城市高架橋鋼箱梁制作實踐

張嘉嘉，孫嘉強，張招欣，田玉坤，趙 勇

（濟南萊鋼鋼結(jié)構(gòu)有限公司，山東 濟南250017）

城市高架橋鋼箱梁制作實踐

張嘉嘉，孫嘉強，張招欣，田玉坤，趙 勇

（濟南萊鋼鋼結(jié)構(gòu)有限公司，山東 濟南250017）

高架橋鋼箱梁構(gòu)件不同于普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其特點為體積大、質(zhì)量大、焊縫密集、封閉節(jié)點多。通過對此項目中的鋼箱梁加工過程的分析，介紹了使用胎架控制構(gòu)件的拱度；使用板單元分片組裝焊接的方法減少焊接變形；優(yōu)化焊接方法提升焊接效率；調(diào)整組焊的順序完成封閉節(jié)點的焊接；利用配鉆保證現(xiàn)場穿孔率。

高架橋鋼箱梁；胎架；板單元；焊接方法；封閉節(jié)點；穿孔率

1 工程概況

濟南市工業(yè)北路快速路建設(shè)工程高架橋鋼箱梁項目地處濟南市歷城區(qū)，其主要結(jié)構(gòu)分為縱梁、橫梁、橫向連接（次梁）?？v梁與縱梁之間通過次梁橫向連接，橫梁與縱梁通過牛腿連接，橋面板采用鋼筋砼板，與鋼箱梁之間通過設(shè)置在鋼梁翼緣板頂面的栓釘連接在一起。本項目主要材料為Q345qD。

2 施工技術(shù)難點

1）為了保證每一節(jié)梁的拱度，加工過程均在胎架上進行，胎架的精度控制成為本工程的關(guān)鍵點。

2）本項目的單體構(gòu)件最大長度32 m，寬3.7 m，高度達到3.25 m。如果鋼箱梁采用將所有零件組立后再焊接的方法，會由于焊接量較大導致焊接變形較為分散。矯正難度大，難以保證鋼箱梁整體尺寸精度。將每段梁分成若干板單元單獨組裝焊接，矯正完成后整體組焊，再進行二次修整。鋼箱梁的主焊縫全部為一級焊縫，分板單元組焊可將原本的仰焊位變?yōu)槠胶肝?，還可以利用自動焊接設(shè)備，大大降低了焊接難度，提升了探傷的通過率。

3）鋼箱梁局部封閉節(jié)點較多，為了保證封閉節(jié)點的焊接質(zhì)量，需要優(yōu)化組立焊接的工藝順序。

3 鋼箱梁橋加工技術(shù)難點控制

箱梁總體施工工藝流程：圖紙審核→采購材料→放樣→工藝試驗→鋼材預處理→涂防銹底漆→下料→板件加工→組焊→焊縫檢驗→預拼裝→涂裝→成品→運輸。

3.1 Q345qD焊接性分析及焊材選取

鋼材的焊接性不僅取決于本身的材質(zhì)，也取決于焊件的大小、形狀、生產(chǎn)及操作條件等。而且Q345qD用在高架橋上受到周期性動載荷作用，這對Q345qD塑性、韌性有較高的要求。Q345qD的化學成分表及其力學性能如表1、表2所示。

表1 Q345qD鋼化學成分（質(zhì)量分數(shù)）%

表2 Q345qD鋼的力學性能

通過Q345qD鋼焊接性分析，其具有較低的碳當量，焊接性良好。為了保證Q345qD低溫韌性的特殊要求，同時進一步改善其抗裂性，Q345qD鋼焊接時需要選擇氧化傾向小的堿性焊接材料，而且需要嚴格控制焊接參數(shù)和熱輸入量。

該鋼箱梁制造過程當中主要采用CO2氣體保護焊和埋弧自動焊兩種焊接方法。CO2氣體保護焊焊接材料在平焊位時為ER50-6，立焊、仰焊位置時為藥芯焊絲E501T-1，埋弧焊焊接材料為H08Mn2E+SJ101q。

3.2 胎架制作與精度控制

車間組裝鋼箱梁前需搭建胎架，搭建胎架材料采用型鋼、板條等余廢料。根據(jù)設(shè)計圖紙的起拱度尺寸，額外加10 mm預拱度計算出胎架所需的坐標和主要控制點尺寸。胎架H型鋼橫梁布置與鋼箱梁內(nèi)部隔板對應(yīng)，在高度方向通過H型鋼進行粗略定位，并在型鋼上部設(shè)置120 mm×100 mm調(diào)高牙板，配合水準儀精調(diào)起拱精度。對于現(xiàn)場相連的兩個構(gòu)件，分配到1個班組對兩個構(gòu)件同時加工，并利用連接板標準件進行配鉆；對于現(xiàn)場相連而不在1個班組進行加工的兩個構(gòu)件，只配鉆1個構(gòu)件上的孔，其余的孔進行現(xiàn)場配鉆以保證穿孔率。

