钢箱梁质量控制

钢-混结合梁应用及质量控制提要近年来钢-混结合梁以其施工速度快，材料性能应用充分等特点在我国的桥梁建设中得到了广泛的应用。其中钢箱梁部分制作难度大且工艺复杂，主要表现在其组合零部件多，厚板焊接量大，焊接产生的变形难以矫正以及箱内焊接缺陷无法修补等。通过长春轻轨三期南三环-102国道站高架桥47+76+47m钢-混结合梁生产实践的基础上，从钢箱梁制作工艺流程、防腐质量控制、零部件余量的控制、焊接变形的预防与矫正、焊接质量控制、现场拼装精度以及顶升施工的控制等几个方面，对钢箱梁的制作工艺技术进行分析和总结。1钢-混结合梁的应用钢-混凝土连续结合梁（后简称钢-混结合梁）由连续钢梁和钢筋混凝土桥面板形成组合截面共同承受荷载，充分利用了钢梁受弯性能好和混凝土受压性能好的特点，具有较强的刚度和整体稳定性，能以较小的梁高跨越较大的跨度。钢-混凝土结合梁是近年来随着建设科技的发展应用而生的一种新型桥梁结构形式，目前已经在一些铁路线路、城市轻轨和公路桥梁工程中得到一定范围的应用。它与常规混凝土桥梁相比具有以下优势与特点：第一，钢-混结合梁主体为钢梁，钢梁结构线形美观多样，可以满足不同城市、不同地域建筑构形的要求，其表面丰富多彩的涂装颜色，更可与周边环境相应生辉，起到点缀美化环境的功效。第二，钢-混结合梁整体结构强度高，不仅可以实现增大桥梁跨径，降低结构物高度和线路标高，而且能够最大限度地减少对道路交通的影响，对于解决跨河跨路、增大桥下净空等施工难点，具有其混凝土桥梁所无法比拟的优势。第三，钢-混结合梁自重轻、跨度大、整体性能好，而且钢梁部分在厂内制作，加工精度高，可整体运输至现场，整体安装、效率高，施工周期短，可大幅缩减施工工期。第四，钢-混结合梁使用寿命相对较长，其钢梁部分可回收再利用，具有一定的环保意义。2钢-混结合梁的构造特点长春轻轨三期南三环-102国道站高架桥47+76+47m钢-混结合梁，中支点处梁高4.2m，边支点处梁高2.5米，中跨跨中梁高2.5m。采用单箱双室W型断面，腹板厚20mm，上翼板厚28～32mm，底板厚32～40mm，中支点左右10m范围内梁底钢板厚度为40mm。其中钢箱梁部分由工厂加工，全梁分为9个工厂制造段，8个工地拼接缝，采用摩擦型高强螺栓连接，最长段24.4m，最大吊重167t。每段钢箱梁由3块腹板、1块底板、3块上翼板及若干横隔板组成，如图1所示。钢箱梁3个腹板间每隔3～4m设置1道横隔板,作为强度加劲板，因为钢板厚度与梁高度、宽度的比值很小，可视为薄壁结构，需要设置横隔板来保证腹板避免产生扭曲、弯折等变形，以保证整体稳定性。根据强度及稳定要求，底板上设置通长纵向加劲肋，腹板上设置竖直加劲肋，在中支点附近腹板上设水平加劲肋。钢箱梁与混凝土连接处设置传剪器为D=22mm剪力钉，以保证钢其与混凝土的可靠连接。混凝土桥面板采用现浇施工，为了提高桥面板的应力，设计中采用了顶升钢梁、调整桥面板混凝土浇注顺序、落梁和张拉预应力等措施。顶升前在边支点附近浇注钢砂混凝土做为压重，防止边支点出现负反力。可以说此段钢-混结合梁设计新颖，其中包含钢梁顶升、落梁、张拉等施工技术，本段钢-混结合梁在长春市轻轨三期工程中取得的成功，将为未来钢箱梁设计及施工起到很好的借鉴意义和极其深远的影响。腹板及底板对接采用埋弧自动焊进行对接，并开V型破口保证焊透，焊缝等级I级，隔板单元焊接采用CO2气体保护焊，焊缝等级为II级。图1C50桥面板混凝土C50补偿收缩混凝土3钢-混结合梁的施工步骤图2步骤一1、进行下部施工2、搭设该联的施工临时支架步骤二1、现场拼接钢梁2、拆除部分临时支架3、浇注边支点钢砂砼步骤三1、M32、M33墩处中间支点起顶50cm2、在临时支架上加楔块顶紧3、浇注支点下缘C50补偿收缩砼步骤四1、浇注中跨跨中和边跨砼桥面板2、桥面板达到强度后拆除临时支撑3、中跨混凝土达到强度后采用压重20km/m步骤五1、浇注中支点附近砼桥面板2、中支点混凝土达到强度后卸除压重。