发布时间：2020-03-16所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：飞机水载荷测试中的承力地板是飞机水载荷测试的基础，对耐磨、耐压、平整度要求极高。结合某机场通航车间飞机水载荷测试承力地板施工，对飞机水载荷测试承力地板与地轨的加工和安装质量控制要点进行阐述，旨在为类似工程提供经验借鉴。 关键词：飞机水
摘要：飞机水载荷测试中的承力地板是飞机水载荷测试的基础，对耐磨、耐压、平整度要求极高。结合某机场通航车间飞机水载荷测试承力地板施工，对飞机水载荷测试承力地板与地轨的加工和安装质量控制要点进行阐述，旨在为类似工程提供经验借鉴。
关键词：飞机水载荷测试;承力地板;地轨;加工;安装
1 研究背景
水陆两栖飞机是在水上飞机的基础上发展起来的既可在水面起降，又可在陆上起降的一种飞机类型，特别适合于沿海、内陆江河湖泊、水库等水域附近地区的飞行使用。水陆两栖飞机在起飞、滑水、着水等过程中与水面、波浪相接触时承受复杂的水动载荷。入水冲击载荷历程短、峰值高，容易引起结构破损、仪器失灵、控制失效、人员伤亡等危害。飞机水载荷测试承力地板是做飞机结构强度相关试验和研究的基础，故各项指标要求严格。
2 飞机水载荷测试承力地板特点
飞机水载荷测试承力地板中设置了大量的钢筋、钢结构，钢材密度大，地面要求耐磨、耐压，并且平整度要求极高，两相邻地轨钢槽顶面标高允许偏差仅为1 mm。承力地板涉及钢结构施工、大体积混凝土施工以及承力地轨的精确定位，施工场地狭小，施工安装精度要求高，施工难度大。
我单位施工的机场项目，在通航车间①～⑧轴/ C ～ J 轴范围内，设置飞机水载荷测试承力地板。承力地轨项目占地50.2 m×51.6 m，其中有效地轨面积范围41 m×30 m (图1、图2)。
承力地轨合计40条，单条长度28.8 m，承力地轨承载能力为100 kN/m(拉力或压力)。根据工艺条件，槽钢与地面高度方向允许偏差2 mm±1 mm，两相邻地轨钢槽顶面标高应相同，其允许偏差为1 mm。两相邻地轨钢槽中心线间距离为1 m，其允许偏差为2 mm。沿地轨长度方向的不平整度允许误差不大于1 mm/m，全长总允差≤20 mm。承力柱的施工精度要求：两相邻承力柱中心线偏差为5 mm。所有承力柱的竖向工作面应在同一的铅直平面内，承力柱两侧平面的不垂直度允许偏差≤5 mm。同一承力柱上预留孔中心水平偏差为1 mm，孔中心与工作面不垂直度为 2 mm。
3 飞机水载荷测试承力地板的施工技术
3.1 总体思路
承力地板四周设置有硬管、软管走线沟，施工区域狭小，钢结构、钢筋密度大，各专业交叉作业难度大。为了满足承力地轨的精度要求，首先是控制地轨制作过程中的焊接变形，减小焊接变形对尺寸精度的影响，其次是地轨安装时的精确测量定位，确保安装精度要求。前者可通过采取合理的焊接工艺，地轨钢结构工厂预制加工，减少焊接变形。后者可采用高精密测量仪器定位以及辅助工装，减少安装时的误差[1-3] 。
3.2 原材料的要求
原材料是保证承力地板施工质量的前提。首先，承力地板用钢材的化学成分必须符合规范要求，其化学组成直接决定了钢材的焊接性能。其次，承力地轨所用槽钢、角钢、钢板、钢筋等规格尺寸必须符合设计图纸和规范要求。地轨用槽钢应逐件严格检查，槽钢应顺直，不得扭曲，应控制其翼缘斜度，选用腰与腿垂直的槽钢，外缘斜度应控制在腿宽度的1%以内，避免因外缘斜度较大造成地轨与工装夹具底座接触面积较小以及因此引起的相邻地轨标高的偏差。地轨用槽钢还应保证外缘斜度方向一致，确保槽钢接头平直。加工前应再次检查槽钢顺直度，发现偏差应提前矫正，未经检查矫正的槽钢不得使用。最后，地轨钢结构用角钢等应符合热轧型钢的规范要求。
3.3 承力地轨的制作
承力地轨制作的要点是控制地轨钢槽的平直度，确保两槽钢间距为56 mm以及两相邻地轨钢槽顶面标高的误差 1 mm的设计要求。为了保证制造精度，承力地轨采用工厂预制加工，然后运输到现场进行安装的方法。
