钢便桥方案.docx

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钢便桥方案

第一章工程概况及编制依据

1.1工程及钢便桥简介

XXX站地处滨海新区XXX中心商务区北端，是XXX综合交通枢纽工程的一部分，其中XXX站房建筑面积为86200m2，城际车站站台位于地下二层，候车大厅位于地下一层，基坑深度约为21.5m；B1、B2线车站与城际车站平行，B1线车站紧邻城际车站，与城际车站基坑深度基本一致21.5m，B2线车站基坑深度略浅为17m；Z1线车站与以上三站垂直，基坑深度29.5m；配套的出租车停车场工程位于地下一层，基坑深度11m，社会车停车场工程位于B2线车站与城际车站之间结构的地下二层，基坑深度约17m。

XXX站地下结构施工运输通道钢结构加固便桥结构设置于C~D轴间，64~72轴范围内。

通道加固结构共分两层，地下一层为钢便桥结构，投影总长70.5m，桥面宽度10m，桥面坡度为7度；地下二层为加固独立钢柱结构。

结构整体轴侧图及剖面图如下所示。

便桥结构轴侧图

便桥结构剖面图

由于XXX站地下结构采用逆作法施工，因此便桥结构的安装应穿插在地下结构逆作施工过程中进行。

1.2工程重点、难点

本工程安装过程中主要有以下两个项难点：

1）结构安装方案的确定。

由于本工程土建结构施工工序的特殊性，施工便桥的安装应穿插在地下结构施工过程中进行，便桥结构支撑钢柱的安装无法采用常规的结构安装思路，只能采用主结构钢管柱逆作的思路进行安装。

2）施工过程的协调。

便桥结构的逆作施工需由专业安装厂家配合施工，此外便桥结构的施工时间与主体结构的施工配合需与土建施工单位进行积极配合，在合理的安装条件下，保证结构的正常安装工作。

1.3编制规范

《工程建设标准强制性条文》（房屋建筑部分）

（2002年版）

《建筑结构可靠度设计统一标准》

（GB50068-2001）

《钢结构设计规范》

（GB50017-2003）

《建筑工程施工质量验收统一标准》

（GB50300-2001）

《钢结构工程施工质量验收规范》

（GB50205-2001）

《建筑钢结构焊接技术规程》

（JGJ81-2002）

《建筑防腐蚀工程施工及验收》

（GB50212-20012）

《钢结构防火涂料应用技术规范》

（CECS24:

