鄭北大橋鋼錨箱制造工藝及關(guān)鍵控制技術(shù)研析

石立鵬， 劉志雄

（中鐵山橋集團(tuán)有限公司， 河北 秦皇島 066205）

1 工程簡介

鄭州市農(nóng)業(yè)路快速通道工程鄭北大橋為單塔雙索面斜拉橋，是制約農(nóng)業(yè)路高架全線通車的咽喉性工程，主橋跨度221 m，橋?qū)?3 m，雙向10車道。其主塔為H型索塔，塔柱設(shè)計高度150 m，主塔縱向?qū)?～10 m，橫向?qū)?～8 m，全橋共設(shè)36對72根斜拉索。斜拉索塔端采用鋼錨箱的錨固方式，每套鋼錨箱錨固一對斜拉索，設(shè)置與上塔柱斜拉索錨固區(qū)段如圖1所示。

圖1 鄭北大橋鋼錨箱示意圖

2 結(jié)構(gòu)特點

鄭北大橋鋼錨箱的結(jié)構(gòu)形式采用了以往分體式鋼錨箱、鋼牛腿結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，組成鋼錨箱的主要構(gòu)件有：頂、底板、錨腹板、隔板、錨墊板、承壓板、壁板、加勁板等，如圖2所示。鋼錨箱腹板橫向內(nèi)間距為850 mm，厚30、32、36 mm；錨墊板厚 140 mm，壁板厚 30 mm；拉索角度主要靠錨腹板斜邊及承壓板高低差實現(xiàn)，其鋼錨箱腹板制作精度是最為關(guān)鍵的控制項點。

3 鋼錨箱制造工藝技術(shù)

3.1 零件制造工藝技術(shù)

3.1.1 錨腹板加工工藝

錨腹板程切完成并矯正后，劃錨索中心線（打樣沖）和豎向基線，并以錨索中心線與豎向基線為基準(zhǔn)劃承壓板厚度線、斜邊坡口線（包括坡口范圍線），錨索中心線與板邊線夾角（α、β）公差±0.05°，合格后加工坡口。制造時最需注意的是劃腹板斜邊坡口范圍線時，保證精度±1，如圖3所示。

圖2 鋼錨箱示意圖

圖3 腹板劃線示意圖

3.1.2 錨墊板加工工藝

本橋鋼錨箱的錨墊板不僅橫向有傾斜，而且縱向還存在1.74°～0.73°旋轉(zhuǎn)，因此錨墊板組裝面需要劃承壓板及錨腹板組裝線，要求精度±0.5 mm。

3.1.3 錨管加工工藝

錨管鋸切并檢查合格后，在兩頭劃長短軸十字中心線，并各打樣沖眼。

3.1.4 壁板加工工藝

壁板橢圓孔加工并檢查合格后，劃長短軸線，在線兩頭各打樣沖眼（如圖4所示）。壁板橢圓孔加工時必須注意成對加工。

圖4 壁板橢圓孔劃線示意圖

3.2 鋼錨箱整體組焊工藝技術(shù)

3.2.1 單元件組焊

1）組裝鋼襯墊。

需要組裝鋼襯墊的板件有：承壓板兩邊、腹板兩邊。鋼襯墊組焊后修整使之與母板密貼，焊接用的焊材要與正式焊縫相匹配。其中，承壓板和錨腹板鋼襯墊預(yù)留機加工量。

2）錨墊板與承壓板組π型。

根據(jù)錨索孔中心線，在錨墊板上劃承壓板、錨腹板組裝線（如圖5所示，包括后續(xù)無旋轉(zhuǎn)的錨墊板），承壓板與錨墊板組裝時縱向按錨腹板邊線定位，橫向以承壓板組裝線對齊，此時注意承壓板斜邊與錨墊板面垂直。

圖5 錨墊板組裝示意圖

為減少焊接變形，承壓板開口端使用工藝板保證開口間距。對稱焊接兩側(cè)承壓板與錨墊板間熔透焊縫，焊接過程中，每焊3～5道配合火焰修整，控制道間溫度。預(yù)熱時采用電加熱，嚴(yán)禁采用火焰加熱。

焊后去除工藝板并在平臺上火焰修整，檢測成形角度并探傷。

3）組焊加勁板。

根據(jù)索孔中心線劃加勁板組裝線，組裝加勁板并焊接?？刂坪附幼冃危_保錨墊板平面度。修整合格后機加工錨墊板端面、孔內(nèi)壁及承壓板兩邊鋼襯墊。

4）機加工。

第一，錨墊板單元組焊修完成后，置于劃線平臺上，精確劃承壓板兩側(cè)鋼襯墊機加工線及錨墊板機加工線，劃線時注意確保錨頭兩側(cè)面平行度及腹板與承壓板傾斜度。劃線合格后在錨墊板頂面上標(biāo)記出橋梁中心線方向，并注意區(qū)分左右；

