上承式提籃拱橋整體節點弦桿制造工藝

張健康 史淑艷 許建梅

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

上承式提籃拱橋整體節點弦桿制造工藝

張健康 史淑艷 許建梅

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

針對上承式提籃拱橋整體節點的特點，以納界河大橋整體節點弦桿為例，簡要介紹了復雜空間整體節點弦桿的制造工藝、焊接工藝及制孔工藝，通過桿件的試裝及橋位架設精度的檢測驗證，成功解決了復雜空間整體節點制造精度及空間孔群連接精度控制的難題，取得了良好的效果。

整體節點弦桿，平聯接頭，焊接變形，孔群連接精度

1 工程概況

納界河大橋主橋為352 m上承式提籃鋼桁拱，引橋及拱上梁跨布置為3×24簡支梁+1×32簡支梁+2×48 T構+11×24.7鋼混結合梁+2×48 T構+7×32簡支梁，全長810.10 m。拱軸線平面內為懸鏈線，主桁矢高64.5 m，主桁為N形架，拱頂處拱肋立面投影桁高8.0 m、拱腳處桁高13.0 m，節間水平投影長度8.233 3 m，拱頂處主桁中心距8.0 m，拱角處主桁中心距27.0 m，拱肋內傾角8.378 67°，主拱圈不設預拱度。全橋主要材質為Q370qE，Q345qE，總重約8 000 t。圖1為納界河主橋橋形布置圖。

本橋弦桿均采用整體節點形式，是鋼桁拱橋的主要受力構件，同時也是連接腹桿、平聯、橫聯、立柱等桿件的關鍵所在，對橋位架設的精度起著至關重要的作用。以上弦桿A4A5為例進行重點介紹。

2 弦桿特點分析

大橋弦桿整體節點部位空間連接關系復雜，承受的荷載集中，且荷載較大。其結構示意圖見圖2。上弦桿A4A5長9.9 m、箱口斷面為高×寬=1.2 m×1.6 m、節點部位斷面為高×寬=3.0 m×2.8 m。上、下蓋板厚28 mm，腹板與節點板采用28 mm+36 mm，平、橫聯接頭與節點板整體焊接。其結構具有以下特點。

2.1 焊接要求高

桿件材質為Q370qE，板厚種類多(16 mm～36 mm)，焊接接頭形式多種多樣。其中包括蓋腹板28 mm+28 mm的單V棱角焊，腹板與節點板28 mm+36 mm的不等厚對接，節點板與立柱腹板36 mm+24 mm的熔透焊縫，平聯接頭板與節點板16 mm+36 mm的熔透焊縫，各種板厚之間的角焊縫。各種焊縫密集、坡口及熔透焊縫多、焊接工作量大等為焊接質量控制提出了更高的要求。

2.2 各構件之間空間關系復雜

拱軸線為懸鏈線，弦桿主體在節點中心位置變坡，即兩端箱體主軸線存在δ角；拱軸內傾8.378 67°，引起平聯接頭蓋板撐桿連接部位與斜桿連接部位存在彎折夾角δ/2，平聯接頭主體圍繞節點中心X，Y，Z方向均存在空間夾角α，β，γ；平聯接頭示意圖見圖3。橫聯接頭板圍繞節點中心X，Y方向存在空間夾角α1，β1。橫聯接頭示意圖見圖4。

2.3 空間連接關系復雜、幾何精度要求高

上弦桿A4A5與兩側的相鄰弦桿及上部的拱上立柱對拼式連接、下部與斜腹桿及豎桿插入式連接，通過連接接頭與平聯撐桿對拼式連接、與平聯斜桿及橫聯插入式連接，共計8個方向的連接關系。且各個接口均通過高強度螺栓連接，連接關系復雜、制孔精度要求高。

3 難點分析

3.1 焊接變形控制

本桿件板厚種類多、焊接形式多種多樣，尤其是箱體主棱角焊縫、平聯接頭板的熔透焊縫，對桿件的質量控制尤為關鍵。同時，焊接變形的控制對桿件各空間關系起到了至關重要的作用，必須作為重點控制對象。

3.2 箱體的整體幾何尺寸控制

箱體各連接接口的控制是桿件之間連接的重要項點，弦桿的整體質量受各個零件角度關系、幾何尺寸、平面度、扭曲等項點相互影響。確保弦桿自身的折角，尤其是平橫聯接頭的空間角度關系是本項目制造的最大難點。

3.3 孔群連接精度控制

弦桿空間8個方向均通過高強度螺栓連接，且桿件之間對拼式連接與插入式連接互相交錯，連接關系極為復雜。制孔精度的控制是橋位順利安裝的關鍵，同時也是大橋安裝精度控制的關鍵，必須作為本項目的重中之重進行保證。

4 工藝措施

4.1 總體方案

經對弦桿自身特點的認真分析和多種方案的比對研究，本著“化整為零、逐步消化”的原則，確定弦桿的整體制作思路為：零件→單元件→槽型→箱體→一次焊接→各種接頭組裝→二次焊接→成品。對桿件的制造過程進行逐一分級分步控制，確保桿件的幾何尺寸滿足驗收規范要求。同時對弦桿制孔采用“后孔法為主、先孔法為輔”的制孔工藝，確保各孔群連接精度滿足規范要求。

