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1、新建杭州至黃山鐵路站前標(biāo)型鋼拱架焊接加工作業(yè)指導(dǎo)書(shū) 編 制: 復(fù) 核: 審 核: 中鐵二局杭黃鐵路站前標(biāo)項(xiàng)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(zhǔn)備33.1 內(nèi)業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備33.2 外業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備34.技術(shù)要求35.施工要求45.1施工準(zhǔn)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(yàn)收55.6型鋼鋼架運(yùn)輸136.質(zhì)量控制及檢驗(yàn)146.1質(zhì)量控制146.2質(zhì)量檢驗(yàn)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(shū)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(diǎn)和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)及規(guī)范要求。2.適用范圍適用于本標(biāo)段內(nèi)隧道iv、v級(jí)圍巖初期支護(hù)型鋼鋼架焊接加工。3.作業(yè)準(zhǔn)備3.1 內(nèi)業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備應(yīng)在開(kāi)工前組織技術(shù)人員認(rèn)真學(xué)習(xí)實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì),閱讀和審核設(shè)計(jì)圖紙,熟悉規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)班組作業(yè)人員進(jìn)行崗前安全培訓(xùn)及技術(shù)交底。鋼拱架大樣尺寸交底時(shí),應(yīng)考慮隧道開(kāi)挖斷面預(yù)留沉降量引起的斷面尺寸變化。對(duì)鋼架焊接工藝進(jìn)行交底。3.2 外業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備鋼架加工場(chǎng)地的布置及地面硬化。加工場(chǎng)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(jìn)行鋼架分節(jié)段大樣放樣,制作鋼架模型并固定。場(chǎng)地內(nèi)各種標(biāo)識(shí)醒目、齊全,機(jī)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(jí)、級(jí)下錨、b級(jí)、c級(jí)、級(jí)下錨。b級(jí)、級(jí)下錨圍巖采用i18型鋼鋼架,鋼架間距0.8m1.0m;b級(jí)圍巖采用i20a型鋼鋼架,鋼架間距0.6m;c級(jí)圍巖采用i22a型鋼鋼架及hw175型鋼鋼架,鋼架間距0.6m;級(jí)下錨圍巖采用i20a型鋼鋼架,鋼架間距0.8m。隧道各部開(kāi)挖完成初噴砼后,分單元及時(shí)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(jì)厚度。圖4-1 型鋼標(biāo)準(zhǔn)截面圖表4-1 型鋼標(biāo)準(zhǔn)截面尺寸表型 號(hào)尺寸(毫米)截面面積(厘米2)理論重量(公斤/米)hbdt1818
4、0946.510.730.624.120a200100711.435.527.922a2201107.512.34233hw175175175117.551.440.35.施工要求5.1施工準(zhǔn)備做好施工用電,機(jī)械設(shè)備(如電焊機(jī)、彎筋機(jī)、切斷機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等)運(yùn)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(jì)及規(guī)范要求。 型鋼拱架應(yīng)按分部開(kāi)挖情況分段、分節(jié)制作加工,在加工場(chǎng)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。型鋼鋼架安裝前,根據(jù)設(shè)計(jì)斷面尺寸及預(yù)留沉降量要求,對(duì)開(kāi)挖凈空尺寸進(jìn)行檢查
5、。5.2制作模具復(fù)核型鋼鋼架截面設(shè)計(jì)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(tái)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(hào),開(kāi)始階段應(yīng)少下幾根料現(xiàn)場(chǎng)彎制,檢查是否符合設(shè)計(jì)要求,嚴(yán)禁以拱部頂點(diǎn)作為分節(jié)接頭。按復(fù)核后的下料單進(jìn)行下料,下料后各種規(guī)格、尺寸必須分類(lèi)分開(kāi)放置并標(biāo)識(shí),以免誤用,對(duì)一些小料應(yīng)合理利用。進(jìn)行型鋼彎制,可用人工也可用機(jī)械彎制,但彎制必須做到以下幾點(diǎn)要求:彎起點(diǎn)必須做標(biāo)記;型鋼彎制形狀正確,平面上無(wú)翹曲不平現(xiàn)象。5.4型鋼鋼架焊接以i18工字鋼型號(hào)為例,計(jì)算型鋼焊接加強(qiáng)鋼板尺寸確定。5.4.1熱軋工字鋼焊
6、縫對(duì)接施工當(dāng)中最為常見(jiàn)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(dá)到3000c)將電弧周?chē)慕饘僮兂梢簯B(tài),形成熔池,同時(shí)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(diǎn)是操作簡(jiǎn)便、焊接方便,但是焊縫帶的質(zhì)量有一定的缺陷,在焊接過(guò)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(jiàn)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(shì)必削弱焊縫的受力面積,在缺陷處引起應(yīng)力集中,故對(duì)連接的強(qiáng)度、沖擊韌性及冷彎性能等均有不利影響。鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范gb50205-2001規(guī)定,焊縫質(zhì)量等級(jí)分