90）

《工程测量规范》

（GB50026-2007）

《建筑结构用钢板》

（GB/T19879-2005）

《低合金钢焊条》

（GB/T5118-1995）

《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》

（GB5293-1999）

《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》

（GB12470-2003）

第二章钢桥的设计与计算

2.1计算模型的建立

XXX地下结构暗挖施工部分，根据结构的设计与施工特点，需设计汽车行走钢桥通道用以车辆出入地下运输土方。

设计钢桥时，竖向支撑为钢管柱，并在柱间加X型斜撑（水平方向、竖向）增加桥体抗侧移刚度。

桥面板为钢梁（主梁、次梁）、檩条上铺钢板；梁、檩条采用工字钢，钢板取20mm厚。

结构形式如下图所示：

钢柱与斜撑实体模型

钢柱与斜撑、钢梁实体模型

钢柱与斜撑、钢梁、檩条实体模型

结构完整模型

2.2计算荷载

1）钢桥自重

由程序自动计算得出。

2）汽车运输荷载

运输土方的车辆空车重8t，满载重23t，考虑1.5倍的动力放大系数，分配到四个轮子，荷载为：

空车轮压

满载轮压

2）汽车刹车荷载

空车刹车荷载

满载刹车荷载

汽车水平投影图

轮压示意图

2.3荷载组合

1）计算位移用荷载组合

组合1：

1.0（钢桥自重+汽车运输荷载+刹车荷载）

2）计算强度用荷载组合

组合1：

1.35（钢桥自重）+1.4

0.7（汽车运输荷载+刹车荷载）

组合2：

1.2（钢桥自重）+1.4（汽车运输荷载+刹车荷载）

3）柱脚受力最不利情况

施加运输荷载时，当进出双方向的车辆（一侧为满载土方的车辆，另一侧为空车）布满汽车行走通道，柱脚受力最大。

汽车沿钢桥均匀分布，车辆之间预留1.5m的安全距离，如图7所示。

钢桥上汽车分布图

此时，每一个轮胎上的分力（9t或3t）沿轮胎与钢桥接触面传递到钢桥上，计算时简化为集中力。

如图8所示。

集中荷载作用于钢梁

3）梁受力最不利情况

垂直于汽车走向的梁（平行于Y轴），当满载的汽车车轮正好位于钢梁跨中时，钢梁处于受力最不利状态。

平行于汽车走向的梁（平行于X轴），当汽车运输荷载隔跨布置的时候，如下图所示，钢梁处于受力最不利状态。

如下图所示。

运输荷载隔跨布置

3）檩条受力最不利情况

单个轮胎9td的集中荷载作用于檩条上，轮压转化为线荷载为：

，如下图所示：

集中荷载作用于檩条图

3）钢板受力最不利情况

集中荷载作用于钢板上，汽车为双轮胎，单个轮胎宽0.2m，接触面长为0.3m，轮压集中力转化为面荷载为：

，如下图所示：

集中荷载作用于钢板图

2.4结构位移控制

本结构构件位移控制应满足钢结构设计规范要求，并且参照以往工程经验，钢桥横梁以及檩条的变形按照

控制。

2.5结构材料使用说明

除埋件采用Q235B级钢外，其余结构材料均为Q345B级钢。

具体构件规格参见施工图。

2.6结构设计计算

结构施工全过程整体计算分析采用通用有限元分析设计软件MIDAS/GENV7.3.0完成。

结构有限元计算实体模型

结构有限元计算线模型

2.6.1整体分析计算结果

1）位移结果

立柱变形结果：

根据下图所示计算结果，在荷载组合1作用下，结构支撑立柱产生最大侧向变形6.9mm，立柱最短分段长3210mm，6.9mm≤3210/200=16mm，满足立柱变形控制及规范要求。

立柱竖向变形很小，可忽略不计。

侧向位移计算结果（mm）

竖向位移计算结果（mm）

横梁变形结果：

根据下图所示计算结果，在荷载组合1作用下，变形最大发生在6m跨的梁，最大竖向变形14.59mm≤6000/200=30mm，最大侧向变形8.14mm≤6000/200=30mm，满足钢梁变形控制及规范要求。

侧向位移计算结果（mm）

竖向位移计算结果（mm）

2）强度计算结果

如下图所示，在荷载组合2、3作用下，钢桥结构最大应力为124N/mm2，小于310N/mm2，满足规范对结构强度控制要求。

荷载组合2应力计算结果（N/mm2）

荷载组合3应力计算结果（N/mm2）

3）稳定计算结果

应力比计算结果

如上图所示，在最不利荷载组合作用下，钢桥结构最大应力比为0.38≤1.0，满足规范对构件稳定控制要求。

2.6.2局部分析计算结果

1）钢梁

平行于汽车走向的梁（平行于X轴）

A、位移结果

根据下图所示计算结果，在荷载最不利分布，荷载组合1下，最大竖向变形12.24mm≤9000/200=45mm，最大侧向变形3.52mm≤9000/200=45mm，满足钢梁变形控制及规范要求。

