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1、江苏中泰钢结构股份有限公司 JM-4标钢结构制作工艺方案江苏中泰钢结构股份有限公司上海嘉闵高架4标共 页第1页工艺文件：JM-4标钢结构制作工艺方案工艺编号:GZT502-100-01修订：0工程编号：GC-08-009Q日期:2008.01.03修 订 摘 要修 订日 期章 节页 号修 订 摘 要编 制校 对审 核批 准（监理认可）签 字日 期2江苏中泰钢结构股份有限公司 上海嘉闵高架钢箱梁制造方案目 录1.编制依据2.工程综合说明3.钢结构施工准备4.钢结构工厂制作5.钢结构现场吊装6.钢结构工地连接7.钢结构运输8.钢结构涂装1.编制依据1.1编制依据 本制造方案是根据上海嘉闵高架JM-
2、4标钢箱梁制作及安装施工合同书及上海市城市建设设计研究院的桥梁钢结构加工制作及安装技术要求和相关施工蓝图的要求进行编制的。1.2施工规范与标准钢箱梁加工制作以桥梁钢结构加工制作及安装技术要求和相关施工蓝图为基本标准和依据，主要执行规范为铁路钢桥制造规范（TB10212-98），其它参考规范为：公路桥涵施工技术规范JTJ 041-2000公路工程质量检验评定标准JTG F80/1-2004桥梁用结构钢GB/T714-2000碳素结构钢GB 700-88中厚钢板超声波检验方法GB/T2970-91厚度方向性能钢板GB 5313-85铁路特大桥质量评定验收标准TBJ416-87钢熔化焊对接接头射线照
3、相和质量分级GB/T3323-2005钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级GB11345-89涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级GB 8923-98铁路钢桥保护涂装TB/T1527-2004表面粗糙度参数及其数值GB1031-95焊缝磁粉检验方法和缺陷磁痕的分级JB/T6061-92埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂GB/T12470-2003气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝GB/T8110-1995碳钢焊条GB/T5117-1995焊接材料质量管理规程JB/T3223-96碳钢药芯焊丝GB/T10045钢结构设计规范GB50017-20032、工程综合说明2.1工程概况本工程为嘉闵路高架路改建工
4、程施工4标（徐泾中路-北翟路），沿线分别跨越新角浦河道、蟠龙港和老蟠龙港河道。沿线还跨越天山路和北瞿路（北瞿路立交）。高架道路跨河大桥上部主桥采用连续钢箱梁，引桥采用预应力混凝土连续箱梁。下部采用钢筋混凝土墩、台，桩基为钻孔灌注桩。本工程高架道路主线部分梁由预应力简支小箱梁、叠合梁、预应力连续梁和钢连续梁组成，高架道路匝道部分梁由预应力连续梁、钢连续梁、普通钢筋混凝土连续梁、叠合梁和T梁组成。 钢箱梁施工范围：嘉闵高架JM2427连续梁、JM4243简支梁；匝道WN2428连续梁、匝道WN3940叠合梁、WN44-45叠合梁；匝道NE 16-20连续梁；匝道SW7-11连续梁。2.1.1选用的