7、為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí);三級(jí)焊縫只要求對(duì)全部焊縫做外觀檢查,在平時(shí)的施工當(dāng)中由于焊接技術(shù)和檢測(cè)手段的影響,可以把我們?nèi)粘J┕ぎ?dāng)中所遇到的焊縫質(zhì)量規(guī)定為三級(jí)。5.4.2熱軋工字鋼加強(qiáng)鋼板選取計(jì)算18截面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的彎矩計(jì)算由已知資料查出i18工字鋼截面特性: =1660=185 mm= (設(shè)計(jì)強(qiáng)度) =215n/=39.775 對(duì)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(dá)到材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度的計(jì)算截面彎矩(荷載乘以分項(xiàng)系數(shù))三級(jí)焊縫達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的彎矩計(jì)算對(duì)接焊縫(三級(jí))對(duì)截面的軸向受壓和受剪力削弱可以忽略不計(jì),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)
8、力計(jì)算當(dāng)焊縫承受最大的彎曲應(yīng)力時(shí)所受的彎矩,由于三級(jí)焊縫的焊縫允許存在的缺陷較多,故其抗拉強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的85%,即通過(guò)對(duì)接焊透焊縫作業(yè)后,焊縫截面的焊材的拉強(qiáng)度的85%,根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范可以得出對(duì)接焊縫的抗拉、抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度=0.85=182.75 n/ 抗剪 =125n/=182.75mpa =182.75 n/ 185 =33.809、對(duì)接焊縫的抗拉和抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度 q235 鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(215 mpa)加強(qiáng)鋼板截面尺寸的計(jì)算焊縫對(duì)截面抵抗矩的削弱在腹板處和翼緣處(由于施工中對(duì)翼緣處平整的要求一般不再翼緣處加強(qiáng)),因此在腹板兩邊添加加強(qiáng)鋼板來(lái)彌補(bǔ)焊縫對(duì)截面的削弱?,F(xiàn)假設(shè)
9、焊縫長(zhǎng)度滿足要求,由于焊縫質(zhì)量不足降低的強(qiáng)度由加強(qiáng)鋼板增加的截面尺寸來(lái)彌補(bǔ),從而初步確定加強(qiáng)鋼板的截面面積。以i18工字鋼截面焊接加強(qiáng)鋼板后承受極限應(yīng)力的彎矩(軸力、剪力忽略不計(jì)),由于截面的彎矩抵抗力主要是有截面的尺寸來(lái)提供,所以初步計(jì)算選取在腹板處焊接兩片130mm寬10mm厚的鋼板來(lái)加強(qiáng)如下圖: 圖5-1 工字鋼立面圖截面幾何性質(zhì)的計(jì)算:=1660+=2026.2=225.13=182.75mpa(焊縫達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度)當(dāng)焊接加強(qiáng)鋼板后抵抗彎矩:m=41.14kn.m由焊縫質(zhì)量不足抵抗彎矩減小值:39.775 kn.m -33.809 kn.m =5.966 kn.m加強(qiáng)鋼板焊接后抵抗彎矩值
10、增加值: 41.14kn.m-33.809kn.m=7.333 kn.m所以當(dāng)腹板增加加強(qiáng)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(jì)算旨在找出臨界的截面積,因此采用鋼材(q235)、焊縫強(qiáng)度均采用設(shè)計(jì)值,實(shí)際施工當(dāng)中按照容許應(yīng)立法,統(tǒng)一折減以保證有一定的安全儲(chǔ)備。由計(jì)算得出寬度為13cm的鋼板對(duì)于加強(qiáng)焊接截面的彎矩,大于所需要提空的彎矩值,這樣造成當(dāng)焊接截面處最危險(xiǎn)點(diǎn)出的彎曲應(yīng)力達(dá)到最大應(yīng)力值時(shí),其他截面(未焊接截面)早已斷裂,造成了加強(qiáng)鋼板的浪費(fèi),應(yīng)選擇寬度小的鋼板,所以厚度不變,經(jīng)過(guò)試算后得出最經(jīng)濟(jì),最安全的鋼板寬度
11、為:10mm厚130mm 寬的鋼板最為經(jīng)濟(jì),而且滿足截面最大應(yīng)力的要求并與母材截面強(qiáng)度相同。焊縫長(zhǎng)度和寬度的計(jì)算截面位于彎矩和剪力(軸力忽略不計(jì))最不利的組合作用下,計(jì)算最危險(xiǎn)點(diǎn)1、2、3、4點(diǎn)(見(jiàn)圖2)各處應(yīng)力值小于焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值來(lái)保證焊縫的長(zhǎng)度滿足要求,當(dāng)臨近未斷開(kāi)截面處應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)焊縫剛好破壞的臨界狀態(tài),以確定焊縫最小長(zhǎng)度和最小的有效截面面積。通過(guò)試算選取130mm130mm10mm的加強(qiáng)鋼板。圖5-2 加強(qiáng)鋼板立面圖截面最不利荷載組合值計(jì)算截面最大剪力值和彎矩值按照使截面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的確定,最大彎矩值已計(jì)算得出:=39.775=125mpa91.84i=1660=6.5mm則=使