侧向位移计算结果（mm）

竖向位移计算结果（mm）

B、强度计算结果

如下图所示，在荷载组合2、3作用下，钢梁最大应力为119.24N/mm2，小于310N/mm2，满足规范对结构强度控制要求。

荷载组合2应力计算结果（N/mm2）

荷载组合3应力计算结果（N/mm2）

C、稳定

应力比计算结果

如上图所示，在最不利荷载组合作用下，结构最大应力比为0.38≤1.0，满足规范对构件稳定控制要求。

2）檩条

A、位移结果

根据下图所示计算结果，在荷载组合1，荷载最不利分布下，檩条两端最大侧向变形差：

6.89-6.51=0.38mm≤500/200=7.5mm，檩条两端最大竖向变形差：

3.01-1.01=2mm≤500/200=7.5mm，满足檩条变形控制及规范要求。

侧向位移计算结果（mm）

竖向位移计算结果（mm）

B、强度计算结果

如下图所示，在荷载组合2、3作用下，檩条最大应力为138N/mm2，小于310N/mm2，满足规范对结构强度控制要求。

荷载组合2应力计算结果（N/mm2）

荷载组合3应力计算结果（N/mm2）

C、稳定

应力比计算结果

如上图所示，在最不利荷载组合作用下，结构最大应力比为0.45≤1.0，满足规范对构件稳定控制要求。

3）钢板

A、位移结果

根据下图所示计算结果，在荷载组合1，荷载最不利分布下，钢板短边两端最大侧向变形差：

.18-2.02=1.16mm，钢板短边两端最大竖向变形差：

25.51-18.55=6.96mm，满足钢板变形控制要求。

侧向位移计算结果（mm）

竖向位移计算结果（mm）

B、强度计算结果

如下图所示，在荷载组合2、3作用下，钢板最大应力为252.96N/mm2，小于310N/mm2，满足规范对结构强度控制要求。

荷载组合2应力计算结果（N/mm2）

荷载组合3应力计算结果（N/mm2）

C、稳定

应力比计算结果

如上图所示，当钢板作用最不利荷载组合作用下，结构最大应力比为0.55≤1.0，满足规范对构件稳定控制要求。

2.7结论

经过上述计算分析可知，本汽车行走钢桥的设计满足施工要求，安全可靠。

第三章便桥钢结构加工制作方案

3.1钢结构加工制造工艺流程

3.2技术准备工作

技术部认真研究业主提供的施工技术文件（设计施工图、设计规范、技术要求等资料），并邀请设计院对工厂进行设计技术交底，经技术部门消化理解后，编制《制造工艺方案》、《制造验收要求》、完成施工图转换、焊接工艺评定、火焰切割工艺评定、涂装工艺评定、工艺文件编制、工装设计和质量计划编制等技术准备工作。

技术准备主要包括以下内容，如下图所示：

工厂制造用的施工图设计按对原设计图纸及相关的技术文件资料，将整个主体结构分解成各个单独的杆件和单元件，分别进行绘制，并全部采用计算机完成，施工图设计主要包括以下内容：

节点拼装总图、节点拼装顺序图、杆件图、节点图及材料明细表等。

施工图设计程序如下：

深化设计流程图

3.3钢材的前期加工

3.3.1钢板的预处理工艺

采用专用钢板预处理生产线对钢板进行除锈，喷车间底漆和烘干，保证钢材的除锈质量达到Sa2.5级，其工艺流程按自动冲砂→自动除尘→自动喷漆→自动烘干的流程进行。

3.3.2NC切割工艺

切割质量的好坏，直接影响到后道工序——装配组立、焊接的质量，尤其是厚板的大坡口切割，对焊接的影响很大。

过去传统的切割方法是采用普通火焰切割＋机械铣边（刨边）。

普通火焰切割，由于乙炔气体焦距火焰温度高达3200℃，在切割厚板时，钢板的上缘易熔塌，下缘易挂渣，同时割咀小，切割端面呈锯齿状，为保证切割端面的平面度、光洁度，需增加一道机械铣边的工序，机械铣边硬性冲击的切削，对钢板的端面易产生微裂纹，这对焊接会留下隐患。

为了保证厚板切割质量，采用精密切割方法：

选用高纯度98.0％以上的丙稀气体＋99.99％的液氧气体，使用大于4＃～9＃的割咀，切割火焰的焦距温度达2900℃，这样的切割工艺，使60mm-120mm厚板的坡口、端面光滑、平直、无缺口、无挂渣，对钢板的表面硬度深度影响降低至0.2mm（普通火焰切割表面硬度深度≥0.5mm）。

为降低及消除切割对钢板的金相组织的影响，本公司采用在切割后，由切割操作工对每条切割的端面，用电动砂轮打磨机进行打磨，再经过钢板矫平机的滚压，基本消除了切割对钢板强度的应力影响。

3.4典型构件的加工制作工艺

3.4.1卷制钢管制管成型工艺方案

1）卷制钢管的制管成型工艺流程

2）卷制钢管的制管成型工艺和方法

3）钢柱上下端面的加工

A、端面机加工的目的

为控制节点的组装精度以及保证节点现场安装的精度，特别是钢柱分段间的对接焊缝的间隙要求,所以钢柱上下端面宜进行端面机加工，将构件的制作误差控制在最小范围内，保证整个结构的安装精度，同时可以加快现场钢结构的安装进度。

