馬鞍山大橋鋼箱梁整體空腹式隔板制造技術

丁秀麗

1 工程概況及結構簡介

馬鞍山長江公路大橋位于安徽省馬鞍山市境內，連接馬鞍山和巢湖兩市，大橋上游距蕪湖長江大橋約27 km，下游距南京三橋約46 km。其主橋左汊橋為主跨2×1 080 m三塔兩跨鋼箱梁懸索橋，具體見圖1。

左汊橋主梁為扁平流線形鋼箱梁，全寬38.5 m(含風嘴)。線路中心處標準段梁高3.5 m，主梁橫向沿線路中心線設2.0%的雙向橫坡。標準段箱梁頂、底板都采用U形加勁肋，主梁縱向每隔3.2 m設一道橫隔板，橫隔板采用空腹式桁架結構，由∠100×80×10 mm角鋼通過與節點板焊接形成。橫斷面形式見圖2。

2 隔板的特點和難點

傳統的鋼箱梁隔板大都采用搭接式隔板，即隔板由頂底板的接板和中心板三部分組成。接板組裝在各自的板塊上，整體總拼時，與中心板搭接焊接成整體。這種隔板形式的優點是精度易于控制，焊接質量能保證，缺點是隔板受力偏心。隨著科學和技術的進步，結構設計師經過多次嘗試，鋼箱梁的隔板經過上下全搭接到只有上部搭接，后又有上部對接一系列結構的改革，到馬鞍山鋼箱梁隔板設計時，直接采用整體式隔板，取消了接板。采用此形式的優點是整體性好，傳力均勻，缺點是要求來料寬，U肋槽口精度高，焊接收縮不好控制，與頂板焊接質量不好保證。因此，在隔板制作中，如何保證U肋槽口組裝精度，如何控制焊接質量是馬鞍山鋼箱梁隔板制作的難點。

馬鞍山鋼箱梁隔板的另一個特點是采用了空腹式結構，這種結構可以減輕上部結構重量，改善主梁內的通風狀況，增大了箱內透空率，改善箱內作業環境，有利于制造與后期維護，體現以人為本的設計理念。但是由于零件多，焊縫密集，整體組裝復雜，而且在制作過程中，剛度差，搬運和翻身過程中變形大，平面度不好控制，因此空腹式隔板的組裝也是一個難點。

3 隔板制作技術

鋼箱梁寬度大，單元間縱向對接縫較多，焊接變形對鋼箱梁寬度影響較大，因此，必須對隔板單元制作和組拼進行控制。

根據隔板的結構，有兩種制作工藝可以被采用，一種是把隔板分成上下兩塊，上部分跟頂板單元一起組成合件，總拼時跟下部分隔板對接。采用這種工藝的優點是避免了仰焊，可以保證焊接質量;缺點是對接有可能出現偏心，影響隔板的受力。另外一種是整體制作，優點是隔板整體性好，隔板受力均勻，缺點是U肋槽口精度不好控制，需要仰焊，焊接質量不好保證。從隔板的受力要求、平面度、組裝精度以及組裝時的剛度等方面考慮，最后決定采用第二種制作工藝。

3.1 單元制作技術

馬鞍山隔板總寬34.9 m，根據結構的特點，考慮到材料的利用率，將隔板分成四塊，其中中間隔板兩塊，邊隔板兩塊。中間隔板又分成若干單元，見圖3。

3.1.1 邊橫隔板單元的制作

1)對鋼板進行預處理，釋放內應力;

2)在劃線平臺上，劃水平和豎基準線;

3)在簡易平臺上按線組焊橫、豎加勁肋;

4)修整加勁板合格后，在橫隔板劃線平臺上修整水平和豎基線;

5)在數控焰割機上，以修整后的水平和豎基線為基準，切割隔板周邊及U肋槽口;

6)修整由于切割引起的板邊波浪;7)打號，待總拼時使用。

3.1.2 中間橫隔板單元的制作

1)中間橫隔板面板分為四塊，采用數控或門切下料，注意暫不切割周邊U肋槽口。

2)對中間橫板面板各塊劃縱、橫基線，在平臺上按線將四塊橫隔板面板組焊為整體。

3)修整焊接變形，并修整基線。

4)在簡易胎架內以基線為基準組焊人孔加強圈、角鋼加勁肋等零件。

5)在數控焰割機上，以修整后的縱、橫基線為基準，切割隔板周邊U肋槽口。

6)修整由于切割引起的板邊波浪。

3.2 單元精度控制措施

1)采用合理的分塊方式。

2)下料前對鋼板進行預處理，釋放軋制和運輸過程中的內應力，減少應力集中。

3)零件是組成隔板板塊的元素，提高零件的下料精度對將來空腹式隔板的組裝精度的控制有了基本的保證，因此所有零件均采用精密數控下料。

4)基準線的共同享用，組裝和切割周邊都采用同一基準線量取，防止誤差累計。

5)選用合理組裝順序，采用簡易工裝，控制部件的組裝精度。

6)采用合理的焊接順序和焊接方法，減少焊接變形。

7)為了減少組裝加勁肋時對U肋槽口尺寸的影響，采用后切槽口的方法，即先組裝加勁板，修整完畢后再數控精密切割周邊U肋槽口，在周邊預留工藝量并均勻分布于各個U肋槽口，保證槽口尺寸。