12、截面達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的最大彎矩 剪切應(yīng)力設(shè)計(jì)值 計(jì)算剪力處中性軸的面積矩i 計(jì)算截面慣性矩 工字鋼腹板厚度 使截面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的剪力最大值所以一塊加強(qiáng)板承受的剪力值為:146.86kn/2=73.43( 實(shí)際承受的剪力值要小于此值,保留一定的安全儲(chǔ)備)一塊加強(qiáng)鋼板承受的彎矩值為:39.775 kn.m /2=19.888 kn.m焊縫強(qiáng)度計(jì)算選取四面圍焊,板厚t=10mm,q235鋼材,當(dāng)臨近截面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)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,焊條采用e42型,焊腳尺寸選擇8mm.計(jì)算有效截面的幾
13、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?yàn)槭菍?duì)稱(chēng)截面所以=2=驗(yàn)算危險(xiǎn)點(diǎn)(1、2、3、4)點(diǎn)的應(yīng)力: n/ n/=128.636 n/160 n/ 焊縫有效面積(計(jì)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(duì)形心軸的極慣性矩、焊縫角點(diǎn)(1、2、3、4)到截面形心軸的距離剪力作用下角點(diǎn)引起的應(yīng)力彎矩作用下角點(diǎn)引起的應(yīng)力彎矩作用下角點(diǎn)應(yīng)力端焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。對(duì)承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)取1.225.4.3結(jié)果說(shuō)明經(jīng)過(guò)試算得出達(dá)到臨界狀態(tài)(臨近截面達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)焊縫破壞)下焊縫的
14、長(zhǎng)度和有效面積,i18對(duì)接焊接截面腹板處的加強(qiáng)鋼板的設(shè)計(jì)尺寸為:130mm130mm10mm并具有一定的安全儲(chǔ)備滿足使焊接截面處的強(qiáng)度和母材(q235)強(qiáng)度相同及臨近未斷開(kāi)截面強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度破壞時(shí),焊接截面處最危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力達(dá)到焊縫設(shè)計(jì)強(qiáng)度而破壞,實(shí)際施工當(dāng)中要不小于按照理論計(jì)算的出的加強(qiáng)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(hào)型鋼焊接同比于以上i18型鋼焊縫對(duì)接加強(qiáng)鋼板檢算,i20a、i22a、hw175型鋼加強(qiáng)鋼板需求尺寸如下表。表5-1 型鋼加強(qiáng)鋼板尺寸表圖5-3 i20a加強(qiáng)鋼板立面圖圖5-4 其i22a加強(qiáng)鋼板立面圖圖5-5 hw175加強(qiáng)鋼板立面圖5.5檢查驗(yàn)收對(duì)
15、焊接好的型鋼鋼架取試件進(jìn)行拉伸、彎曲試驗(yàn)檢測(cè),要求試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)不低于母材材質(zhì)要求。5.6型鋼鋼架運(yùn)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(chǎng)選型、配號(hào),裝載機(jī)或汽車(chē)運(yùn)輸型鋼鋼架至洞內(nèi),再由人工抬運(yùn)型鋼鋼架至掌子面設(shè)計(jì)位置安裝就位。6.質(zhì)量控制及檢驗(yàn)6.1質(zhì)量控制鋼架要根據(jù)計(jì)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(yàn)制作型鋼鋼架所用型鋼的品種、規(guī)格、型號(hào)必須符合設(shè)計(jì)及規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求,進(jìn)場(chǎng)抽樣檢驗(yàn)合格。檢驗(yàn)數(shù)量:全部檢查。檢驗(yàn)方法:觀察,鋼尺檢查。型鋼鋼架的彎制應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。鋼架的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。檢驗(yàn)數(shù)量:全部檢查。檢驗(yàn)方法:觀察、尺量。型鋼等原材料
16、應(yīng)平直、無(wú)損傷,表面不得有裂紋、油污、顆粒狀或片狀銹蝕。檢驗(yàn)數(shù)量:全部檢查。檢驗(yàn)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(shí),分節(jié)長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸及所采用的開(kāi)挖方法確定,腹板上鉆孔的位置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。 鋼架節(jié)點(diǎn)焊接長(zhǎng)度應(yīng)大于4cm,且對(duì)稱(chēng)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(yàn)數(shù)量:每榀鋼架檢查一次。檢驗(yàn)方法:觀察、尺量。7.安全及環(huán)保要求7.1安全要求項(xiàng)目部安全生產(chǎn)工作嚴(yán)格按照安全生產(chǎn)三級(jí)管理制度執(zhí)行:項(xiàng)目部設(shè)專(zhuān)職人員負(fù)責(zé)進(jìn)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(duì)設(shè)置專(zhuān)職安檢員,負(fù)責(zé)日常安全管理、監(jiān)督防范工作;班組嚴(yán)格按照有關(guān)安全制度執(zhí)行。嚴(yán)格按照有關(guān)安全操作程序進(jìn)行施工作業(yè),設(shè)置安全標(biāo)識(shí)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(hù)措施(鋼板鉆孔、型鋼彎制),以確保工程有序進(jìn)行。配備相應(yīng)的安全防護(hù)設(shè)施
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