大跨度高截面厚波纹腹板h型钢梁制作安装施工工法

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1、大跨度高截面厚波纹腹板H 型钢梁制作安装施工工法 烟建集团有限公司 浙江中隧桥波形钢腹板有限公司 1. 前言 波纹腹板 H 型钢梁与传统的平腹板 H 型钢梁相比，由于增加了腹板的局部稳定性，突 破了传统腹板标规高厚比的限制，具有既满足功能又节重增效的优势，进一步降低了钢结 构建筑的造价。因此，在大跨度桥梁工程中已得到了应用。 近年来，烟建集团有限公司和浙江中隧桥波形钢腹板有限公司等合作在烟台新建潮水 机场航站楼屋盖钢结构等大型公共建筑钢结构工程中开始推广应用大跨度高截面厚波纹腹 板 H 型钢梁，通过开展技术创新，完成了相应的制作安装施工工法，并形成了“折弯与模 压混合式波形钢腹板成型装置”（专

2、利号：ZL200910154108.5）国家发明专利和“波形钢腹 板钢柱钢梁结构及专用焊接装置”（专利号：ZL201020301060.4）国家实用新型专利。工法 经山东省建筑工程管理局组织鉴定，认为工艺新颖，技术先进，关键技术和设备达到国内 领先水平，填补了大型建筑工程应用波形腹板 H 型钢梁的空白，具有非常明显的经济和社 会效益，并具有广泛的推广应用前景。 2. 工法特点 2.1 本工法突破了普通波纹腹板 H 型钢成型及焊接设备只能加工截面高度 1m 以内， 腹板厚度 5mm 以内的构件且腹板波形较少的局限性，能够制作的钢梁腹板波形可调、截 面高度可大于 3.5m、腹板厚度大于 14mm。

3、 2.2 本工法采用的波纹腹板无牵制模压成型技术，比采用普通的模压法和冲压法成型， 具有成型后腹板无残余应力、模压回弹值易控制、成型精度高和加工速度快的优点。 2.3 本工法的应用，可以为今后在大型民用建筑结构设计中采用波纹腹板 H 型钢梁结 构形式提供实质性的施工技术支持，提高波纹腹板 H 型钢梁结构的可行性，使波纹腹板 H 型钢在大型民用建筑中得到更广泛的应用。 3.适用范围 本工法主要适用于机场、车站、展览馆、会议厅等大型公共建筑的大跨度、截面高度 超过 1m，腹板厚度超过 5mm 特别是 10mm 以上的波纹腹板楼面、屋面 H 型钢梁的加工制 作和安装。 4.工艺原理 4.1 厚度小于

4、或等于 20mm 的钢板采用数控等离子水下切割，钢板厚度大于 20mm 的 采用数控火焰切割，厚度小于 10mm 且剪切后的边缘需再加工的钢板采用机械剪切，手工 切割仅适用于次要零件且切割后的边缘需再加工的钢板。 4.2 波纹腹板采用大型无牵制模压机进行模压冷弯加工，在同一横断面上同时不超过 两个受压牵制区，且模压时两侧钢板不受牵制，可自由伸缩。 4.3 波形钢腹板之间的连接方式，制作时选择以工厂焊接为主，减少现场焊接和涂层 修复作业量的连接方式。波形钢腹板波段之间纵向连接采用等强对接焊接；波形钢腹板为 接高而进行的工厂水平连接采用等强对接焊接。 4.4 通过先进的有限元软件对施工过程进行分析

5、，对整个结构安装及卸载过程中受力及变形状态进行计算机仿真分析。找出各阶段钢梁的变形值，然后在深化设计阶段即对整 个结构实行预变形处理，实现结构卸载后的形态到位。 5.施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程 施工准备钢板切割下料钢板精裁、开坡口波纹腹板模压成型波纹腹板拼接焊 接波纹腹板H 型钢梁组立波纹腹板H 型钢梁焊接上标准钢平台整形 焊接成型中检 精磨、钻孔工厂内预拼装抛丸除锈防腐油漆涂装构件包装构件运输工地现 场拼装吊装用临时支撑架搭设构件吊装高强度螺栓施工安装焊接支撑架卸载 现场底漆中间漆找补、面漆涂装防火涂料涂装成品保护。 5.2 操作要点5.2.1 施工准备 1. 施工前熟悉设