步骤六1、养护20天后中支点回落到设计位置，拆除临时支架2、在养护期间应加强砼的养生，避免暴晒、暴寒，避免由于砼的收缩产生的裂缝步骤七1、依次张拉预应力束N4、N3、N2、N12、灌浆封锚步骤八1、铺设轨道及相关设备4钢箱梁试验计划结合工程特点，为保证工程质量，确保钢箱梁各项指标符合设计及规范要求，特制订本试验检测计划：表1钢箱梁试验计划序号检测项目检验频率参照规范1钢材拉伸、弯曲、冲击、低温冲击、硬度同一厂家，同一材质，同一板厚，同一出厂状态每10个炉（批）号抽验一组试件。《铁路钢桥制造规范》---TB10212-2009化学成分分析同一厂家，同一材质，每10个炉（批）号抽验一组试件。高强螺栓连接副扭矩系数按出厂批复，每批复验5套。《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》---JGJ82-912拼接板抗滑移系数每2000t为一制造批，制造厂和安装单位分别进行三组试验。3涂装材料常规项目每生产批号各一次《铁路钢桥制造规范》---TB10212-20094焊接材料化学成分和熔敷金属力学性能首次使用的焊接材料每一批次验一组实芯焊丝化学成分连续使用的同一厂家，同一型号的实芯焊丝，每批抽检一组。焊剂熔敷金属力学性能连续使用的同一厂家，同一型号的焊剂逐批进行检验。药芯焊丝和焊条熔敷金属力学性能检验。连续使用的同一厂家，同一型号的焊接药芯焊丝和焊条每一年进行一次检验。5焊缝超声波检验I级焊缝100%检验，II级焊缝20%抽检。《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》---GB11345X光检验I级焊缝T型接头100%检验。《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》---GB3323当使用的材料检验合格，并经监理工程师同意后方可进行下一步施工。5钢箱梁制作工艺流程钢箱梁的制造分为腹板的加工、隔板的加工、腹板的焊接、隔板的焊接、腹板与隔板的组装、腹板与隔板的焊接、纵向加劲肋的加工与焊接、无损探伤检验以及工地现场拼接等主要工艺流程，工艺流程如图2。图纸会审技术交底原材料矫正、检验胎具工作台准备整板喷砂除锈数控切割清理坡口油锈及矫正板面腹板、底板、翼板及隔板单元焊接焊缝检查探伤检测局部矫正节段检查各单元组对焊接摩擦面喷铝清理表面油污杂物喷涂剩余防腐漆成品出厂安装坡口加工放样下料喷涂第一层防腐底漆半成品的标识分类合格单元预拼装不合格单元返修焊缝检查探伤检测检查几何尺寸配钻螺栓孔6钢箱梁防腐质量控制对于钢构件来说，防腐质量的好坏将直接影响构造物的力学性能和耐久性，所以严格控制防腐施工质量是钢箱梁施工中的重点之一。根据防腐施工的特点，决定防腐质量好坏的因素主要由钢材表面的除锈等级、除锈后钢材表面的粗糙度、涂层质量及层间附着力决定。6.1除锈等级控制涂装前钢材表面锈蚀程度和除锈质量一般由目视平定其等级。根据钢材表面原始锈蚀程度分为四个“锈蚀等级”，将为涂装过的钢材表面及全面清除过原有涂层的钢材表面除锈后的质量分为若干个“除锈等级”。钢材表面的锈蚀等级和除锈等级由文字叙述和典型样板的照片共同确定。锈蚀等级分为A、B、C和D表示：A全面地复盖这氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面；B已发生锈蚀，并且部分氧化皮已经剥落的钢材表面；C氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并且有少量点蚀的钢材表面；D氧化皮已因锈蚀而全部剥落，并且已普遍发生点蚀的钢材表面；主要的除锈方法有喷射或抛射除锈(sa)、手工和动力工具除锈（st）及火焰除锈（F）。①喷射或抛射除锈(sa)除锈前后的锈层应铲除，并且喷射或抛射除锈后，钢材表面应清除浮灰和碎屑。除锈后分为sa1、sa2、sa21/2、sa3四个除锈等级。②手工和动力工具除锈（st）用手工和动力工具，如用铲刀、手工或动力砂纸盘或砂轮等工具除锈的方法。分为st2、st3两个除锈等级。③火焰除锈（F）火焰除锈前，厚的锈层应铲除，火焰除锈应包括在火焰加热作业后以动力钢丝刷清加热后附着在钢材表面的产物。