型鋼拱架焊接作業(yè)指導書(報)

1、新建杭州至黃山鐵路站前VI標型鋼拱架焊接加工作業(yè)指導書&中國中鐵編制：I H BBJ 1( : ： 復核：審核：中鐵二局杭黃鐵路站前VD標項目部二0一五年三月1 .編制目的 32 .適用范圍 33 .作業(yè)準備 33.1 內(nèi)業(yè)技術準備33.2 外業(yè)技術準備34 .技術要求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1.3.6.質量控制及檢驗1.3.1.4.6.1 質量控制6.2 質量檢驗1.47.安全及環(huán)保要求1.47.1 安全要求1.47.2 環(huán)保要求1.5型鋼拱架焊接加工作業(yè)指導書1.

2、編制目的為明確隧道型鋼拱架焊接加工施工工藝、操作要點和相應的標準要求，指導、規(guī)范隧道型鋼拱架焊接加工施工，滿足設計及規(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)技術準備應在開工前組織技術人員認真學習實施性施工組織設計，閱讀和審核設計圖紙，熟悉規(guī)范和技術標準。對班組作業(yè)人員進行崗前安全培訓及技術交底。鋼拱架大樣尺寸交底時，應考慮隧道開挖斷面預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

3、，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，機具設備調試性能良好。4. 技術要求采用型鋼鋼架施工的圍巖為：IV b級、IV級下錨、V b級、Vc級、V 級下錨。Wb級、IV級下錨圍巖采用I18型鋼鋼架，鋼架間距0.8m1.0m;V b級圍巖采用120a型鋼鋼架，鋼架間距0.6m;V c級圍巖采用122a型鋼鋼架及HW17里鋼鋼架，鋼架間距0.6m;V 級下錨圍巖采用120a型鋼鋼架，鋼架間距0.8m。隧道各部開挖完成初噴硅后，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)，然后復噴

4、混凝土到設計厚度。圖4-1型鋼標準截面圖表4-1型鋼標準截面尺寸表5.施工要求5.1 施工準備做好施工用電，機械設備（如電焊機、彎筋機、切斷機、卷揚機等） 運轉調試工作型鋼拱架加工所用的原材料必須滿足設計及規(guī)范要求型鋼拱架應按分部開挖情況分段、分節(jié)制作加工，在加工場地按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^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。型鋼鋼架安裝前，根據(jù)設計斷面尺寸及預留沉降量要求，對開挖凈空尺寸進行檢查。5.2 制作模具復核型鋼鋼架截面設計模具，模具材料型鋼、鋼板和鋼筋（25）均可，做好模具可按大樣線直

5、接焊在鋼平臺上，必須保證焊接牢固和豎向垂直。5.3 型鋼下料加工復核下料單上型鋼的尺寸及用料規(guī)格型號，開始階段應少下幾根料現(xiàn)場彎制，檢查是否符合設計要求，嚴禁以拱部頂點作為分節(jié)接頭。按復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

6、（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。鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范GB50205-2001規(guī)定，焊縫質量等級分為一級、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

7、于焊接技術和檢測手段的影響，可以把我們?nèi)粘Ｊ┕ぎ斨兴?遇到的焊縫質量規(guī)定為三級。5.4.2 熱軋工字鋼加強鋼板選取計算（1）1 18截面達到設計強度的彎矩計算由已知資料查出I18工字鋼截面特性：4|x=1660cmWx=i85cm3t w =6.5mm d = 10.7 mmMmaxM23=215N/mm,Wx = 185 M10（設計強度）M max=215N/mm2 185 103 mm3=39.775 KN mIx對x軸的截面慣性矩Wxx軸的截面模量tw工字鋼翼緣板厚度maxd 工字鋼腹板厚度使截面達到材料設計強度的計算截面彎矩（荷載乘以分項系數(shù)）三級焊縫達到設計強度的彎矩計算對接焊縫（

8、三級）對截面的軸向受壓和受剪力削弱可以忽略不計，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力計算當 焊縫承受最大的彎曲應力時所受的彎矩 M ,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)鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范可 以得出對接焊縫的抗拉、抗剪設計強度wwft =0.85 f =182.75 N/ mm2 抗剪 fv =125N/mm2Mg= W =182.75MpaM =182.75 N/ mm2185103 mm3=33.809 KN m wwft、fv 對接焊縫的抗拉和抗壓設計強度f

9、Q235鋼材抗拉強度設計值（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)假設焊縫長度滿足要求，由于焊縫質量不足降低的強 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130m債10m虛的鋼板來加強如下圖：圖5-1工字鋼立面圖截面幾何性質的計算:1' c "3-441

