寸灘長江大橋鋼箱梁整體拼裝定位精度和焊接變形控制技術(shù)

許 賀,曹 磊

（中鐵山橋集團(tuán)有限公司,河北 秦皇島 066205）

寸灘長江大橋鋼箱梁整體拼裝定位精度和焊接變形控制技術(shù)

許 賀,曹 磊

（中鐵山橋集團(tuán)有限公司,河北 秦皇島 066205）

重慶寸灘長江大橋是重慶機(jī)場專用快速路項(xiàng)目跨越長江的控制性工程,跨江主橋?yàn)閱慰玟撓淞簯宜鳂?鋼箱梁采用流線型扁平封閉式單箱結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行鋼箱梁整體拼裝時(shí),通過對(duì)關(guān)鍵板件的組裝定位精度和焊接變形量進(jìn)行控制,全橋鋼箱梁段整體拼裝后的各項(xiàng)基本尺寸均滿足驗(yàn)收規(guī)范要求,保證了成橋梁段安裝過程順利,節(jié)段間環(huán)口匹配效果良好,為節(jié)段間工地環(huán)口焊接施工順利進(jìn)行提供了保障。

鋼箱梁;整體拼裝;關(guān)鍵板件;定位;焊接變形控制

1 工程概況

重慶寸灘長江大橋是重慶機(jī)場專用快速路項(xiàng)目跨越長江的控制性工程,其跨江主橋?yàn)榭鐝?80 m的單跨鋼箱梁懸索橋。鋼箱梁采用流線型扁平封閉式單箱結(jié)構(gòu),梁高3.5 m,全寬42 m（包含兩側(cè)風(fēng)嘴）[1],橋面設(shè)2%的雙向橫坡。鋼箱梁頂板、底板均采用正交異性板結(jié)構(gòu)體系。箱梁內(nèi)設(shè)2道縱腹板,間距39.2 m。橫隔板間距3.0 m。鋼箱梁兩側(cè)設(shè)風(fēng)嘴,風(fēng)嘴內(nèi)設(shè)全橋通長的開放式U形泄水槽。全橋鋼箱梁沿橋縱向分成59個(gè)節(jié)段,梁段之間采用對(duì)接熔透焊縫連接。主橋總體布置和鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段截面見圖1。

圖1 主橋總體布置圖和鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段截面圖

主橋鋼箱梁采用全焊結(jié)構(gòu),主要材質(zhì)為Q345qD鋼,全橋總重約16 000 t。鋼箱梁整體拼裝時(shí),存在大量對(duì)接焊縫和熔透角焊縫。焊接收縮量較大,容易影響后續(xù)板件的定位精度,特別是底板、橫隔板、頂板及腹板等關(guān)鍵板件的組裝定位精度尤為重要,直接影響到梁段的整體尺寸和結(jié)構(gòu)受力安全。為保證本橋鋼箱梁段的整體尺寸精度,必須控制關(guān)鍵板件的組裝定位精度,同時(shí)控制焊接收縮引起的變形量。

2 胎架和測量控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)

胎架作為鋼箱梁段整體拼裝的外胎,是保證梁段外輪廓尺寸和部件位置準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。在本橋鋼箱梁段整體拼裝胎架的設(shè)計(jì)過程中,考慮梁段的焊接變形和重力的影響,通過調(diào)整胎架牙板高差,在橫向預(yù)設(shè)了拱度。測量控制網(wǎng)架設(shè)在胎架外側(cè),共布置6個(gè)地樣,6個(gè)測量塔和2個(gè)橫向基準(zhǔn)墩,用來控制鋼箱梁整體拼裝制造過程中所有測量點(diǎn)的高程及板件橫、縱基線,保證鋼箱梁的整體拼裝尺寸和線形。測量控制網(wǎng)見圖2。

圖2 測量控制網(wǎng)（單位:mm）

3 梁段整體拼裝順序

鋼箱梁整體拼裝采用長線拼裝技術(shù),梁段制作、匹配和預(yù)拼裝在拼裝胎架上同步完成。組裝時(shí)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)施以確保精度和安全,按照“底板→橫隔板→中間頂板D1～D6→腹板→風(fēng)嘴隔板、風(fēng)嘴蓋板→腹板上方的頂板D7→組焊臨時(shí)吊耳和臨時(shí)連接件”的順序,實(shí)現(xiàn)立體階梯形推進(jìn),逐段組裝焊接。頂板單元?jiǎng)澐忠妶D3。

