型鋼拱架焊接作業(yè)指導(dǎo)書報

1、新建杭州至黃山鐵路站前標型鋼拱架焊接加工作業(yè)指導(dǎo)書 編 制： 復(fù) 核： 審 核： 中鐵二局杭黃鐵路站前標項目部二一五年三月目 錄1.編制目的32.適用范圍33.作業(yè)準備33.1 內(nèi)業(yè)技術(shù)準備33.2 外業(yè)技術(shù)準備34.技術(shù)要求35.施工要求45.1施工準備45.2制作模具55.3型鋼下料加工55.4型鋼鋼架焊接55.5檢查驗收55.6型鋼鋼架運輸136.質(zhì)量控制及檢驗146.1質(zhì)量控制146.2質(zhì)量檢驗147.安全及環(huán)保要求147.1安全要求147.2 環(huán)保要求15型鋼拱架焊接加工作業(yè)指導(dǎo)書1.編制目的為明確隧道型鋼拱架焊接加工施工工藝、操作要點和相應(yīng)的標準要求，指導(dǎo)、規(guī)范隧道型鋼拱架焊接加工

2、施工，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。2.適用范圍適用于本標段內(nèi)隧道IV、V級圍巖初期支護型鋼鋼架焊接加工。3.作業(yè)準備3.1 內(nèi)業(yè)技術(shù)準備應(yīng)在開工前組織技術(shù)人員認真學(xué)習(xí)實施性施工組織設(shè)計，閱讀和審核設(shè)計圖紙，熟悉規(guī)范和技術(shù)標準。對班組作業(yè)人員進行崗前安全培訓(xùn)及技術(shù)交底。鋼拱架大樣尺寸交底時，應(yīng)考慮隧道開挖斷面預(yù)留沉降量引起的斷面尺寸變化。對鋼架焊接工藝進行交底。3.2 外業(yè)技術(shù)準備鋼架加工場地的布置及地面硬化。加工場內(nèi)分區(qū)明顯、合理（原材料堆放區(qū)、加工區(qū)、成品區(qū)、半成品區(qū)、廢料堆放區(qū)）。原材料取樣送檢，合格后方可使用。在加工區(qū)內(nèi)進行鋼架分節(jié)段大樣放樣，制作鋼架模型并固定。場地內(nèi)各種標識醒目、齊全，機具設(shè)

3、備調(diào)試性能良好。4.技術(shù)要求采用型鋼鋼架施工的圍巖為：b級、級下錨、b級、c級、級下錨。b級、級下錨圍巖采用I18型鋼鋼架，鋼架間距0.8m1.0m；b級圍巖采用I20a型鋼鋼架，鋼架間距0.6m；c級圍巖采用I22a型鋼鋼架及HW175型鋼鋼架，鋼架間距0.6m；級下錨圍巖采用I20a型鋼鋼架，鋼架間距0.8m。隧道各部開挖完成初噴砼后，分單元及時安裝型鋼鋼架，與定位錨桿、徑向錨桿以及雙側(cè)鎖腳錨桿固定，縱向采用22鋼筋連接。鋼架之間鋪掛鋼筋網(wǎng)，然后復(fù)噴混凝土到設(shè)計厚度。圖4-1 型鋼標準截面圖表4-1 型鋼標準截面尺寸表型      號尺寸（

4、毫米）截面面積（厘米2）理論重量（公斤/米）hbdt18180946.510.730.624.120a200100711.435.527.922a2201107.512.34233HW175175175117.551.440.35.施工要求5.1施工準備做好施工用電，機械設(shè)備（如電焊機、彎筋機、切斷機、卷揚機等）運轉(zhuǎn)調(diào)試工作。型鋼拱架加工所用的原材料必須滿足設(shè)計及規(guī)范要求。 型鋼拱架應(yīng)按分部開挖情況分段、分節(jié)制作加工，在加工場地按1：1放樣，型鋼鋼架宜采用冷彎成型。型鋼鋼架不得在拱頂?shù)燃魬?yīng)力較大或彎矩最大的地方分段、分節(jié)，型鋼鋼架加工的焊接不得有假焊，焊縫表面不得有裂紋焊瘤等缺陷。型鋼鋼架安裝

