**高速公路第十二合同段墩柱劲性骨架施工方案一、工程概况**高速公路第十二合同段起止里程：K45+700～K48+700,路线长度为3.09Km，主要包括路基土方2.5万m3，石方27.1万m3；桥梁2361m/5座；防护、排水圬工0.9657万m3。

本合同跨越永顺县的青坪和石堤两个镇，线路位置地形险峻，地势陡峭，地质复杂。

本合同以中低山为主，局部地段几乎直立，区内流水侵蚀作用明显，地表切割强烈，侵蚀地貌发育。

三角岩大桥及张家洞大桥作为本合同段控制性工程，施工难度较大，为满足施工及结构受力要求，保证外观质量，薄壁空心墩内加设劲性骨架，由L100×100×8角钢以及2cm钢板相互焊接拼装组成，设计用钢量每方混凝土58.4Kg,共计用角钢约1931.76t。

每2m为一节段，采用吊装，现场焊接而成。

二、施工质量要求1、劲性骨架施工质量要求:骨架角钢下料长度、结构尺寸满足设计要求；2、角钢与角钢节点板之间，应加焊侧面焊缝和端焊缝1—3层，焊缝应饱满。

3、从接缝处垫板引弧后应连续施焊，并应使钢筋端部熔合，防止未焊透、有气孔或夹渣。

4、可停焊清渣一次，焊平后，再进行焊接余高的焊接，其高度应不大于3m。

5、焊缝表面不应有缺陷及削弱现象，焊接时以节点板为辅材，不得伤害角钢，在节点板处角钢中心线位移不大于钢板厚度。

6、材料尺寸：角钢100mm×100mm×8mm。

三、施工工艺及技术措施：（1）施工焊接措施方案分析根据实践经验可得，应用等边角钢焊接劲性骨架时采用搭接和对接方式焊接与三面围焊对比有以下弊端：（见附件二、图）搭接长度不够，无法保证连接强度；焊接长度不够，在无法保证连接强度的同时还会因为焊缝集中在一很短距离内而引起焊件的应力集中也较大；焊缝长度过小时焊件局部加热严重，焊缝起落弧缺陷相距太近，加上可能有其他缺陷（气孔、夹杂等），对焊缝的影响必然较为敏感，使焊缝可靠性降低；1)劲性骨架中，在节点处（几根角钢对接、搭接的地方）最少有四个方向、最多有八个方向的角钢搭接和对接在一起，这样会引起以下的弊端：（1）、在只有短短100mm的角钢边上搭接、对接这么多角钢位置不够。

（2）、竖向、横向角钢对接处只能采用对接焊缝，然而要保证对接焊缝的质量，就会对母材造成损害，降低角钢的承载能力。

（3）、节点处的竖钢、横钢、斜钢搭接、对接不在同一平面内，受力就不在同一平面，这样，对焊缝、角钢的受力很不利，大大减小劲性骨架在节点处的承载力。

（4）由于节点处搭接、对接位置不够，在施工中会随意改变其在节点处的焊接位置，这样不仅使角钢在节点处的焊接混乱、对母材的损伤面积增多、角钢的长度也随情况而改变，更重要的是角钢受力在节点处不能相互抵消而使角钢所受轴力、剪力力增大（并在节点处增加了弯矩），对结构的受力不利。

（5）不能成批、规范的加工。

为了消除和减小以上弊端带来的不利，特对劲性骨架节点处的连接方式进行了改进，在劲性骨架的节点处采用节点板来连接各方向的构件，构件端部与节点板的连接焊缝采用三面围焊，如图（三角围焊示意图），围焊中有端面直角焊缝和侧面直角焊缝，端焊缝的静力强度较高，刚度较大而侧面角焊缝静力强度较低但塑性较好，所以三面围焊时，构件强度大，破坏时较两面侧焊为突然，且塑性变形较小。