8)減少翻身作業，避免變形。中間隔板在未組裝節點板和角鋼時，剛度很差。

9)采用控制火焰溫度和密集型梅花點進行火焰調直，保證單元件平面度。

4 整體組裝技術及精度控制

馬鞍山鋼箱梁隔板采用的是整體式隔板，因此隔板組裝主要控制的是頂底板U形肋槽口的精度，如何讓U形肋槽口與板塊U肋位置吻合，從底板單元在胎架上擺放就開始考慮這個問題。鋼箱梁總拼時，首先利用中測量塔將中間底板單元在胎架上定位，然后根據相鄰底板單元基線距離，從中間向兩端依次擺放底板單元和斜底板單元，檢測合格后，用馬板固定，進行底板對接縫的焊接、探傷和修整。檢測各項指標都合格后，按底板上的隔板位置線組裝隔板，用基準線和固定約束焊接的方法精密控制了底板U肋的位置，為隔板的精確組裝提供了保證，組裝隔板使用先中間隔板，后邊隔板的組裝方法，組裝過程中輔以頂拉工具控制隔板位置精度和垂直度等項點，檢測合格后，先進行中間橫隔板和邊橫隔板間對接焊縫，使得隔板在橫向能自由收縮，后焊其他焊縫。為了防止中間隔板和邊隔板對接時，對隔板上端U形肋槽口的影響，專門設計了定位胎具(見圖4)，控制槽口發生變形，影響頂板單元的組裝。

5 焊接精度控制

5.1 焊接部位及焊接方法

隔板與頂、底板及U肋間采用角焊縫，與腹板間采用開坡口熔透焊，隔板間對接采用單面坡口雙面成型工藝。采用的焊接方法均為CO2氣體保護焊。CO2氣體保護焊具有焊接效率高、抗銹能力強、焊接變形小、冷裂傾向小、熔池可見性好以及適用于全位置焊接等優點。所以隔板總拼時都使用CO2氣體保護焊。焊接位置是全方位的，包括平焊、立焊、仰焊。其中，隔板與頂板間仰焊是焊接中難度最大、技術要求最高的一種焊接位置，且由于仰視操作，不利于觀察熔池形狀的大小，操作難度大。要保證焊接質量、難度很大。采取的措施是選用直徑小的焊條，短弧焊接，為了易于控制焊縫成型，焊接電流和電壓要小。

5.2 焊接精度控制措施

1)選用合理的坡口形式。馬鞍山大橋鋼箱梁標準橫隔板板厚為10 mm，對接采用單面V形坡口焊縫，背面貼陶質襯墊。這種坡口形式是一種可以保證焊接質量的好方案。

2)焊接加勁肋時在剛性平臺約束下焊接。由于橫隔板較薄，極易產生焊接變形，因此采取對稱、分散、同方向的焊接方法，先焊接加勁肋的平位角焊縫，然后焊接加勁肋之間的立位角焊縫。

3)采用合理的焊接工藝參數。

4)施焊橫隔板豎向對接焊縫時，背面貼完陶質襯墊后還應增加工藝馬板，控制對接彎折變形。

5)采用合理的立位對接焊接順序。由于立位對接焊縫長度長，要求焊接時操作人員對焊縫進行分段焊接，避免一次焊接后產生大量的能量不能釋放，從而增大焊接變形。

6)隔板與頂底板及U肋之間角焊縫焊接，為控制及減小焊接變形，角焊縫焊接順序為由中間向兩邊進行對稱施焊。

6 結語

整體式空腹式隔板是一種新型的結構，我們對它的制作技術把握的還不夠全面，經驗還不夠豐富，只能結合先前制作搭接式隔板的經驗，初步制定出制作工藝，影響精度控制的因素很多，這里已盡可能把這些因素考慮周全，在后續生產中，對首批桿件進行跟蹤記錄，總結經驗，如果有特殊狀況，需對工藝進行調整，以達到最終的精度要求。

［1］ 姚志安.大跨徑懸索橋鋼箱梁制造關鍵技術［J］.鋼結構，2010(4):36-37.

［2］ 林忠英.仰焊操作技術淺談［J］.職業，2010(3):17-18.

［3］ TB 10212-98，鐵路鋼橋制造規范［S］.

［4］ 張 強.湛江海灣大橋斜拉橋設計新技術［J］.橋梁建設，2007(S2):50-51.