5、钢材应符合以下标准： 钢材的化学成份牌号质量等级化学成份（）CSiMnPSAlsQ345qD级0.180.601.101.600.0250.0250.015Q345B级0.200.551.001.600.0350.035注：(1).表中的酸溶铝（Als）可以用测定总含铝量代替，此时铝含量应不小于0.02。(2).Q345q(D)的碳当量Ceq0.43，按下列公式计算：钢材的机械性能牌号质量等级厚度mm屈服点sMPa抗拉强度bMPa伸长率s%V形冲击功(纵向)180oC弯曲试验钢材厚度mm温度oCJ时效J不小于1616Q345qD1634551021-203434d=2ad=3a16353254
6、9020Q345B3529547021203434d=2ad=3a2.1.2选用的焊接材料应符合以下标准焊接用钢丝化学成份钢类钢号化学成份CSiMnPSCrNi焊10锰2H10 Mn2G0.120.071.51.960.0400.0400.201.0mm的圆角，以保证涂装质量。（6）气割零件尺寸允许偏差应符合下列规定：精密切割1mm。自动或半自动切割1.5mm。手工气割2mm。（7）零件边缘加工后，应无杂刺、波纹、崩坑等，缺陷应修磨匀顺，刨铣时应避免油污污染钢板。3.3.4不规则曲面的弯曲加工（1）制作立体样箱和模具，在液压机上进行斜底板的压制成型；（2）顶板U肋为折线连接；（3）斜底板单元利
7、用反造法，以箱梁隔板为内胎在分段拼装的曲面胎架上进行划线装焊。4、钢结构工厂制作4.1、制造方案总体概述本桥钢箱梁制造可分为：单元制造阶段、节段组装及预拼装阶段、工地连接阶段。结合本桥结构特点，综合考虑公司资源的充分利用和运输等因素，确定本桥钢箱梁制造分两地：公司和上海嘉闵路高架桥桥位进行，即单元件在公司的车间内完成；节段制造及预拼装在公司总拼胎架区完成；桥上拼装焊接在架设现场节段吊装就位后完成。其总体工艺流程如下：4.2节段划分综合考虑构件工厂制作、运输、现场吊装等因素，本着尽可能将节段尺寸作大，减少高空拼接工作量等原则，对各路段钢箱梁进行节段划分。为了制作的简便，施工图中，匝道钢结构的横坡
8、按平坡设计和制作，安装时，结构通过斜垫板按纵横坡进行调整；但要求钢梁放样时，端部的横梁腹板及端口必须为安装后的铅垂状态，以满足受力和伸缩缝间隙的要求。在水平面内按水平投影线型径向划分，在竖直平面内按铅垂直于大地进行划分梁段。分段接头处的所有纵向、横向构件的连接焊缝，应留出200mm不焊，待现场拼装时再焊接。各路段钢箱梁节段划分如下： SW匝道连续梁节段划分图NE匝道连续梁节段划分图WN匝道叠合梁节段划分图JM主线连续梁节段划分图根据技术规范和设计要求，为减少节段总拼工作量，更有效控制节段制造精度，依据钢箱梁节段特点，将每个节段划分成若干个单元件，单元件在本公司车间内完成制造，在制造中尽量实现单
9、元化，避免零散部件参与节段组装。这样所有单元可按类型在车间内专用胎架上形成流水作业制造，易于实现生产规范化，产品标准化，质量稳定化。单元制作完成后，按照架梁顺序及工期要求，采用多节段连续匹配组装、焊接和预拼装同时完成的方案。钢箱梁预拼装合格后，组装临时连接件，标记节段号后出胎进入涂装工序。4.3、钢箱梁制造方案和制造方法4.3.1、制造方案设计主线高架桥连续梁节段划分原则：主线高架总长138.34 m，沿长度方向JMLa:23.550 m、JMLb:23.550 m、JMLc:22.070m、JMLd:22.070m、JMLe:23.550 m、JMLf:23.550 m划分6个梁段；宽度方向