对于构件来说，三面围焊使构件截面中的应力较为均匀，与两面侧焊相比，焊缝附近的构件主体金属疲劳强度较高。

焊缝称为正面角焊缝（亦称端焊缝）；焊缝长度方向平行于力作用方向的焊缝称为正面角焊缝（亦称端焊缝）。

并且都采用直角焊缝。

在直接荷载正面角焊缝截面形式常采用坦式、侧面角焊缝截面形式常hh采用凹面式。

如下图所示：焊缝尺寸：（1）、最小焊角尺寸：如果板件厚度较大而焊缝过小，则施焊时焊缝冷却速度过快而产生淬硬组织，易使焊缝附近主体金属产生裂纹。

这种现象在低合金高强度钢中尤为严重。

据此并参考国内外资料，规定：f h ≥f h ≥5mm 。

（公式中，t 为较厚板件的厚度，单位mm ，计算时小数点以后均进为1）（2）、最大焊角尺寸：角焊缝的焊角尺寸不能过大，否则易使母材形成“过烧”现象，而且使构件产生较大的焊接残余变形和残余应力。

所以规定：f min 1.2t h ≥，min t为较薄焊件的厚度。

本例中f h ≤9.6mm 。

综上上可取f h =8mm 。

（3）、侧面角焊缝的最小长度：侧面角焊缝的焊角尺寸过大而长度过小时，焊件局部加热严重，焊缝起落弧缺陷相距太近，加上可能有其他缺陷（气孔、夹杂等），对焊缝的影响必然较为敏感，使焊缝可靠性降低；另外，焊缝集中在一很短的距离内，焊件的应力集中也较大。

此外，产生偏心弯矩，如果焊缝长度过小，偏心弯矩影响就较大，使焊缝承载能力降低。

所以规范规定侧面角焊缝的计算长度不得小于8f h 和40mm 。

本例中f l ≥64mm 。

（4）、侧面角焊缝的最大计算长度：侧面角焊缝在弹性阶段沿长度方向受力不均匀，两端大而中间小， 如左图所示。

故一般规定侧面角焊缝的计算长度f f 60l h ≤。

本例中f l ≤480mm 。

焊缝受力计算及分析：承受轴心力的角钢角焊缝计算，在钢桁架中，弦杆、腹杆承受中心拉力和压力，这些杆件常常采用角钢组成，在节点处角钢腹杆与节点板的连接焊缝一般采用两面侧焊，也可采用三面围焊，腹杆受轴心力作用，为避免焊缝偏心受力，焊缝所传递的合力作用线应与角钢件的轴心重合，此时应注意，由于截面形心到角钢肢背和肢尖的距离不等，肢背焊缝和肢尖焊缝的受力是不相等的：肢背处受力大而侧面角焊缝的应力分布肢尖处受力小，可用内力分配系数量化。

查规范可得：对于等肢角钢而言内力分配系数为肢背10.7k =，肢尖20.3k =。

如右图所示。

本设计中，根据角钢的极限抗拉和角钢尺寸先选用厚度为20mm 的钢板作为节点板，计算中将角钢的极限抗拉、抗压、抗弯强度作为角钢所受的最大轴心力来设计焊缝的长度（本例中由附表一----设计用钢材强度值可知N=215N/mm 2×1536mm 2=330240N,A=1536mm 2为角钢截面积）。

对于三面围焊,可先计算正面角焊缝所分担的轴心力3N 。

式中： f h —焊角尺寸；本例中f h =8mm 。

f β—正面角焊缝的强度增大系数（对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构f β=1.22）；w f f —角焊缝抗拉、抗剪、抗压强度设计值；有附表可查得：w f f =160N/mm 2w3l —端角焊缝的计算长度；本例中为角钢的直角边长，w3l =100mm 。

从而可得：w 3f f f w30.7N h f l β=∑=0.7×8×1.22×160×100=109312N.对于等肢角钢而言内力分配系数为肢背10.7k =，肢尖20.3k =。

