鋼桁梁拱橋制造精度管理

宋培軍

1 鋼桁梁拱橋發展

鋼橋是中國鐵路橋梁發展過程中的主要形式，建國前及建國后已建或在建的鐵路鋼橋中，簡支或連續鋼桁梁、斜拉鋼桁梁橋占據了主導地位，隨著材料、設計、制造、架設技術的不斷發展，新型鋼桁梁拱橋也如雨后春筍般發展，比如:重慶朝天門長江大橋、南京大勝關長江大橋、廣西柳州維義大橋等。

新橋型的產生也必然帶來新的技術難題，由于鋼桁梁拱橋節點部位孔群連接關系復雜，超長、超重桿件居多等因素影響，給制造單位施工帶來新的考驗，下面就如何保證鋼桁梁拱橋制造質量，建立鋼桁梁拱橋制造精度管理系統，通過實施相關內容，以達到控制構件制造質量的目的。

2 鋼桁梁拱橋制造精度管理系統

2.1 制造精度管理系統的內容

鋼桁梁拱橋由于其所具有的跨越性和藝術美，目前已越來越多的被廣泛應用于鐵路橋梁和公路橋梁，同時其制造的難度也比簡支桁梁和連續桁梁增大，結合公司以往鋼桁梁拱橋的制造經驗，以廣西柳州維義大橋為例，提出鋼桁梁拱橋制造精度管理系統，其主要從以下三方面對鋼桁梁拱橋制造質量進行控制:1)典型桿件制造精度控制;2)主橋拱肋線形控制;3)主橋拱肋試拼裝精度管理系統的建立。

2.2 典型桿件制造精度控制

2.2.1 工程概況

柳州維義大橋全長1 545m，主橋為鋼桁系桿拱橋，主橋跨徑布置為108+288+108=504m。主桁由兩片鋼桁架組成，采用節間長度12m的“N”形桁式。主桁架拱之間設有縱、橫向聯結系，橋面板采用與下弦(或系桿)焊接的正交異性整體橋面板。主拱肋通過柔性吊桿與系桿連接。橋面布雙向八車道公路，總寬度為43.5m。

主桁拱肋上、下弦桿、邊跨下弦桿以及系桿采用焊接箱形截面，最大板厚50mm，截面高度1 300mm～1 840mm，寬度1 000mm;腹桿采用焊接“H”形截面，最大板厚50mm，寬度與弦桿等寬，高度560mm～1 300mm。

2.2.2 上弦箱形桿件制作

主桁箱形桿件由蓋板、腹板、隔板、縱向加勁肋等零件組成，斷面尺寸為寬(1 000mm)×高(1 300mm～1 840mm)。桿件最大重量23.4t，最大長度13 040mm。桿件兩端為 φ33高強螺栓孔群，箱形制作工藝流程見圖1。

2.2.3 下弦整體節點桿件制造

下弦整體節點桿件由節點板、蓋板、腹板、隔板、縱向加勁肋、橫梁接頭、人行道托架接頭等零部件組成，標準斷面尺寸為寬(1 000mm)×高(1 640mm)，節點板與上蓋板是插入式焊接。下弦節點制造工藝流程見圖2。

圖1 箱形桿件工藝流程

圖2 下弦節點桿件制作工藝流程

2.2.4 上拱肋節點板制造精度控制

由于維義橋主拱肋下弦為整體節點桿件，上弦為拼裝式節點，拱肋節點板孔群角度和孔群質量是節點板制造的關鍵，為此節點板采用如下制孔工藝:

1)常規尺寸節點板采用數控鉆床直接鉆制節點板各連接孔群;2)對于超大尺寸節點板，接料對接探傷修整后，人工或經緯儀配合人工劃節點板連接孔群對向線，利用搖臂鉆床、特制鉆孔樣板，卡樣板鉆制節點板連接孔。