6、计图纸，制定各工序作业指导书，对所有操作人员进行交底，明确 设计意图和要求。 2. 用 Midas 有限元程序分析施工过程中受力及变形状态。 3. 用 Tekla 软件建立结构三维模型，进行施工图纸细化和加工图设计。 4. 在钢梁制作和安装前，按建筑钢结构焊接技术规程 （JGJ81-2002）的规定进行 焊接工艺评定，并根据评定报告确定焊接工艺参数。 5.2.2 钢板切割下料 1. 钢板矫平 钢板下料前应对所使用材料材质、规格、厚度进行确认并矫平处理。矫平采用WC43- 100x2200mm型钢板矫平机进行（如图 5.2.2-1所示） ，矫平后的钢板能保证板件下料的精 度，同时也能有效的降低板

7、件的轧制应力。图 5.2.21 钢板矫平 5.2.22 数控等离子水下切割 2. 钢板切割下料 1）切割前应清除母材表面的油污、铁锈和潮气，切割后表面应光滑无裂纹，在切割过 程中考虑割缝补偿。 2）为保证下料精度、消除切割变形和应力，厚度小于或等于 20mm 的钢板采用数控 等离子水下切割（如图 5.2.22所示） 。 3）钢板厚度大于 20mm 的采用数控火焰切割。大跨度波纹腹板钢梁翼缘板厚度达 80mm，甚至更大，厚板切割操作工艺要点如下： 保证向气割区供给足够的氧气，所需切割氧流量 Q 可按下式估算； Q=0.090.14t (t 为板厚) 切割氧压力（割炬进口处压力）要调节适当，保证能

8、及时把氧化铁吹排出去。压力范围 0.91.3MPa，宜高不宜过低，否则后拖量较大，出现割不透的现象； 一旦切割开始，在切割过程中必须连续切割，严禁中途因氧气或燃气用尽而使切 割中断； 切割应采用等压式割嘴或外混式割嘴。 5.2.3 钢板精裁、开坡口 1. 各规格的翼缘板、腹板、劲板、连接板等，根据焊接工艺和现场安装时的要求， 采用数控等离子开设所需坡口。 2. 厚板切割下料后，去除切割淬硬层。有利于厚板的 Z 向性能保证和防止厚板层状 撕裂。 5.2.4 波纹腹板模压成型 1. 采用 2800吨大型无牵制模压机组压制波纹钢腹板（如图 5.2.41所示） 。图 5.2.41 2800吨大型无牵制

9、模压机组 图 5.2.42 无牵制模压法示意 图 2. 波纹腹板成型采用无牵制模压法，在同一横断面上同时不超过两个受压牵制区， 且模压时两侧钢板不受牵制，可自由伸缩（如图 5.2.42所示） 。 3. 压制之前必须对钢板进行准确的定位与固定，确保压制后波纹钢板与设计要求一 致。事先进行工艺优化，减少钢板残余应力。 4. 压制过程中，注意钢板的压制方向与定位，确保坡口方向与工艺要求一致。 5. 压制过程中，必须考虑到后续工艺的加工余量与焊接变形，并考虑到弯曲变形的 回弹。折弯半径按设计图要求，折弯半径宜大于 15倍腹板厚。 6. 压制成型的波纹钢腹板不应有冷弯裂纹、趋势性断裂、浪边、角部裂纹、角

10、部褶 皱、纵向弯曲、扭曲等缺陷。 7. 波纹腹板的起吊、搬运和堆放过程中，应注意保持其形状尺寸。 5.2.5 波纹腹板拼接焊接 波纹腹板模压成型后按腹板竖直方向进行拼接焊接，焊接采用埋弧焊，焊缝质量达到 全熔透一级焊缝质量要求。 5.2.6 波纹腹板H 型钢梁组立、焊接 1. 组立在专门的胎架上进行，先进行纵向卧式胎架的搭设，胎架的刚度大于梁的刚 度，胎架水平度控制在 2mm 以内并检查合格后方可使用（如图 5.2.61所示） 。图 5.2.61 组装胎架示意图 2. 胎架搭设 1）组装胎架：在较平整的水泥地面上铺设钢板，一侧弹出一条纵向直线，并根据直线 每间隔 2500mm 竖直放置一根 1

11、2#槽钢，垂直于平面外侧加一支斜撑，距竖直槽钢 150mm 放置一根 500mm 截面的 H 型钢，另一支 H 型钢视梁大小确定。另一侧竖直槽钢要考虑到 顶翼缘板用千斤顶的尺寸。 2）焊接胎架：为采用 14#槽钢搭设，两边 45角的胎架，组立完的 H 型波纹腹板梁放 入该胎架内进行焊接（如图 5.2.62所示） 。图 5.2.62 焊接胎架示意图 图 5.2.63 上翼缘板固定 3. 组立方法与步骤 1）根据组装图在钢平台上画地样。 2）在先组立的胎架内吊入上翼缘板，并用竖直槽钢垂直定位点焊牢固，以防侧翻伤人。 点焊采用 50*50*10钢板与槽钢点焊（如图 5.2.63所示） 。3）将已拼接

