大型斜拉橋鋼箱梁制作外形尺寸控制

【摘要】斜拉橋鋼箱梁多為全焊結(jié)構(gòu)，外形尺寸控制是主要的制造和控制重點(diǎn)，多采用PK型斷面鋼箱梁設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能優(yōu)越、橫向剛度大的特點(diǎn)。本文以重慶永川長(zhǎng)江公路大橋鋼箱梁制作為例，介紹大型斜拉橋鋼箱梁制作外形尺寸控制的方法和經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】大型斜拉橋；PK斷面鋼箱梁；外形尺寸控制

1、工程狀況

重慶永川長(zhǎng)江公路大橋鋼箱梁全長(zhǎng)588m，全寬37.6m，跨徑居全國(guó)十二位，世界排名十四位。其建設(shè)主跨為PK斷面鋼箱梁，邊跨是同外形的PK混凝土梁，耗用鋼材用量12000余噸。

2、影響鋼箱梁制造外形尺寸要素分析

想要確定永川橋鋼箱梁制作流程，我們可以對(duì)鋼箱梁整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

首先要知道鋼箱梁外形尺寸的決定是由梁段長(zhǎng)度、寬度、高度、橫坡、旁彎、板面平整度因素。通過(guò)對(duì)板單元制作和節(jié)斷制作的分析可知鋼箱梁的制作流程要控制如下幾點(diǎn)：

（1）單元件外形尺寸要精確下料就要非常精準(zhǔn)，所以單元件制作精確下料工序是關(guān)鍵。

板單元是由板肋或U型肋按定位線與板件組裝而成，組裝是否精確影響到節(jié)段制作精度，所以組裝工序是控制板單元制作精度的重要工序。

板單元焊接是將對(duì)板肋或U型肋與板件間的角進(jìn)行焊接，板單元平整度及外形尺寸受焊接時(shí)產(chǎn)生的收縮變形的影響，所以焊接工序也是控制板單元精確的重要因素。

焊接產(chǎn)生的變形需要矯正，所以矯正工序也是控制板單元制作精度的重要工序。

（2）節(jié)段制作精度的影響要素

在鋼箱梁制作要過(guò)程中，鋼箱梁是在節(jié)段拼裝胎架上進(jìn)行制作的，所以拼裝胎架是控制梁段外形尺寸的關(guān)鍵。

板單元是將制作合格的板單元按胎架上基準(zhǔn)線進(jìn)行定位的，定位精確度同樣是影響鋼箱梁外形尺寸的直接因素。

梁段需要大量的焊接，橫向?qū)雍缚p比較多，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的變形會(huì)對(duì)梁段的寬度、長(zhǎng)度、橫坡、板面平整度造成影響，所以焊接過(guò)程也是控制梁段外形尺寸的重要因素。

（3）其他因素

溫度會(huì)影響鋼構(gòu)件，所以溫度的控制也是控制鋼箱梁制作的要點(diǎn)。

綜上所述，鋼箱梁外形尺寸控制的關(guān)鍵因素有：板單元下料、板單元組裝、板單元焊接、拼裝胎架、板單元精度定位、梁段焊接、矯正、溫度變化。

3、控制措施

分析影響鋼箱梁制作外形尺寸的關(guān)鍵要素并加以控制。

3.1板單元的下料控制

（1）梁段焊接量比較大，所以在需要在各處預(yù)留出二次切割量，預(yù)留二次切割量的地方有：

梁段縱向、頂板橫向?qū)挾扔蛇厒?cè)兩塊頂板單元寬度方向，其余則采用增加焊接補(bǔ)償量無(wú)余量方法進(jìn)行切割。

在切割量上主要針對(duì)頂板單元、地板單元、邊腹板單元、中腹板單元進(jìn)行在橫塔側(cè)、梁段邊側(cè)底板單元分別預(yù)留30mm的切割量。

（2）要對(duì)零件優(yōu)先采用精密切割下料。

矩形板塊在半自動(dòng)切割下料時(shí)長(zhǎng)度方向兩邊也同時(shí)切割，可以防止板件在半平面內(nèi)側(cè)向彎曲。那些形狀復(fù)雜的零件需要用計(jì)算機(jī)放樣來(lái)確定幾何尺寸，還要適當(dāng)?shù)募尤胙a(bǔ)償量消除數(shù)控切割機(jī)精切時(shí)產(chǎn)生的熱變形。

板單元長(zhǎng)度方向采用二次切割下料有預(yù)留，所以只考慮寬度方向在火焰切割、焊接、熱矯正制作過(guò)程中對(duì)板件尺寸造成的影響，確定板件寬度的工藝余量。

