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深圳机场:异型曲线立体桁架制造技术
来源:建筑钢结构网  作者:欧阳超 张阳 陈韬 何鲁清 杨伟伟  时间:2013-12-11   关键词:深圳机场 异型曲线立体桁架
摘要:深圳宝安国际机场T3航站楼位于深圳市宝安区宝安国际机场扩建区域,总用钢量约4万t,钢材材质主要为Q345B、Q345C和Q345GJC。本工程主要由主楼大厅和十字指廊两个区域及登机桥组成

摘 要:本文介绍了施工单位进行深圳T3航站楼项目异型曲线焊接箱型截面加强桁架工厂加工制作的特点和难点。从制作精度的控制、焊接变形的控制、焊接残余应力的消减、防止焊接层状撕裂的措施等几个方面重点阐述异型曲线焊接箱型截面立体桁架制造技术。

 

关键词:异型曲线;箱型;桁架;制作精度;焊接变形;残余应力;层状撕裂

 

深圳机场是中国的第四大机场,T3航站楼建成后将与本区域的香港、广州、澳门及珠海机场形成一个规模宏大的珠三角机场群,将对本地区的社会与经济产生深远影响。T3航站楼以空气动力学曲线为布局的屋面,既蕴涵航空工程学的最佳原理,又引发了深圳这座年轻的滨海城市所带给人们的浪漫体验和诗情画意,是建筑、设计和技术融合为一的艺术珍品,不仅充满了未来气息,还显示出真正的抵达之感。

1 深圳T3航站楼整体效果图 (深圳机场)

1 工程概况

深圳宝安国际机场T3航站楼位于深圳市宝安区宝安国际机场扩建区域,总用钢量约4t,钢材材质主要为Q345BQ345CQ345GJC。本工程主要由主楼大厅和十字指廊两个区域及登机桥组成。其中十字指廊钢结构主要由双层加强桁架、斜交斜放钢管网架、V型柱、钢拉杆、铸钢支座、粘滞阻尼器、TMD阻尼器等组成,屋顶大部分为规则筒壳,局部区域存在凹陷区,主要由67片带加强桁架的斜交斜放网架组成,每榀加强桁架由四根异型曲线焊接箱型截面弦杆和若干钢管腹杆组成,桁架端部通过铸钢支座直接支承在4.4m层高的异型混凝土柱上。

 

2 T3航站楼透视图(异型曲线立体桁架)

 

3 单榀加强桁架轴测图(深圳机场)

2 加工制作要点及难点分析

1)异型曲线焊接箱型截面弦杆翼缘板加工制作精度及弯曲过程中残余应力的控制。

本工程加强桁架箱型弦杆由不同曲率的曲线拟合而成,为了确保整体曲线度满足设计要求,弦杆翼缘板下料后应先进行弯曲成型加工,然后进行装配。

翼缘板弯曲成型过程中,为了控制弯曲精度及弯曲过程中钢板内部的残余应力。弯曲时先采用卷板机进行卷制成型,然后采取一些适合本厂具体情况且与常规方法不同的生产工艺管理制度和工艺措施,对翼缘板弯曲成型进行精整以及残余应力消减。实践表明,翼缘板弯曲成型精度及成型后的各项力学性能指标均满足相关要求,且钢板内部的残余应力被最大限度的均匀化。

2)异型曲线焊接箱型截面弦杆装配精度控制。

弦杆装配精度的高低不仅影响后续焊接质量,还直接影响构件的整体制作精度。装配前重点检查零件切割下料精度、腹板对接接长精度、组装胎架精度等是否满足要求。然后严格按照工艺文件要求进行装配,装配过程中配备专职质检员对装配地样、关键控制点尺寸进行跟踪检查。严把过程控制关。

3)焊接残余应力、层状撕裂及焊接变形的消减与控制。

加工时务必使构件在自然状态下进行装配,切忌施加外力强制装配固定,以避免装配过程中零件板内部产生附加应力,同时通过焊接工艺评定、设计合理的焊接坡口及焊接顺序、焊前预热、焊后后热、设置零时固定支撑等措施,以实现加工过程中焊接残余应力、层状撕裂及焊接变形的消减与控制。

3 加工制作方案分析及选择

3.1 方案分析

本工程加强桁架由四根异型曲线焊接箱型截面弦杆及之间的连系杆件组合而成,是整个工程的主要支撑结构。因此,其制作质量的好坏直接影响到整个工程的外形特征及受力状态,同时也极大程度的影响现场安装的质量。单片平面桁架的腹杆及平面桁架之间的连系杆件为钢管,工厂加工制作主要为相贯线切割。因此,加强桁架工厂加工制作的难点主要为上、下弦杆的加工制作。