5、前，根據(jù)設(shè)計斷面尺寸及預(yù)留沉降量要求，對開挖凈空尺寸進行檢查。5.2制作模具復(fù)核型鋼鋼架截面設(shè)計模具，模具材料型鋼、鋼板和鋼筋（25）均可，做好模具可按大樣線直接焊在鋼平臺上，必須保證焊接牢固和豎向垂直。5.3型鋼下料加工復(fù)核下料單上型鋼的尺寸及用料規(guī)格型號，開始階段應(yīng)少下幾根料現(xiàn)場彎制，檢查是否符合設(shè)計要求，嚴禁以拱部頂點作為分節(jié)接頭。按復(fù)核后的下料單進行下料，下料后各種規(guī)格、尺寸必須分類分開放置并標識，以免誤用，對一些小料應(yīng)合理利用。進行型鋼彎制，可用人工也可用機械彎制，但彎制必須做到以下幾點要求：彎起點必須做標記；型鋼彎制形狀正確，平面上無翹曲不平現(xiàn)象。5.4型鋼鋼架焊接以I18工字鋼型

6、號為例，計算型鋼焊接加強鋼板尺寸確定。5.4.1熱軋工字鋼焊縫對接施工當中最為常見的焊接方法是手工電弧焊，通電后，在焊條與焊件間產(chǎn)生電弧，電弧的高溫（可達到3000°C）將電弧周圍的金屬變成液態(tài)，形成熔池，同時高溫也使焊條金屬融化，滴落至熔池中，與焊件的熔融金屬結(jié)合。冷卻后即形成焊縫。手工電弧焊優(yōu)點是操作簡便、焊接方便，但是焊縫帶的質(zhì)量有一定的缺陷，在焊接過程中產(chǎn)生于焊縫金屬或附近熱影響區(qū)剛才表面或者內(nèi)部的缺陷。常見的缺陷有裂紋、焊瘤、燒穿、電弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合等。焊縫缺陷的存在勢必削弱焊縫的受力面積，在缺陷處引起應(yīng)力集中，故對連接的強度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響

7、。鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50205-2001規(guī)定，焊縫質(zhì)量等級分為一級、二級和三級；三級焊縫只要求對全部焊縫做外觀檢查，在平時的施工當中由于焊接技術(shù)和檢測手段的影響，可以把我們?nèi)粘Ｊ┕ぎ斨兴龅降暮缚p質(zhì)量規(guī)定為三級。5.4.2熱軋工字鋼加強鋼板選取計算18截面達到設(shè)計強度的彎矩計算由已知資料查出I18工字鋼截面特性： =1660=185 mm= （設(shè)計強度） =215N/=39.775 對x軸的截面慣性矩 x軸的截面模量 工字鋼翼緣板厚度d 工字鋼腹板厚度 使截面達到材料設(shè)計強度的計算截面彎矩（荷載乘以分項系數(shù)）三級焊縫達到設(shè)計強度的彎矩計算對接焊縫（三級）對截面的軸向受壓和受剪力削弱

8、可以忽略不計，主要是削弱了截面彎矩的抵抗力（受拉）。按照焊縫的最大彎曲應(yīng)力計算當焊縫承受最大的彎曲應(yīng)力時所受的彎矩，由于三級焊縫的焊縫允許存在的缺陷較多，故其抗拉強度為母材強度的85%，即通過對接焊透焊縫作業(yè)后，焊縫截面的焊材的拉強度的85%，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范可以得出對接焊縫的抗拉、抗剪設(shè)計強度=0.85=182.75 N/ 抗剪 =125N/=182.75Mpa =182.75 N/ 185 =33.809、對接焊縫的抗拉和抗壓設(shè)計強度 Q235 鋼材抗拉強度設(shè)計值（215 Mpa）加強鋼板截面尺寸的計算焊縫對截面抵抗矩的削弱在腹板處和翼緣處（由于施工中對翼緣處平整的要求一般不