3.3.1 分段制作
地轨槽钢架单条长度28.8 m(图3)，为保证承力地轨制造精度满足设计要求，降低制造难度，同时考虑原材料变形和运输等因素的影响，地轨钢槽架采取分段制作方式，即将单条地轨槽钢架分4段制作，制作长度为3段 8 300 mm和1段3 900 mm(图4)，制作完成并运输至现场安装时再拼接成整体。为保证地轨槽钢顶面标高允许偏差为1 mm的设计要求，制订了在焊接平台上将槽钢挤压平直的工艺方案。
3.3.2 辅助工装控制焊接变形
根据设计图纸尺寸要求设计小龙门架工装，用于挤平槽钢架槽钢，同时设计大龙门架用于钢丝拉线控制钢架垂直。将钢槽架倒扣于平台上并焊接小龙门架及其他胎具(图5)。小龙门架间距为1 425 mm，用胎具约束槽钢以控制变形。
3.3.3 采用组件焊接，制订合理的焊接顺序
在保证施工质量的前提下，为提高施工效率，降低施工难度，减小焊接变形对尺寸精度的影响，采用组件焊接的方式。部件焊接顺序具体为：耳板与竖钢筋焊接→耳板与角钢、膨胀螺栓连接板焊接→槽钢定位→耳板与槽钢焊接→U形槽与槽钢焊接→加强角钢、加强钢筋焊接固定。焊接工艺的选择依据是将立焊、仰焊等施焊困难的工艺转化为平焊，将部分构件焊接成组件，再在焊接平台上进行拼装，以减少焊接应力引起的变形。
1)耳板与竖钢筋焊接。因与耳板连接的竖钢筋紧靠槽钢凹槽部位(图6)，在靠槽钢一面的焊缝施焊困难，一方面焊钳无法操作，另一方面施工人员无法观察焊缝情况，而竖钢筋是地轨传力的主受力筋，是较为重要的一道焊缝，仅单面焊缝无法保证强度要求，经分析，采取预先焊接成组件再在焊接平台上进行拼装的方法(图7)。
2)耳板与角钢、膨胀螺栓连接板焊接。耳板与角钢的焊接在靠槽钢凹槽部位，同样施焊困难。为保证拼装精度，经分析，采取预先焊接成组件再在焊接平台上进行拼装的方法(图8、图9)。
3)槽钢定位。在焊接平台上根据设计图纸放样地轨槽钢架直线及尺寸线，将地轨槽钢架倒扣在平台上，然后在平台上每隔1 425 mm焊接小龙门架工装，用钢楔在龙门架上将槽钢垂直、水平两方向挤压平直，约束槽钢，控制变形。为保证地轨骨架在拼装时稳固不移动，在地轨骨架外部两边间隔一定距离焊定位块。拼装时用木楔或钢楔将槽钢卡死，拼装完成后取掉木楔或钢楔并将钢架移出平台。
4)耳板与槽钢焊接。槽钢定位完成后，将耳板尺寸放样在焊接平台上，按照两槽钢相邻间距及各耳板间距制作拼装胎膜，在胎膜上将耳板与槽钢进行定位，并使用辅助工装对耳板进行固定，尺寸检验合格后依次进行焊接固定(图10、图11)。
5)U形槽与槽钢焊接。U形槽不属于主受力结构，主要起模板成型作用。经工艺验证，由于焊缝较长且在槽钢一面不对称焊，若U形槽与槽钢采取全长满焊工艺，焊缝熔池结晶的累计收缩，将造成槽钢沿焊缝面整体变形，且材料误差造成的焊缝缝隙大小不均匀，也使焊接时产生的残余应力大小不均匀，造成槽钢局部弯曲变形。为保证地轨槽钢架的制作安装精度，确定U形槽与槽钢采用每 500 mm一个焊点间断焊工艺，每个焊点焊长50 mm。U形槽焊接前必须将相邻角钢组件之间的斜筋焊牢，使地轨钢槽架成为稳定结构，然后焊接(图12)。未焊缝隙用结构密封胶填缝，保证在浇筑时不会漏浆。
6)加强角钢、加强钢筋焊接固定。U形槽与槽钢焊接完成后，按设计要求焊接角钢及加强钢筋，使槽钢架连接成一个整体(图13)。为控制尺寸精度，约束槽钢变形，对槽钢上表面焊接加强钢筋或者角钢。
焊接完成后，对焊接质量及尺寸进行检验，检验合格后将制作完成的槽钢架吊离工作平台。按照上述方法依次完成所有地轨槽钢架的分段制作，按要求做好防锈工作，待安装现场具备安装条件后将地轨槽钢架陆续运输至安装现场进行安装。
3.4 承力地轨的安装
3.4.1 单条地轨采用分段调整、逐条调整安装方式
地轨槽钢架吊装之前，应先确定膨胀螺栓固定位置(使用Leica AT 402绝对激光跟踪仪进行精确定位)，所有膨胀螺栓安装位置点确定完成后将膨胀螺栓依次安装，膨胀螺栓沉入地面深度大于100 mm，膨胀螺顶部拧入相同规格螺母进行调整备用。
