钢管拱加工制作方案

八、钢管拱加工制作方案
（一）、概述
本工程主桥拱肋为钢管哑铃型拱肋结构，拱肋截面型式为哑铃型截面，中拱肋截面高度为1800mm，单根钢管直径750mm，钢管及缀板厚度14mm；边拱肋截面高度为1600mm，单根钢管直径650mm，钢管及缀板厚度12mm。

钢管拱肋结构制造精度及焊接质量是本工程的关键。

针对本工程的特点，钢管拱肋在工厂加工制作，加工好后运到现场进行安装。

按设计要求，77m跨单肋分5段（包括拱脚段）制造、安装。

（二）、加工流程
主桥钢管拱肋节段制作工艺流程为：放样→号料→切割→边缘加工→胎架制作、卷管→焊接（纵缝，并超声检测）→拼接（接长，焊接对接焊缝）→超声检测及X射线拍片→热弯→工装→试拼（各吊装段间试拼接，含风撑）→钢结构防腐处理、涂装（含弦管、缀板及封端）→出厂验收。

钢管拱肋制造采用下列成熟技术：拱肋轴线成型采用火工煨弯技术。

电焊采用CO2气体保护自动焊技术，CO2气体保护单面焊双面成型技术，埋弧自动焊焊接技术，电脑放样，数控切割机下料划线及测量技术，钢管拱肋制造保证措施，由专业、持证、有相关工程施工经验的优秀焊工施焊。

具体详见《钢管拱制作施工工艺流程图》。

钢管拱制作施工工艺流程图
（三）、加工方法和步骤
1、施工详图绘制
在钢管拱肋加工制作前，首先根据设计图的要求绘制施工图详图。

施工详图按工艺程序要求，绘制成零件图、单元构件图、节段构成图及试装图。

为防止失误，明确工艺程序，还需绘制从零件至单元构件至节段单元的加工、组焊、试装工艺流程图。

2、放样
加工前首先在现场平台上对1/2拱肋进行1：1放样，放样精度达到设计和规范要求。

根据大样按实际量取拱肋构件的长度，取样下料和加工。

拱肋放样方法采用坐标法放样，使用经纬仪并配以I级钢尺。

量测时考虑温度的影响。

放样应该完成所有零件配套表、下料草图、套料卡的编制工作，提供的配套表、下料草图、套料卡应清楚标明零件的节段号、零件号、零件名称、零件数量、材料牌号、加工符号、尺寸及坡口型式等。

