天津某特大橋84 m鋼桁梁整體節(jié)點(diǎn)弦桿制造工藝

姚 剛

京滬新建高速鐵路工程天津樞紐L=84 m跨度鋼桁鐵路橋,采用了Q370qE鋼整體節(jié)點(diǎn)新技術(shù),代表了我國(guó)橋梁技術(shù)向高強(qiáng)、整體、新結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向。本橋桿件按照結(jié)構(gòu)形式區(qū)分為整體節(jié)點(diǎn)弦桿、插入式斜桿、橫梁、縱梁及板式橋門(mén),其中整體節(jié)點(diǎn)弦桿是本橋具有代表意義的桿件之一,它的制造質(zhì)量是保證全橋安裝質(zhì)量的關(guān)鍵。主桁間連接采用M27高強(qiáng)度螺栓、φ 29 mm栓孔,主桁與橋面系、聯(lián)結(jié)系間的連接采用M24高強(qiáng)度螺栓、φ 26 mm栓孔?，F(xiàn)以下弦桿為例,構(gòu)造如圖1所示。

1 制造難點(diǎn)

1)整體節(jié)點(diǎn)弦桿是三維空間多角度多層面結(jié)構(gòu),連接關(guān)系復(fù)雜,且孔群密集,制孔精度要求高。2)整體節(jié)點(diǎn)弦桿集熔透對(duì)接、熔透角接、坡口角接、棱角焊接于一體,焊接性能要求高,增加了焊接難度。3)整體節(jié)點(diǎn)弦桿四條主焊縫采用深坡口焊接,有的板件要求熔透焊接,因而焊接變形的控制和矯正難度較大。4)整體節(jié)點(diǎn)部位斜桿插入處工地拼裝要求嚴(yán)格,工廠(chǎng)制造要控制不同方位的拼裝縫隙,并且要保證斜桿插入寬度公差滿(mǎn)足安裝要求。

2 工藝設(shè)計(jì)及技術(shù)措施

整體節(jié)點(diǎn)下弦桿包括豎板單元、出檐水平板、無(wú)檐水平板、隔板、橫梁接頭板、平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板單元等。制造按照單元件制作→箱體制作→栓孔鉆制→組焊附屬件的工藝順序進(jìn)行。

2.1 豎板單元制作

1)節(jié)點(diǎn)板精度控制。節(jié)點(diǎn)板外輪廓尺寸控制應(yīng)滿(mǎn)足如圖2所示的技術(shù)要求。a.對(duì)接頭與節(jié)點(diǎn)垂直中心線(xiàn)平行,與水平中心線(xiàn)垂直以保證接料直度。b.AB水平線(xiàn)與節(jié)點(diǎn)垂直中心線(xiàn)垂直,與對(duì)接頭垂直以保證弦桿上邊緣不傾斜。c.控制節(jié)點(diǎn)中心至拼接頭尺寸a,以確保兩塊節(jié)點(diǎn)板自身及兩塊節(jié)點(diǎn)板與平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板中心線(xiàn)不錯(cuò)位。d.控制 AB水平線(xiàn)至水平中心線(xiàn)距離b1,以保證弦桿水平中線(xiàn)上部高度。

2)接料直度控制。節(jié)點(diǎn)板與豎板平直段對(duì)接以上邊緣為基準(zhǔn)。確定 AB連線(xiàn)延長(zhǎng)至C點(diǎn),在保證不直度不大于1.5 mm的情況下,通過(guò)對(duì)豎板底邊進(jìn)行銑削加工,達(dá)到消除或減少累計(jì)誤差的目的,如圖3所示。

2.2 隔板制作

隔板是保證弦桿寬度、高度及箱形對(duì)角線(xiàn)的重要部件,相當(dāng)于弦桿組焊內(nèi)胎。對(duì)其邊緣采用機(jī)械加工方法,并對(duì)其寬度、高度、垂直度公差做嚴(yán)格規(guī)定。

2.3 箱體制作

1)組裝順序。箱體采用正位組裝法,即:出檐水平板放置于胎形平臺(tái)上,依次放入隔板及豎板單元件組成槽形。焊修后,組裝無(wú)檐水平板成箱形。整體組焊修后再組附屬件。組裝順序:平置出檐水平板,劃線(xiàn)組對(duì)內(nèi)隔板→組兩側(cè)豎板成槽形→扣無(wú)檐水平板→組接頭板等附屬件。

