崇啟大橋曲線形變截面鋼箱梁梁段制造工藝技術(shù)

董淑云 中鐵山橋集團(tuán)有限公司 066200

崇啟大橋曲線形變截面鋼箱梁梁段制造工藝技術(shù)

董淑云 中鐵山橋集團(tuán)有限公司 066200

介紹了崇啟大橋曲線形變截面鋼箱梁梁段在制造過程中所采用的制造工藝技術(shù)，為同類型橋梁制造提供參考。

曲線形；變截面；鋼箱梁；梁段； 制造

curvilinear；variable cross-section；steel box girder beam segment；fabrication

1.工程概況

崇啟大橋是崇啟通道工程（江蘇段）中的主航道橋，為雙幅102m+4×185m+102m的六跨連續(xù)梁橋，是目前國(guó)內(nèi)該種橋型的最大跨徑橋梁。橋面縱坡為2.8%，全橋均處于R=25000m的圓弧豎曲線上，梁高采取二次拋物線，主跨、次邊跨自跨中向兩端逐步由4.8m變化為9.0m，邊跨自次邊跨由9.0m逐步又變?yōu)?.5m，如圖1所示。

鋼箱梁頂、底板為正交異性板結(jié)構(gòu)，頂板設(shè)有U形肋、底板設(shè)有T形肋和板式加勁肋；橫橋向設(shè)置兩道腹板，腹板設(shè)有板式加勁肋；橫隔板采用實(shí)腹板式和桁架式兩種形式，腹板外側(cè)橫隔板和橫肋對(duì)應(yīng)位置均設(shè)置挑臂。鋼箱梁間工廠連接采用頂板、腹板及其加勁肋、底板及其加勁肋焊接，頂板U肋高強(qiáng)螺栓連接。

2.鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋼箱梁為梁高采用二次拋物線、變截面箱梁，底板單元縱向?yàn)榍€形。為避免橫隔板、腹板和挑臂單元與頂板單元的仰位焊接，設(shè)置有采用倒裝法焊接的橋面塊體。橋面塊體拼焊結(jié)束后進(jìn)行180度空中翻轉(zhuǎn)與箱體下部結(jié)構(gòu)的腹板、隔板實(shí)現(xiàn)全斷面對(duì)接焊。底板單元縱向線形控制，橋面塊體與下部結(jié)構(gòu)的橫、縱向位置精度控制在鋼箱梁整體幾何尺寸控制方面起著至關(guān)重要的作用。全橋鋼箱梁共162個(gè)梁段，梁段圖見下圖2。

3.鋼箱梁梁段制造工藝方案

3.1 板單元?jiǎng)澐?/p>

鋼箱梁梁段制造分為三個(gè)階段，即板單元制造，橋面塊體制造和梁段制造。在滿足設(shè)計(jì)要求和大橋制造質(zhì)量的前提下，綜合考慮供料、運(yùn)輸及批量生產(chǎn)等因素，盡可能將板單元尺寸作大，以減少其種類和數(shù)量及拼接工作量，對(duì)梁段板單元進(jìn)行了劃分，見圖3。

3.2 板單元制作

3.2.1 頂板單元：頂板多嘴精切下料，一頭留配切量，焊接邊留焊接收縮量。U肋下料后經(jīng)過矯正、機(jī)加工、壓制成型后鉆孔。用胎型組裝，組裝時(shí)將縱、橫基線返到頂板上，并打上樣沖眼。板單元角焊縫焊接時(shí)，組裝好的板單元卡固在反變形胎上，反變形胎傾斜約30°角后焊接。焊接時(shí)用CO2自動(dòng)焊小車施焊。自動(dòng)焊小車焊不到處，用CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊，焊接從中間向兩側(cè)并同向施焊。焊接完成后，待最后一條焊縫冷卻后松開固定卡，并進(jìn)行適當(dāng)修整，在上平臺(tái)進(jìn)行修整檢驗(yàn)，保證頂板平面度。

3.2.2 底板單元：底板用多嘴精切下料，一頭留配切量，焊接邊留焊接收縮量。T形肋蓋板多嘴精切下料，腹板數(shù)控精切下料，T形肋單件組焊后修形，二次切頭。在平臺(tái)上設(shè)置與底板等寬的不同高度的墊板條預(yù)置反變形組裝底板單元，用CO2自動(dòng)焊機(jī)施焊。底板單元焊接后在檢測(cè)胎架上檢測(cè)、修形。修形拱度值較理論值＋5mm，底板線形檢測(cè)胎架見圖4。

