型钢拱架焊接作业标准指导书报.doc

新建杭州至黄山铁路站前标型钢拱架焊接加工作业指导书 编 制： 复 核： 审 核： 中铁二局杭黄铁路站前标项目部二一五年三月目 录1.编制目标32.适用范围33.作业准备33.1 内业技术准备33.2 外业技术准备34.技术要求35.施工要求45.1施工准备45.2制作模具55.3型钢下料加工55.4型钢钢架焊接55.5检验验收55.6型钢钢架运输136.质量控制及检验146.1质量控制146.2质量检验147.安全及环境保护要求147.1安全要求147.2 环境保护要求15型钢拱架焊接加工作业指导书1.编制目标为明确隧道型钢拱架焊接加工施工工艺、操作关键点和对应标准要求，指导、规范隧道型钢拱架焊接加工施工，满足设计及规范要求。2.适用范围适适用于本标段内隧道IV、V级围岩早期支护型钢钢架焊接加工。3.作业准备3.1 内业技术准备应在开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读和审核设计图纸，熟悉规范和技术标准。对班组作业人员进行岗前安全培训及技术交底。钢拱架大样尺寸交底时，应考虑隧道开挖断面预留沉降量引发断面尺寸改变。对钢架焊接工艺进行交底。3.2 外业技术准备钢架加工场地部署及地面硬化。加工场内分区显著、合理（原材料堆放区、加工区、成品区、半成品区、废料堆放区）。原材料取样送检，合格后方可使用。在加工区内进行钢架分节段大样放样，制作钢架模型并固定。场地内多种标识醒目、齐全，机具设备调试性能良好。4.技术要求采取型钢钢架施工围岩为：b级、级下锚、b级、c级、级下锚。b级、级下锚围岩采取I18型钢钢架，钢架间距0.8m1.0m；b级围岩采取I20a型钢钢架，钢架间距0.6m；c级围岩采取I22a型钢钢架及HW175型钢钢架，钢架间距0.6m；级下锚围岩采取I20a型钢钢架，钢架间距0.8m。隧道各部开挖完成初喷砼后，分单元立即安装型钢钢架，和定位锚杆、径向锚杆和双侧锁脚锚杆固定，纵向采取22钢筋连接。钢架之间铺挂钢筋网，然后复喷混凝土到设计厚度。图4-1 型钢标准截面图表4-1 型钢标准截面尺寸表型 号尺寸（毫米）截面面积（厘米2）理论重量（千克/米）hbdt18180946.510.730.624.120a200100711.435.527.922a2201107.512.34233HW175175175117.551.440.35.施工要求5.1施工准备做好施工用电，机械设备（如电焊机、弯筋机、切断机、卷扬机等）运转调试工作。型钢拱架加工所用原材料必需满足设计及规范要求。 型钢拱架应按分部开挖情况分段、分节制作加工，在加工场地按1：1放样，型钢钢架宜采取冷弯成型。型钢钢架不得在拱顶等剪应力较大或弯矩最大地方分段、分节，型钢钢架加工焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹焊瘤等缺点。型钢钢架安装前，依据设计断面尺寸及预留沉降量要求，对开挖净空尺寸进行检验。5.2制作模具复核型钢钢架截面设计模具，模具材料型钢、钢板和钢筋（25）均可，做好模具可按大样线直接焊在钢平台上，必需确保焊接牢靠和竖向垂直。5.3型钢下料加工复核下料单上型钢尺寸及用料规格型号，开始阶段应少下几根料现场弯制，检验是否符合设计要求，严禁以拱部顶点作为分节接头。按复核后下料单进行下料，下料后多种规格、尺寸必需分类分开放置并标识，以免误用，对部分小料应合理利用。进行型钢弯制，可用人工也可用机械弯制，但弯制必需做到以下几点要求：弯起点必需做标识；型钢弯制形状正确，平面上无翘曲不平现象。5.4型钢钢架焊接以I18工字钢型号为例，计算型钢焊接加强钢板尺寸确定。5.4.1热轧工字钢焊缝对接施工当中最为常见焊接方法是手工电弧焊，通电后，在焊条和焊件间产生电弧，电弧高温（可达成3000C）将电弧周围金属变成液态，形成熔池，同时高温也使焊条金属融化，滴落至熔池中，和焊件熔融金属结合。冷却后即形成焊缝。手工电弧焊优点是操作简便、焊接方便，不过焊缝带质量有一定缺点，在焊接过程中产生于焊缝金属或周围热影响区刚才表面或内部缺点。