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摘　要：本文介紹了施工單位進(jìn)行深圳T3航站樓項(xiàng)目異型曲線焊接箱型截面加強(qiáng)桁架工廠加工制作的特點(diǎn)和難點(diǎn)。從制作精度的控制、焊接變形的控制、焊接殘余應(yīng)力的消減、防止焊接層狀撕裂的措施等幾個(gè)方面重點(diǎn)闡述異型曲線焊接箱型截面立體桁架制造技術(shù)。

關(guān)鍵詞：異型曲線；箱型；桁架；制作精度；焊接變形；殘余應(yīng)力；層狀撕裂

深圳機(jī)場(chǎng)是中國(guó)的第四大機(jī)場(chǎng)，T3航站樓建成后將與本區(qū)域的香港、廣州、澳門及珠海機(jī)場(chǎng)形成一個(gè)規(guī)模宏大的珠三角機(jī)場(chǎng)群，將對(duì)本地區(qū)的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。T3航站樓以空氣動(dòng)力學(xué)曲線為布局的屋面，既蘊(yùn)涵航空工程學(xué)的最佳原理，又引發(fā)了深圳這座年輕的濱海城市所帶給人們的浪漫體驗(yàn)和詩(shī)情畫意，是建筑、設(shè)計(jì)和技術(shù)融合為一的藝術(shù)珍品，不僅充滿了未來氣息，還顯示出真正的抵達(dá)之感。

圖1 深圳T3航站樓整體效果圖 (深圳機(jī)場(chǎng))

1 工程概況

深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓位于深圳市寶安區(qū)寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建區(qū)域，總用鋼量約4萬t，鋼材材質(zhì)主要為Q345B、Q345C和Q345GJC。本工程主要由主樓大廳和十字指廊兩個(gè)區(qū)域及登機(jī)橋組成。其中十字指廊鋼結(jié)構(gòu)主要由雙層加強(qiáng)桁架、斜交斜放鋼管網(wǎng)架、V型柱、鋼拉桿、鑄鋼支座、粘滯阻尼器、TMD阻尼器等組成，屋頂大部分為規(guī)則筒殼，局部區(qū)域存在凹陷區(qū)，主要由67片帶加強(qiáng)桁架的斜交斜放網(wǎng)架組成，每榀加強(qiáng)桁架由四根異型曲線焊接箱型截面弦桿和若干鋼管腹桿組成，桁架端部通過鑄鋼支座直接支承在4.4m層高的異型混凝土柱上。

圖2 T3航站樓透視圖(異型曲線立體桁架)

圖3 單榀加強(qiáng)桁架軸測(cè)圖(深圳機(jī)場(chǎng))

2 加工制作要點(diǎn)及難點(diǎn)分析

1）異型曲線焊接箱型截面弦桿翼緣板加工制作精度及彎曲過程中殘余應(yīng)力的控制。

本工程加強(qiáng)桁架箱型弦桿由不同曲率的曲線擬合而成，為了確保整體曲線度滿足設(shè)計(jì)要求，弦桿翼緣板下料后應(yīng)先進(jìn)行彎曲成型加工，然后進(jìn)行裝配。

翼緣板彎曲成型過程中，為了控制彎曲精度及彎曲過程中鋼板內(nèi)部的殘余應(yīng)力。彎曲時(shí)先采用卷板機(jī)進(jìn)行卷制成型，然后采取一些適合本廠具體情況且與常規(guī)方法不同的生產(chǎn)工藝管理制度和工藝措施，對(duì)翼緣板彎曲成型進(jìn)行精整以及殘余應(yīng)力消減。實(shí)踐表明，翼緣板彎曲成型精度及成型后的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均滿足相關(guān)要求，且鋼板內(nèi)部的殘余應(yīng)力被最大限度的均勻化。