再通过平衡关系可解得：332111233112122222N N e N N k N e e N N e N N k N e e ⎧=-=-⎪+⎪⎨⎪=-=-⎪+⎩解得：N 1=176512N ； N 2=44416N ； w w f f e wf N N f f h l τ⊥-=≤∑2 （=160N/mm ） N ⊥=3N ； 由上式可得侧焊缝的长度：w l ≥245mm 。

但对于三面围焊，由于在杆件端部转角处必须连续施焊，因而侧面角焊缝实际长度等于计算长度加f h ，在加上焊缝质量有时有缺陷，从而由实践经验可得，两边侧焊缝施焊150mm 的角焊缝，即总的侧焊缝长度w l =300mm ≥245mm 。

抗剪验算：角钢：抗剪强度设计值V f 由附表一可查的V f =125 N/mm 2, 角钢截面积为A=1536mm 2，w 3f f f w30.7N h f l β=∑从而得：G V N =125N/mm 2×1536mm 2=192000N 。

三围角焊缝：抗剪强度设计值w f f 2=160N/mm ，e h =0.7f h =5.6mm ，l =360 mm 。

从而可得：H V N =160 N/mm 2×5.6mm ×360mm=322560N ＞G V N (满足要求)节点处角钢焊接的布置：1、两角钢之间的最小净距离为16～24mm （二倍焊角尺寸～三倍焊角尺寸）。

2、腹杆各个方向的角钢中心线（轴力线）汇交与一点，汇交点可以与主力杆中心线偏离一定距离。

3、竖向角钢节点处连接两面角钢时，节点板有一处超出肢背长度为节点板厚度，本设计中为了将两块厚20mm的节点板对接处焊透，节点板超出角钢肢背长度为0mm 或15mm 。

由以上角钢尺寸、角焊缝尺寸、节点处角钢焊接布置要求可得不同节点板的用料（长×宽＋切角）。

1、550mm ×550mm （每个空心薄壁墩每2米2个）2、550mm ×330mm （每个空心薄壁墩2米8个）3、400mm ×400mm （每个空心薄壁墩每2米6个）4、330mm ×330mm （每个空心薄壁墩8个）5、600mm ×330mm （每个空心薄壁墩2个）详见附图（1）施工准备用全站仪测出原承台预埋劲性骨架位置施工前后偏差，并按照设计尺寸进行调整。

施工前搞好三通一平，平整场地，布置原材料的堆放场地，保证各类材料分类堆码，放置，确保文明施工。

（2）骨架制作①所用材料必须符合有关技术标准规定，使用前必须严格审核所选用材料的出厂合格证和试验报告，并送往试验室进行验证，合格材料才可使用，不合格的材料一律清除出场。

材料进场后应存放在仓库或料棚内，不得直接堆放在地面上，必须用方木或其它方法垫起30cm以上，工地临时保管角钢时，应选择地势高，地面干燥的场所，根据天气情况，在雨天要时加盖棚布。

②骨架在制作加工前，为保证骨架线性精度，现场技术人员在平整场地后应放出骨架标准框架样线，待复核确认后方可下料焊接加工。

③角钢应在加工场统一下料，再倒运至拼装焊接点进行下步施工。

在角钢下料过程中，必须对施工图中角钢拼装长度、数量进行核对，无误后方可进行下料，根据角钢长度与图纸设计长度并结合规范要求，在满足设计、规范要求的同时，尽量减少角钢的损耗，合理搭配角钢，最终确定其下料长度。

④角钢搭焊接前，必须根据施工条件进行试焊，合格后方可进行正式施焊。

焊工必须持考试合格证上岗，确保施焊质量。

⑤劲性骨架在拼装焊接时，应按照先加工标准节的单根桁架柱，再根据图纸提供的数据加工好平联及斜撑角钢杆件，依次进行拼焊接。

具体操作过程中，先确定出桁架柱位置，并按照固定桁架柱，然后焊接平联，最后焊接斜撑，组成单块劲性骨架片。

每块劲性骨架加工完成后，技术人员对骨架外形尺寸进行复核检查，控制好骨架制作时的每个环节，确保外形尺寸准确。