常见缺点有裂纹、焊瘤、烧穿、电弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合等。焊缝缺点存在势必减弱焊缝受力面积，在缺点处引发应力集中，故对连接强度、冲击韧性及冷弯性能等全部有不利影响。钢结构工程施工质量验收规范GB50205-要求，焊缝质量等级分为一级、二级和三级；三级焊缝只要求对全部焊缝做外观检验，在平时施工当中因为焊接技术和检测手段影响，能够把我们日常施工当中所碰到焊缝质量要求为三级。5.4.2热轧工字钢加强钢板选择计算18截面达成设计强度弯矩计算由已知资料查出I18工字钢截面特征： =1660=185 mm= （设计强度） =215N/=39.775 对x轴截面惯性矩 x轴截面模量 工字钢翼缘板厚度d 工字钢腹板厚度 使截面达成材料设计强度计算截面弯矩（荷载乘以分项系数）三级焊缝达成设计强度弯矩计算对接焊缝（三级）对截面轴向受压和受剪力减弱能够忽略不计，关键是减弱了截面弯矩抵御力（受拉）。根据焊缝最大弯曲应力计算当焊缝承受最大弯曲应力时所受弯矩，因为三级焊缝焊缝许可存在缺点较多，故其抗拉强度为母材强度85%，即经过对接焊透焊缝作业后，焊缝截面焊材拉强度85%，依据钢结构工程施工质量验收规范能够得出对接焊缝抗拉、抗剪设计强度=0.85=182.75 N/ 抗剪 =125N/=182.75Mpa =182.75 N/ 185 =33.809、对接焊缝抗拉和抗压设计强度 Q235 钢材抗拉强度设计值（215 Mpa）加强钢板截面尺寸计算焊缝对截面抵御矩减弱在腹板处和翼缘处（因为施工中对翼缘处平整要求通常不再翼缘处加强），所以在腹板两边添加加强钢板来填补焊缝对截面减弱。现假设焊缝长度满足要求，因为焊缝质量不足降低强度由加强钢板增加截面尺寸来填补，从而初步确定加强钢板截面面积。以I18工字钢截面焊接加强钢板后承受极限应力弯矩（轴力、剪力忽略不计），因为截面弯矩抵御力关键是有截面尺寸来提供，所以初步计算选择在腹板处焊接两片130mm宽10mm厚钢板来加强以下图： 图5-1 工字钢立面图截面几何性质计算：=1660+=2026.2=225.13=182.75Mpa（焊缝达成设计强度）当焊接加强钢板后抵御弯矩：M=41.14KN.m由焊缝质量不足抵御弯矩减小值：39.775 KN.m -33.809 KN.m =5.966 KN.m加强钢板焊接后抵御弯矩值增加值： 41.14KN.m-33.809KN.m=7.333 KN.m所以当腹板增加加强钢板后，截面抵御弯矩增大了7.333 KN.m，大于由焊缝质量不足引发抵御弯矩减小值5.966 KN.m，此次计算意在找出临界截面积，所以采取钢材（Q235）、焊缝强度均采取设计值，实际施工当中根据许可应立法，统一折减以确保有一定安全贮备。由计算得出宽度为13cm钢板对于加强焊接截面弯矩，大于所需要提空弯矩值，这么造成当焊接截面处最危险点出弯曲应力达成最大应力值时，其它截面（未焊接截面）早已断裂，造成了加强钢板浪费，应选择宽度小钢板，所以厚度不变，经过试算后得出最经济，最安全钢板宽度为:10mm厚130mm 宽钢板最为经济，而且满足截面最大应力要求并和母材截面强度相同。焊缝长度和宽度计算截面在弯矩和剪力（轴力忽略不计）最不利组合作用下，计算最危险点1、2、3、4点（见图2）各处应力值小于焊缝强度设计值来确保焊缝长度满足要求，当临近未断开截面处应力达成设计强度时焊缝刚好破坏临界状态，以确定焊缝最小长度和最小有效截面面积。经过试算选择130mm130mm10mm加强钢板。图5-2 加强钢板立面图截面最不利荷载组合值计算截面最大剪力值和弯矩值根据使截面达成设计强度确实定，最大弯矩值已计算得出：=39.775=125MPa91.84I=1660=6.5mm则=使截面达成强度设计值最大弯矩 剪切应力设计值 计算剪力处中性轴面积矩I 计算截面惯性矩 工字钢腹板厚度 使截面达成设计强度剪力最大值所以一块加强板承受剪力值为：146.86KN/2=73.43( 实际承受剪力值要小于此值，保留一定安全贮备)一块加强钢板承受弯矩值为：39.775 KN.m /2=19.888 KN.m焊缝强度计算选择四面围焊，板厚t=10mm，Q235钢材，当临近截面达成设计强度时在焊缝重心处承受弯矩为39.775KN.m/2=19.888 KN.m，所以在截面重心处作用弯矩值为19.888 KN.m，手工焊，焊条采取E42型，焊脚尺寸选择8mm.