2）異型曲線焊接箱型截面弦桿裝配精度控制。

弦桿裝配精度的高低不僅影響后續(xù)焊接質(zhì)量，還直接影響構(gòu)件的整體制作精度。裝配前重點(diǎn)檢查零件切割下料精度、腹板對(duì)接接長(zhǎng)精度、組裝胎架精度等是否滿足要求。然后嚴(yán)格按照工藝文件要求進(jìn)行裝配，裝配過程中配備專職質(zhì)檢員對(duì)裝配地樣、關(guān)鍵控制點(diǎn)尺寸進(jìn)行跟蹤檢查。嚴(yán)把過程控制關(guān)。

3）焊接殘余應(yīng)力、層狀撕裂及焊接變形的消減與控制。

加工時(shí)務(wù)必使構(gòu)件在自然狀態(tài)下進(jìn)行裝配，切忌施加外力強(qiáng)制裝配固定，以避免裝配過程中零件板內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，同時(shí)通過焊接工藝評(píng)定、設(shè)計(jì)合理的焊接坡口及焊接順序、焊前預(yù)熱、焊后后熱、設(shè)置零時(shí)固定支撐等措施，以實(shí)現(xiàn)加工過程中焊接殘余應(yīng)力、層狀撕裂及焊接變形的消減與控制。

3 加工制作方案分析及選擇

3.1 方案分析

本工程加強(qiáng)桁架由四根異型曲線焊接箱型截面弦桿及之間的連系桿件組合而成，是整個(gè)工程的主要支撐結(jié)構(gòu)。因此，其制作質(zhì)量的好壞直接影響到整個(gè)工程的外形特征及受力狀態(tài)，同時(shí)也極大程度的影響現(xiàn)場(chǎng)安裝的質(zhì)量。單片平面桁架的腹桿及平面桁架之間的連系桿件為鋼管，工廠加工制作主要為相貫線切割。因此，加強(qiáng)桁架工廠加工制作的難點(diǎn)主要為上、下弦桿的加工制作。

3.2 方案選擇

根據(jù)加強(qiáng)桁架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，充分結(jié)合工地現(xiàn)場(chǎng)的吊裝要求及工廠運(yùn)輸條件，在制作時(shí)首先將其劃分為六制作單元，各制作單元對(duì)接縫必須沿上、下弦弧形中心徑向設(shè)置，以保證接縫端面各板材端面均為直線。其中，第四制作單元加工時(shí)在弦桿上端加放50~100mm的嵌補(bǔ)余量，用以補(bǔ)償兩側(cè)拱段的安裝位置偏差。

圖4 加工制作單元?jiǎng)澐质疽鈭D

4 加工制作關(guān)鍵工藝

4.1 余量加放要求

1）弦桿腹板寬度兩邊各減5mm，以確保全熔透焊縫有足夠的焊接間隙。

2）考慮到焊接收縮量及變形矯正，弦桿長(zhǎng)度方向加放30mm余量。

3）每根腹桿下料長(zhǎng)度比實(shí)際凈尺寸短5mm，以便于安裝。

4.2 零件放樣、下料與切割

1）零件放樣與號(hào)料時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及工藝要求加放焊接收縮余量、切割寬度留量及端面銑余量等；

2）工廠放樣、下料、裝配用尺應(yīng)與驗(yàn)收用尺核對(duì)一致；

3）所有桿件應(yīng)盡量按最大長(zhǎng)度下料，同時(shí)，為提高材料利用率，零件放樣下料時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照工藝部門提供的套料圖進(jìn)行。

4）零件下料前應(yīng)仔細(xì)核對(duì)材料材質(zhì)與規(guī)格，做到專材專用，不得隨意代換，若需代換，需征得原設(shè)計(jì)的同意。

5）零件切割下料后，應(yīng)在每一零件的明顯部位標(biāo)識(shí)（打鋼?。┝慵幪?hào)。

4.3 裝配與焊接

1) 首先將裝配場(chǎng)地清掃干凈，準(zhǔn)備好裝配用的尺、工裝夾具、吊具、焊接工具等相關(guān)工器具，然后將加工好、待裝配的零件運(yùn)至裝配場(chǎng)地，并將零件號(hào)與深化設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)，以防錯(cuò)用或漏裝零件。

