后穿式鋼錨箱制造安裝精度控制

馬春江，劉于志，初東欣

中鐵山橋集團有限公司 河北秦皇島 066205

1 序言

錨箱作為鋼箱斜拉橋主要受力構(gòu)件之一，傳統(tǒng)鋼箱梁錨固結(jié)構(gòu)與腹板作為一體進行箱梁拼裝，鋼錨箱與箱梁線形、預(yù)拱度依據(jù)拼裝胎架設(shè)置整體變動。后穿式鋼錨箱是一種特殊型鋼錨箱結(jié)構(gòu)，即鋼錨箱作為一個整體結(jié)構(gòu)桿件貫穿外腹板后插入鋼箱梁，并與箱梁內(nèi)腹板焊接，與鋼箱梁成為一體，如圖1所示。該鋼錨箱的錨頭部位外露于箱梁，減少了橋面頂板開孔以及占用面積。本文以德國萊茵河大橋為例，闡述后穿式鋼錨箱制造和安裝技術(shù)。

圖1 后穿式鋼錨箱

2 鋼錨箱結(jié)構(gòu)特點及難點

后穿式鋼錨箱為異形箱體，遠離錨頭的箱口為斜口，箱寬0.85m，高1.3～2.2m，長約6m。箱內(nèi)設(shè)置兩道隔板，且一道隔板與外腹板相對應(yīng)，錨管焊接于箱內(nèi)，鋼錨箱結(jié)構(gòu)如圖2所示。腹板長度方向三接一，蓋板長度方向二接一，不等厚部位均為外對齊。4條主焊縫皆為熔透焊縫，靠近錨頭處隔板周圈熔透，錨頭撐板與腹板熔透。

圖2 鋼錨箱結(jié)構(gòu)

根據(jù)鋼錨箱結(jié)構(gòu)及與箱梁的連接特點，經(jīng)分析可知存在以下難點[1]。

1）由于鋼錨箱為后插入箱梁，需在箱梁拼裝過程中插入定位焊接，故還需在制造時考慮預(yù)拱度的影響。

2）由于該鋼錨箱熔透焊縫多、焊接量大，所以需采取措施控制焊接變形，以保證鋼錨箱幾何尺寸。

3）鋼錨箱內(nèi)隔板的位置需要在箱梁拼裝時與箱梁的外腹板對應(yīng)，且鋼錨箱端部與箱梁內(nèi)腹板焊接連接，造成該隔板位置精度要求高。

4）在鋼錨箱與箱梁安裝時，鋼錨箱插入角度和錨點定位難度大。

3 制造方案及難點應(yīng)對措施

3.1 制造方案

如圖3所示，綜合考慮后穿式鋼錨箱的結(jié)構(gòu)特點和難點，確定其工藝流程為：組焊錨頭單元→組焊槽形→槽形扣蓋→機加工錨頭接觸面→組焊錨頭→整體加工座板→鋼錨箱整體安裝[2]。

圖3 鋼錨箱制造流程

3.2 應(yīng)對措施

（1）鋼錨箱預(yù)拱度設(shè)置 由于箱梁預(yù)拱度由拼裝胎架控制，箱梁單元件制造不考慮預(yù)拱度，所以拼裝時與胎架密貼即可實現(xiàn)預(yù)拱度設(shè)置。由于鋼錨箱在成橋線形與疊加預(yù)拱度后的角度及尺寸差別較大，所以鋼錨箱在圖樣繪制時需考慮預(yù)拱度的影響。

采取措施：利用成橋線形與預(yù)拱度線形下鋼錨箱相鄰隔板映射法，即隔板作為基準將鋼錨箱整體空間轉(zhuǎn)動成預(yù)拱度尺寸，如圖4所示。

圖4 預(yù)拱度轉(zhuǎn)化示意

（2）焊接變形控制 由于鋼錨箱熔透焊縫多、隔板少且隔板四邊熔透焊，所以造成箱體截面尺寸、平面度不易控制，容易扭曲；組焊槽形后，隔板焊接造成腹板波浪；經(jīng)過多次組裝、熔透焊縫焊接后，容易造成鋼錨箱整體尺寸超差。