计算有效截面几何特征。有效截面面积：=0.78（2130+2130）=2912形心位置：=60mm惯性矩：=0.78（2）=因为是对称截面所以=2=验算危险点（1、2、3、4）点应力： N/ N/=128.636 N/160 N/ 焊缝有效面积（计算宽度根据焊缝宽度0.7倍） 形心位置 x周惯性矩 y轴惯性矩焊缝有效截面对形心轴极惯性矩、焊缝角点（1、2、3、4）到截面形心轴距离剪力作用下角点引发应力弯矩作用下角点引发应力弯矩作用下角点应力端焊缝强度设计值增大系数。对承受静力荷载和间接承受动力荷载结构取1.225.4.3结果说明经过试算得出达成临界状态（临近截面达成设计强度时焊缝破坏）下焊缝长度和有效面积，I18对接焊接截面腹板处加强钢板设计尺寸为：130mm130mm10mm并含有一定安全贮备满足使焊接截面处强度和母材（Q235）强度相同及临近未断开截面强度达成设计强度破坏时，焊接截面处最危险点应力达成焊缝设计强度而破坏，实际施工当中要大于根据理论计算出加强钢板规格，确保施工安全和材料合理利用。5.4.4其它型号型钢焊接同比于以上I18型钢焊缝对接加强钢板检算，I20a、I22a、HW175型钢加强钢板需求尺寸以下表。表5-1 型钢加强钢板尺寸表图5-3 I20a加强钢板立面图图5-4 其I22a加强钢板立面图图5-5 HW175加强钢板立面图5.5检验验收对焊接好型钢钢架取试件进行拉伸、弯曲试验检测，要求试验结果数据不低于母材材质要求。5.6型钢钢架运输依据隧道掌子面每循环安装型钢钢架榀数，人工在型钢钢架加工场选型、配号，装载机或汽车运输型钢钢架至洞内，再由人工抬运型钢钢架至掌子面设计位置安装就位。6.质量控制及检验6.1质量控制钢架要依据计算尺寸要求加工；焊接质量控制；螺栓连接质量控制。6.2质量检验制作型钢钢架所用型钢品种、规格、型号必需符合设计及规范和标准要求，进场抽样检验合格。检验数量：全部检验。检验方法：观察，钢尺检验。型钢钢架弯制应符合设计要求。钢架结构尺寸应符合设计要求。检验数量：全部检验。检验方法：观察、尺量。型钢等原材料应平直、无损伤，表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀。检验数量：全部检验。检验方法：观察。钢架制作应符合下列要求： 采取型钢弯制钢架时，分节长度应依据设计尺寸及所采取开挖方法确定，腹板上钻孔位置应符合设计要求。 钢架节点焊接长度应大于4cm，且对称焊接。 钢架周围拼装许可偏差为3cm，平面翘曲应小于2cm。检验数量：每榀钢架检验一次。检验方法：观察、尺量。7.安全及环境保护要求7.1安全要求项目部安全生产工作严格根据安全生产三级管理制度实施：项目部设专职人员负责进行安全生产制度制订、总体管理、监督控制工作；作业队设置专职安检员，负责日常安全管理、监督防范工作；班组严格根据相关安全制度实施。严格根据相关安全操作程序进行施工作业，设置安全标识警示牌和特殊作业操作牌，特殊作业制订对应防护方法（钢板钻孔、型钢弯制），以确保工程有序进行。配置对应安全防护设施和佩戴对应防护用具，提供必需、合理施工条件和环境，严禁违章操作，避免造成不良后果和隐患。进行定时和不定时安全检验，制订对应防范方法和整改方法，并加以落实和实施。修改施工当中不合理、有隐患条款和方法，进行不停调整和总结，并加以避免类似情况反复出现。7.2 环境保护要求降低运输途中产生扬尘，对人口稠密地域施工场地、施工道路进行洒水或采取其它方法抑尘。施工产生废料，在施工期间和施工结束以后立即清理，统一搜集，妥善处理，以降低对环境污染。采取方法或改善施工方法，使施工噪声、振动达成施工场界环境标准。