型钢拱架焊接作业指导书(报)

1、新建杭州至黄山铁路站前VI标型钢拱架焊接加工作业指导书&中国中铁编制：I H BBJ 1( : ： 复核：审核：中铁二局杭黄铁路站前VD标项目部二0一五年三月1 .编制目的 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 检查验收55.6 型钢钢架运输1.3.6.质量控制及检验1.3.1.4.6.1 质量控制6.2 质量检验1.47.安全及环保要求1.47.1 安全要求1.47.2 环保要求1.5型钢拱架焊接加工作业指导书1.

2、编制目的为明确隧道型钢拱架焊接加工施工工艺、操作要点和相应的标准要求，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. 适用范围适用于本标段内隧道IV、V级围岩初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起的断面尺寸变化。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的布置及地面硬化。加工场内分区明显、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

3、，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。场地内各种标识醒目、齐全，机具设备调试性能良好。4. 技术要求采用型钢钢架施工的围岩为：IV b级、IV级下锚、V b级、Vc级、V 级下锚。Wb级、IV级下锚围岩采用I18型钢钢架，钢架间距0.8m1.0m;V b级围岩采用120a型钢钢架，钢架间距0.6m;V c级围岩采用122a型钢钢架及HW17里钢钢架，钢架间距0.6m;V 级下锚围岩采用120a型钢钢架，钢架间距0.8m。隧道各部开挖完成初喷硅后，分单元及时安装型钢钢架，与定位锚杆、径向锚杆以及双侧锁脚锚杆固定，纵向采用22钢筋连接。钢架之间铺挂钢筋网，然后复喷

4、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5.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的原材料必须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 放样， 型钢钢架宜采用冷弯成型。型钢钢架不得在拱顶等剪应力较大或弯矩最大的地方分段、分节，型钢钢架加工的焊接不得有假焊，焊缝表面不 得有裂纹焊瘤等缺陷。型钢钢架安装前，根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查。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

5、接焊在钢平台上，必须保证焊接牢固和竖向垂直。5.3 型钢下料加工复核下料单上型钢的尺寸及用料规格型号，开始阶段应少下几根料现场弯制，检查是否符合设计要求，严禁以拱部顶点作为分节接头。按复核后的下料单进行下料，下料后各种规格、尺寸必须分类分开放置并标识，以免误用，对一些小料应合理利用。进行型钢弯制，可用人工也可用机械弯制，但弯制必须做到以下几点要求：弯起点必须做标记；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的焊接方法是手工电弧焊，通电后，在焊条与焊件 间产生电弧，电弧的高温

6、（可达到 3000 C）将电弧周围的金属变成液态,形成熔池，同时高温也使焊条金属融化，滴落至熔池中，与焊件的熔融金属结合。冷却后即形成焊缝。手工电弧焊优点是操作简便、焊接方便，但是焊缝带的质量有一定的 缺陷，在焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区刚才表面或者内部的 缺陷。常见的缺陷有裂纹、焊瘤、烧穿、电弧坑、气孔、夹渣、咬边、未 熔合等。焊缝缺陷的存在势必削弱焊缝的受力面积，在缺陷处引起应力集 中，故对连接的强度、冲击韧性及冷弯性能等均有不利影响。钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001规定，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查，在平时 的施工当中由

7、于焊接技术和检测手段的影响，可以把我们日常施工当中所 遇到的焊缝质量规定为三级。5.4.2 热轧工字钢加强钢板选取计算（1）1 18截面达到设计强度的弯矩计算由已知资料查出I18工字钢截面特性：4|x=1660cmWx=i85cm3t w =6.5mm d = 10.7 mmMmaxM23=215N/mm,Wx = 185 M10（设计强度）M max=215N/mm2 185 103 mm3=39.775 KN mIx对x轴的截面惯性矩Wxx轴的截面模量tw工字钢翼缘板厚度maxd 工字钢腹板厚度使截面达到材料设计强度的计算截面弯矩（荷载乘以分项系数）三级焊缝达到设计强度的弯矩计算对接焊缝（

8、三级）对截面的轴向受压和受剪力削弱可以忽略不计，主 要是削弱了截面弯矩的抵抗力（受拉）。按照焊缝的最大弯曲应力计算当 焊缝承受最大的弯曲应力时所受的弯矩 M ,由于三级焊缝的焊缝允许存在 的缺陷较多，故其抗拉强度为母材强度的85%即通过对接焊透焊缝作业后, 焊缝截面的焊材的拉强度的85%根据钢结构工程施工质量验收规范可 以得出对接焊缝的抗拉、抗剪设计强度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 对接焊缝的抗拉和抗压设计强度f

