基于平行四邊形整體節(jié)點(diǎn)制作的工藝設(shè)計(jì)

摘要：黃岡公鐵兩用長江大橋采用了平行四邊形整體節(jié)點(diǎn)形式，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求高。本文介紹了平行四邊形整體節(jié)點(diǎn)工藝難點(diǎn)及措施，典型桿件的工藝技術(shù)方案，經(jīng)實(shí)踐證明本方案可靠實(shí)用，能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量高精度要求。

關(guān)鍵詞：平行四邊形整體節(jié)點(diǎn) ?工藝設(shè)計(jì) ?公鐵兩用橋

1 工程概況

黃岡公鐵兩用長江大橋是武漢至黃岡城際鐵路及黃岡至鄂州高速公路的關(guān)鍵控制性工程，也是大廣高速公路和漢鄂高速公路連接的重要紐帶。大橋全長4.01km，主橋?yàn)殡p塔鋼桁梁斜拉橋，跨度1215m，主跨567m，設(shè)計(jì)為雙層橋面，下層橋面通行雙線高速鐵路，上層橋面通行四車道高速公路，是目前跨度最大公鐵兩用長江大橋。

2 主桁工藝技術(shù)難點(diǎn)及措施

主桁為“N”形桁架。兩片主桁傾斜使鋼梁成一上寬下窄倒梯形橫斷面形式，主桁傾斜角度為20.3532°。兩片主桁橫向間距，上弦為27.5m，下弦為16m;桁高15.5m，節(jié)間長度13.5m。主桁采用焊接整體節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式，為適應(yīng)斜桁布置形式，主桁上弦及下弦桿均采用平行四邊形截面，整體節(jié)點(diǎn)水平內(nèi)寬1300mm，豎向內(nèi)高1800mm;主要技術(shù)難點(diǎn)及措施見表1所示。

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3 典型下弦桿件的工藝流程圖

根據(jù)制造方案，黃岡公鐵兩用長江大橋鋼桁梁平行四邊形整體節(jié)點(diǎn)典型下弦桿件制造工藝流程見圖1所示：

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圖1 ?典型下弦桿件的工藝流程圖

4 典型下弦桿件制造工藝方案

以下弦E22E23為例，該桿件為平行四邊形焊接整體節(jié)點(diǎn)，由節(jié)點(diǎn)板、頂板、底板、加勁肋、橫隔板、豎桿接頭板、斜桿接頭板、橫梁接頭板等部件焊接而成。

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圖2 ?典型下弦桿件

4.1 主要零部件下料及加工。①腹板單元的下料與加工。下弦桿腹板單元由不等厚的豎板與節(jié)點(diǎn)板對(duì)接組成，節(jié)點(diǎn)板采用數(shù)控切割機(jī)下料，豎板采用多頭切割機(jī)下料。節(jié)點(diǎn)板和豎板端部非焊接邊各預(yù)留30mm余量。下料后先采用銑邊機(jī)加工節(jié)點(diǎn)板焊接邊的1：8過渡坡口，再采用半自動(dòng)切割機(jī)加工節(jié)點(diǎn)板、豎板焊接邊的焊接坡口。以寬度中心線為基準(zhǔn)對(duì)位并焊接，使其形成腹板單元件。焊縫探傷檢查合格后，分別在內(nèi)、外腹板單元的內(nèi)表面上劃出各方向系統(tǒng)中心線，并將線延伸至外表面板邊緣做上標(biāo)記。以系統(tǒng)中心線為基準(zhǔn)劃出上下邊的加工線。先采用銑邊機(jī)加工出腹板單元與頂板、底板接觸邊的頂緊邊，再采用半自動(dòng)切割機(jī)加工出其焊接坡口。②頂板的下料與加工。下弦頂板大多為整板，下料時(shí)，兩端各留30mm余量。在頂板內(nèi)表面劃出系統(tǒng)中心線和節(jié)點(diǎn)中心線，并將線延伸至外表面端部邊緣。以系統(tǒng)中心線為基準(zhǔn)劃出與外腹板接觸邊的加工線。先采用銑邊機(jī)加工頂板過渡坡口和與外腹板接觸的頂緊邊，再采用半自動(dòng)切割機(jī)切割出焊接坡口。以加工邊為基準(zhǔn)，并考慮適當(dāng)?shù)暮附邮湛s補(bǔ)償量后，劃出節(jié)點(diǎn)板斜向插入的槽口線。先采用半自動(dòng)切割機(jī)切割出斜槽口，再在斜槽口的基礎(chǔ)上切割出焊接坡口并打磨切割面。焊接坡口均為單面坡口，坡口朝箱體外側(cè)。加工時(shí)注意坡口方向。③底板的下料與加工。下弦桿底板大多為整板，采用數(shù)控切割下料。底板兩端各留30mm余量，寬度可直接下料到圖紙尺寸。底板下料后分別劃出內(nèi)、外表面的系統(tǒng)中心線和節(jié)點(diǎn)中心線。④隔板的下料與加工。板厚小于16mm隔板建議采用激光切割下料，代替加工。板厚大于16mm對(duì)周邊進(jìn)行機(jī)加工。⑤橫梁（肋）腹板的下料與加工。板厚小于16mm隔板建議采用激光切割下料，代替加工。板厚大于16mm對(duì)周邊進(jìn)行機(jī)加工。⑥斜桿、豎桿腹板的下料與加工。采用數(shù)控切割下料并用數(shù)控鉆床鉆出孔群。以孔群為基準(zhǔn)，機(jī)械加工出兩側(cè)焊接邊的頂緊坡口和焊接坡口。