10、约31.7m/7，每个节段划分为7个块体，全桥一个轮次预拼装，其中JML1块体和JML7块体各自单个独立反造后参与预拼，JML2 JML6整体正造组装预拼时形成块体。主线高架桥箱梁反造块体组装图主线高架桥箱梁节段组装图匝道连续梁节段划分原则：沿长度方向18m左右，宽度方向8.2m/2，划分为一个节段块体。采用多节段连续匹配组装、焊接和预拼装同时完成的方案。匝道桥连续梁节段组装图匝道叠合梁节段划分原则：沿长度方向15m左右，划分为三个节段。匝道桥叠合梁节段组装图钢箱梁制造与安装划分为三个阶段：即单元制造，节段制造，桥上拼装焊接。根据钢箱梁的结构特点，综合考虑公司的现状和运输等因素，确定板单元在公
11、司的车间内完成；节段制造在总拼胎架区完成；桥上拼装焊接在架设现场节段吊装就位后完成。4.3.2单元制造4.3.2.1板单元划分总体原则（1）钢箱梁接段划分为：顶板单元、底板单元、纵腹板单元、横隔板单元等。（2）板单元拼接缝与纵向U肋、T型肋板、球扁钢及横向筋板等错开150mm。 在满足技术规范和设计要求的前提下，综合考虑供料、运输及批量生产等因素，尽可能将板单元尺寸作大，以减少其种类和数量及拼接工作量。各路段钢箱梁板单元划分见下图：匝道桥箱梁（宽8.2m）板单元划分图匝道叠合梁（宽5.4m）板单元划分图主主线高架桥箱梁板单元划分图单元件在本公司车间内完成制造，在制造中尽量实现单元化，避免零散部
12、件参与节段组装。这样所有单元可按类型在车间内专用胎架上形成流水作业制造，易于实现生产规范化，产品标准化，质量稳定化。4.3.3节段制造方案单元制造完成后，在中泰公司拼装场地进行节段的制造。根据本桥钢箱梁的结构特点，采用多节段连续匹配组装、焊接和预拼装同时完成的方案。为满足架设工期要求，改造一条170m长的节段总拼装线，按照架梁顺序及工期要求进行匹配制造。在节段制造中，按照底板、斜底板横隔板内外腹板顶板的顺序，实现立体阶梯形推进方式逐段组装与焊接。组装时，以胎架为外胎，以横隔板、内腹板为内胎，重点控制桥梁的线形、钢箱梁几何形状和尺寸精度、相邻接口的精确匹配等。4.3.4底板单元两拼在底板单元参与
13、节段组装前，先在专用胎架上将二块底板单元拼焊成一个吊装板单元。拼接时使用预留焊接收缩量的样板控制焊缝两侧相邻加劲肋的中心距，且预置反变形，以保证焊后板单元的尺寸精度和平面度。由于采用上述方案，能减少一半需在总拼装胎架上对接的焊缝量。这样，不仅能缩短制造周期，而且易于控制钢箱梁的外形尺寸。4.3.5节段匹配组焊和预拼装节段制造采用匹配组装、焊接和预拼装同时完成的工艺。为实现这一目的，须有两个前提条件，其一是节段拼装胎架应按设计给定的线形设置，并考虑横向预设拱度；其二是控制板单元制造长度，并精确预留焊接收缩量，保证成品节段制造长度的误差控制在制造验收规则规定的允许偏差之内。4.3.7、关键工艺项点
14、及控制措施根据钢箱梁的结构特点、受力状况、装配要素及验收规范，有以下几项关键工艺项点，在制造中必须加以严格控制。 4.3.7.1顶底板单元的几何尺寸精度控制板单元是钢箱梁的基本构件，它的外形尺寸、U形（扁钢）肋间距、U形（扁钢）肋位置等项点是保证箱梁整体组装精度的基础，为此在制作中采取以下主要措施：1）在零件加工方面，首先对面板下料后再次滚平，以消除焰切应力，有利于减小焊接变形，其次提高U形（扁钢）肋的制作质量，严格控制U形（扁钢）肋的外形尺寸和长度。2）在组装方面，采用门架式胎型无码定位组装U形肋，并严格按纵横基准线精确对线就位。3）在控制焊接变形方面，利用反变形胎架设置反变形量，并在纵横向
