潁河大橋鋼結(jié)構(gòu)加工制作技術(shù)及問題探討(劉志昂)

1、潁河大橋鋼結(jié)構(gòu)加工制作技術(shù)及問題探討劉志昂 （中鐵二十四局安徽工程有限公司 合肥 230011）摘要：結(jié)合阜陽穎河大橋鋼結(jié)構(gòu)（下承式系桿+鋼箱梁結(jié)構(gòu)體系）工程的制造實(shí)踐，針對鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工制作的難點(diǎn)，重點(diǎn)以及實(shí)際施工條件，介紹了鋼箱梁制造過程中的重點(diǎn)工藝技術(shù)及質(zhì)量保證措施。關(guān)鍵詞：下承式體系 鋼箱梁制造預(yù)拼裝 工藝技術(shù) 質(zhì)量控制1、工程概況 根據(jù)阜陽最新總體規(guī)劃，阜陽市規(guī)劃打造“二環(huán)九射加方格網(wǎng)”的城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，形成功能合理，規(guī)模適當(dāng)，銜接順暢，穩(wěn)定可靠的四級城市道路網(wǎng)絡(luò)體系。阜陽向陽路穎河大橋（以下簡稱阜陽穎河大橋）項(xiàng)目是東二環(huán)中的節(jié)點(diǎn)工程，采用了下承式系桿+鋼箱梁結(jié)構(gòu)體系，主橋跨徑

2、布置為（47+148+47）米，主橋全長242米，橋面為雙向八車道、兩側(cè)為非機(jī)動(dòng)車道和人行道，為三跨梁拱組合體系橋梁。拱圈為雙片鋼箱拱。橋梁從立面上看為飛燕式造型，從橫斷面上看，配合風(fēng)撐效果，呈門式造型。橋梁結(jié)構(gòu)上，主跨與兩側(cè)邊跨構(gòu)成三跨連續(xù)梁拱組合受力體系，其中，主跨本身，為下承式系桿拱橋，系桿為剛性與柔性組合系桿。本橋立面布置見圖1所示。  圖1 阜陽穎河橋1/2橋型立面布置圖（以1/2為例）1.1  鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式 鋼箱梁總長242m，邊跨主墩處鋼箱梁高5.5米，通過16米二次拋物線過渡段，向邊墩方向過渡至2.5米梁高。橫橋向?yàn)閱蜗浒耸医Y(jié)構(gòu)，其中外側(cè)兩室寬度為2.0米

3、，與主跨鋼縱梁對接，其他6室寬度分別為5.7米，5.1米。 鋼項(xiàng)梁頂板處采用U肋加勁，與主跨U肋對接。主跨鋼縱梁截面高度2.5m，寬2.0m，頂?shù)装寰捎肐型加勁肋，加勁肋高度為170mm,厚14mm。系梁鋼箱梁一般構(gòu)造示意圖見圖2所示。圖2 系梁鋼箱梁一般構(gòu)造示意圖 1.2  系梁鋼箱梁分段的劃分 系梁鋼箱梁根據(jù)現(xiàn)場吊裝要求，將其劃分為19個(gè)節(jié)段，分別為節(jié)段Z1-1節(jié)段Z1-19。每個(gè)節(jié)段均為2件鋼箱梁，見圖3所示： 圖3 6m節(jié)間鋼橋面標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段示意圖（以1/2為例）1.3  橋面鋼箱梁分段間的連接   

4、0; 分段間頂、底板均采用焊接，頂、底板上U型肋、縱向腹板上加勁板通過制作嵌補(bǔ)段進(jìn)行連接，縱向腹板連接采用焊接。 1.4  橋面與系梁鋼箱梁間的連接 鋼箱梁間頂、底板均采用焊接，中跨大橫梁隔板與系梁上連接板采用栓接。 2 、加工制作的重點(diǎn)及難點(diǎn)分析2.1因橋面鋼箱梁寬度達(dá)42m，頂、底板制作時(shí)需預(yù)先劃分成許多大小不等的板單元，各板單元的制作精度（板面的平整度、U形肋的開檔尺寸等）直接影響鋼箱梁的質(zhì)量，因此，板單元制作的精度是本工程控制的一大重點(diǎn)。 2.2由于頂板下口沿寬度方向分布了54根U形肋，U形肋中心開檔尺寸為600900不等；底板上口沿寬