采取措施：橫隔板在箱體組裝完成后進行焊接；組裝寬度加大至3～4m m，設(shè)置內(nèi)撐、外馬板，并待焊接完成后拆除，如圖5所示。

圖5 支撐設(shè)置

（3）鋼錨箱內(nèi)隔板與外腹板對應(yīng)位置控制 鋼錨箱貫穿主梁箱體外腹板，其內(nèi)隔板與主梁箱體外腹板理論對齊。鋼錨箱作為重要受力構(gòu)件，此位置受彎扭組合應(yīng)力，屬于疲勞嚴重區(qū)域。為保證鋼錨箱內(nèi)隔板與腹板精確定位，將鋼錨箱投影位置反射在箱體外，且長度準確預(yù)留收縮量，如圖6所示。

圖6 內(nèi)隔板與腹板位置示意

（4）鋼錨箱角度及錨點位置控制 鋼錨箱作為全橋關(guān)鍵受力結(jié)構(gòu)，錨索角度及錨點位置精度要求嚴格，其中角度公差＜0.17°，錨點位置±3mm?？紤]到鋼錨箱安裝難度，并保證安裝精度，前期制作時預(yù)留機加工線，便于利用儀器以線定位安裝，如圖7所示。

圖7 鋼錨箱整體機加工留線示意

4 鋼錨箱安裝

4.1 鋼錨箱的焊接

在鋼錨箱的整個安裝定位過程中，涉及到大量的焊接工作。因此，在安裝過程中不僅要考慮測量定位精度，還要兼顧焊接變形的影響。綜合考慮焊接變形量和定位精度允許偏差，整體焊接順序是先焊接鋼錨箱與箱梁內(nèi)腹板焊縫，再焊接鋼錨箱與鋼梁外腹板焊縫（考慮長度方向自由收縮）。焊接時遵循對稱施焊，鋼錨箱轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊，如圖8所示。由于每一個鋼錨箱角度不同，所以焊接順序要根據(jù)其角度進行調(diào)整，其原則是焊接收縮對錨管影響最小[3]。

圖8 焊接示意

4.2 鋼錨箱的定位

箱梁拼裝完成后，進行鋼錨箱的定位安裝。在鋼錨箱定位過程中，分為以下三個步驟[4]。

（1）橫橋向控制 以鋼錨箱下錨墊板錨點及上水平面錨點為測量基準，在胎架外側(cè)地面設(shè)置標志點，標志點為下錨點所對應(yīng)的橫向位置。首先在地面上架設(shè)經(jīng)緯儀，利用經(jīng)緯儀控制下錨點與標志點連線重合；然后在附近的錨箱下方架設(shè)經(jīng)緯儀，使經(jīng)緯儀與兩側(cè)標志點重合，測量上水平板錨點與經(jīng)緯儀激光點的偏移量L，如圖9所示。

圖9 橫橋向測量示意

（2）縱向角度控制（順橋向角度） 由于頂板上邊面端部較下錨墊板端部靠近橋中線，因此吊線需要用平尺作輔助。在上水平板沿十字基準線擺放平尺，并在平尺伸出錨點800mm位置設(shè)置吊線錘。以鋼錨箱上水平板錨點與下錨墊板錨點為測量基準，測量兩點沿橋向的水平投影距離。最終調(diào)整其實測距離與理論距離相同，如圖10所示。

圖10 縱向角度控制

（3）高程定位 在橫縱向角度定位的同時，進行錨點高程的調(diào)整。以鋼錨箱下錨墊板錨點為測量基準，利用水準儀打倒尺直接測量錨點標高。全部調(diào)整完畢、再次進行復(fù)測無誤后，進行馬板定位和焊接工作。

5 結(jié)束語

后穿式鋼錨箱是一種結(jié)構(gòu)特殊的鋼錨箱形式，根據(jù)上述控制工藝進行鋼錨箱的制造和安裝，并對首件進行數(shù)據(jù)跟蹤。針對制造及安裝過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題，通過采取應(yīng)對措施，及時調(diào)整方案，經(jīng)后續(xù)實際驗證，產(chǎn)品滿足標準要求，為后穿式鋼錨箱制作開創(chuàng)了新的技術(shù)儲備。這樣不僅有效地解決了鋼箱梁斜拉橋中后穿式鋼錨箱安裝精度控制問題，也為后續(xù)類似項目提供了可借鑒的經(jīng)驗。