15、预留焊接工艺补偿量；采用线能量较小的CO2气体保护自动焊接工艺和优化的焊接顺序在约束条件下焊接；对控制焊接后的微小残余变形采用冷、热矫相结合的方法进行矫正，在专用胎架上精密对称切割对接边坡口。4.3.7.2 顶板单元U形肋焊缝熔深控制为了U形肋与顶板、底板、斜底板的焊缝熔深满足设计要求，在制作中采取以下主要措施：1)U形肋焊接边开单面V型坡口，按照焊接工艺评定结果确定钝边尺寸。2)在专门的反变形胎架上采用药芯焊丝CO2气体保护自动焊对U肋两侧焊缝按照规定的焊接顺序和评定合格的焊接工艺参数进行焊接。4.3.7.3整体横隔板的几何尺寸精度控制横隔板按位置主要分为普通横隔板、支座处横隔板两种形式，均
16、采用整体式结构。横隔板是钢箱梁组装的内胎，它的精度直接影响箱梁的断面精度，同时钢箱梁顶底板U形（扁钢）肋直接插入横隔板槽口，因此在横隔板单元制作过程中控制U形（扁钢）槽口间尺寸精度是一个重点，也是一个难点，可用以下工艺措施确保横隔板几何精度：1)钢板下料前采用滚板机机械滚平，以消除轧制和焰切应力，从而减小后续部件的焊接变形。2)采用平台刚性约束下施焊，减小其翘曲变形。3)用线能量较小的CO2气体保护半自动焊焊接，以减小焊接变形。4)后整体切割的二次切割工艺。克服了焊接和修整收缩的不利影响。即：横隔板面板一次切割毛料并喷粉划线组焊纵横加劲火焰修整数控等离子水下二次精切U形槽口，此种工艺措施能有效
17、消除横隔板纵横向加劲焊接收缩对U（扁钢）肋槽口间距的影响。4.3.7.4箱梁整体组装精度及焊接质量控制钢箱梁的断面尺寸、接口匹配精度，是保证桥位顺利架设、接口对接焊缝质量的关键，为此在制作中采取以下主要措施：1)钢箱梁整体组装胎架上以胎架为外胎，以横隔板为内胎进行整体组装，采用纵横基准线、测量塔控制箱口几何尺寸和断面垂直度。2)整体组装胎架设计时根据已有的经验，横向预设工艺补偿量，来抵消整体组焊后箱梁断面的收缩变形，确保2%桥面横坡。3)采用横向基准线、测量塔线控制单元块的准确就位, 再以单元块的纵横基准线控制其它单元件的组装。4)在日出前将钢箱梁板单元按线定位，避免日光对组装的影响；5)将两
18、个底板板单元件组焊成一个板单元件后再参与箱梁的整体组装，减少整体焊接的焊缝数量。箱梁横断面预设适当的焊接工艺补偿量，以控制箱梁的整体焊接变形。6)对于大量的纵向对接焊缝，采用V形坡口形式的单面焊双面成形工艺，利用积累的数据对焊接收缩量进行修正，并跟踪检测焊接收缩量情况，及时反馈信息以完善装配过程中的工艺补偿量。4.3.7.5预拼装线形及接口匹配连接精度控制预拼装线形（拱度、旁弯）及箱口匹配连接精度，是保证节段顺利吊装、桥梁整体线形、环缝焊接质量的关键。采用纵横基准线、测量塔控制预拼长度和直线度；采用多段实桥立体预拼装法，实施箱口匹配连接精度的控制。为了减小桥位接口对接错边调整的难度，箱口各拐点
