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与应用
高铁站复杂异形铸钢节点施工关键技术
田川岭1,史凯庆2,郭奇超2
中国铁路上海局集团有限公司上海中建交通建设集团有限公司北京
(1.,200000;2.,100167)
摘要:盐城站高铁站房屋盖由空间钢桁架结构组成桁架主节点与支管间下弦杆与支座连接采用铸钢节
,、
点存在构造复杂安装精度不好控制焊接难度大等技术难题对铸钢节点的深化设计定位安装和焊接的
,、、。、
关键技术进行了阐述技术措施实施表明安装精度和焊接质量满足工程质量要求为铸钢节点施工控制提供
。,
了技术保证
。
关键词:高铁站站房钢桁架屋盖铸钢节点安装焊接
;;;;
DOI
:.
中图分类号:文献标识码:文章编号:
-3953(2021)01-0072-004
高铁建设的兴起促进了大型钢结构高铁站房
屋盖的不断发展铸钢节点在大型钢结构高铁站房
,

,
复杂节点的构造也将直接影响结构整体的受力性±
,
能制造工艺施工质量施工安全等[1-2]因此采图1桁架剖面示意图(单位:m)
、、、。,
用一定的施工技术保证铸钢节点的焊接[3]安装等拱的受力特性下部混凝土立柱以悬臂梁的形式抵
,、,
施工质量符合规范要求是保证大型钢结构工程质抗屋盖侧推力边柱为单
,,1400mm×1400mm。
量的关键本文以盐城站高铁站房为例介绍站房榀桁架示意如图所示
。,2。
主体桁架结构铸钢节点施工关键技术及质量控制措
施为同类型高铁站房的施工提供借鉴
,。!"#$
1工程概况!"%&
!"'&!"%&
盐城站站房工程总建筑面积为2建筑
49964m,
最高点高度为设计使用年限为站房建()*$
34m,50a,
筑外形为宝石形总长度为宽度约+,*$
,223m,110~142
支承于标高商业层两侧两榀桁架支承图2单榀桁架示意图
m,,
于标高处屋盖采用空间桁架结构体系共本工程钢桁架结构采用种铸钢类型共
。,17,34
榀跨度桁架跨中上下弦杆间距约个节点桁架主体重量为铸钢节点总重量
12,92~119m,3,6300t,
两侧上下弦杆约各榀桁架由系杆连接并为铸钢占主体结构重量的桁架主管
m,7m。,210t,%,
沿长度方向设置上弦平面支撑屋面上弦采用与支管相贯铸钢处最多一处为根不同方向
。∅186,12
圆管采用无缝钢管下弦呈折拱形采用支管相贯铸钢节点具有单体复杂多支尺寸大质
500mm,,,,、、
变截面梯形截面转折处最大截面约为量大等特点
,500mm×。
柱脚截面约桁架剖
1200mm,500mm×600mm。
面示意如图所示2铸钢节点深化设计
1。

,
式钢支座桁架跨中截面小两侧截面大呈倒三角本工程整体造型为宝石型空间三向杆件较多
。,,,,
深化设计中采用了软件进行建模铸钢构件
收稿日期:Tekla,
2020-09-03
第一作者简介:田川岭男高级工程师主要从事铁道信息如表和图所示
(1975—),,,13。