2.2.5 拱肋箱形桿件焊接變形控制

1)拱肋弦桿具有板厚較大，焊接質量要求高等特點，其焊接變形的控制將直接影響桿件幾何尺寸精度。2)系桿桿件除具有板厚較大，焊接質量要求高等特點外，在邊跨部位，系桿整體節點板與蓋板為插入式焊接，焊縫要求高，焊接變形控制困難。在中跨部位，系桿節點處安裝柔性吊桿錨固，桿件的幾何尺寸及錨管垂直度的控制均為制作難點。3)支點處整體節點組成零部件較多，焊縫較多且密集，焊縫質量要求高，焊接變形難以控制。針對以上制作難點采取如下措施控制焊接變形:a.認真研究設計圖紙，設計合理可靠的組裝胎型，控制桿件的組裝精度。b.認真分析各類型桿件的焊接變形規律，并通過對焊接變形逐步掌握，確定焊接變形量的大小，以制定詳細的反變形控制措施。c.采用理論計算與模擬試驗相結合的方法確定各焊縫預留的焊接收縮量，并在生產過程中跟蹤測量，及時修正。d.對零件下料、坡口加工、桿件整體組裝等過程嚴格把關，并采用合理的焊接方法、優化焊接順序、在專用胎型上焊接等措施，控制焊接變形。

2.2.6 箱形桿件制孔精度控制

主桁箱形桿件連接孔群較多，連接關系復雜。其精度將直接影響橋位安裝進度及質量，影響成橋后的幾何線形。因此對連接孔群的制孔精度要求很高，為此采取如下措施:

1)以后孔法工藝為主，先孔法為輔的制孔工藝，避免焊接變形的影響，提高制孔精度。2)制定高精度的精密劃線工藝和精密制孔工藝。3)設計高精度的制孔工藝裝備，包括鉆孔樣板、鉆孔胎架以及數控孔設備的應用等。

2.3 主橋拱肋線形控制

為了保證拱肋線形滿足設計要求及相關技術標準，確保橋位架設順利進行，同時驗證工藝方案的合理性、圖紙及工藝文件的正確性、工藝裝備及設備精度的可靠性，對全橋桿件進行試拼裝。試拼裝采用平面輾轉法，在試拼裝臺凳上進行，各桿件處于自由狀態。

鋼桁梁構件在工廠試拼裝場地進行試拼裝時，當發現構件尺寸有誤時，即可在試拼裝場地進行尺寸修正和調整，減少高空作業難度和加快安裝進度，確保全橋鋼桁梁和正交異性鋼橋面順利架設。

2.3.1 試拼裝劃分

為了保證桿件制造精度、拱肋線形、橋位架設精度，按照設計要求及相關技術標準對全橋鋼桁梁桿件進行試拼裝，按照構件所處的不同部位，主要劃分為以下四部分試裝:主桁拱肋試裝、拱肋上平聯試裝、橋面下平聯試裝、橋門及橫聯試裝。

2.3.2 試拼裝控制措施

為了保證試拼裝質量及試拼裝的順利進行，采取如下措施控制:

1)試裝在專用的胎架上進行，胎架有足夠的強度，確保試裝過程中不產生變形;試裝前對胎架測平，確保試裝平面度的精度要求。2)各試裝桿件處于無應力狀態進行，確保試裝檢測結果的準確性和可靠性，達到試裝的目的。3)每次定位下一節間桿件時，均檢測平面度、整體對角線差、節間長度、桁高等項點，確保整體試裝精度。

2.4 拱肋試拼裝精度管理系統

1)精度管理系統概述。對每次拱肋試拼裝各節點坐標位置進行精確測量，根據測量結果，利用計算機進行仿真安裝，并分析拱肋制造線形與理論線形的偏差數據，并以此結果指導后續拱肋桿件及主桁桿件的加工，實現對拱肋線形和吊桿垂直度精度的管理。

2)精度管理的內容。a.拱肋試拼裝長度累計偏差數據分析。b.拱肋試拼裝軸線差數偏移累計偏差分析。c.用分析結果指導后續拱肋桿件的加工。d.用分析結果指導系桿桿件的加工。

3 結語

鋼桁梁拱橋的制造精度管理系統涉及到典型桿件的制造精度控制、主橋拱肋線形的控制、試拼裝精度管理系統三方面內容，因此，合理的桿件制造工藝流程、有效的焊接變形控制措施、恰當的制孔工藝及工藝裝備的選擇、全面的試拼裝檢驗及試拼裝精度管理系統可以有效保證鋼桁梁拱橋制造質量滿足相關標準要求，為同類型鋼桁拱橋制造提供借鑒。