放样在拱肋环缝时，要求以拱肋顶点为中心对称安排环缝。

放样时应考虑焊接收缩补偿量的加放时其相关连的构件也应作相应处理。

放样应向后续工序提供：拱肋弦管型值、拱肋节段胎架制作型值、拱肋节段测量时所需型值、预拼装地样线型值及钢管间相贯线接头划线样板等。

放样结束后，对拱肋的每段缘底弧线制作曲线样板并进行编号，同时报监理进行检验。

3、下料
（1）、所有零件下料前应验明材质并做好材质移值标记，打上材质编号。

对有明显变形的钢板、型材应进行矫正。

（2）、下料时应依据套料卡下料，应尽量采用数控切割，切割边缘需进行清渣、打磨处理。

（3）、卷制主弦管的板材下料时应开角尺线，保证板边垂直度。

（4）、端口有线型钢管下料时可以使用模板，以保证线型准确。

（5）、质量要求：
钢材进场时，要求进行材料复检，试验检查项目包括材料化学成份分析、冲击韧性及有关机械力学试验，合格后方可用于拱管制作。

抽检频率按照《低合金
高强度结构钢》的有关要求进行。

钢板材料出厂前应作表面预处理，即使其带有车间底漆。

在钢材加工之前，钢板进行火焰切割和等离子切割工艺评定试验，考核切割边缘的表面质量、硬度、及零件切割精度，以确定切割参数、规范及零件切割补偿量，指导施工。

4、卷板加工、矫圆
按设计要求分段制作拱肋，钢拱肋分段长度依据所采购钢板的尺寸和吊装工况进行综合考虑。

按拱肋加工段长度（为拱肋分段长度）进行钢管接长。

（1）、搭设胎架：胎架搭设长度依据钢拱肋分段尺寸在长度方向放500mm，在宽度方向300mm。

胎架纵横向材料均采用20#槽钢，横向密度间隔为0.75 m，纵向拉杆4组，间隔1米。

胎架上应标明胎架中心线、定位基准线、辅助线等必要标记线。

保证胎架上平台为水平基准，并且与地垅焊接牢固，胎架制作完成，先由自检部门检验合格，报监理工程师检验合格后方准使用。

（2）、卷板：先由胎架样台出具钢拱肋剖面卷制样板，钢管筒节卷制在开式三辊卷板机上进行。

卷管方向与钢板压道方向一致，钢板卷制时采用专用样板检查，样板理论偏差±0.3mm，样板与卷板间隙≤2mm，确保卷制成的钢管椭圆度f/d ≤3/1000 。

卷制时应注意坡口朝外。

卷制长度约为2米，故拱肋单元成型节段约为2米一节。

（3）、矫圆
首先对钢管两端进行矫圆，不圆度按质量交验要求，达不到要求时进行调校。

钢管环对接焊质量直接影响拱的强度，施工时严格进行控制。

严格按施焊程序和要求进行操作，主管均作双面焊接或管外焊接。

焊接完成后进行质检。

（4）、施工注意事项
所有用于卷制钢管的钢板其纵、环缝位置的坡口均使用铣边机刨坡口或利用半自动切割；利用半自动切割，切割边缘需进行清渣、打磨处理。

加工成型后的零件应标明下道工序所需各种符号，如节段号、零件号、零件名称、尺寸及各种标记线等。

5、火工弯管
（1）、弯管设备
采用温度效应弯制，可按如下加热方式，按拱的曲线制作定位模、反力架、加工设备等。

其中，模架台座采用钢筋混凝土结构，模架用钢材制作，其高度由小到大按放样尺寸制成，且模架可沿台座纵向移动，以适应拟弯制的各段钢管线形变化需要；反力架用于对钢管施加压力。

钢管弯制装置示意图
（2）、弯管
首先根据拟弯管节的设计轴线形式调整模板，并对其反复测量，确保弯成的管节符合要求；然后将直管吊运至模架上，旋紧管两端螺杆，接着用气割枪对管进行加热，加热弯制前应进行现场试验，以确定加热范围、加热温度、加热速度与管端加压速度的匹配等，一般单处加热范围为管的周边，宽度约5cm ～8cm ，从中间至两端，每隔20cm ～50cm 加热一处，加热温度严格控制在8000C 以下，以免破坏钢管材质。

随着加热的进行，不断旋紧螺杆，以对管端两端施加压力，从而使管弯曲，直至成形，吊离模架。

（3）、弯管钢管的质量要求：
焊接工作在室内进行，湿度不高于80%；焊接的环境温度应符合施工规范规定；主要杆件应在组装后24h 内焊接。

焊缝质量要求详见后述。

（4）、水压试验：为保证焊缝强度及提高钢管强度，对钢管均作水压试验。

6、拱肋骨架的加工制作
各钢构件之间的连接均采用焊接，主拱钢管的所有焊缝均应达到一级焊缝标1-模架台座；2-模架；3-反力架；4-螺杆；5销钉孔；6-销钉；7-拟弯钢管
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准，其余均为二级焊缝。