按照设计要求将制作完成的单段槽钢架置于正确位置，使槽钢架螺栓连接孔落于膨胀螺栓中，紧固螺母对槽钢架进行稳固，然后利用水准仪、激光跟踪仪等仪器根据标高尺寸初调槽钢上表面标高，保证x、y、z这3个方向的尺寸与理论要求相差小于1 mm。初调完成后，通过连接孔和螺栓之间的间隙，利用Leica AT 402绝对激光跟踪仪，对槽钢架上表面的OTP测量点进行精确测量调整，直至安装精度满足设计要求。
第1条单段槽钢架调整合格后，使用同样方法对第2条单段槽钢架进行测量调整，检验合格后使用耳板对2条单段槽钢架进行接长焊接，并用加强钢筋对2条槽钢架进行加强固定(图14)。同理，依次对第3条单段槽钢架和第4条单段槽钢架进行测量定位。复检整条地轨尺寸，检验合格后按设计要求将加强角钢及钢筋进行焊接固定。
3.4.2 多条地轨安装
第1条地轨调整完毕后，采取辅助支撑对地轨进行临时稳固，防止地轨位置变化，后续39条地轨均以第1条地轨作为测量基准，逐条调整地轨间距1 000 mm±2 mm。为保证地轨间距尺寸，每隔500 mm使用定位工装(图15)对地轨间距进行支撑调整，并焊接临时固定件，保证调整过程中两槽钢标高一致。
在每调整完毕一条(段)，均按设计要求将加强角钢及钢筋进行焊接固定(图16)。依次类推，40条地轨全部安装完毕后，再使用Leica AT 402绝对激光跟踪仪复核标高尺寸进行最后调整，确保每一条地轨符合设计要求。
所有承力地轨安装完成后安装承力地板内的其他钢筋，所有钢筋安装完成并经检验合格后进行混凝土浇筑。
3.5 承力地板混凝土浇筑
大体积混凝土施工首先是对原材的把控，采用低水化热水泥、控制水灰比等措施，在混凝土浇筑过程中采取斜面分层推进，一次从底到顶，即采用自然流淌形成斜坡的浇筑方法。为增加地面的耐磨性能，承力地板部分设置金刚砂耐磨层。在已抹压的混凝土面上均匀撒布2/3总用量(约3.3 kg/m2 )的金刚砂，待材料吸收一定的水分，表面变暗，用磨光机进行打磨。打磨方向与混凝土浇筑方向一致。沿与第1次垂直方向均匀撒布剩余的1/3总用量(约 1.7 kg/m2 )的金刚砂，用磨光机进行交错打磨。机器无法打磨的部位需采用人工打磨。在混凝土终凝前，用加装金属刀片的磨光机进行打磨抛光。金刚砂区域表面与钢槽高度方向偏差2 mm±1 mm。
混凝土终凝后，为防止混凝土表面水分的急剧蒸发，进行覆盖毛毡和洒水养护。加强混凝土的养护，保证混凝土的内外温差不超过20 K。为保证钢槽精度要求，在混凝土运输、浇筑及振捣过程中严格注意，并采取措施避免钢槽移位。在混凝土浇捣过程中采取措施防止混凝土漏入钢槽中(采用加盖钢板)，承力地板的混凝土要求一次整体浇成。承力地板混凝土达到一定强度能保证钢槽不变位时，方可拆除其顶面钢骨架的角钢。
4 飞机水载荷测试承力地板质量控制要点
加工用钢材的质量和加工精度是承力地轨质量控制的关键，施工中必须加强监控，严格按照规范要求进行材料抽检和力学性能试验。承力地轨采用分段制作，制订合理的焊接工艺，采用组件焊接的方式。承力地轨在底部设计膨胀螺栓连接板，安装时采用分段调整、逐条调整的方式，使用Leica AT 402绝对激光跟踪仪遵循“测量—调整— 测量”的原则进行精确定位测量，尺寸检验合格后进行加强固定，所有地轨全部安装完毕后，再使用激光跟踪仪复核标高尺寸进行最后调整，直至尺寸精度满足设计要求。承力地轨安装完毕后安装承力地板内其他钢筋，所有钢筋安装完毕后完成混凝土浇筑。
5 结语
因承力地板施工机会少，故在国内外可借鉴的施工经验亦少。但随着社会的发展和科研水平的提高，越来越多的科研基地投入建设，承力地板、反力墙等工程建设机会将越来越多，精细化施工和管理将会是未来发展的趋势。
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