圖3 頂板單元?jiǎng)澐?/p>

4 關(guān)鍵板件的定位精度控制和焊接變形控制

4.1 底板定位精度及焊接收縮控制

本橋鋼箱梁平底板總寬為24.1 m,斜底板單側(cè)寬9.171 m,板厚均為10 mm,有12條縱向?qū)雍缚p。為避免日照和高溫對(duì)精度產(chǎn)生影響,中心底板的定位組裝選擇在日出前進(jìn)行。平底板定位以中心底板的橫、縱基線為基準(zhǔn),斜底板定位以中心底板的橫基線和胎架兩側(cè)邊標(biāo)志塔線為基準(zhǔn)。底板與胎架的連接,在梁段基準(zhǔn)端側(cè)的第一道胎架橫梁與胎架縱梁交叉部位使用剛性馬板,其它部位使用柔性馬板。縱向?qū)雍缚p組裝時(shí),需預(yù)留2.5～3 mm焊接收縮量,以保證隔板組裝時(shí)U肋槽口能與底板U肋吻合,焊接順序按照由中間向兩邊,同向?qū)ΨQ焊接的原則,嚴(yán)格控制平底板部位的焊后高程,防止隔板無法與斜底板密貼。

4.2 橫隔板定位精度及焊接收縮控制

本橋隔板設(shè)計(jì)采用了分塊式隔板形式,在頂板上設(shè)置接板,在板單元制作時(shí)接板與頂板焊接成塊體,整體拼裝時(shí)接板與下部隔板的上水平加勁板采用雙面角焊縫形式連接,避免了仰焊作業(yè)。由于鋼箱梁寬度大,在板單元制作過程中,對(duì)隔板進(jìn)行了合理的分塊,橫隔板單元?jiǎng)澐忠妶D4。

圖4 橫隔板單元?jiǎng)澐?/p>

隔板組裝及焊接的關(guān)鍵控制點(diǎn)為:隔板組裝位置精度、隔板垂直精度和焊接收縮。針對(duì)本橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),做出了如下措施:

（1）橫隔板為梁段整體拼裝的內(nèi)胎,下部隔板的定位精度直接影響梁段的整體尺寸精度,如隔板組裝位置不準(zhǔn)確,將與頂板上的接板出現(xiàn)板厚偏心的情況,影響結(jié)構(gòu)受力。因此,必須嚴(yán)格控制梁段基準(zhǔn)端側(cè)的首塊下部隔板的組裝位置及其它下部隔板的間距,隔板的組裝線全部以梁段基準(zhǔn)頭側(cè)的底板橫基線為基準(zhǔn)進(jìn)行返線。

（2）由于鋼箱梁兩側(cè)腹板間距大,且下部隔板的高度較高,在沒有進(jìn)行頂板和腹板定位的情況下,梁段中部的隔板A和隔板B剛性較小,定位時(shí)使用絲杠調(diào)整垂直度,保證偏差在2 mm以內(nèi),然后使用角鋼進(jìn)行雙面支撐固定。

（3）隔板定位組裝及焊接順序?yàn)?隔板A→隔板B→隔板C。隔板A與隔板B間為立位對(duì)接焊縫形式,隔板B與隔板C為熔透角焊縫形式。隔板A組裝定位完成后,從中間向兩邊對(duì)稱焊接隔板A與底板間角焊縫。隔板B定位完成后,采用剛性較大的加長馬板[2],對(duì)隔板A與隔板B間立位對(duì)接焊縫進(jìn)行強(qiáng)制約束,以控制焊接收縮量。同時(shí),為減少焊接收縮和變形,要求操作人員對(duì)焊縫上部先進(jìn)行少量焊接,再分段立向施焊[3],在對(duì)稱焊接完立位對(duì)接焊縫后,從中間向兩側(cè)對(duì)稱焊接隔板B與底板間角焊縫。隔板C定位完成后,先對(duì)稱焊接隔板B與隔板C的熔透角焊縫,然后焊接隔板C與底板間角焊縫。隔板的加勁板嵌補(bǔ)件組裝前,先對(duì)隔板整體平面度進(jìn)行修整,在復(fù)核垂直度和高程合格后,方可組焊嵌補(bǔ)段及角部加勁。