（1）、拱肋的拼装
成型钢管通常为8m～12m长的直管，必须进行接头、弯制、组装，形成拱肋。

拼装时按下列顺序进行：
①精确放样与下料。

按1：1进行放样，根据实际尺寸放样下料。

②对用于拼装的钢管作除锈防护。

具体施工工艺详见后述。

③在1：1放样台上组拼拱肋。

先进行组拼拱肋。

先进行组拼，然后作固定性点固焊接，在拱肋初步形成后，对其几何尺寸作详细检查，发现问题，及时调校，使拼装精度达到设计要求。

④焊接是钢管混凝土拱桥施工最重要的一环。

因此安排的高技能焊工，都必须持证上岗，并在上岗前按规定进行管结构试焊并提供试件，以检验焊工的现场焊接水平，以确保焊接质量。

施焊工艺符合设计要求，并按设计进行检验。

在拱肋一面焊接完成后，对其进行翻身，以便焊接另一面，从而避免仰焊，确保焊接牢固。

由于拱肋翻身是在未完全焊接情况下进行，很容易造成拱肋结构杆件接头处破坏，因此正确设置吊点和严格按照设计方案要求进行翻身。

⑤精度控制。

桥跨整体尺寸的精度由节段精度来保证。

制作精度的控制着眼于节段的制作精度。

在制作中，由于卷尺误差、温度变形、画线的粗细度以及焊接收缩量等误差大小在一定程度上可以推算，因而在制作中要尽量排除。

把基准对合偏差、焰割气压变化时所产生的切割偏差、组装时对中心的误差、估计焊接收缩量误差等偶然误差作为基本误差来考虑，利用误差理论分析出节段制作与结构拼装误差预测值，并根据不同的保证率和实际情况确定出容许误差，在施工时的精度控制按规范或设计要求执行。

按设计规定，出厂前管肋试拼的精度要求：拱轴线实测值与设计值在竖向及水平方向的允许偏差值为拱顶±5mm、1/4拱肋±5mm、拱脚±5mm。

⑥防护。

钢管防护的好坏直接影响钢管混凝土拱桥的使用寿命。

在拱肋段安全形成、焊缝质量检验合格后即可进行防护施工。

具体施工工艺详见后述。

（2）、焊接拼装的一般要求
各种缀板的组装按照施工工艺设计的程序进行焊接。

大直径钢管可另用附加钢筋焊于钢管外壁作临时固定联焊，固定点间距可取
30cm左右，且不少于3点。

钢管对接焊过程中如发现点焊定位处的焊缝出现微裂缝，则该将该部位全部铲除重焊。

拱管与缀板焊接时，焊缝次序应考虑焊接变形的影响。

（3）、焊接环境
施焊前，焊工必须检查焊接部位的组装和表面清理的质量，对不符合要求者应在处理合格后方能施焊。

在雪雨天气不得露天施焊，构件焊区表面潮湿或有冰雪时，应在清除干净后施焊，焊接环境最低温度应在控制规定范围内。

（4）、焊接材料的选择
钢材焊接用焊条、焊丝、焊剂选用必须和母材相匹配。

焊接选配如下表：
焊接选配表
对Q345－c钢选用T42-7、T50-7焊条。

其中，Q345钢与Q235钢之间的焊接选用T42-7焊条；Q345钢之间或重要结构位置采用T50-7焊条；埋弧焊剂、
焊丝选用HJ402—H08E；CO
2气体保护焊用H08Mn
2
Si。

（5）、焊接方法的选择
钢管的对接焊缝和质量是钢管混凝土拱结构安全度的重要保证条件之一，要求采用自动焊、全熔透，可采用CO
2
气体保护焊打底，分多层滚动焊接，以达到减少焊缝含氧量、焊接内应力及焊接变形，提高焊缝抗裂能力的目的。