圖1 主橋跨度布置圖

圖3 鋼箱梁梁段板單元?jiǎng)澐?/p>

圖2

圖4 底板線形檢測(cè)胎架

3.2.3 腹板單元：腹板采用多嘴精切下料，一頭留配切量，焊接邊留焊接收縮量。豎肋劃線組成T形，焊接采用CO2氣體保護(hù)焊，并控制變形。在反變形胎上劃線組焊水平肋、豎肋，用CO2自動(dòng)焊機(jī)施焊，焊后控制松卡溫度，并進(jìn)行適當(dāng)修整。在檢測(cè)平臺(tái)上檢查板單元平面度。

3.2.4 橫隔板單元：橫隔板不僅是鋼箱梁的骨架，而且在梁段組裝時(shí)起到內(nèi)胎的作用，其制造精度直接影響梁段的幾何尺寸和相鄰梁段箱口間的匹配精度，制作過程中嚴(yán)格控制尺寸精度。主板用數(shù)控精切下料，其它板件采用多嘴精切下料。劃隔板縱、橫基線，以基線為基準(zhǔn)劃肋板位置線，水平肋、豎肋均以位置線為基準(zhǔn)定位組裝。在反變形胎上用CO2半自動(dòng)焊機(jī)施焊，以減小焊接變形和修整量。

3.2.5 橫撐單元：采用數(shù)控精切下料，控制板件平面度和直線度。組焊時(shí)用胎型控制其外形尺寸和T形腹板與節(jié)點(diǎn)板的位置尺寸。采用CO2半自動(dòng)焊，焊后修整控制平面度和垂直度。

3.2.6 挑臂橫隔板、橫肋單元：T型腹板用數(shù)控精切下料，其它板件采用多嘴精切下料。控制板件平面度和直線度。采用側(cè)造法在平臺(tái)上進(jìn)行組裝，用CO2半自動(dòng)焊機(jī)施焊。用工型矯正機(jī)修整。

3.3 橋面塊體制做

橋面塊體采用倒裝法。以胎架為外胎，各板單元按縱、橫基線就位，輔以加固設(shè)施。腹板接板、縱肋等端部焊縫留200mm長(zhǎng)暫不焊接。橋面塊體的制作工藝流程：中間頂板→邊頂板→橫隔板接板→腹板接板→挑臂單元→翻身。

3.3.1 組裝頂板單元：在七塊頂板單元參與塊體組裝前，先在專用胎架上以中心一塊頂板單元作為總拼定位基準(zhǔn)單元，兩側(cè)各三塊板單元拼焊成兩個(gè)吊裝板塊。組裝時(shí)使用預(yù)留焊接收縮量的樣板控制焊縫兩側(cè)相鄰U形肋的中心距，焊前預(yù)置反變形。在橋面塊體拼裝胎架上定位中心頂板單元，橫向定位以板塊上的縱基線及胎架上的標(biāo)志線為基準(zhǔn)，縱向定位以胎架上的標(biāo)志線及板單元橫基線為基準(zhǔn)。中心頂板完成定位后，以橫、縱基線為基準(zhǔn)依次向兩邊組焊三拼板單元。

3.3.2 組裝橫隔板接板：以頂板的橫基線和胎架的縱基線為基準(zhǔn)，組裝橫隔板接板，并焊接其與頂板的焊縫。組裝時(shí)控制橫隔板接板的垂直度。

3.3.3 組裝腹板接板：隔板接板單元組焊完成后依據(jù)胎架兩端測(cè)量塔縱基線為基準(zhǔn)用激光經(jīng)緯儀在頂板上劃出腹板接板組裝線組裝腹板，同時(shí)用縱基線控制腹板的角度。

3.3.4 組裝挑臂單元：以頂板上挑臂板定位線為基準(zhǔn)，組裝挑臂單元，注意縱向高度及水平兩個(gè)方向的線形變化，先焊接其與頂板的焊縫再焊接與腹板的立焊縫。

3.3.5 組裝吊耳翻身：全部板單元組焊完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，組焊翻身吊耳，見圖5。

圖5

3.4 梁段制做

箱體底板二次拋物線形通過總拼胎架控制，拼裝胎架對(duì)應(yīng)梁段隔板位置均設(shè)置支撐橫梁，橫梁間由縱梁加固，橫縱梁上有與設(shè)計(jì)二次拋物線形相擬合的線形牙板，同時(shí)在胎架中考慮縱橫向預(yù)拱度，通過牙板線形來控制梁段制造時(shí)的線形。

3.4.1 拼裝胎架設(shè)計(jì)

3.4.1.1 拼裝胎架設(shè)在廠房?jī)?nèi)，避免天氣環(huán)境不利影響。

3.4.1.2 胎架縱向各點(diǎn)標(biāo)高按設(shè)計(jì)圖給定底板二次拋物線的線形和橋梁豎曲線線形設(shè)計(jì)；橫向考慮焊接變形和重力的影響，設(shè)置適當(dāng)?shù)纳瞎岸取?/p>