10、.0 1324IX =1660cm +12=2026.2 cmIx 2026.2Wx = ymax = 9 =225.13 cm3 M Mb = W =225.13 103 =182.75Mpa （焊縫達到設計強度）當焊接加強鋼板后抵抗彎矩： _ 3M=I82.75 225.13 10 =41.14KN.m由焊縫質量不足抵抗彎矩減小值：39.775 KN.m -33.809 KN.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,大于由焊縫質量不足引起的抵抗

11、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、焊縫強度均采用設計值，實際施 工當中按照容許應立法，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力達到最大應力值時，其他截面（未焊接截面）早已斷裂，造成了加強鋼板的浪費，應 選擇寬度小的鋼板，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力的要 求并與母材截面強度相同。焊縫長度和寬度的計算I截面位于彎矩和剪力（軸力忽略不計）最不利的組合作

12、用下，計算 最危險點1、2、3、4點（見圖2）各處應力值小于焊縫強度設計值來保證 焊縫的長度滿足要求，當臨近未斷開截面H處應力達到設計強度時焊縫剛 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130mm130mm10mmi勺力口強鋼板。圖5-2加強鋼板立面圖截面最不利荷載組合值計算I截面最大剪力值和彎矩值按照使截面達到設計強度的確定，最大彎矩值已計算得出：Mmax=39.775KN m, S max J T =Itw =125MPamaxsmax =91.84 cm3, 4I = 1660 cmtw=6.5mm= 146.86KN125 1660 104 6.5Vm

13、 ax=91.84 103M max 使截面達到強度設計值的最大彎矩max剪切應力設計值sm ax計算剪力處中性軸的面積矩I計算截面慣性矩tw工字鋼腹板厚度Vm ax使截面達到設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

14、,手工焊，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：Ae=0.7x8x （2M30+2M30） =2912mm2形心位置：x=60mm13_ _2130 2 130 60慣性矩：Ix=0.7M8M （2黑12） , _64= 7.297 10 mm因為是對稱截面所以1P =2 Ix=7.297 106mm4 2=14.593 106 mm4驗算危險點（1、2、3、4）點的應力:vZyv 73.43 103Ae2912= 25.216KN.m一M M-fy xI P= 19.888 106 65 6: 88.58114.593 10N/2 mmm MfXy a

15、I P= 19.888 1 06 6514.593 106-88.581N/2 mm_ v _ M (、)2( m)225.216 88.5811.222 2)88.5819= 128.636 N/ mm2 < 1602N/ mmAe焊縫有效面積（計算寬度按照焊縫寬度的0.7倍）Ixx周慣性矩Iyy軸慣性矩I p焊縫有效截面對形心軸的極慣性矩Ip = I形心位置 Iyxa、ya焊縫角點（1、2、3、4）到截面形心軸的距離二 fy剪力作用下角點引起的應力彎矩作用下角點引起的應力mfX彎矩作用下角點應力端焊縫的強度設計值增大系數(shù)。對承受靜力荷載和間接承受動力荷載結構取1.225.4.3結果說

16、明經(jīng)過試算得出達到臨界狀態(tài)（臨近截面達到設計強度時焊縫破壞）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計尺寸 為：130mm 130mm 10mmi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計強度破壞時，焊接 截面處最危險點應力達到焊縫設計強度而破壞，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、HW17里鋼 加強鋼板需求尺寸如下表。表5-1型鋼加強鋼板尺寸表.序號型2焊接鋼植取值截面幾何性質怛餐盍

17、岫加強用 板后地M彎拒值 大于由序顯曲里 不至引超的*杭 穹矩辛小值 （正加煌建強度計算危險點強度假角第埴強度 設計恒正效親示合楮岸睡噴里不足抵抗 拒算小值加強帆恤焊援任林 抗毒矩值增加值危險點的應力代加覽(nOB(mO123i118I3D130105.966L3341.36725. 216B8. 581SB.5BI128. 630胤31.12120aI4D140107.643835B0.71.528,06094.15294.15213L 475ISO22.53122aI6D160109.96511.3581-39329,00699. 361RB. 361144.706ISO15.34W175

18、I5D1461010.676ID. 6900.01626. 105弭39292.474132. 34016027.7圖5-3 I20a加強鋼板立面圖圖5-4其122a加強鋼板立面圖圖5-5 HW175加強鋼板立面圖1.5 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，要求試驗結果 數(shù)據(jù)不低于母材材質要求。1.6 型鋼鋼架運輸根據(jù)隧道掌子面每循環(huán)安裝型鋼鋼架棉數(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計位置安裝就位。6 .質量控制及檢驗6.1 質量控制鋼架要根據(jù)計算尺寸要求加工；焊接質量控制；螺栓連接質量控制。6.2 質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。型鋼鋼架的彎制應符合設計要求。鋼架的結構尺寸應符合設計要求。檢驗數(shù)量：全部檢查。檢驗方法：觀察、尺量。型鋼等原材料應平直、無損傷，表面不得有裂紋、油污、顆粒狀或片狀銹蝕。檢