B、钢柱端面机加工方法

钢柱端面机加工采用机械动力装置进行端面铣加工，通过对钢柱的端面机加工，使钢柱两端面保证平行且与钢柱轴心线相互垂直，端面加工如下图所示。

钢管端面机加工示意图

4）钢管表面处理工艺

由于本工程钢管为外露结构，对外露焊缝的成型应有良好的外观质量，应作磨光处理。

钢管表面焊缝的具体处理工艺是采用直接打磨的方法，采用专用砂带机进行焊缝的打磨，打磨时沿着焊缝的受力方向进行均匀渐进式打磨，直至打磨至满足本工程质量验收要求的标准。

3.4.2热轧H型钢加工工艺

1）轧制H型钢梁的制作加工流程

轧制H型钢梁的制作加工流程

2）轧制H型钢梁的制作要领

A、型钢加工流水线测量精度必须与校验过的尺寸相一致。

B、根据排板图，对H型钢进行外观检查。

C、对图纸上有起拱要求的钢梁，用火工进行起拱，达到图纸要求。

D、H型钢加工流水线上进行切割、钻孔和锁口以及通孔。

E、对加工好的H型钢进行检查。

F、对H型钢梁面端部采用手工方法或半自动切割的方法进行开坡口和缺口，对表面不良处进行打磨。

G、对梁面端部采用喷丸方法进行磨擦面处理，达到图纸要求。

H、对于中部有连接件/支撑的H型钢梁，以加工好的加工面为基准，划线并装焊连接件/支撑。

I、基准的选择

高度方向：

对于梁的上表面

长度方向：

中心线

宽度方向：

中心线

J、对H型钢进行除锈、涂装，但梁上表面、摩擦面和坡口不进行涂装。

现场焊接坡口处涂坡口漆。

K、梁上两端钻孔应平行并且与水平线垂直。

3.5焊接工艺

3.5.1焊接设备、材料及焊接参数

1）焊接设备

下列焊接设备适用于本工程的焊接工作

焊接方法

焊接设备

电流和极性

单弧或多弧

手工或机械

埋弧焊

MZ-1-1000

直流反接

单弧

自动

手工焊条电弧焊

ZX-500

直流反接

单弧

手工

CO2气体保护焊

CPX-350

直流反接

单弧

半自动

2）焊接材料

A、焊接材料的选择

焊接

方法

母材

牌号

焊丝或焊

条牌号

焊剂或

气体

适用的场所

埋弧焊

Q345B

H10Mn2

HJ431

对接；角接

手工焊

Q345B

Q235b

SH·J507

SH·J427

定位焊；对接；角接

气保焊

Q345B

TWE-711

CO2（99.99%）

定位焊；对接；角接

B、材料的烘焙和储存

焊接材料在使用前应按材料说明规定的温度和时间要求进行烘焙和储存；如材料说明要求不详，则按下表要求执行：

焊条或焊剂

名称

焊条药皮或

焊剂类型

使用前烘焙

条件

使用前存放

条件

焊条：

J507

J427

低氢型

330-370℃：

1小时

120℃

焊剂：

SJ101

烧结型

300-350℃：

2小时

120℃

3）焊接工艺参数

A、工厂制作焊接参数

焊接方法

焊材牌号

焊接位置

焊条（焊丝）

直径（mm）

焊接条件

焊接电流（A）

焊接电压（V）

焊接速度（cm/min）

手工焊

条电弧

焊

SH.J507

SH.J427

平焊和

横焊

Φ3.2

90－130

22－24

8－12

Φ4.0

130－180

23－25

10－18

Φ5.0

180－230

24－26

12－20

立焊

Φ3.2

80－110

22－26

5－8

Φ4.0

120－150

24－26

6－10

CO2气体

保护焊

TWE-711

平焊和

横焊

Φ1.2

260－320

28－34

35－45

埋弧自

动焊

H10Mn2

HJ431

平焊Φ4.8平焊角焊

单层单道焊多层

单道焊角焊缝

570－660

30－35

35－50

550－660

35－50

30－35

550－660

30－35

35－50

B、预热和层间温度

焊前，母材的最小预热温度和层间温度应按下表要求执行；

母材牌号

母材厚度

t≤20mm

20

36

>60mm

Q345B、Q345GJB

不要求

≥10℃

≥100℃

≥150℃

接头的预热温度应不小于上表规定的温度，层间温度不得大于230℃。

接头预热温度的选择以较厚板为基准，应注意保证厚板侧的预热温度，严格控制薄板侧的层间温度。

预热时，焊接部位的表面用火焰或电加热均匀加热，加热区域为被焊接头中较厚板的两倍板厚范围，但不得小于100mm区域。

预热和层间温度的测量应采用测温表或测温笔进行测量。

当环境温度（或母材表面温度）低于0℃（当板厚大于30mm时为5℃），不需预热的焊接接头应将接头的区域的母材预热至大于21℃，焊接期间应保持上表规定的最低预热温度以上。

3.5.2焊接环境

当焊接处于下述情况时，不应进行焊接：

1）室温低于-18℃时。

2）被焊接面处于潮湿状态，或暴露在雨、雪和高风速条件下。

3）采用手工电弧焊作业（风力大于5m/s）和CO2气保护焊（风力大于2m/s）作业时，未设置防风棚或没有措施的部位前情况下。

4）焊接操作人员处于恶劣条件下时。

3.5.3焊缝清理及处理

1）多层和多道焊时，在焊接过程中应严格清除焊道或焊层间的焊渣、夹渣、氧化物等，可采用砂轮、凿子及钢丝刷等工具进行清理。

2）从接头的两侧进行焊接完全焊透的对接焊缝时，在反面开始焊接之前，应采用适当的方法（如碳刨、凿子等）清理根部至正面完整焊缝金属为止，清理部分的深度不得大于该部分的宽度。