2) 裝配前先進(jìn)行腹板對(duì)接接長(zhǎng)，檢測(cè)合格后轉(zhuǎn)入裝配工序。

圖5 腹板對(duì)接接長(zhǎng)實(shí)景

3） 在裝配平臺(tái)上1:1畫出弦桿的水平投影線，裝配過程中應(yīng)注意保護(hù)地樣的完整性。

4） 裝配時(shí)先將下腹板在裝配平臺(tái)上與地樣進(jìn)行精確定位，然后依次裝配弦桿內(nèi)部勁板、下翼緣板及上腹部。

圖6 弦桿裝配實(shí)景

5） 采用CO2氣體保護(hù)焊對(duì)勁板與弦桿面板之間進(jìn)行三面全熔透圍焊，焊接時(shí)根據(jù)不同板厚采用不同的焊接坡口形式及焊縫的焊道層數(shù)。

6）裝配上翼緣板，裝配方法同上。

7）弦桿裝配合格后，進(jìn)行弦桿四條縱縫焊接，焊接時(shí)先采用CO2氣體保護(hù)焊打底兩道，然后采用半自動(dòng)埋弧焊進(jìn)行蓋面，焊接時(shí)從中間往兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱施焊。焊后進(jìn)行UT檢測(cè)。

5 構(gòu)件精度檢測(cè)

弦桿制作單元外形尺寸檢測(cè)在焊縫UT檢測(cè)合格后且在弦桿端部銑平前進(jìn)行。

5.1 弦桿水平方向檢測(cè)控制要素示意圖

圖7 弦桿水平方向檢測(cè)控制要素示意

5.2 弦桿垂直方向（水平度）檢測(cè)控制要素示意圖

圖8 弦桿垂直方向（水平度）檢測(cè)控制要素

6 工廠整體預(yù)拼裝

根據(jù)加強(qiáng)桁架自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬采用立面臥式拼裝的方式進(jìn)行桁架的預(yù)拼裝。

預(yù)拼前先用全站儀在預(yù)拼場(chǎng)地根據(jù)桁架立面圖放出單榀加強(qiáng)桁架的地樣，并根據(jù)地樣設(shè)置胎架。然后依次將各預(yù)拼單元的上、下弦桿吊上胎架，并通過線錘與地樣進(jìn)行對(duì)正。弦桿定位合格后用全站儀根據(jù)給定坐標(biāo)將腹桿中心線與弦桿表面交點(diǎn)在弦桿表面依次標(biāo)出，然后進(jìn)行桁架腹桿與弦桿之間預(yù)拼，腹桿預(yù)拼時(shí)通過線錘與地樣進(jìn)行對(duì)正校核。

通過預(yù)拼檢測(cè)各控制點(diǎn)的尺寸偏差以及各對(duì)接端口間的錯(cuò)邊與間隙情況，從而掌握構(gòu)件的制作精度是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，同時(shí)分析偏差產(chǎn)生的原因，以確定導(dǎo)致偏差的工藝參數(shù)，以便于后續(xù)制作時(shí)及時(shí)調(diào)整。

圖9 桁架預(yù)拼實(shí)景一

圖10桁架預(yù)拼實(shí)景二

6 結(jié) 語(yǔ)

T3航站樓設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)，是將高質(zhì)量的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和實(shí)用需求完美結(jié)合，內(nèi)部空間高大寬敞，旅客身臨其間，透過玻璃幕墻，四周美景一覽無遺。行云流水般的屋面設(shè)計(jì)以及變換無窮的光影空間，使得人們的旅程沐浴在繽紛之中。因此，如何保證桁架的制作精度以及預(yù)拼后桁架整體的流線型滿足設(shè)計(jì)的要求，成為本項(xiàng)目加工制作的難題。在項(xiàng)目全體技術(shù)人員的不懈努力下，成功解決了此類型構(gòu)件加工過程中的精度控制、變形控制等問題。構(gòu)件最終的制作質(zhì)量獲得了業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理的高度認(rèn)可，也為今后類似構(gòu)件的加工制作積累了經(jīng)驗(yàn)、奠定了基礎(chǔ)。

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