5、度方向分布了104根I型肋，I形肋中心開檔尺寸為300900不等，在保證各板單元加工精度后，還需保證各板單元拼接后的整體精度（板面的整體平整度、U形肋及I型肋的開檔尺寸等），這是本工程的一大難點(diǎn)。 2.3單塊橫隔板總寬為33m，被5塊縱向腹板分割成六塊，最小寬度為5.08m，最大寬度為5.69m（上口分布了53個(gè)U形槽口），橫隔板上還設(shè)置了豎向及水平方向的加勁板，橫隔板切割的精度以及裝焊后的加工精度是本工程控制的一大難點(diǎn)。 2.4鋼箱梁在加工制作過程中，頂板單元的拼縫焊接導(dǎo)致箱體的變形，如何控制該變形是本工程需控制的一大重點(diǎn)。 2.5橋面鋼箱梁分段與分段連接，頂、

6、底，腹板均采用焊接，鋼箱梁腹板與橫隔板間采用栓接，因分段寬度較大、高度較高，分段間截面尺寸的吻合以及焊縫間隙的一致性，是本工程加工制作過程中的難點(diǎn)；另外系梁與橫隔板間對接高強(qiáng)度螺栓孔的穿孔精度是本工程控制的一大個(gè)重點(diǎn)。 3 、加工制作的總體思路3.1  橋面鋼箱梁部分      鋼箱梁制造時(shí)，首先進(jìn)行板單元的劃分（以節(jié)段Z1-1為例），根據(jù)截面形式同時(shí)結(jié)合材料板寬限制等因素，將頂板劃分為11個(gè)板單元，寬度為24003300mm不等；將頂板劃分為11個(gè)板單元，寬度為24003800mm不等?？v向腹板各自為一個(gè)板單元，

7、共計(jì)5個(gè)；每檔橫隔板被縱向腹板分割成六塊，每塊為一個(gè)板單元。為了便于制作，各板單元均分別進(jìn)行編號，其編號原則為：所有節(jié)段板單元均以該節(jié)段字母開頭，底板單元以橋面中心線為準(zhǔn)，單元板后綴為D，從Z1-1到Z1-2方向依次為H1-1DH1-11D；頂板單元以橋面中心線為準(zhǔn)，單元板后綴為T,從Z1-1到Z1-2依次為H1-1TH1-11T；所有節(jié)段頂、底板單元?jiǎng)澐治恢镁嗤?。各?jié)段板單元?jiǎng)澐趾螅謩e預(yù)先進(jìn)行各節(jié)段板單元（頂、底板單元、縱向腹板單元、橫隔板單元）的小合攏裝焊，合格后分區(qū)段在整體組裝胎架上采用正造法輪次進(jìn)行中合攏裝焊。而后各節(jié)段分別與相對應(yīng)鋼箱形梁進(jìn)行預(yù)拼。 圖4  此

8、剖面為橋尾向橋中看4 、加工制作的關(guān)鍵技術(shù)及保證措施4.1  材料      鋼箱梁所用鋼材材質(zhì)均為Q345QD，必須符合設(shè)計(jì)文件的要求和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，除有材料質(zhì)量證明書外，還應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)合格后方能使用。因本工程結(jié)構(gòu)的特殊性，鋼箱梁的板厚必須嚴(yán)格控制，以免加工過程中出現(xiàn)板邊差影向構(gòu)件的加工質(zhì)量以及高強(qiáng)度螺栓的連接質(zhì)量。  4.1.1  鋼材的矯平      由于本工程加工制作精度要求高，任何的積累誤差都會影響到質(zhì)量控制，為此鋼板進(jìn)廠后先采用鋼板矯平機(jī)

