论大跨度桁架结构施工工艺及控制要点

张 龙

(山东港通工程管理咨询有限公司，山东 烟台 264000)

1 工艺流程

本工程管桁架为倒三角形，跨度为72 m，跨中腹高为4.5 m，上弦宽度3 m，上弦管为φ203×12的无缝钢管，下弦管为φ377×10无缝钢管，腹杆采用φ114×5、φ140×6、φ159×6、φ159×8的钢管，材质均为Q345B。由于桁架跨度大，运输不方便，故采用在施工现场整体拼装，然后再整体吊装。

管桁架制作分为胎架制作、钢管相贯切割和管桁架拼装焊接。所有管构件采用数控五维相贯线切割机在加工车间切割，经除锈喷漆后运至施工现场拼装。

2 施工工艺介绍

为确保构件拼装时的外形尺寸，拼装胎架必须严格按照设计尺寸进行设置。胎架放置在经压实的地面上，表面通过钢垫板找平。

2.1 胎架的复测

(1)复测的内容:包括定位坐标、胎架设计形式、胎架搭设材质等。

(2)复测的意义:拼装杆件的精度靠胎架的精度来实现，因此胎架的精度务必要求精确。

2.2 构件的验收及准备

(1)构件的配套。杆件必须配套，同时，杆件的放置要在吊机的作业半径范围内。钢管现场拼装对接口在胎架上校核无误后，利用临时连接耳板固定，最后进行焊接。弦杆的就位精度非常关键，精确测量之后才能用卡具进行定位。严禁点焊定位，尤其是下弦杆。在弦杆上进行腹杆定点，做到“一线两点”，一线是指腹杆轴线所在的面与弦杆表面的相贯线，两点是指每根腹杆端部贯口的趾点与踵点。上弦杆就位时采用φ76×5钢管斜撑以上弦杆为支点将上弦杆撑起，然后人工调节临时撑杆至相应位置后吊车方可摘钩。每榀桁架设置7组临时撑杆，每组2根。临时撑杆位置避开上、下弦杆之间腹杆相贯位置。由拼装采用倒拼方式及桁架腹高较大，上、下弦间腹杆拼装难度增加，因此需要采用卷扬机将腹杆拉至指定高度后拼装定点。腹杆拼装完毕后拆除临时支撑。

(2)拼装过程中应注意的关键问题。由于桁架的端部要与其他的桁架进行相贯连接，如果尺寸超差，势必给安装造成很大困难。相贯节点中，各个支管的轴线要交于一点。这样可以避免节点附加扭矩的出现，更有利于结构的安全。

2.3 相贯焊接

(1)焊接要领。选择适当焊接材料；选择适当焊接方法；选择合适焊接参数；先做焊接工艺评定；焊前按照规定预热；焊后按照规定后热；小锤敲击消除应力；无损检测焊缝质量。

(2)焊接方法。采用手工电弧焊和气体保护焊进行焊接。

(3)焊接材料。由于钢材为Q345，因此选用E50系列之E5015、E5016低氢焊条焊接。

(4)焊接工艺评定。焊接工艺评定应以可靠的焊接性能为依据。焊接工艺评定验证施工单位拟订的焊接工艺的正确性，并评定试焊单位能力。焊接工艺评定所用设备、仪表应处于正常工作状态，钢材、焊接材料必须符合相应标准，由本单位焊接熟练的焊接人员使用本单位焊接设备焊接试件。

(5)焊前预热与焊后后热。焊前预热的温度为120～130℃，层间温度为120～200℃，预热范围不小于焊缝宽度的3倍且不小于100 mm，焊接完成后立即进行后热，后热温度为220～250℃，恒温2 h，然后缓冷，电热片加热，自动温控。

(6)小锤敲击消除残余应力。锤高不超过3cm，每分钟100次，锤击密度为15～20次/cm2,锤击时恒温不低于预热温度。

(7)焊缝的无损检测。管桁架节点部位的焊缝形式复杂，焊接位置多变，对于一个贯口而言，就有平、立、仰三种焊接位置，三种坡口角度。因此，影响焊接质量的因素很多，必须采取严格的检测措施，才能保证焊接质量。