3.4.1.3 胎架基礎(chǔ)必須有足夠的承載力，確保在使用過程中不發(fā)生沉降。胎架要有足夠的剛度，避免在使用過程中變形。

3.4.1.4 在胎架上設(shè)置縱、橫基線和基準(zhǔn)點(diǎn)，以控制梁段的位置及高度，確保各部尺寸和立面線形。胎架外設(shè)置獨(dú)立的基線、基點(diǎn)，以便隨時(shí)對(duì)胎架進(jìn)行檢測(cè)。

3.4.1.5 胎架設(shè)有可拆裝支撐，便于梁段出胎，并滿足運(yùn)梁平車進(jìn)出方便和安全的要求。

3.4.1.6 梁段下胎后，重新對(duì)胎架進(jìn)行檢測(cè)，做好檢測(cè)記錄。

3.4.2 標(biāo)準(zhǔn)梁段制做

橋面塊體制造完成后在拼裝胎架上進(jìn)行梁段組焊。組裝采用正裝法，以胎架為外胎，以橫隔板為內(nèi)胎，各板單元按縱、橫基線就位，輔以加固設(shè)施確保精度和安全。為使梁段對(duì)接時(shí)易于調(diào)準(zhǔn)各板件的相互位置，將底板、腹板的縱肋端部焊縫留200mm長(zhǎng)暫不焊接。梁段組裝按照底板→橫隔板→腹板→橋面塊體→梁段拼裝的順序進(jìn)行。

3.4.2.1 組裝底板單元：將梁段中間底板單元置于胎架上，使其橫、縱基線在無日照影響的條件下與胎架上的基線精確對(duì)正，并將其固定，然后依次對(duì)稱組焊兩側(cè)底板板塊，組裝時(shí)按設(shè)計(jì)寬度精確預(yù)留焊接收縮量，縱向控制端口垂直度。

3.4.2.2 組裝橫隔板單元及底板橫肋：以底板的橫基線和胎架的縱基線為基準(zhǔn)，組裝橫隔板單元和底板橫肋，并焊接其與底板的焊縫。組裝時(shí)控制橫隔板與底板的縱向角度和隔板上緣高程，并兼顧隔板橫向2%坡度。焊接時(shí)要從梁段中間向兩側(cè)對(duì)稱施焊。

3.4.2.3 組裝腹板單元：橫向以胎架端頭標(biāo)志塔上的基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)、縱向以梁段底板基準(zhǔn)端的基線為基準(zhǔn)定位腹板。腹板定位時(shí)控制梁段腹板縱向直線度和腹板上緣高程，精確預(yù)留橫隔板與腹板的焊接收縮量，保證焊接后鋼箱梁的外形尺寸。先完成腹板與底板的平焊，再焊接橫隔板與腹板的立位焊縫，但上端預(yù)留200mm暫不焊接，待橋面板塊定位后再焊接此部分焊縫。

3.4.2.4 組裝橋面塊體：梁段腹板組焊完成后，將制造好的橋面塊體單元與梁段下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼裝，橫向以標(biāo)志塔上的定位基線和橋面塊體的縱向基線來精確定位，縱向先驗(yàn)證返到頂板上的組裝定位基準(zhǔn)線，同時(shí)用經(jīng)緯儀校正該基準(zhǔn)線與橋梁中心線的垂直度。定位橋面塊體時(shí)控制腹板接板與腹板對(duì)接精度，及橋面塊體與下部結(jié)構(gòu)的橫、縱向位置精度，同時(shí)兼顧梁段外形高度和橫向2%坡度滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。梁段焊接分步進(jìn)行，遵循先內(nèi)后外、先下后上、由中心向兩邊的施焊原則。

4.結(jié)語

通過鋼箱梁梁段正式產(chǎn)品的批量生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，崇啟大橋曲線形變截面鋼箱梁梁段制造工藝合理、可行，工裝投入節(jié)省，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，梁段整體幾何尺寸及線形符合制造驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于同類型橋梁的制造具有參考價(jià)值。

[1]鐵路鋼橋制造規(guī)范（TB 10212-98）

[2]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）

[3]公路橋鋼箱梁制造規(guī)范（DB32/T947-2006）

Fabrication technique of steel box girder on curvilinear with variable cross-section of Chongqi bridge

Dong Shuyun China Railway Shanhaiguan Bridge Group Co., Ltd. 066200

this article describes fabrication technique adopted in manufacture process of bridge steel box girder on curvilinear with variable cross section of Chongqi bridge, provides refereces for fabricating of same kind bridge.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.041