根据图纸要求本段钢箱梁除锈等级为sa3级，根据工厂实际情况采用喷砂方法进行除锈，砂子采用无盐分和无污染的石英砂。根据目视评定，通过与图片的对比，评定其除锈等级，不合格时必须重新喷砂处理，100%合格后方可进行下料。其余除锈等级对比图片详见《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923-88,此处不做详细说明。6.2粗糙度检验钢板除锈后的粗糙度直接影响钢材与涂料间的附着力的大小，但粗糙度太大，第一层底漆并不能完全覆盖轮廓峰，将直接影响防腐质量。《铁路刚桥保护涂装》TB/T1527-2004中规定：涂装涂料涂层时，选用最大粗糙度不超过涂装体系干膜厚度的1/3,表面粗糙度超过规定时需加涂一道底漆；喷涂锌铝涂层是，如果粗糙度超过Rz100微米时，涂层应超过轮廓峰125微米。涂装涂料涂层时，钢表面粗糙度规定为Rz25微米～60微米。电弧喷涂锌铝金属时，钢表面的粗糙度规定为Rz50微米～100微米。表面粗糙度检验方法有：①可采用《表面粗糙度比样块》GB/T6060.5-1988规定的比较样块进行粗糙度目视和触觉评定。（基本不用此方法）②可使用触针式表面轮廓仪测量。（常用方法）③测量峰谷深度可用指针式千分尺测量。6.3涂层施工质量控制本工程根据设计要求采用《铁路刚桥保护涂装》TB/T1527-2004中的第V涂装体系，具体详见下表：表2涂层质量要求：①涂料涂层表面平整均匀，不允许有剥落、起泡、裂纹、气孔，允许有不影响防护性能的轻微橘皮、流挂、刷痕和少量杂质。②金属涂层表面均匀一致，不允许有起皮、鼓包、大熔滴、松散粒子、裂纹、掉块，允许有不影响防护性能的轻微结疤、起皱。③整个涂装体系层间附着力按《色漆和清漆漆膜的划格试验》GB/T9268-1998规定做划格实验，附着力不低于一级。④锌、铝涂层对钢基材的附着力按《金属和其他无极覆盖层热喷涂锌、铝及其合金》GB/T9793-1997中的规定做切格试验，试验结束后，方格内的涂层不得与基体剥离；采用拉力试验法实验时，附着力不低于5.9MP。涂装作业环境和涂装时间间隔要求：①电弧喷涂铝锌、铝涂层时作业环境要求与电弧喷涂作业的时间要求，按《热喷涂金属件表面处理通则》GB/T11373-1989规定。②钢结构表面清理后应在4h内完成涂装锌、铝涂层，电弧喷涂锌、铝完成后应立即覆盖封孔剂。③水性无机富锌防锈底漆、酚醛漆、醇酸漆、聚氨酯漆、氟碳面漆不允许在气温5℃以下施工为保证涂装质量应从以下几方面进行控制：①在涂装过程中对温度、湿度和周围环境等涂装作业环境进行检验。②在涂装过程中对涂装间隔时间和涂膜外观进行检验。③涂装过程中使用漆膜厚度仪对底漆涂层、锌铝涂层以及完整的涂装体系的涂层厚度分别进行检验④涂装过程中采用抽样法对涂层附着力进行检验，涂层附着力可以是钢基体和涂层间附着力，也可以是完整涂装体系层间附着力。施工注意事项：本阶段施工应特别注意拼接板及拼接处钢梁本身的喷铝质量，并满足设计要求摩擦面抗滑移系数不小于0.55之规定.7零部件切割余量控制腹板、底板及隔板单元的零部件均由数控机床进行切割下料，加工精度满足规范《铁路钢桥制造规范》---TB10212009的规定。由于钢箱梁设计图纸仅提供设计尺寸，未考虑制作加工余量和焊接收缩余量。因此，零部件下料时必须在设计尺寸的基础上加放切割加工余量和焊接收缩余量。余量的加放原则是在构件长度方向上只加放焊接收缩补偿值和机加工余量，不再加放装配余量，各部分余量在各道工序中逐步减小，使最终的累积误差近似于零。钢箱梁的底板及腹板的对接焊缝在施焊过程中会造成箱梁长度方向和宽度方向收缩，因此外板条在下料时，在长度方面上每米加0.5mm的焊缝补偿值；宽度方向收缩依靠内隔板加放余量定位控制。由于把箱内隔板作为钢箱梁外围几何尺寸的定位控制基准，所以箱内气体保护焊的隔板整体部件的四周每边各加放4mm机加工余量，边缘机加工后每边各留1mm收缩余量。4条焊缝焊接过程中会造成箱梁断面缩小，所以利用隔板长宽方向加放的收缩余量控制钢箱梁的断面几何尺寸。零部件的下料尺寸为设计尺寸加上述余量，为了保证箱型梁内各道隔板及箱型梁外各连接板之间