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(lái)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(wàn)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(guò)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(guò)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(guò)程中，為了控制彎曲精度及彎曲過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中零件板內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，同時(shí)通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)線錘與地樣進(jìn)行對(duì)正校核。

通過(guò)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(guò)玻璃幕墻，四周美景一覽無(wú)遺。行云流水般的屋面設(shè)計(jì)以及變換無(wú)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(guò)程中的精度控制、變形控制等問(wèn)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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