9、Q235钢材抗拉强度设计值（215 Mpa）加强钢板截面尺寸的计算焊缝对截面抵抗矩的削弱在腹板处和翼缘处（由于施工中对翼缘处平 整的要求一般不再翼缘处加强），因此在腹板两边添加加强钢板来弥补焊 缝对截面的削弱。现假设焊缝长度满足要求，由于焊缝质量不足降低的强 度由加强钢板增加的截面尺寸来弥补，从而初步确定加强钢板的截面面积。以I18工字钢截面焊接加强钢板后承受极限应力的弯矩（轴力、剪力 忽略不计），由于截面的弯矩抵抗力主要是有截面的尺寸来提供，所以初 步计算选取在腹板处焊接两片130m债10m虚的钢板来加强如下图：图5-1工字钢立面图截面几何性质的计算: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 （焊缝达到设计强度）当焊接加强钢板后抵抗弯矩： _ 3M=I82.75 225.13 10 =41.14KN.m由焊缝质量不足抵抗弯矩减小值：39.775 KN.m -33.809 KN.m =5.966 KN.m加强钢板焊接后抵抗弯矩值增加值：41.14KN.m-33.809KN.m=7.333 KN.m所以当腹板增加加强钢板后，截面的抵抗弯矩增大了7.333 KN.m,大于由焊缝质量不足引起的抵抗

11、弯矩减小值5.966 KN.m ,此次计算旨在找出临界的截面积，因此采用钢材（Q235、焊缝强度均采用设计值，实际施 工当中按照容许应立法，统一折减以保证有一定的安全储备。由计算得出宽度为13cm的钢板对于加强焊接截面的弯矩，大于所需要提空的弯矩值，这样造成当焊接截面处最危险点出的弯曲应力达到最大应力值时，其他截面（未焊接截面）早已断裂，造成了加强钢板的浪费，应 选择宽度小的钢板，所以厚度不变，经过试算后得出最经济，最安全的钢 板宽度为：10mm厚130mm宽的钢板最为经济，而且满足截面最大应力的要 求并与母材截面强度相同。焊缝长度和宽度的计算I截面位于弯矩和剪力（轴力忽略不计）最不利的组合作

12、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保证 焊缝的长度满足要求，当临近未断开截面H处应力达到设计强度时焊缝刚 好破坏的临界状态，以确定焊缝最小长度和最小的有效截面面积。通过试 算选取130mm130mm10mmi勺力口强钢板。图5-2加强钢板立面图截面最不利荷载组合值计算I截面最大剪力值和弯矩值按照使截面达到设计强度的确定，最大弯矩值已计算得出：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 使截面达到强度设计值的最大弯矩max剪切应力设计值sm ax计算剪力处中性轴的面积矩I计算截面惯性矩tw工字钢腹板厚度Vm ax使截面达到设计强度的剪力最大值所以一块加强板承受的剪力值为:146.86KN/2=73.43（实际承受的剪力值要小于此值，保留一定的安全储备）一块加强钢板承受的弯矩值为：39.775 KN.m /2=19.888 KN.m焊缝强度计算选取四面围焊，板厚t=10mm Q235钢材，当临近截面达到设计强度时 在焊缝重心处承受的弯矩为 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

14、,手工焊，焊条采用 E42型，焊脚尺寸选择 8mm计算有效截面的几何特征。有效截面面积：Ae=0.7x8x （2M30+2M30） =2912mm2形心位置：x=60mm13_ _2130 2 130 60惯性矩：Ix=0.7M8M （2黑12） , _64= 7.297 10 mm因为是对称截面所以1P =2 Ix=7.297 106mm4 2=14.593 106 mm4验算危险点（1、2、3、4）点的应力: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焊缝有效面积（计算宽度按照焊缝宽度的0.7倍）Ixx周惯性矩Iyy轴惯性矩I p焊缝有效截面对形心轴的极惯性矩Ip = I形心位置 Iyxa、ya焊缝角点（1、2、3、4）到截面形心轴的距离二 fy剪力作用下角点引起的应力弯矩作用下角点引起的应力mfX弯矩作用下角点应力端焊缝的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

16、明经过试算得出达到临界状态（临近截面达到设计强度时焊缝破坏）下焊缝的长度和有效面积，I18对接焊接截面腹板处的加强钢板的设计尺寸 为：130mm 130mm 10mmi具有一定的安全储备满足使焊接截面处的强度和 母材（Q235强度相同及临近未断开截面强度达到设计强度破坏时，焊接 截面处最危险点应力达到焊缝设计强度而破坏，实际施工当中要不小于按 照理论计算的出的加强钢板的规格，保证施工安全和材料的合理利用。5.4.4其他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、HW17里钢 加强钢板需求尺寸如下表。表5-1型钢加强钢板尺寸表.序号型2焊接钢植取值截面几何性质怛餐盍

17、岫加强用 板后地M弯拒值 大于由序显曲里 不至引超的*杭 穹矩辛小值 （正加煌建强度计算危险点强度假角第埴强度 设计恒正效亲示合楮岸睡喷里不足抵抗 拒算小值加强帆恤焊援任林 抗毒矩值增加值危险点的应力代加览(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图5-3 I20a加强钢板立面图图5-4其122a加强钢板立面图图5-5 HW175加强钢板立面图1.5 检查验收对焊接好的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。1.6 型钢钢架运输根据隧道掌子面每循环安装型钢钢架棉数，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 质量控制钢架要根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的品种、规格、型号必须符合设计及规范和标准要求，进场抽样检验合格。检验数量：全部检查。检验方法：观察，钢尺检查。型钢钢架的弯制应符合设计要求。钢架的结构尺寸应符合设计要求。检验数量：全部检查。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