。******@
万方数据国防交通工程与技术722021年1月19,(01)
·成果与应用·高铁站复杂异形铸钢节点施工关键技术田川岭等
表1铸钢构件信息表铸钢构件选材时考虑了结构的荷载特性铸造
、
构件编号数量构件信息工艺节点类型等因素选择技术可靠经济合理的
/mm、,、
壁厚D
//铸钢材料本工程桁架杆件材质为铸钢节
ZG-01A44555901650。Q345B,
D×D×
ZG-02A、60025,60030,点的材料性能应与其相当应具有较高的强度良好
2D×D,、
ZG-13A70035,1850的低温冲击韧性和可焊性综合考虑各因素选用
壁厚,
ZG-03A~45/55/75钢铸钢节点材料机械性能及物理指
20DDDD205
///GMnQT。
ZG-12A1270137014701650标抗拉强度不小于伸长率不小于
D×D×D×
35110,40016,50025,:500MPa,22%,
D×D×D×屈服强度不小于其余性能应符合规范的
ZG-14A255025,55030,55035,300MPa,
D×D×D规定
60030,60035,1350。
D×D×D×典型铸钢节点受力分析
35110,40016,40020,
D×D×D×
40210,45018,45020,对铸钢节点在多种不利荷载工况下进行静力强
ZG-15A2D×D×D×
50020,60025,60030,
D×度分析以确保铸钢节点满足受力安全要求限于
70035,。
篇幅文中仅取轴铸钢节点为分析对象
D×D×D×
ZG-16A、60016,60020,100020,PZG-14A,
4壁厚该节点详细构造尺寸如图所示其由个杆件共
ZG-17A45/75/9040×5525×354,10
(a)ZG-01A(b)ZG-02A、ZG-13A(c)ZG-03A~ZG-12A(d)ZG-14A(e)ZG-15A(f)ZG-16A、ZG-17A
图3构件连接杆件模型
同交汇构造复杂内力较大在最不利工况作用表2最不利工况ZG-14A节点各杆件内力kN
,,。
下铸钢件先根据节点设计尺寸建立节点空间三维杆件轴力拉为正备注杆件轴力拉为正备注
,,()()
模型作为计算模型分析典型节点轴测图如图所压力拉力
A-80F2164
,4压力拉力
示建立杆件局部坐标系如图所示然后导入分析B-5588G1092
,5,压力拉力
软件中进行加载分析C-6988H423
。拉力压力
D1460I-3075
压力拉力
E-10000J110
根据荷载施加情况形成如下结论杆件
(3),:E
受到的压力最大为杆件受到的拉力
,10000kN;F
最大为因此在施工中应当重点监测杆
,2164kN,
件和的变形选取节点位移最大点作为关键
EF。
点考察节点的变形具体分析最不利荷载情况下位移
图4分析典型节点轴测图图5杆件局部坐标系,。
为了对比荷载作用下位移变化规律荷载以
单元类型和网格划分情况采用单元,1
(1):solid,倍力为步长增加至倍绘制荷载位移曲线如
整体按照尺寸单元智能划分实体单元局部,4,-(
40mm,图所示从图中可以看出位移在前期变化小当
应力集中按照尺寸单元智能划分实体单元6)。,
20mm。荷载变大时引起的位移也迅速增大
加载情况及约束设置按设计要求分析时,。
30
():,m
225
选取一根杆件的一个端面施加固定约束其余端面m
,/20
"15
根据整体结构分析所得节点力施加荷载利用软件10
。!5
计算得出各铸钢节点最不利组合工况恒0
MTS“
载活载温度荷载情况下的内力最不#$/%&'#$()*
++”,
利工况节点各杆件内力如表所列图6荷载作用全过程荷载-位移曲线
ZG-14A2。
万方数据国防交通工程与技术732021年1月19,(01)
·成果与应用·高铁站复杂异形铸钢节点施工关键技术田川岭等
对节点建立空间模型在最不利工况面与对应定位板圆弧相切时为止支撑胎架现场工
ZG-14A,。
作用下计算结果分别如图图所示由图可况如图所示铸钢节点现场工况如图所示
,7、8。711,12。
见在最不利工况下最大应力出现在
,,E
杆和杆之间小于其设计强度故满足强度要求
G,,。
如图所示在最不利工况下最大变形为
8,
满足刚度要求
mm,。
图11支撑胎架图12铸钢节点
胎架支点通过连接板与杆件定位复测经全站
,
仪测量校正后方可继续实施焊接测量时应选择
,。
个不同线的对接管口中心作为测点个测点坐标
3,3
图7最不利工况应力图图8最不利工况应变图确认无误后最终支点的位置才固定
,。
3铸钢节点安装技术4铸钢结构焊接

为保证铸钢节点安装后的稳定性控制分支管本工程的铸钢节点焊接过程中的难点桁架
,:①
的数量不少于根图根据分支选择管径和长结构不规则杆件连接关系复杂构件最大跨度为
4(9),,,
度较大﹑便于定位﹑利于安装节点稳定的圆管高空焊接技术要求高铸钢节点安装存
、。119m,。②
各控制分支管口中心连线的图形形心与节点重心线在偏差增加了施工难度焊接量巨大并且结构
,。③,
重合至少保证重心线穿过连线图形构件存在向上的倾斜角度焊接作业操作空间小难
,。,、
铸钢节点定位流程支撑胎架安装图垂度大
:(10)、。
直度矫正胎架顶面定位放线铸钢节点定位支撑为减少焊接变形控制安装精度本工程焊接主
→→,,
粗调节测量节点外形尺寸复测铸钢节点吊装就要采用气体保护焊
→→CO2。
位铸钢节点矫正桁架主杆件安装校正次杆焊接环境确认焊接作业时气体保护
→→、→(1):,CO2
件安装校正主次杆件焊接﹑探伤胎架焊接点焊风速不大于手工电弧焊不超过
、→→2m/s,8m/s。
释放及检测焊前预热为了有效防止焊接延迟裂纹的产
。(2):
生采取降低焊接热影响区冷却速度的方法对铸钢
,,
节点与钢管焊接前进行加热加热火焰焰心距焊缝
,
两侧约处且需不时的绕管避免预热不均匀
10cm,
局部温度过高而造成铸钢件的损伤预热时进行温
。
度测试温度测点选在距离坡口处采用
,8~10cm,
红外线温度测试仪测试
。
图9铸钢节点定位图10胎架安装焊接过程控制操作要点焊接过程采用多
(3):①