第二，錨腹板單元鋼襯墊組焊完成后，精確劃兩側(cè)鋼襯墊機加工線，機加工時，N1、N2件以索塔中心線對齊，同時加工兩側(cè)鋼襯墊；

第三，劃線檢查合格后機加工錨墊板頂面及孔壁、承壓板兩邊鋼襯墊、錨腹板兩邊鋼襯墊。

5）壁板單元組裝。

壁板上劃線組裝N8件及焊接剪力釘，焊接時注意剪力釘對錨管的影響。

3.2.2 鋼錨箱整體組焊（如下頁圖6所示）

1）根據(jù)腹板N1上的錨索中心線、承壓板定位線，組裝錨墊板單元。組裝時使腹板斜邊與胎型擋角密貼，調(diào)整錨墊板單元使錨墊板上的索孔中心線與腹板上的錨索中心線對齊，其誤差控制在±0.5 mm，并檢測錨墊板傾斜角度。

2）用錨孔定心工具配合角尺、鋼卷尺檢測錨孔至索塔中心線距離，誤差控制在±1 mm；檢測錨墊板傾斜角度，誤差控制在±0.1°。

3）依次劃線組裝底板、隔板、頂板、加勁板。

4）組裝上部腹板N2，首先使腹板與胎型擋角密貼，同時用平尺檢查承壓板與腹板上的承壓板組裝線重合情況，微調(diào)使其誤差控制在≤1 mm的范圍內(nèi)，保證兩塊腹板的相對位置準(zhǔn)確，再次測量錨孔中心距，并經(jīng)專檢確認(rèn)合格后用CO2氣體保護(hù)焊以對稱施焊的方法完成腹板與錨墊板單元、頂、底板，隔板的焊縫焊接，為了控制焊接變形要嚴(yán)格執(zhí)行《鋼錨箱焊接工藝規(guī)程》規(guī)定，采用邊焊邊修的工藝方法。

5）以上步驟組焊修完成后，組裝壁板單元，壁板單元組裝時注意橢圓孔傾斜方向，并使用專用定心工具測量調(diào)整使壁板上橢圓中心與錨墊板圓心偏差滿足±2 mm要求后定位焊接。

6）組裝錨管。組裝錨管時使錨管組裝端十字線與壁板上所劃十字線對齊，并用工具檢查錨管與錨墊板圓孔同心度，誤差≤2 mm。并保證錨管端口垂直度≤3 mm，錨管端口距壁板距離誤差±3 mm。

圖6 鋼錨箱組裝流程示意圖

4 制造關(guān)鍵控制技術(shù)

1）腹板與錨頭組裝：將腹板置于平臺上，嚴(yán)格按腹板單件制作時所劃線組裝。為確保焊縫質(zhì)量，錨頭單元先行焊在側(cè)面拉板上，用直探頭與斜探頭探傷檢測焊縫質(zhì)量，注意兩側(cè)錨座板角度不同。

2）機加工鋼錨箱腹板與壁板焊接邊：為保證鋼錨箱錨點的幾何尺寸精度，鋼錨箱腹板與壁板焊接邊進(jìn)行機加工，這樣可以有效控制兩側(cè)錨點的相對位置精度、鋼錨箱寬度公差、焊接邊垂直度等關(guān)鍵項點。

3）整體組焊是鋼錨箱制作的關(guān)鍵工序，制造時重點控制的項點是：錨頭單元的錨墊板與承壓板軸線夾角即腹板角度、錨墊板錨孔坐標(biāo)即錨固點坐標(biāo)值和箱體斜方尺寸。為此采取關(guān)鍵性的控制技術(shù)。

組裝時保證承壓板邊緣與胎型定位擋角密貼，其間隙控制在不大于0.5 mm，用平尺檢測錨墊板邊緣及腹板邊緣與承壓板上的腹板角度標(biāo)記線使其重合，其誤差控制在不大于0.5 mm。

由于定位焊后的錨箱整體剛度較小，焊接時將錨頭腹板與承壓板的焊縫用CO2保護(hù)焊對稱施焊3～4道打底焊后翻身出胎，在焊接平臺上完成焊縫的焊接。

合理的組裝和焊接順序能夠最大程度地減小焊接變形和焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，由于錨箱焊縫均采用坡口較大的熔透焊接，焊接變形和焊后殘余應(yīng)力不可忽視，因此在焊接過程中處采用變形較小的CO2保護(hù)焊對稱施焊外，還要邊焊接邊修整以減小焊接變形和焊后殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。

5 結(jié)論

本文中鄭北大橋鋼錨箱的制造是總結(jié)和改進(jìn)了以往分體式鋼牛腿、鋼錨梁的制造經(jīng)驗，結(jié)合本橋鋼錨箱的特殊結(jié)構(gòu)，在制造過程中加強了對零件下料、加工和組裝時的精度控制，制定了合理的焊接順序和焊接參數(shù)，這些都是對控制幾何尺寸精度、減小焊接和修整變形、提高單元生產(chǎn)及整體組裝效率起到重要作用。實際生產(chǎn)表明，鄭北大橋鋼錨箱制造質(zhì)量及精度完全能夠滿足該橋?qū)ｍ椫圃鞓?biāo)準(zhǔn)的要求，同時本文也可對此類鋼牛腿與鋼錨梁合體式鋼錨箱的制造提供一定的指導(dǎo)和借鑒作用。