9、對鋼板進(jìn)行矯平，達(dá)到每平米平整度不大于1.5mm，矯平的目的是消除鋼板的殘余變形和減少軋制內(nèi)應(yīng)力，從而可以減少制造過程中的變形。  4.1.2  鋼材的預(yù)處理 采用專用鋼板預(yù)處理生產(chǎn)線對鋼板進(jìn)行除銹，噴車間底漆和烘干，保證鋼材的除銹質(zhì)量達(dá)到Sa2.5級，所有鋼板均進(jìn)行預(yù)處理，其過程為：矯平拋丸、除銹噴漆烘干 4.2  下料、切割、刨邊 構(gòu)件放樣采用計(jì)算機(jī)放樣技術(shù)，放樣時(shí)必須將工藝需要的各種補(bǔ)償余量加入整體尺寸中，為了保證切割質(zhì)量，厚板切割前先進(jìn)行表面滲碳硬度試驗(yàn)。      鋼材切割優(yōu)先采用數(shù)控精密切割設(shè)

10、備進(jìn)行設(shè)割，選用高純度98.0%以上的丙稀氣加99.99%的液氧氣體，可保證切割端面光滑、平直、無缺口、掛渣，坡口采用專用進(jìn)口切割機(jī)進(jìn)行切割.   吊桿區(qū)鋼箱梁上90厚連接系桿吊耳均采用刨邊機(jī)加工。   腹板、箱形構(gòu)件的上、下蓋板的加工寬度尺寸確定，除考慮焊接收縮量等因素外，還應(yīng)考慮與其組裝的翼板或腹板的板厚偏差，以確保構(gòu)件的截面尺寸精度。   邊緣的刨銑加工深度不應(yīng)小于3mm(當(dāng)邊緣硬度不超過HV350時(shí)，其加工可不受此限制)，加工面粗糙度不高于25m，頂緊傳力面加工粗糙度不應(yīng)高于12.5m，頂緊加工面與板面的垂

11、直度偏差，應(yīng)小于板厚的1%，且不得大于0.3 mm。 4.3  系梁鋼箱梁加工難點(diǎn)及重點(diǎn)的控制措施      4.3.1  板單元件幾何尺寸精度的保證      為保證板單元件拼裝時(shí)拼接板與桿件間的間隙符合規(guī)范要求，保證板單元端口尺寸的一致性，制作時(shí)同一接口采用同批次同厚度材料下料，端口采用機(jī)加工工裝隔板進(jìn)行控制，大大減小了對接口的板厚錯(cuò)變量。   圖5箱梁組裝 4.3.2  板單元件焊接變形的控制板單元件焊接變形的控制是鋼箱

12、梁結(jié)構(gòu)制造的基本要求，也是板單元件制造的關(guān)鍵點(diǎn)，板單元小合攏焊接完成后有規(guī)律的輕微焊接變形可通過機(jī)械矯正措施解決，因此，板單元件焊接變形的控制是鋼箱梁制造的重點(diǎn)也是關(guān)鍵點(diǎn)。  4.3.3  鋼箱梁分段間栓接精度的控制      這種特殊的全栓接鋼箱梁的制造鉆孔精度是保證結(jié)構(gòu)整體受力及整體成橋線型精度的關(guān)鍵所在。首先將鋼箱箱梁無節(jié)點(diǎn)板一端采用高精度數(shù)控機(jī)床制作專用鉆模（螺栓孔徑及孔距偏差控制在5絲之內(nèi)）進(jìn)行套鉆鉆孔（分段間連接板與之相同）。而后將鋼箱梁分段采用分輪次循環(huán)預(yù)拼裝的方法，將分段間的連接板采用工裝銷軸螺栓進(jìn)行固定，合