3.2控制板單元組裝措施

板單元的組裝是在平臺(tái)上進(jìn)行的，所以首先要控制肋板位置、U肋位置和U型肋邊緣的誤差，在板上進(jìn)行劃線可有效的控制誤差。還要在頂、底板和腹板上劃出縱、橫基線，在節(jié)段組裝和預(yù)拼過(guò)程中供使用，還要做好相應(yīng)的標(biāo)記。

3.3控制板單元焊接的措施

面板會(huì)在U肋或板肋與面板角焊接縫焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量而受到影響。若出現(xiàn)焊接變形不僅影響板面單元的制造精度還會(huì)增加許多的工作量才能使其達(dá)到平面度。焊接反變形技術(shù)可以有效的防止此類(lèi)現(xiàn)象產(chǎn)生。

單元板焊接過(guò)程可采用焊接變形小的二氧化碳?xì)怏w來(lái)保護(hù)。

板單元焊接需要在一臺(tái)或兩臺(tái)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)間隔一致，要方向相同，焊接速度也要相同。

3.4控制節(jié)段拼裝胎架的措施

設(shè)計(jì)制作的以測(cè)量塔、地樣線、基礎(chǔ)預(yù)埋件和調(diào)節(jié)墊為組裝的節(jié)段拼接胎架主要是為了保證該橋主梁節(jié)段位置和外輪廓的尺寸精確，橋位的安裝精度及進(jìn)度，節(jié)段拼接胎架的設(shè)計(jì)就是根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)制作。

針對(duì)截面橫向?qū)雍缚p較多對(duì)梁段寬度及橫坡的制造精度造成的影響，不能使胎截面形式與鋼箱梁底板外形一致，所以我們?cè)诳偲囱b胎架上增加橫向預(yù)拱的方法。

要控制鋼箱梁外形尺寸，關(guān)鍵是要控制節(jié)段拼裝胎，為能有效控制，所以需要將測(cè)量控制網(wǎng)合理的布局在總拼胎架四周和地面。

高程通過(guò)水準(zhǔn)儀測(cè)量監(jiān)控，全站儀和線墜測(cè)量控制直線度，將地腳螺栓預(yù)埋件固定在地面上可以有效是地樣線保存長(zhǎng)久，地樣線用樣沖眼在預(yù)留件上作標(biāo)記。

3.5控制板單元定位措施

因?yàn)楣に囘B接板精度高，所以用來(lái)對(duì)板單元上預(yù)留的橫縱基線，總拼胎架下地樣線精確定位的輔助定位。

3.6控制節(jié)段焊接措施

節(jié)段焊接控制主要控制焊接的順序，如下敘述：

鋼箱梁制作外形尺寸合理的焊接順序也是非常重要的。焊接要從頂板縱向?qū)雍缚p同向焊接、同類(lèi)焊縫要焊接對(duì)稱(chēng)、箱體焊接要從內(nèi)向外、從下向上、有中間向兩邊施焊的順序，焊接盡量在無(wú)約束力下完成，減少焊接收縮量累加對(duì)總體尺寸的影響讓板單元可自由收縮。

3.7控制校正工序

板單元及梁段制作焊接中需要焊后矯正，對(duì)板面的不平進(jìn)行調(diào)整。

采用火焰矯正的方法對(duì)板單元和梁段制作的焊縫進(jìn)行校正，矯正方法有現(xiàn)狀加熱，點(diǎn)狀加熱，三角形加熱?；鹧娉C正溫度要控制在500-700度。

3.8控制溫度變化的措施

梁段的制作多在露天，夏季露天作業(yè)日照溫度最高可以到70度以上，晝夜溫差很大，在15度上下。我們根據(jù)鋼材的膨脹系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，15.5米鋼板伸長(zhǎng)度在升高15度時(shí)為2.79mm。由此我們要避免日間高溫和日照對(duì)干板的影響，所以組裝定位要在晚上進(jìn)行，或者在陰天以及4：00到10：00、16：00到20：00進(jìn)行組裝，這樣可以避免溫度變化對(duì)鋼梁的影響。

定位測(cè)量用的鋼尺要與測(cè)量對(duì)象放在同一環(huán)境中，鋼尺和鋼材的膨脹系數(shù)一致，這樣可以消除溫差產(chǎn)生的影響。

結(jié)語(yǔ)：

重慶永川長(zhǎng)江大橋鋼箱梁的制造外形及外形尺寸能夠達(dá)到驗(yàn)收規(guī)范是通過(guò)對(duì)鋼箱梁制作時(shí)各方面的有效控制實(shí)現(xiàn)的，對(duì)鋼箱梁制作控制有：板單元下料、板單元組裝、板單元焊接、節(jié)段拼裝胎架、板單元定位、節(jié)斷焊接、矯正、溫度變化。對(duì)個(gè)過(guò)程的控制得當(dāng)使得梁段現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接安裝精度有了保障。

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