3.3 板單元法組焊鋼箱梁

將每段鋼箱梁分成多個板單元分別進行組立焊接。板單元有底板（含底板上肋板）、腹板（含上翼板及附屬肋板）、橫隔板（含頂板及肋板）。各單元焊接矯正完成，吊放到胎架上進行總體組裝焊接，最后組裝、焊接牛腿、配鉆孔及焊接上表面的栓釘。

3.4 鋼箱梁的封閉節(jié)點焊接

鋼箱梁共有3種不同類型的封閉節(jié)點，封閉節(jié)點內(nèi)的焊縫多為熔透、半熔透焊縫。受鋼箱梁構(gòu)造限制，如果不進行組焊順序的改變，一些焊縫沒有操作空間進行焊接及清根，這就需要技術(shù)工藝人員反復論證模擬確定合適的焊接順序，部分焊縫需要增加焊接襯板代替反面清根。下面以支座處封閉節(jié)點為例進行闡述。支座處封閉節(jié)點立體視圖如圖1所示。鋼箱梁的封閉節(jié)點焊接過程如圖2所示。

圖1 支座處封閉節(jié)點一覽

圖2 封閉節(jié)點焊接過程

封閉節(jié)點焊接過程：1）將第一塊橫隔板組焊在底板上，橫隔板與主體連接焊縫全部為一級焊縫。橫隔板與底板可以使用清根法焊接，其余3面開設(shè)單面坡口，坡口方向與箭頭相反，背面加設(shè)鋼襯墊（箭頭所指為鋼箱梁端部方向，下同）。2）組裝橫隔板后方兩塊縱向隔板，縱向隔板的焊縫全部為部分熔透，可以開單面坡口，坡口方向朝向外側(cè)。3）按箭頭方向組焊兩塊縱向隔板之間的橫向小隔板，橫向小隔板實行倒退組焊法，邊組邊焊，即組立一塊焊接一塊，因為兩塊橫向小隔板之間的寬度及深度無法進入進行焊接。將兩側(cè)的縱向隔板及橫向小隔板也依照上述方法組焊。4）組焊第二塊橫隔板，橫隔板所有焊縫均為一級焊縫，除中間位置可清根焊接，其余部分均需設(shè)置鋼襯墊，坡口朝向箭頭一側(cè)。5）焊接箭頭所示的縱向隔板與橫隔板、底板的焊縫為部分熔透。6）組立并焊接兩側(cè)T型鋼（腹板），此焊縫為一級焊縫，焊接橫隔板與腹板的鋼襯墊坡口焊縫，全部探傷完成后組焊橫隔板上方的頂板，并完成所有仰焊能夠焊接到的焊縫（構(gòu)造限制，經(jīng)設(shè)計同意，個別焊縫貼緊不焊接）。7）最后焊接鋼箱梁端部的封頭板，此焊縫四周統(tǒng)設(shè)鋼襯墊，為一級焊縫。

類似這種操作空間狹小、焊縫要求高的節(jié)點有3種不同的類型。通過對組焊順序的優(yōu)化及保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，所有的主要焊縫都能夠順利焊接（焊接方案均經(jīng)設(shè)計同意后實施）。

3.5 焊接方法的改進

在甲方提供的焊接工藝規(guī)程中，要求鋼箱梁的4條主焊縫全部采用手工焊接，目的為了控制熱輸入，使低溫沖擊性能達標。但是主焊縫全部為一級焊縫，全部使用手工焊接勢必會造成效率低下，我方提出使用手工焊打底、清根，埋弧焊蓋面的方法。經(jīng)第三方實驗室檢測，各項性能完全達標，并制作了相關(guān)的焊接工藝評定及焊接作業(yè)指導書，得到了甲方的同意。手工焊打底、清根，埋弧焊蓋面的具體焊道為手工焊2道，埋弧焊1道，比之前純粹使用手工焊6、7道焊道節(jié)約了1倍多的時間，而且降低了操作人員的勞動強度，提高了探傷的成功率。

4 結(jié)語

該鋼箱梁制作工藝從現(xiàn)場安裝情況來看，穿孔率達100%，過焊孔、焊縫外觀等細節(jié)處理美觀，得到了設(shè)計單位和業(yè)主的一致好評，為同類鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的制造提供了可以借鑒的經(jīng)驗。

U445

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1004-4620（2017）05-0079-02

2017-07-20

張嘉嘉，男，1989年生，2012年畢業(yè)于山東建筑大學材料成型及控制工程專業(yè)。現(xiàn)為萊鋼鋼結(jié)構(gòu)有限公司技術(shù)工藝部助理工程師，從事鋼結(jié)構(gòu)加工技術(shù)工作。