反正絲桿頂緊,防止內(nèi)彎.第5章 吊裝方案 的 確定吊裝前提出了 4套吊裝方案 ,對比分析見表6-14-1.對比分析后確定方案 4為最佳方案 .第6章 吊裝準(zhǔn)備第1節(jié) 庫中心臨時支撐搭架的 設(shè)置選用塔高為24.5米的 輸電鐵塔作為庫中心臨時支架固定GJ5,GJ5的 軸心采用激光經(jīng)緯儀測定,塔基采用獨立樁基礎(chǔ),塔頂部設(shè)4000米米4000米米的 鋼平臺,GJ5座落在3臺50t千斤頂之上并呈120角,用9塊250米米600米米30米米鋼板螺栓連接固定GJ5,在吊裝過程中呈可調(diào)狀態(tài)(圖6-14-2).第2節(jié) 地面拼裝三角單元體1.地面放線后設(shè)置臨時支架,拼裝順序如下：GJ1GJ2TJ2TJ4TJ1T

12、J1BTJ1支撐與桿件SC5SC4SC3SC2SC1,其中SC1末端不作螺栓固定,待就位后再進(jìn)行聯(lián)結(jié),拼裝后逐步進(jìn)行檢測.2.三角單元體地面拼裝及起吊順序(圖6-14-3).第一輪位置23軸、910軸、1719軸;第二輪位置45軸、1113軸、2021軸;第三輪位置78軸、516軸、2223軸.其中第一輪拼裝及吊裝,開由于場地限制,第三個三角單元體分兩段組拼,待每輪前兩個三角單元體吊裝就位后進(jìn)行地面對接,再行起吊就位.第3節(jié) 試起吊就位地面組拼后會同設(shè)計、建設(shè)單位的 工程技術(shù)人員對拼裝質(zhì)量、幾何尺寸進(jìn)行嚴(yán)格檢查,起吊時用4臺車分別位于三角單元體兩側(cè)進(jìn)行微調(diào)就位,試穿高強(qiáng)螺栓,確認(rèn)就位角度 和幾

13、何尺寸準(zhǔn)確,試吊成功.第7章 吊裝方案 實施正式吊裝時,8臺吊車分別就位于23軸,910軸三角單元體的 兩側(cè),同時起吊至預(yù)定位置準(zhǔn)確就位后,先將三角單元體與周邊環(huán)梁連接,再連接上端中心鋼架GJ5配合高強(qiáng)螺栓進(jìn)行初擰,然后撤掉23軸和910軸下端的 4臺吊車轉(zhuǎn)至17一19軸兩側(cè),將分段組拼的 三角單元體連接后起吊就位,配穿螺栓后3個三角單元體同時進(jìn)行終擰.地面用2臺經(jīng)緯儀同時進(jìn)行檢測,保證終擰時GJ5的 軸心垂直度 和水平位移控制在允許范圍內(nèi),至此完成了 第一輪3個單元體的 吊裝,轉(zhuǎn)換順序見圖6-l4-3.對于空跨三角單元體的 吊裝,待9個三角單元體吊裝后進(jìn)行9個空跨的 托架及支撐的 吊裝.高強(qiáng)度 螺栓緊固順序同上,但均