4.3 頂板的定位精度及焊接收縮控制

頂板組裝及焊接的關(guān)鍵控制點(diǎn)為:頂板與底板在梁段基準(zhǔn)端側(cè)的相對(duì)位置、頂板接板與下部隔板的組裝精度、頂板高程及焊接收縮。因組裝定位頂板單元D1～D6時(shí),兩側(cè)腹板尚未組焊,梁段整體剛性較小,為保證頂板在箱體上的相對(duì)位置準(zhǔn)確,做出了如下措施:

（1）頂板組裝順序?yàn)?頂板D1～D6由梁段中心向兩邊依次組裝,頂板D7在腹板組焊后進(jìn)行組裝。

（2）中心頂板單元D1的定位組裝選擇在日出前或陰天進(jìn)行。中心頂板D1的橫向定位以胎架兩側(cè)中心標(biāo)志塔線為基準(zhǔn),用經(jīng)緯儀校正頂板縱基線與標(biāo)志塔線的重合度,控制偏差在0～0.5 mm。為避免誤差累計(jì),頂板D2～D6的橫向定位均以橋面中心線為基準(zhǔn),由橋面中心向兩邊依次組裝。頂板縱向定位均以梁段基準(zhǔn)端側(cè)的底板橫基線為基準(zhǔn),采用吊鉛垂的方法確定頂、底板單元在梁段基準(zhǔn)端側(cè)的相對(duì)位置,控制精度在±1 mm。為減小頂板接板與下部隔板定位的板厚偏心量,組裝頂板前,先在隔板上部單側(cè)設(shè)置專用的“幾”字形定位馬板。頂板定位時(shí),將接板與定位馬板頂緊密貼,使用水準(zhǔn)儀測量頂板高程并進(jìn)行修正,高程數(shù)據(jù)合格后,對(duì)接板與下部隔板的上水平加勁板進(jìn)行定位焊,然后使用角鋼在艙內(nèi)設(shè)置十字支撐[4],確保頂板定位后不會(huì)因?yàn)闇夭罴傲憾握w剛性小等影響產(chǎn)生縱向錯(cuò)動(dòng),見圖5。

圖5 接板專用定位馬板和頂板定位支撐

（3）本橋的頂板板厚為14 mm和16 mm,為控制焊后尺寸,縱向?qū)雍缚p組對(duì)時(shí)均預(yù)留了2.5～3 mm焊接收縮量。兩塊中心頂板D1定位完成后,先焊接縱向?qū)雍缚p,再由梁段中心向兩邊對(duì)稱焊接接板與下部隔板的上水平加勁板間角焊縫。頂板D2～D6由橋面中心向兩邊依次組焊,先同向?qū)ΨQ焊接縱向?qū)雍缚p,再依次由梁段中心向兩邊對(duì)稱焊接接板與下部隔板的上水平加勁板間角焊縫。最后組焊接板嵌補(bǔ)段,為減少接板嵌補(bǔ)段的焊接收縮對(duì)梁段整體尺寸產(chǎn)生影響,控制焊接順序?yàn)?嵌補(bǔ)段先與接板一邊焊接,再與下部隔板及頂板進(jìn)行焊接,最后與接板另一邊焊接。

4.4 腹板定位精度及焊接收縮控制

腹板作為鋼箱梁最重要的承力構(gòu)件,位置尺寸精度直接關(guān)系到整個(gè)梁段的結(jié)構(gòu)受力安全。本橋腹板組裝及焊接的關(guān)鍵控制點(diǎn)為:腹板中心距、腹板平整度、兩側(cè)腹板吊耳孔高差和吊點(diǎn)縱向錯(cuò)位。