3.2 方案选择

根据加强桁架的结构特点,充分结合工地现场的吊装要求及工厂运输条件,在制作时首先将其划分为六制作单元,各制作单元对接缝必须沿上、下弦弧形中心径向设置,以保证接缝端面各板材端面均为直线。其中,第四制作单元加工时在弦杆上端加放50~100mm的嵌补余量,用以补偿两侧拱段的安装位置偏差。

 

4 加工制作单元划分示意图

4 加工制作关键工艺

4.1 余量加放要求

1)弦杆腹板宽度两边各减5mm,以确保全熔透焊缝有足够的焊接间隙。

2)考虑到焊接收缩量及变形矫正,弦杆长度方向加放30mm余量。

3)每根腹杆下料长度比实际净尺寸短5mm,以便于安装。

4.2 零件放样、下料与切割

1)零件放样与号料时应根据设计图纸及工艺要求加放焊接收缩余量、切割宽度留量及端面铣余量等;

2)工厂放样、下料、装配用尺应与验收用尺核对一致;

3)所有杆件应尽量按最大长度下料,同时,为提高材料利用率,零件放样下料时应严格按照工艺部门提供的套料图进行。

4)零件下料前应仔细核对材料材质与规格,做到专材专用,不得随意代换,若需代换,需征得原设计的同意。

5)零件切割下料后,应在每一零件的明显部位标识(打钢印)零件编号。

4.3 装配与焊接

1) 首先将装配场地清扫干净,准备好装配用的尺、工装夹具、吊具、焊接工具等相关工器具,然后将加工好、待装配的零件运至装配场地,并将零件号与深化设计图纸进行仔细核对,以防错用或漏装零件。

2) 装配前先进行腹板对接接长,检测合格后转入装配工序。

 

5 腹板对接接长实景

3 在装配平台上1:1画出弦杆的水平投影线,装配过程中应注意保护地样的完整性。

4 装配时先将下腹板在装配平台上与地样进行精确定位,然后依次装配弦杆内部劲板、下翼缘板及上腹部。

 

6 弦杆装配实景

5 采用CO2气体保护焊对劲板与弦杆面板之间进行三面全熔透围焊,焊接时根据不同板厚采用不同的焊接坡口形式及焊缝的焊道层数。

6)装配上翼缘板,装配方法同上。

7)弦杆装配合格后,进行弦杆四条纵缝焊接,焊接时先采用CO2气体保护焊打底两道,然后采用半自动埋弧焊进行盖面,焊接时从中间往两侧同时对称施焊。焊后进行UT检测。

5 构件精度检测

弦杆制作单元外形尺寸检测在焊缝UT检测合格后且在弦杆端部铣平前进行。

5.1 弦杆水平方向检测控制要素示意图

 

7 弦杆水平方向检测控制要素示意

5.2 弦杆垂直方向(水平度)检测控制要素示意图

 

8 弦杆垂直方向(水平度)检测控制要素

6 工厂整体预拼装

根据加强桁架自身的结构特点,拟采用立面卧式拼装的方式进行桁架的预拼装。

预拼前先用全站仪在预拼场地根据桁架立面图放出单榀加强桁架的地样,并根据地样设置胎架。然后依次将各预拼单元的上、下弦杆吊上胎架,并通过线锤与地样进行对正。弦杆定位合格后用全站仪根据给定坐标将腹杆中心线与弦杆表面交点在弦杆表面依次标出,然后进行桁架腹杆与弦杆之间预拼,腹杆预拼时通过线锤与地样进行对正校核。

通过预拼检测各控制点的尺寸偏差以及各对接端口间的错边与间隙情况,从而掌握构件的制作精度是否满足设计及规范要求,同时分析偏差产生的原因,以确定导致偏差的工艺参数,以便于后续制作时及时调整。

 

9 桁架预拼实景一

 

10桁架预拼实景二

6

T3航站楼设计的主要特点,是将高质量的设计细节和实用需求完美结合,内部空间高大宽敞,旅客身临其间,透过玻璃幕墙,四周美景一览无遗。行云流水般的屋面设计以及变换无穷的光影空间,使得人们的旅程沐浴在缤纷之中。因此,如何保证桁架的制作精度以及预拼后桁架整体的流线型满足设计的要求,成为本项目加工制作的难题。在项目全体技术人员的不懈努力下,成功解决了此类型构件加工过程中的精度控制、变形控制等问题。构件最终的制作质量获得了业主、设计及监理的高度认可,也为今后类似构件的加工制作积累了经验、奠定了基础。

参考文献

 

[1]  GB50205-2001  钢结构工程施工质量验收规范[S]

[2]  JGJ81-2002  建筑钢结构焊接技术规程[S]

 (中建钢构江苏有限公司,江苏靖江 214532

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