9、再翼緣處加強），因此在腹板兩邊添加加強鋼板來彌補焊縫對截面的削弱?，F(xiàn)假設(shè)焊縫長度滿足要求，由于焊縫質(zhì)量不足降低的強度由加強鋼板增加的截面尺寸來彌補，從而初步確定加強鋼板的截面面積。以I18工字鋼截面焊接加強鋼板后承受極限應(yīng)力的彎矩（軸力、剪力忽略不計），由于截面的彎矩抵抗力主要是有截面的尺寸來提供，所以初步計算選取在腹板處焊接兩片130mm寬10mm厚的鋼板來加強如下圖： 圖5-1 工字鋼立面圖截面幾何性質(zhì)的計算：=1660+=2026.2=225.13=182.75Mpa（焊縫達到設(shè)計強度）當焊接加強鋼板后抵抗彎矩：M=由焊縫質(zhì)量不足抵抗彎矩減小值：39.775 KN.m -33.809 K

10、N.m =5.966 KN.m加強鋼板焊接后抵抗彎矩值增加值： 41.14KN.m-33.809KN.m=7.333 KN.m所以當腹板增加加強鋼板后，截面的抵抗彎矩增大了7.333 KN.m，大于由焊縫質(zhì)量不足引起的抵抗彎矩減小值5.966 KN.m，此次計算旨在找出臨界的截面積，因此采用鋼材（Q235）、焊縫強度均采用設(shè)計值，實際施工當中按照容許應(yīng)立法，統(tǒng)一折減以保證有一定的安全儲備。由計算得出寬度為13cm的鋼板對于加強焊接截面的彎矩，大于所需要提空的彎矩值，這樣造成當焊接截面處最危險點出的彎曲應(yīng)力達到最大應(yīng)力值時，其他截面（未焊接截面）早已斷裂，造成了加強鋼板的浪費，應(yīng)選擇寬度小的鋼板

11、，所以厚度不變，經(jīng)過試算后得出最經(jīng)濟，最安全的鋼板寬度為:10mm厚130mm 寬的鋼板最為經(jīng)濟，而且滿足截面最大應(yīng)力的要求并與母材截面強度相同。焊縫長度和寬度的計算截面位于彎矩和剪力（軸力忽略不計）最不利的組合作用下，計算最危險點1、2、3、4點（見圖2）各處應(yīng)力值小于焊縫強度設(shè)計值來保證焊縫的長度滿足要求，當臨近未斷開截面處應(yīng)力達到設(shè)計強度時焊縫剛好破壞的臨界狀態(tài)，以確定焊縫最小長度和最小的有效截面面積。通過試算選取130mm130mm10mm的加強鋼板。圖5-2 加強鋼板立面圖截面最不利荷載組合值計算截面最大剪力值和彎矩值按照使截面達到設(shè)計強度的確定，最大彎矩值已計算得出：=39.775

12、=125MPa91.84I=1660=6.5mm則=使截面達到強度設(shè)計值的最大彎矩 剪切應(yīng)力設(shè)計值 計算剪力處中性軸的面積矩I 計算截面慣性矩 工字鋼腹板厚度 使截面達到設(shè)計強度的剪力最大值所以一塊加強板承受的剪力值為：146.86KN/2=73.43( 實際承受的剪力值要小于此值，保留一定的安全儲備)一塊加強鋼板承受的彎矩值為：39.775 KN.m /2=19.888 KN.m焊縫強度計算選取四面圍焊，板厚t=10mm，Q235鋼材，當臨近截面達到設(shè)計強度時在焊縫重心處承受的彎矩為39.775KN.m/2=19.888 KN.m，所以在截面重心處作用彎矩值為19.888 KN.m，手工焊，

13、焊條采用E42型，焊腳尺寸選擇8mm.計算有效截面的幾何特征。有效截面面積：=0.78（2130+2130）=2912形心位置：=60mm慣性矩：=0.78（2）=因為是對稱截面所以=2=驗算危險點（1、2、3、4）點的應(yīng)力： N/ N/=128.636 N/160 N/ 焊縫有效面積（計算寬度按照焊縫寬度的0.7倍） 形心位置 x周慣性矩 y軸慣性矩焊縫有效截面對形心軸的極慣性矩、焊縫角點（1、2、3、4）到截面形心軸的距離剪力作用下角點引起的應(yīng)力彎矩作用下角點引起的應(yīng)力彎矩作用下角點應(yīng)力端焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)。對承受靜力荷載和間接承受動力荷載結(jié)構(gòu)取1.225.4.3結(jié)果說明經(jīng)過試算得出