2)胎形設(shè)置。組對(duì)槽形在整體節(jié)點(diǎn)弦桿組裝胎上進(jìn)行。在胎形節(jié)點(diǎn)中心處設(shè)置中心線(xiàn)標(biāo)志,保證豎板節(jié)點(diǎn)中心與出檐水平板平聯(lián)板中心不錯(cuò)位;設(shè)置端擋角保證大節(jié)點(diǎn)端內(nèi)側(cè)寬度;胎形上縱向中心線(xiàn)在組裝時(shí)與出檐水平板縱向中心線(xiàn)要求重合,保證桿件組裝直度,如有偏斜,橫向推動(dòng)絲杠進(jìn)行微調(diào);箱形隔板的準(zhǔn)確定位,保證弦桿寬度、高度及縱向平直度;橫向活動(dòng)擋角,保證豎板與隔板密貼;水平壓板保證出檐水平板與胎形平臺(tái)密貼;同時(shí)還備置正反扣卡,正反扣頂鎬控制節(jié)點(diǎn)板部位的穩(wěn)定。

2.4 焊接質(zhì)量控制

本橋整體節(jié)點(diǎn)弦桿采用Q370qE鋼,此種材質(zhì)鋼性能等級(jí)較高,且符合設(shè)計(jì)要求,當(dāng)板厚大于24 mm,-40℃時(shí) AKV應(yīng)大于120 J,板厚不大于24 mm,-40℃時(shí)AKV應(yīng)大于100 J。在生產(chǎn)實(shí)際中結(jié)合以往的成功經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn),并對(duì)合理匹配焊接材料及坡口形式、預(yù)熱及道間溫度的控制、定位焊、輔助措施、焊縫修磨和返修焊等進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)深入研究,根據(jù)結(jié)果編制較為完善的焊接工藝規(guī)程指導(dǎo)生產(chǎn),并進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題,從而進(jìn)一步保證焊接質(zhì)量。

2.5 變形控制

1)鋼板接料、單元件組焊修、箱體組焊修、附屬件組焊修均在平臺(tái)上或胎形上進(jìn)行,防止或減少熱加工中因桿件自重影響而產(chǎn)生變形。2)通過(guò)確定合理的焊接方法,控制焊接順序,減少立彎、旁彎及扭曲變形。3)已產(chǎn)生某種變形的桿件,采用箱形矯正胎形與火焰矯正相結(jié)合的工藝。4)使用鏈?zhǔn)椒D(zhuǎn)胎具及吊具,保證桿件在起吊、翻身、打調(diào)時(shí)平穩(wěn)安全。防止因吊運(yùn)、翻轉(zhuǎn)不當(dāng)造成桿件塑性變形。

2.6 栓孔鉆制

1)鉆制工藝。為了保證栓孔鉆制精度,箱形主體采用組焊修后,用龍門(mén)數(shù)控鉆床鉆孔,再用小型鉆孔胎或覆蓋式機(jī)械樣板定位鉆孔。橫梁接頭板采用組焊修后立體劃線(xiàn)、卡樣、鉆孔。平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板等附屬件采用單件先鉆孔,后定位組焊的工藝。2)鉆孔順序。在龍門(mén)數(shù)控鉆床上完成兩側(cè)豎板及無(wú)檐水平板孔鉆制。依據(jù)出檐水平板縱向中心線(xiàn),以豎板孔為生根孔,定位穿軸固定U形樣板鉆制出檐水平板兩端孔,用定位樣板接鉆平聯(lián)板孔,并完成后續(xù)鉆孔。

2.7 提高抗疲勞強(qiáng)度的措施

1)對(duì)整體節(jié)點(diǎn)弦桿的外露邊緣采用精密切割工藝,并對(duì)其自由邊采取雙側(cè)倒棱;2)節(jié)點(diǎn)處圓弧過(guò)渡部位切割面打磨勻順;3)弦桿橫向?qū)雍缚p和平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板兩端焊縫進(jìn)行打磨和錘擊處理;4)不等厚鋼板對(duì)接,對(duì)厚板側(cè)采用銑斜坡加工,并沿受力方向?qū)⒑缚p打磨勻順;5)選用適當(dāng)?shù)暮附臃椒?制定合理的焊接順序,最大限度的減小桿件拘束。通過(guò)以上工藝措施緩和應(yīng)力集中,從而提高焊縫的抗疲勞性能。

3 結(jié)語(yǔ)

在京滬新建高速鐵路工程天津樞紐 L=84 m跨度鋼桁鐵路橋的制造過(guò)程中,通過(guò)以上工藝措施的采用,較好的解決了整體節(jié)點(diǎn)弦桿在制造過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題。

[1]TB 10212-2009,鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].