19、处预留一定长度的不焊段。4.3.7.6合拢段长度及箱口尺寸精度的控制合拢段长度及箱口尺寸精度是实现大桥顺利合拢的必要条件，为此在制造中采取板单元制作时两端留出一定配切量（拟取100mm），在箱梁制造完成后暂不切除，待大桥架设到合拢口时，准确量测合拢口的距离，再对合拢段依据测量统计结果进行配切，确保合拢段的长度。4.3.7.7钢箱梁焊接工艺原则和质量保证措施1)焊接方法上以自动焊和半自动焊为主，确保焊缝质量稳定。2)半自动焊以线能量较小的CO2气体保护焊为主，减小焊接变形。3)根据本设计要求选择焊接材料，进行工艺评定试验，在确保焊缝各项指标与母材匹配，且不低于母材的前提下，制定相应的焊接工艺。4
20、)严格控制焊材质量，严格仓储管理，并按规定认真对焊材进行烘干、保温。5)根据不同的熔透焊采取相应的工艺措施：对不能翻身双面焊的焊缝 (包括对接、棱角接、角接)配制相应的陶瓷垫进行单面焊双面成形焊接；对可翻身的熔透焊缝反面焊前首先用碳弧气刨清根等方法确保熔透。6)施焊时焊接环境温度5以上和相对湿度不高于80%。7)严格执行检验制度，外观、磁粉、超声波、射线等检测均按规定认真执行并做记录。8)在钢箱梁总拼区，板单元两拼区现场设计制作活动加盖风雨棚，保证风雨天气正常焊接施工。9)接受业主和监理人员的监督和指导，共同协作为确保焊接质量。4.3.7.8箱梁防腐质量控制钢梁的防腐是保证大桥寿命的重点之一，
21、防腐处理的质量是保证该桥防腐寿命的关键。涂装质量主要取决于除锈质量和涂装前的保洁状况。为了控制钢箱梁防腐质量，我们将采用以下措施：1)除锈作业在封闭的车间进行。2)加强环境条件控制，确保环境温度、相对湿度、露点温度、钢板温度等完全符合施工条件，才能进行除锈、涂装作业。3)通过工艺试验，确定合理的除锈、涂装工艺参数，并在施工中严格执行已确定的工艺参数。4)不断检测湿膜厚度，以控制干膜厚度达到设计要求。4.3.8关键工艺及装备嘉闵高架路中钢箱梁制造中，我们将充分地采纳与完善国内钢箱梁制造的新工艺、新技术，并结合我公司的既有设备及已有经验，采用下述关键工艺及装备。4.3.8.1钢板赶平为消除钢板的残
22、余变形（尤其是局部硬弯）和减少轧制内应力，以及为消除大型下料零件切割后的残余应力，从而减少了制造过程中的变形，我们在钢板抛丸除锈前及大型零件下料后使用WC43-50X4000分组驱动辊式板材矫正机赶平，这是保证单元制作平面度的必要工序。同时采用磁力吊配合上下料，避免虎头卡吊装使钢板产生局部塑性变形。 4.3.8.2数控下料及喷粉划线技术的应用(1)、对于形状复杂的零件优先采用数控火焰切割机精确下料，切割时双枪对称、采用合理的切割顺序及增加必要的补偿量来保证其几何形状和尺寸精度。对于矩形板件，切割的同时将坡口一并切出。精确预留后续焊接的收缩量，实现无余量切割。(2)、对后续工序需划线的零件，在数
23、控切割时或切割后，利用数控切割机喷粉划线功能，在零件上划出基准线或组装线。4.3.8.3 等离子切割机切割利用上海伊萨公司制造的等离子切割机，进行较薄板及不规则零件的切割，以降低切割时所造成的热切割变形，并提高较薄板切割面的切割质量。铣边机 4.3.8.4 板边缘机械加工为保证下料零件板边直线度、消除火焰切割淬硬层从而达到充分释放火焰切割内应力、完成零件坡口及零件配厚的加工，我公司现有一台XB12型铣边机，用于零件的边缘加工。4.3.8.5 单元无马板定位组装、反变形焊接、无余量切割技术(1)、顶板单元在定位组装胎型上组装（卡槽定位），避免焊接马板对母材的损伤。(2)、顶底板在反变形胎架上机械