2.4 钢管桁架吊装

管桁架吊装采用双机单榀桁架抬吊，吊车站在两侧跨外4.5 m，依次顺序吊装。

(1)吊装前的准备。管桁架吊装应在钢柱及其支撑安装、矫正完成后进行。由于柱脚未完成二次灌浆，为防止桁架安装时造成地脚螺栓失稳，起吊前，在每个钢柱柱脚板下打入8块楔铁。

(2)翻身(扶直)。管桁架为倒立，吊装时必须翻身，翻身时两台50 t吊车同时作业，根据现场实际情况借助一台25 t汽车吊辅助翻身，吊身距桁架4～7 m，吊点位置在管桁架中心。扶直前应在管桁架两端或下弦节点部位设置垫点(枕木)，以便扶直后搁置其上。

(3)起吊。管桁架起吊为双机抬吊，双机抬吊时，管桁架位于跨中，两台吊车立于跨外两侧共同起吊管桁架。当两机同时起钩将管桁架调离地面约1.5 m时应检查钢丝绳、卡环以及绑扎点位置是否准确，准确无误后两机同时升空，递送管桁架于安装位置。为防止桁架升空过程中左右摆动及安装方便，桁架两端绑好不低于25 m的控制缆绳，每根控制绳配备至少2人。

管桁架到达柱顶位置后刹车进行对线工作，每侧有4人乘爬梯到达柱顶,进入安全吊篮内并系安全带于柱间横梁之上。对好线后，即做临时固定，并同时进行垂直度校正和最后固定。校正后，上紧锚栓或电焊做最后固定。电焊最后固定时，应从两端同一侧施焊，以免因焊缝收缩使管桁架倾斜。施焊后，即可卸钩。

(4)临时支撑安装。桁架吊装就位后立即用支撑系杆与钢梁或前一榀桁架拉接固定形成稳定体系后，再依次吊装下榀桁架。

3 质量控制要点

3.1 焊接收缩对桁架矢高的影响

(1)对于桁架而言，腹杆众多，交汇部位的焊缝密集，交汇点多，如果不采取措施，焊接收缩会对拱的矢高产生影响。

(2)采用氩弧焊打底，由于电弧受到氩气流的压缩与冷却作用，电弧集中，热影响区小，焊接变形较小。随后跟进二氧化碳气保焊后续焊层，出于同样的机制，焊接变形也相应较小。

(3)上弦与下弦同时施焊，使变形抵消。焊接完毕，对弦杆弧度进行检验。

3.2 减小焊接收缩影响的工艺措施

(1)采用二氧化碳气体保护焊进行主焊缝焊接，充分利用其热输出小的优势，组织优秀焊工，保证焊缝表面的美观度。

(2)采用对称焊接的方式，使焊接收缩轴对称，避免扭曲。

3.3 管桁架吊装控制要点

(1)统一指挥、互相配合。双机抬吊必须对两机进行统一指挥，使两者互相配合，动作协调。在整个吊装过程中，两台起重机的吊钩滑轮组，都应保持垂直状态。管桁架的下弦两端捆绑溜绳，以便在管桁架的吊装过程中控制管桁架的摆动，避免与吊车的吊杆和周围其他设施碰撞发生事故。

(2)缓慢起吊。管桁架应缓慢起吊，在管桁架即将离开地面时，停顿半分钟然后继续起吊，到距离地面500 mm时，观察管桁架、吊车和吊具，确认无异样情况后继续起吊到安装位置固定，用临时固定钢丝绳将管桁架的垂直度和侧挠矫正到规范允许偏差范围内再固定牢固，按照图纸要求完全固定好后，松开吊钩安装下一榀钢桁架。

4 结束语

当前国内桁架结构在朝着更大跨度、更大高度发展，这也对桁架施工质量提出了更高的要求，为此就需要对桁架施工相应的质量控制工作提出了更高的要求。只有在遵循质量安全、高效以及经济三大原则的基础上，才能将该工艺发展得更好。