,1,,
依据分支管定位截面相应最低点与管口间的轴打底焊条选用填充中间层和面层采用
E5016。②
向距离标记定位横截面在节点安装就位前先将气体保护焊焊丝选用焊丝型号
,。,CO2,E501T-1,
节点通过吊车设备控制各分支标高进行粗略调整规格每道焊层不宜大于
,。E501T-1,∅,6mm,
将铸钢节点吊离地面后根据各定位且各焊道接头应错开焊接过程应连续
150~250mm,50mm。③,
管口位置最高点之间的相对高差调整分支管口位至少应焊满坡口深度以上同时还应控制道间
,1/2,
置到对应的高度先对节点定位进行粗调后将节温度焊接工艺参数如表所列
。,<230℃。3。
点吊装到胎架上再进行精调调整分支管定位横截焊接结束后防护措施焊接后应根据温度情
,,(4):
万方数据国防交通工程与技术742021年1月19,(01)
·成果与应用·高铁站复杂异形铸钢节点施工关键技术田川岭等
表3焊接工艺参数无损检测确定焊缝缺陷超标时立即进行返
(6),
焊接保护气体流焊接速度修根据检测确定的缺陷位置﹑深度等情况用砂
电流电压/。,
层道量/A/V
/(L/min)(cm/min)轮打磨刨除缺陷返修部位重新连续焊成
打底层、,。
30~40240~27038~4036~40
中间层结束语
30~40260~28038~4240~455
盖面层
30~40240~27040~4240~45本工程工期紧张焊接难度大单件造型复杂
况进行热保温处理后热温度控制在、、、
,200~250℃,焊接质量要求高采用有限元分析方法根据实际
适当提高焊接区域附近的温度热保温应在焊缝两。,
,工程从铸钢节点的设计铸造安装过程中研究了异
侧约处进行均匀加热、、
100mm。性铸钢节点的施工技术针对工程实际特点在生产
,,
过程中进行了严格的技术控制措施确保了铸钢节
焊接顺序为保证焊接应力释放自由减弱,
(1):,点安装满足设计要求对类似工程在铸钢节点制
焊接约束焊接从中间部位向四周从下向上。
,,。作焊接操作变形控制焊接质量控制方面具有一
对称施焊时先施焊粗杆再施焊细杆、、、
(2),,。定的参考意义
每根管对接后分成两个半圆形均以仰焊部。
(3),参考文献
位起弧以平焊部位进行收弧按仰焊仰爬焊
,。→→汪晓阳段海李士杰复杂多支管铸钢节点应用分析
立焊立平焊平焊顺序施焊[1],,.
。及安装技术钢结构
→→[J].,2015(10):83-87.
焊接前检查拼装质量﹑定位焊接质量符合劳唯中周观根游桂模杭州奥体博览中心主体育场铸
(4),[2],,.
要求后施焊钢节点关键技术施工技术
。[J].,2015(08):37-40.
焊接采用多层多道焊接时每完成一焊道焊胡冰胡宏业张璐大型铸钢节点与无缝钢管焊接
(5),[3],,.
接后需及时清理焊渣表面飞溅物方可继续施焊技术钢结构
、,。[J].,2009,24(10):68-72.
KeyConstructionTechniquesforComplicatedProfiled
Cast-SteelJointsofHigh-SpeedRailwayStations
TIANChuanling1SHIKaiqing2GUOQichao2
,,
(,Shanghai200000,China;
,Beijing100167,China)
Abstract
:TheroofoftheYanchengRailwayStationiscomposedofspacesteeltrussstructures,inwhichcasecaststeeljoints
areusedtoconnectthemainjointsandbranchtubes,andthelowerchordandsupportofthetruss,becauseofwhichthereexist
quiteafewtechnicaldifficultiesintheprojectthatthecompositionoftheroofiscomplicatedinstructure,itisdifficulttocon-
troltheinstallationaccuracy,
designofcaststeelnodes,-
niquesandmeasuresshowsthattheinstallationprecisionandweldingqualitycanmeettheengineeringrequirementsinquality,
andthemeasuresdealtwithinthepapercanensuretheconstructioncontrolofcaststeeljoints.
Keywords
:high-speedrailwaystationbuilding;steeltrussroof;cast-steeljoints;installation;weld
􀧣􀥣
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件,月余左右将有反馈消息。
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􀥣本刊欢迎来自于工程现场的施工照片,画面优美、技术先进者尤佳。􀥣
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万方数据国防交通工程与技术752021年1月19,(01)