14、達到臨界狀態(tài)（臨近截面達到設(shè)計強度時焊縫破壞）下焊縫的長度和有效面積，I18對接焊接截面腹板處的加強鋼板的設(shè)計尺寸為：130mm130mm10mm并具有一定的安全儲備滿足使焊接截面處的強度和母材（Q235）強度相同及臨近未斷開截面強度達到設(shè)計強度破壞時，焊接截面處最危險點應(yīng)力達到焊縫設(shè)計強度而破壞，實際施工當中要不小于按照理論計算的出的加強鋼板的規(guī)格，保證施工安全和材料的合理利用。5.4.4其他型號型鋼焊接同比于以上I18型鋼焊縫對接加強鋼板檢算，I20a、I22a、HW175型鋼加強鋼板需求尺寸如下表。表5-1 型鋼加強鋼板尺寸表圖5-3 I20a加強鋼板立面圖圖5-4 其I22a加強鋼板立

15、面圖圖5-5 HW175加強鋼板立面圖5.5檢查驗收對焊接好的型鋼鋼架取試件進行拉伸、彎曲試驗檢測，要求試驗結(jié)果數(shù)據(jù)不低于母材材質(zhì)要求。5.6型鋼鋼架運輸根據(jù)隧道掌子面每循環(huán)安裝型鋼鋼架榀數(shù)，人工在型鋼鋼架加工場選型、配號，裝載機或汽車運輸型鋼鋼架至洞內(nèi)，再由人工抬運型鋼鋼架至掌子面設(shè)計位置安裝就位。6.質(zhì)量控制及檢驗6.1質(zhì)量控制鋼架要根據(jù)計算尺寸要求加工；焊接質(zhì)量控制；螺栓連接質(zhì)量控制。6.2質(zhì)量檢驗制作型鋼鋼架所用型鋼的品種、規(guī)格、型號必須符合設(shè)計及規(guī)范和標準要求，進場抽樣檢驗合格。檢驗數(shù)量：全部檢查。檢驗方法：觀察，鋼尺檢查。型鋼鋼架的彎制應(yīng)符合設(shè)計要求。鋼架的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合設(shè)計要求。

16、檢驗數(shù)量：全部檢查。檢驗方法：觀察、尺量。型鋼等原材料應(yīng)平直、無損傷，表面不得有裂紋、油污、顆粒狀或片狀銹蝕。檢驗數(shù)量：全部檢查。檢驗方法：觀察。鋼架制作應(yīng)符合下列規(guī)定： 采用型鋼彎制鋼架時，分節(jié)長度應(yīng)根據(jù)設(shè)計尺寸及所采用的開挖方法確定，腹板上鉆孔的位置應(yīng)符合設(shè)計要求。 鋼架節(jié)點焊接長度應(yīng)大于4cm，且對稱焊接。 鋼架周邊拼裝允許偏差為±3cm，平面翹曲應(yīng)小于2cm。檢驗數(shù)量：每榀鋼架檢查一次。檢驗方法：觀察、尺量。7.安全及環(huán)保要求7.1安全要求項目部安全生產(chǎn)工作嚴格按照安全生產(chǎn)三級管理制度執(zhí)行：項目部設(shè)專職人員負責進行安全生產(chǎn)制度制定、總體管理、監(jiān)督控制工作；作業(yè)隊設(shè)置專職安檢員，負責日常安全管理、監(jiān)督防范工作；班組嚴格按照有關(guān)安全制度執(zhí)行。嚴格按照有關(guān)安全操作程序進行施工作業(yè)，設(shè)置安全標識警示牌以及特殊作業(yè)操作牌， 特殊作業(yè)制定相應(yīng)的防護措施（鋼板鉆孔、型鋼彎制），以確保工程有序進行。配備相應(yīng)的安全防護