4.2 組裝工藝

弦桿的整體制作按照“箱體組焊→平聯接頭組焊→橫聯接頭組焊”三步驟的工藝執行。

4.2.1 箱體組裝

由于弦桿上下蓋板均嵌入于腹板內側，加之，上下蓋板在節點中心位置折彎，全橋桿件折彎高度不一，采用傳統的正裝或倒裝工藝，很難實現對弦桿箱體整體拼裝的精度控制。因此，根據本橋特點采用工藝為：1)以一側腹板單元為基準定位于平臺上；2)劃出隔板組裝位置線拼裝隔板；3)組裝上蓋板(下蓋板)，并與隔板密切、與腹板外露邊緣對齊；4)組裝另一側腹板，90°翻身使槽型正立，焊接箱內隔板的角焊縫；5)組裝下蓋板(上蓋板)；6)焊接四條主角焊縫；7)拼裝并焊接立柱接頭的腹板，完成箱體的制作。

4.2.2 平聯接頭的定位組裝

平聯接頭與箱體節點中心X，Y，Z方向均存在空間夾角α，β，γ(見圖3)，其空間位置的精度控制是桿件制作的重中之重，是影響橋位能否順利架設和保證線形的關鍵。

執行工藝：1)將平聯接頭的工型結構在平臺上進行精確組焊，確保與節點板焊接側的拼裝精度及工型蓋板的彎折角度滿足要求；2)利用箱體修正后的縱橫基線為基準，并配以經緯儀劃工型蓋腹板在節點板上的組裝位置線；3)按線粗定位組裝接頭；4)經緯儀、水準儀配合精確調整工型腹板關鍵點的空間角度，實現精確定位；5)按工藝焊接、探傷、修整。

平聯接頭相對于桿件節點中心為三維空間結構，通過CAD軟件繪圖尋找關鍵點定位坐標困難，且復雜的空間關系轉換容易出錯，精度取舍對最終的結果影響大。因此，為保證空間關系的準確性，采用數學分析的方式進行精確控制。1)以平聯接頭自身建立空間坐標系O′X′Y′Z′(見圖5)，并記錄坐標系下蓋腹板關鍵點a，b，c，d的坐標值Ti′=[Xi′,Yi′,Zi′]；2)將圖5中節點中心O′平移至圖3節點中心O，對接頭整體繞X,Y,Z軸分別進行旋轉α,β,γ角，并計算出OXYZ坐標系下關鍵點a,b,c,d坐標值Ti=[Xi,Yi,Zi]；3)以計算結果作為接頭劃線組裝的基準。

坐標轉換公式：

4.2.3 橫聯接頭的定位組裝

橫聯接頭的組裝與平聯接頭基本一致，通過坐標之間轉換尋找劃線尺寸進行粗定位，輔以已鉆制平聯節點板上的孔群為基準精定位。橫聯接頭組裝時通過輔助工裝將其臨時連接為工型結構，以確保兩接頭板孔群的相對關系準確。

4.3 焊接工藝

1)蓋腹板四條棱角焊縫采用埋弧自動焊在平位進行焊接，焊接前端部安裝引弧、熄弧板。焊接過程中隨時調整焊絲的對正，以免焊偏。嚴格控制四條焊縫的焊接方向一致，以防工件產生扭曲變形。桿件端部采用一定的工藝措施控制箱口的焊接變形，確保箱口尺寸滿足要求。

2)隔板與下蓋板、腹板單元的焊接采用CO2氣體保護焊，立位焊縫從下向上施焊。

3)平聯接頭蓋板的T形熔透焊縫采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊進行焊接。焊縫開雙面K形坡口，根據要求先焊接較大坡口的一側，再碳弧氣刨清根、打磨后進行兩面對稱交替焊接，減少焊接變形。

4.4 制孔工藝

弦桿制孔采用“后孔法為主、先孔法為輔”的工藝。箱體孔群及平聯接頭板孔群采用后孔法，橫聯接頭孔群采用先孔法。

弦桿的制孔分為兩步進行：

1)箱體整體鉆孔：在未裝平橫聯接頭板之前，箱體整體焊接修整之后，通過經緯儀在劃線平臺上精確劃出箱體弦桿接口、立柱接頭、腹桿連接部位的鉆孔對向線及平橫聯接頭的組裝位置線，采用搖臂鉆卡樣板鉆孔。

2)平聯接頭鉆孔：平聯接頭焊接修整完成后，通過已鉆孔箱體的縱橫基線為基準，輔以經緯儀劃出連接孔群的鉆孔對向線，采用磁力鉆卡樣板鉆孔。為保證孔群空間關系的準確度，采用4.2.2中確定平聯接頭組裝線的方法進行計算關鍵點的坐標，通過關鍵點a,b,c,d距桿件縱橫基線的距離進行劃線，見圖6。

5 結語

通過對整體節點弦桿制造工藝的詳細研究，根據車間實際生產桿件的檢測、主桁及平聯試裝的檢測以及橋位架設精度的監控結果，該橋弦桿的制造精度滿足《林織鐵路納界河特大橋鋼桁拱制造規則》的要求。其制造工藝合理、可行，達到了預期的效果，為后續同類型鋼結構的制造提供了參考。

[1] TB 10212-2009，鐵路鋼橋制造規范[S].

[2] GB 50205-2001，鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

The manufacturing technology of the chord with integral panel point for the deck arch bridge

ZHANG Jian-kang SHI Shu-yan XU Jian-mei

(ChinaRailwayBaojiBridgeGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

Taking the chord with integral panel point for Najie River Bridge for example and according to the characteristics of the integral panel point for the deck arch bridge, introduces the manufacturing technology, welding process and drilling process of the chord with integral panel point in the complex spatial structure. By assembling the members and inspecting bridge erection precision, the control of the manufacturing accuracy of integral panel point in complex spatial structure as well as the control of the spatial holes connection precision are successfully solved and achieved good results.

chord with integral panel point, bracing joint, welding deformation, holes connection precision

1009-6825(2014)07-0179-03

2013-12-25

張健康(1981- )，男，工程師，一級建造師； 史淑艷(1978- )，女，高級工程師； 許建梅(1980- )，女，工程師

U448.22

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