腹板的定位組裝時(shí)間選擇在日出前或陰天進(jìn)行?？v向定位以橋梁中心線上確定的定位點(diǎn)為基準(zhǔn),用經(jīng)緯儀重點(diǎn)控制兩側(cè)吊耳板中心線與橋梁中心線的垂直關(guān)系,保證兩側(cè)吊點(diǎn)縱向錯(cuò)位≤2 mm。橫向定位以胎架兩側(cè)邊標(biāo)志塔線為基準(zhǔn),控制腹板到橋面中心線的半寬尺寸偏差為+2～+3 mm,以滿足后續(xù)板件的焊接收縮。腹板定位過程中,通過使用絲杠和千斤頂配合調(diào)整腹板平面度、高程和半寬尺寸,數(shù)據(jù)全部合格后,使用馬板對(duì)腹板與隔板C間的角焊縫進(jìn)行強(qiáng)制約束,先對(duì)稱焊接腹板與底板間角焊縫,再焊接隔板與腹板間角焊縫。頂板D7組裝后,測量腹板高程、兩側(cè)腹板吊耳孔高差以及腹板到橋面中心線的半寬尺寸,修正合格后方可施焊。

5 結(jié)語

合格的梁段尺寸是保證梁段順利安裝及節(jié)段間環(huán)口良好匹配的前提。通過采用上述關(guān)鍵板件的定位精度控制和焊接變形控制方法,寸灘長江大橋59個(gè)鋼箱梁段的各項(xiàng)基本尺寸均滿足驗(yàn)收規(guī)范要求。成橋吊裝合龍后,對(duì)全橋58道環(huán)口進(jìn)行測量檢查,頂、底板的對(duì)接焊縫間隙均在6～9 mm范圍內(nèi),為節(jié)段間工地環(huán)口焊接施工順利進(jìn)行提供了保障。

[1]唐賀強(qiáng),曹洪武,萬田保.重慶寸灘長江大橋主橋設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè),2013,43(03):71-76.

[2]胡廣瑞.大型公路鋼箱梁整體拼裝制造線形和尺寸的控制[J].鋼結(jié)構(gòu),2006(5):74-76.

[3]姚志安,張?zhí)?葉覺明,等.大跨徑懸索橋鋼箱梁制造關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鋼結(jié)構(gòu),2010(4):59-62.

[4]劉申,宋仁進(jìn).公路鋼箱梁頂板定位安裝精度控制技術(shù)[J].鋼結(jié)構(gòu),2011(3):51-54.

新疆青河縣投入9 500萬元推進(jìn)重點(diǎn)農(nóng)村公路建設(shè)項(xiàng)目

今年,新疆青河縣加大投入力度,實(shí)施農(nóng)村公路新建項(xiàng)目、老路改建提檔升級(jí)項(xiàng)目,切實(shí)改善農(nóng)牧民出行條件。

青河縣縣城通往阿熱勒鄉(xiāng)塔斯托別村農(nóng)村公路9.95 km,2003年鋪油。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平快,車輛增加,老路使用時(shí)間久,路面坑洼多,已經(jīng)滿足不了現(xiàn)在的運(yùn)載需要。2017年,青河縣以提升農(nóng)村公路通暢深度、安全水平和路域環(huán)境為抓手,加快縣鄉(xiāng)連通路、資源開發(fā)路、旅游景區(qū)路、山區(qū)扶貧路的建設(shè),形成各鎮(zhèn)鄉(xiāng)內(nèi)暢外通、科學(xué)合理的路網(wǎng)格局,為貧困村的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供安全、持久、便捷、暢通的交通運(yùn)輸服務(wù),切實(shí)提高老百姓的幸福指數(shù)。

青河縣交通運(yùn)輸局今年計(jì)劃實(shí)施農(nóng)村公路33個(gè)項(xiàng)目,改建農(nóng)村公路20個(gè)項(xiàng)目,共185 km,危橋改造項(xiàng)目13個(gè),總共380 m,總投資9 500萬元,主要是改善當(dāng)?shù)厝罕姵鲂邪踩?帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

U445

B

1009-7716（2017）07-0114-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.033

2017-3-20

許賀（1983-）,男,山西大同人,工程師,從事鋼結(jié)構(gòu)橋梁制造工作。