3）每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不应超过焊道表面的宽度。

4）同一焊缝应连续施焊，一次完成；不能一次完成的焊缝应注意焊后的缓冷和重新焊接前的预热。

5）加筋板、连接板的端部焊接应采用不间断围角焊，引弧和熄弧点位置应距端部大于100mm，弧坑应填满。

6）焊接过程中，尽可能采用平焊位置或船形位置进行焊接。

3.5.4焊后处理

1）焊缝焊接完成后，清理焊缝表面的熔渣和金属飞溅物，焊工自行检查焊缝的外观质量；如不符合要求，应焊补或打磨，修补后的焊缝应光滑圆顺，不影响原焊缝的外观质量要求。

2）对于重要构件或重要节点焊缝，焊工自行检查焊缝外观合格后，在焊缝附近打上焊工的钢印。

3）外露钢构件对接接头，应磨平焊缝余高，达到被焊材料同样的光洁度。

3.6焊缝质量要求

3.6.1焊缝外观质量

焊缝外观质量表

序号

检查内容

图例

容许公差

1

对接焊焊缝

加强高（C）

b<20；

一级0.5≤C≤2.0mm

二级0.5≤C≤2.5mm

三级0.5≤C≤3.5mm

b≥20；

一级0.5≤C≤3.0mm

二级0.5≤C≤3.5mm

三级0≤C≤3.5mm

2

贴角焊缝焊脚尺寸（hf+△h）和

焊缝余高（C）

hf≤6

0≤△h≤1.5mm

0≤C≤1.5mm

hf>6

0≤△h≤3.0mm

0≤C≤3.0mm

3

T接坡口焊缝

加强高（△S）

△S=t/4，但≯10mm

4

焊缝咬边

（e）

一级焊缝：

不允许

二级焊缝

≯0.5mm深度的咬边，累积总长度不得超过焊缝长度的10%。

三级焊缝：

≯0.5mm深度的咬边，累积总长度不得超过焊缝长度的20%。

5

表面裂缝

不允许

6

表面气孔及

密集气孔

一级和二级焊缝：

不允许

三级焊缝：

直径≤1.0mm的气孔在100mm范围内不超过5个

7

焊缝错边

一级和二级焊缝：

d<0.1t但≯2.0mm

三级焊缝：

d<0.15t但≯3.0mm

8

焊缝过溢

（θ）

所有焊缝

θ>900

9

表面焊接飞溅

所有焊缝：

不允许

10

电弧擦伤，焊瘤，表面夹渣

所有焊缝：

不允许

3.6.2焊缝无损检测要求

1）焊缝质量等级分类

钢板、型钢对接焊缝、拼装节点中受拉构件的全熔透焊缝、所有钢管对接焊缝、相贯线全熔透焊缝为I级焊缝，未注明的焊缝为II级焊缝，构造角焊缝为III级焊缝。

2）超声波探伤范围比例（UT）

I级焊缝100%

II级焊缝20%

III级焊缝外观检查

3.7防腐涂装工艺

3.7.1涂装方案及工序

1）涂料配套方案设计

富锌底漆干膜厚30μm

2）工厂除锈工艺

所有构件的表面除锈均在工厂进行,全部进行二次冲砂处理，其中管材采用钢管抛丸机进行除锈处理,轧制H型钢采用H型钢抛丸机进行除锈，钢板全部采用钢板预处理线进行除锈，并涂装车间底漆。