13、格后采用磁座鉆進(jìn)行鋼箱梁分段節(jié)點(diǎn)板端螺栓孔的全位置一次性配鉆出孔。圖6轉(zhuǎn)?？讖綑z測圖7 螺栓孔的驗(yàn)收 4.4  橋面鋼箱梁加工難點(diǎn)及重點(diǎn)的控制措施 4.4.1  板單元精度控制      板單元制作時(shí)，整體鋪板，采用鋼帶統(tǒng)一劃線、安裝U形肋（U型肋內(nèi)部應(yīng)預(yù)先進(jìn)行涂裝），同時(shí)采用樣板檢測，合格后各板單元分別在專用反變形焊接胎架上進(jìn)行施焊，確保其精度。圖8 板單元的組裝與焊接      4.4.2  底板的整體平整度及U肋開檔尺寸控制  &

14、#160;   為了有效的控制底板板單元間U形肋的開檔尺寸，中合攏前可將相鄰兩塊板單元預(yù)先拼接（預(yù)放 一定的焊接收縮量以及角變形，待焊了幾塊后也可掌握拼板間實(shí)際的焊接收縮及角變形量），而后再進(jìn)行拼裝（各板單元間縱縫按實(shí)際焊接收縮量進(jìn)行加放），適當(dāng)矯正，從而控制住底板U形肋的開檔尺寸以及板面的平整度。       4.4.3  橫隔板單元精度的控制      橫隔板下料時(shí)采用數(shù)控火焰切割，切割后采用專用樣板進(jìn)行檢查，加勁板與橫隔板焊接時(shí)采用 CO2氣保焊配以

15、小電流、小電壓的焊接方法進(jìn)行施焊，有效減少焊接變形，控制橫隔板單元的質(zhì)量。       4.4.4  橋面鋼箱梁角變形的控制      頂板單元縱縫焊接會造成一定的焊接角變形，此焊接角變形的解決方法是：在確保胎架制作精度的基礎(chǔ)上，另外在胎架上另外增設(shè)墊板，制作出一反變形，以抵消頂板焊接所造成的變形。    4.4.5  橋面鋼箱梁分段間的接口保證措施 （1）橋面鋼箱梁制造時(shí)，采用幾個(gè)分段一起整體拼裝，組裝及焊接均采用相同的方法進(jìn)行，另外

16、在分段接口處預(yù)留一段不焊，待分段組對合格后進(jìn)行施焊，確保分段間對接的平齊。  （2）兩分段接口處一端正作，另一端加放余量進(jìn)行配切，確保接口焊縫間隙。  （3）分段間橫隔板的螺栓孔，正作端預(yù)先鉆孔，另一端可在相鄰分段制作合格后采用現(xiàn)場連接板進(jìn)行配鉆，確保橫隔板與系梁栓接的質(zhì)量。      4.4.6  橋面鋼箱梁與系梁鋼箱梁間接口保證措施      （1）橋面鋼箱梁在裝焊過程中，兩側(cè)開口處適當(dāng)加設(shè)臨時(shí)支撐予以加強(qiáng)，確保與系梁鋼箱梁間連接的開檔尺寸。  （2）橋面鋼箱梁兩側(cè)預(yù)留配切余量，待箱體焊接、矯正合格后再進(jìn)行切割，確保與系梁鋼箱梁間接口的焊縫間隙。   (3）橋面鋼箱梁與系梁鋼箱梁相連接的橫隔板，安裝時(shí)先進(jìn)行初定位，待預(yù)拼時(shí)再精確定位，而后施焊，同時(shí)采用現(xiàn)場連接板將其螺栓孔進(jìn)行套鉆（系梁連接板已經(jīng)制孔，現(xiàn)場連接板也預(yù)先制孔，橋面鋼箱梁邊側(cè)連接板后鉆），以保證橫隔板連接的精度。圖9成型箱梁5、結(jié)  語      通過阜陽向陽路穎河大橋鋼結(jié)構(gòu)工程的制造實(shí)踐，在總結(jié)了以往大型公