12、成型的波纹腹板吊入胎架内定位，并与上翼缘板进行定位（如图 5.2.64 所示） 。 4）吊入另一侧的下翼缘板，并与腹板进行定位，下翼缘板外侧采用千斤顶顶紧并与腹 板吻合，可用 34只千斤顶同时顶紧，在腹板上面采用配重压制及千斤顶顶紧即可（如图 5.2.65所示） 。当全部点焊完毕后将该波纹腹板钢梁吊入焊接胎架内进行焊接。 图 5.2.64 波纹腹板与上翼缘板定位5.2.65 下翼缘板与波纹腹板的组立 4. 焊接 1）除节段与节段等必需的现场焊接之外，所有焊接作业应采用工厂焊接，每个施工节 段的波纹腹板梁应在工厂内整体制作，工厂焊接宜采用全自动或半自动装备焊接。 2）波纹腹板 H 型钢梁的焊接，

13、包含连接件的焊接和节段之间的焊接。所有焊接均应 在施焊之前进行焊接工艺检验及评定。 3）波纹腹板接高焊接应按照一级焊缝标准执行，与剪力平行方向的焊接和其他焊接按 照二级焊缝标准要求执行，尚需满足设计要求。 4）正式焊接前，应进行与实际条件相似的焊接实验，并按经评定的焊接工艺指导书， 采用适宜的焊接时间、电流和相关工艺参数。 5）波纹腹板与上下翼缘板间的焊接，宜采用全熔透焊。 5.2.7 波纹腹板 H 型钢梁整形控制 1. 成形后的波纹腹板 H 型钢梁需采用专用的标准钢平台、工装设备进行整形，以满足 波纹腹板的尺寸和整体结构要求，波纹腹板和相关连接件，采用机械整形矫正，不得采用 锤击等其他人工方

14、法。 2. 钢梁矫正一般采用冷矫，冷矫正时环境温度不得低于-12 ，矫正后的钢材表面不得 有超过标准要求的凹痕和其他损伤。 3. 个别部位确需采用热矫时，热矫温度应控制在 600800，严禁过烧。矫正后零件 温度应缓慢冷却，降至室温以前，不得锤击钢材工件或用水急冷。 4. 钢梁整形后尺寸允许偏差应符合设计和钢结构验收规范要求。 5.2.8 预拼装 1. 钢梁预拼装应按设计文件和现行国家标准钢结构工程施工质量验收规范的有关 规定进行验收。 2. 预拼装场地应平整、坚实；预拼装所用的临时支撑架或平台应经测量准确定位，预 拼装所用的临时支撑结构应进行结构安全计算。 3、钢梁预拼装应按设计图的控制尺寸

15、定位，对有预起拱、焊接收缩等的构件，应按预 起拱值或收缩量的大小对尺寸定位进行调整。 5.2.9 抛丸除锈及涂装 1. 涂装前采用抛丸工艺，对波纹腹板梁表面进行二次除锈，将表面氧化皮和铁锈以及 其他杂物清除干净，油污脱脂采用化学分解去除，不建议采用灼烧法。 2. 抛丸处理达标后 4h内应进行涂装作业，否则应再次进行前处理。 3. 涂装前，制作两块 300mm*150mm*6mm 的薄板，焊成 300mm*300mm*6mm 的板， 用与钢梁相同的涂料和喷涂方法，做成喷漆样板，经检查确认平板区和焊缝区各项检验指 标均合格后，方可进行喷涂作业。4. 除现场修复及最后整体面漆可在现场作业外，其余涂装

16、均在工厂内进行。涂装时的 环境温度宜在 530之间，相对湿度不应大于 80%。不得在雨天、有扬尘、蚊虫多、钢 材表面有潮气、结露、涂装后表面易产生气泡时涂装；涂装后 4h内应加以保护，免受雨淋。 5. 底层涂装宜配置高附着力的具备屏蔽或阴极保护功能的涂层体系，主要有铝和锌防 腐系列、富锌系列等；中层防护宜配置具备屏蔽封孔功能的涂层体系，主要有环氧云铁、 环氧厚浆漆等；面层防护宜配置具备耐候及防化学腐蚀功能的涂层体系，主要有聚氨酯类、 氟碳类等。应采用高压无气喷涂方式。面层液态涂料宜分成两层，一层在工厂涂装，最后 一层安装修复后整体涂装。 5.2.10 工地现场拼装及吊装用临时支撑架搭设 1. 受构件尺寸及重量等运输条件的限制，大跨度波纹腹板 H 型钢梁一般需车间加工成 18m 以内单元段，运到工地后