构件全部采用整体抛丸除锈处理,采用70％钢丸+30％菱角砂进行整体冲砂.除锈后应进行吹灰除尘处理，确保构件涂装表面清洁，除锈达到Sa2.5级,粗糙度达到30-75µm。

3）涂装工艺设计

A、涂装工艺的总体安排是：

在工厂涂好底漆，运到现场，待分段吊装焊接后修补和涂刷损坏处的油漆。

B、钢构件防腐施工过程控制要点

钢构件防腐施工过程控制简表一

工序名称

工艺参数

质量要求

检测标准及仪器

前

处

理

表面清理

1、清理焊渣、飞溅附着物

2、清洗金属表面至无可见油脂及杂物

目测

焊缝棱边

打磨

焊缝打磨光滑

平整、无焊渣

棱边倒角R=1-3mm

目测

抛丸喷砂

工作环境湿度：

＜80%；

钢板表面温度高于露点3℃以上

1、GB/T13288-91Sa2.5级

2、粗糙度30-75µm

3、表面清洁、无尘

1检验标准：

GB/T13288-91

2、测试仪器：

表面粗糙度测试仪或比较板

无机富锌

高压无气喷涂、压力比33：

1

喷枪距离300-500mm

环境温度：

＜80%

钢板表面温度高于露点3℃以上

1、外观：

平整、光滑

2、厚度：

60µm

（湿膜厚度：

80µm）

1检验标准：

GB1764-89

2、测试仪器：

温湿度测试仪、湿膜测厚仪、涂层测厚仪、

保护

受力部分有专门保护

其它部分有适当遮蔽

目测

构件组焊

及清理

1、焊缝平整、光滑、无焊渣、毛刺

2、露底部分除锈达ST3级

3、表面清洁、无尘

GB/T13288-91

钢构件防腐施工过程控制简表二

工序名称

工艺参数

质量要求

检测标准及仪器

补涂

无机富锌底漆

1高压无气喷涂、压力比33：

1或刷涂

2、喷枪距离300-500mm

3、环境温度：

＜80%

4、温度高于露点3℃以上

1、外观：

平整、光滑

2、厚度：

60µm

（湿膜厚度：

80µm）

1、检验标准：

GB1764-89

2、测试仪器：

温湿度测试仪、湿膜测厚仪、涂层测厚仪

保护

受力部分有专门保护

其它部分有适当遮蔽

目测

结构件

吊装焊接及清理

1、焊缝平整、光滑、无焊渣、毛刺

2、露底部分除锈达ST3级

3、表面清洁、无尘

GB/T13288-91

3.7.2构件涂装防腐方案

1）技术数据

A、喷砂除锈：

Sa2.5级；手工打磨ST3级

B、表面粗糙度Rz40～75μm；

C、施工的环境：

温度10-30℃，相对湿度30-80%；

2）钢材表面处理的操作方法及技术要求

对钢材表面喷砂除锈，除锈质量的好坏是整个涂装质量的关键。

黑色金属表面一般都存在氧化皮和铁锈，在涂装之前必须将它们除尽，不然会严重影响涂层的附着力使用寿命，造成经济