缀板连接焊缝为全熔透焊，有条件时采用自动焊；风撑均为全熔透的对接和角接组合焊缝，有条件时自动焊，否则可用手工焊。

（6）、钢管的对接焊
对接焊采用衬焊时，在管内接缝处设置附加衬管，其厚度为20mm，厚度为3mm，衬管与被焊钢管内壁间应留有0.5mm膨胀间隙。

采用无衬管全熔透对接焊接。

对接焊缝坡口按下图示。

焊接工艺和要求示意图
（7）、钢管的搭接焊：搭接焊的最小互搭量应是所连接较薄管件壁厚的5倍、且不小于25mm 。

（8）、焊接管单元的矫型
在形成构架单元前的钢管事先进行矫型，对接焊后，管单元的焊接变形也必须矫正，其矫正后满足质量要求。

（9）、钢管拱肋的制作安装过程按施工设计的要求将吊点孔开好并装上各附属构件，不得遗漏。

钢管上预留的混凝土浇灌孔、振捣孔以及排气孔，在工厂中开好，开孔留下的盖片，均应编号并妥善保管或点焊在原位上，待灌注混凝土后在盖上焊接。

浇筑砼的预留孔应焊接平整光滑，不突出和漏焊，不烧伤混凝土。

（11）、焊接质量要求
所有焊缝质量要求均应符合《公路桥涵施工技术规范》及《钢管混凝土设计与施工规范》中相关要求。

并按《钢结构工程施工质量验收规范》进行外观自检评定。

焊缝质量按设计的等级进行验收和对应的等级进行焊缝内部缺陷检测。

钢管的纵、环对焊接缝，缀板的对接横缝按GB50205-2001的规定的I 级办理。

拱肋与横撑、斜撑之间的角焊缝按GB50205-95规定的II 级办理。

超生波检验取样数量、取样方法及试验方法应符合GB1991的规定，供货方提交的工厂质量证明书应符合GB2101的规定。

上述所有焊缝要100%进行超声检测，对T 型焊缝及超声认为的疑问之处，应以X 射线拍片，拍片数量控制在20%左右。

7、钢管拱节段的验收、预拼装及运输存放
（1）、验收 b)t≥t1,a≥10t1+10且a≥60
a)衬管壁厚t1=4～6,δ=2,a=0.5～2,l=20～25
b)a)
钢管骨架的制作与安装实测项目按设计规定和规范要求执行。

钢管构件出厂同时应具备完整的验收资料，经检验合格的钢管桁肋方可吊运出厂。

在出厂之前和工地吊装之前的存放应防止变形和生锈。

（2）、预拼装
为了使拱肋吊装能快速、顺利地进行，在焊接完成后进行预拼装，接头处临时连接件装焊，分段端头支撑工装结构焊接，用吊线法检查各大段接头的几何尺寸，使其符合设计要求。

（3）、运输存放
经预拼验收合格的节段，可移出预拼线，置于专设的成品段放置场。

在运输和储存的过程中，采用设置横担固定吊点并加固的方式防止节段变形。

根据工地安装的进度要求，采用大吨位拖车从工厂进行节段运输，并设置好固定和支撑节段的设施、确保运输安全。

8、风撑制作
本工程拱桥共设3道风撑，风撑采用空钢管，钢管直径为700mm，钢管壁厚20mm。

风撑与拱肋相接的相贯线由电脑放样数控相贯线钢管切割机进行切割而成的。

风撑制作施工流程和方法与主拱管基本一致，具体参照前述。

在制作时，风横撑尺寸精度、焊接及防腐处理方面要求与主拱肋钢管制作要求相同。

完成风撑制作后，要在风撑上检查四个接头的尺寸、位置和线型，以便在钢拱肋节段上预埋风撑接头，使风撑和主拱肋连接时能准确定位，尽量减少主拱肋和风撑分开制作产生的变位误差。

9、钢结构防腐施工
本桥钢管混凝土拱肋钢管防腐采用喷铝防腐工艺。

具体要求如下：
钢管拱肋在加工，预拼装完成后，应及时清除刺屑、焊渣、飞溅物和油污等。

拱肋钢管外表采用电弧喷铝防腐处理。

拱肋分段涂装主要在工厂进行。

钢管下料制成片段后，首先进行喷砂处理，钢管表面粗糙度要求达到RZ40μm～80μm，除锈等级要求达到Sa3级，对于焊接预留部位则采用胶带保护，以防二次生锈，保护宽度为50～100mm，然后对其他部位采用电弧喷枪喷铝，厚度不小于200μm。

构件尚有余热时刷涂2道环氧云铁中间漆，厚度为2×40μm。

节段组装后，对
焊接部位再进行上述工艺处理，然后对整个节段涂装2道氟碳漆，厚度2×25μm。

拱肋钢管内壁喷砂除锈等级要求达到Sa2级，涂防锈漆2道2×25μm。

涂装单位电弧喷铝涂层结束后，应进行涂层厚度的检验，要求每平方米检验三处，其厚度应符合设计要求，涂层的外观应均匀一致，无松散粒子，不允许有破裂、剥落、漏喷、分层、鼓包等缺陷。

对焊接缝损害的部位进行机械打磨达到St3级后，再涂装环氧耐磨漆2道，厚度2×80μm。

待工程中标后，本桥钢结构防腐由我公司选择专业防腐施工厂家负责施工，防腐施工厂家具有二级以上防腐资质，且通过ISO9000质量体系认证，承担过跨径大于100m钢管拱桥长效防腐施工，并经过业主、设计和监理考察认可。

施工过程中，对喷涂完毕的构件起吊、运输时不允许直接用钢丝绳捆绑或吊钩直接与涂装表面接触，并严禁碰撞擦伤涂层。