4.2 下弦桿的組裝。下弦桿采用正裝法在專用組裝胎架上進(jìn)行組裝。其組裝順序如下：

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圖3 ?下弦桿的組裝

4.3 下弦桿件的焊接。①焊接應(yīng)在胎架上進(jìn)行，工件應(yīng)放平，防止因焊接內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生扭曲變形。②先焊接隔板與腹板的立焊縫（隔板與內(nèi)側(cè)腹板之間的熔透焊縫先少量焊接，待頂板安裝焊接及橫梁接頭安裝焊接完成后再全部焊完），再焊接隔板與底板的平焊縫，最后焊接箱內(nèi)腹板與底板之間的角焊縫。焊接順序應(yīng)從中間往兩邊，由下往上依次對(duì)稱焊接。③頂板安裝完成后，采用富氬氣體保護(hù)焊對(duì)插入部位坡口焊縫進(jìn)行焊接。焊接時(shí)，兩側(cè)應(yīng)對(duì)稱同時(shí)焊接。④焊接桿件棱角焊縫和T形坡口角焊縫時(shí)，采用富氬混合氣體保護(hù)焊打底，埋弧自動(dòng)焊填充蓋面。⑤24小時(shí)后對(duì)插入部位的焊縫全長范圍進(jìn)行超聲波探傷檢查。

4.4 桿件的劃線。①工件找正：將工件平臥放置在支撐平臺(tái)上，插入頂板的腹板面朝下，另側(cè)腹板面朝上。腹板面應(yīng)平行于劃線平臺(tái)。以劃線平臺(tái)為基準(zhǔn)，用水準(zhǔn)儀對(duì)工件進(jìn)行抄平，誤差應(yīng)小于1mm。②劃出桿件兩端系統(tǒng)中心線。③劃出腹板上各向系統(tǒng)中心線。④對(duì)照施工圖及劃線圖，劃出鉆孔胎模十字對(duì)位線，并檢查。⑤劃出另一側(cè)腹板各向系統(tǒng)中心線。

4.5 桿件的鉆孔。①采用覆蓋式鉆孔胎模鉆出節(jié)點(diǎn)板上及腹板一端的部分孔群。剩余孔群可采用補(bǔ)孔樣板鉆出。②采用覆蓋式鉆孔胎模，通過腹板上一端已鉆孔群定位，鉆出另一端部分孔群。其余孔群采用補(bǔ)孔樣板鉆出。③對(duì)無法在桿件外面用臺(tái)式鉆床鉆制的腹板孔群，可采用磁力鉆在桿件箱內(nèi)通過補(bǔ)孔樣板補(bǔ)鉆出剩余孔群。④采用覆蓋式鉆孔胎模鉆出桿件頂板箱體部位兩端孔群。伸出橋面板部位兩端孔群，待橫梁接頭、橋面板縱肋等附連件安裝焊接完成后，再鉆出。⑤采用局部鉆孔胎模鉆出底板兩端孔群及一處橫梁底板連接孔群。⑥采用小覆蓋胎模，通過已鉆的一處橫梁底板連接孔群定位，依次鉆出其余底板連接孔群。

4.6 附屬件的組焊。①采用組裝胎膜，通過底板已鉆孔群定位出腹板位置并焊接;②安裝橋面板縱肋，并從中間往兩邊焊接。如焊接后對(duì)極邊孔距不能保證，可將縱肋兩端1000mm處斷開，先安裝和焊接中間部位，焊后安裝和焊接縱梁兩端1000mm段。③采用組裝胎膜，通過節(jié)點(diǎn)板上已鉆孔群，定位腹板接頭板，并進(jìn)行焊接。

5 結(jié)論

黃岡公鐵兩用長江大橋下弦整體節(jié)點(diǎn)的成品檢查結(jié)果符合設(shè)計(jì)圖紙、國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、制造規(guī)則的要求，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，工程安裝架設(shè)順利，實(shí)踐證明本工藝方案切實(shí)可行，科學(xué)合理，對(duì)同類鋼結(jié)構(gòu)的制造具有指導(dǎo)意義。

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作者簡介：黃峰，西南交通大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，工程碩士學(xué)位， 武橋重工集團(tuán)股份有限公司副總經(jīng)理，主要技術(shù)工作：大型橋梁鋼結(jié)構(gòu)、超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)管理與過程質(zhì)量控制，研究方向：鋼構(gòu)件組拼工藝、鋼構(gòu)件焊接工藝。