24、卡固定位，船位CO2气体保护自动焊同向施焊U形肋两侧焊缝，减少焊接变形、确保焊接质量。(3)、根据单元对接、箱体焊接、环缝焊接收缩的规律，并考虑弹性压缩量，设置一定的工艺补偿量，对单元实行无余量切割，减少现场总体组装工作量。4.3.8.7、焊接机械化、自动化根据接头型式，合理选用高效焊接方法。在钢梁制造中优先采用自动和半自动CO2焊，板单元的纵、横向对接焊缝采用埋弧自动焊。由于广泛采用焊接自动化技术，可以稳定控制焊接质量，减小人工技能差别的影响。同时由于机械化、自动化程度高，能显著提高工效，缩短生产周期，降低制造成本。4.3.8.8、钢箱梁组焊胎架横向预设拱度由于钢箱梁处因恒载产生下挠，钢箱梁
25、整体组焊时只能对箱梁的底板、斜底板实行弹性约束，无法实现对顶板的约束。为了抵消焊接应力作用下上箱口产生的收缩变形，减少节段起吊及吊装过程中横向挠度及变形的影响，整体组装胎架设计时，根据已有的经验和设计要求，底板横向预设工艺补偿量和预拱度，来抵消整体组焊解马后箱梁断面的收缩变形和因恒载产生的下挠值，确保钢箱梁箱口尺寸和桥面的线形尺寸。4.3.8.9、采用阶梯推进方式组装、焊接钢箱梁技术对每一次预拼装的节段组装采取阶梯推进方式组织生产，即按照钢箱梁的组装顺序，从胎架一端向另一端进行施工，使同一工序在相邻节段上形成阶梯，这样有利于各节段的匹配，避免同一部位上下层同时作业，确保生产安全性，提高工效，缩
26、短工期。4.3.9单元制造工艺板单元制造按照“钢板赶平及预处理数控精确下料零件加工（含U形肋制造）胎型组装反变形焊接局部修整”的顺序进行，其关键工艺如下：（1）钢板赶平及预处理（2）数控精切下料（3）U形加劲肋制造（4）用高精度U形肋自动定位板单元组装胎组装顶板单元（5）设计弧形胎架对弧形斜底板单元进行自然成型加工，以保证弧形光顺。（5）横隔板单元外形尺寸控制（6）对单侧有纵肋的板单元采用反变形焊接（7） 优先选用自动和半自动CO2焊接方法4.3.9.1、顶底板单元 顶底板采用多嘴精切（含坡口），一般情况下在背塔端留配切量。U肋下料后经过矫正、机加工、压制成型。下 料 （1）顶（底）板制作组装
27、流程顶、底板单元是全桥最多最主要的板单元，其制造精度直接影响到全桥的质量。 顶底板精切下料后用赶板机赶平，严格控制平面度。矫 正 采用磁力吊吊钢板，以防产生永久变形。用板单元组装胎组装，组装胎设有钢板。组装时将纵、横基线返到顶底板上，并打上样冲眼。组装U（扁钢）肋 采用反变形胎，闭口肋用CO2自动焊机施焊，焊后控制松卡温度，并进行适当修整。焊 接 焊后上平台进行修整检验，以保证顶底板平面度。修 整 将顶底板单元的纵、横基线返到无U（扁钢）肋面，打样冲眼,以备梁段组装用。划 线 用泡沫板和塑料布将底板U肋端口封闭，防止雨水和杂物进入。包 装（2）顶（底）板制作工艺流程NNNN加工坡口Y赶 平预处
28、理精切下料赶 平N板单元组装YY焊 接修 整2.4.3.3合拢段（梁段I）的二次切头1) 中跨合拢前（第13号斜拉索施工完成后），对梁端位移进行24或48小时测量，根据测量结果确定合拢温度和合拢段长度，据此对合拢段进行二次切头（两头），在较2) 低温度下，将合拢段吊装就位，待温度达到合拢温度时，精确调整接缝间隙，完成全截面焊接。补涂底漆Y复 验进 料U肋组装检 查检 查检查检 验不合格品控制程序YU肋焊接不合格品控制程序不合格品控制程序不合格品控制程序不合格品控制程序U肋涂装标 记包 装工艺要点：1）板单元组装顶板单元U形肋采用自动定位组装胎进行定位组装，严格控制U形肋纵、横向位置。板单元反变形旋转焊接胎2）反变形焊接