城市立交曲線形鋼箱梁制造關鍵技術

張 亞 娟

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

城市立交曲線形鋼箱梁制造關鍵技術

張 亞 娟

(中鐵寶橋集團有限公司，陜西 寶雞 721006)

以呼和浩特市南二環快速路工程中一段具有代表性的鋼箱梁為例，對曲線形鋼箱梁制造的特點及難點進行了介紹，并闡述了鋼箱梁塊體的扭曲線形及板單元一次性切割等工藝制造技術，可為同類工程施工提供參考。

鋼箱梁，曲線，制造，工藝

1 工程概況

呼和浩特市南二環遠經二路互通式立交工程是呼和浩特市城市道路路網建設中的重要部分。項目的建成不僅能夠改善呼和浩特市區的內部交通網絡，方便市區的交通聯系，同時還能起到提高車輛行駛安全和舒適性以及滿足周邊地區開發的作用，主要為途徑區內的地方交通和沿線到達出發的交通服務。

工程設主線及匝道，路線較為復雜，主線及匝道輔線上均有采用鋼箱梁。由于項目地處于北方寒冷區域，鋼箱梁主要材料采用Q345qE鋼。下面以其中一條具有平曲線和豎曲線共同構成的空間三維曲線線形的匝道為例進行闡述曲線形匝道鋼箱梁的制造技術。鋼箱梁斷面如圖1所示。

2 工程制造難點

曲線形鋼箱梁橋軸中心線是由平曲線和豎曲線共同構成的空間三維曲線。結合生產制造實際總結制造難點如下：

1)由于鋼箱梁線形不僅有平面曲線線形，其縱橋向設有豎曲線及橫橋向也有坡度變化，腹板的長邊形狀上還需考慮疊加豎曲線和拱度的參數。需要逐個計算放樣確定。

2)該鋼箱梁線形具有空間曲線線形和橫橋向1.5%～4.5%的坡度變化，所以鋼箱梁節段扭曲的比較厲害。這對頂板上U形肋的加工、鋼箱梁箱口尺寸精度的控制、組裝線形精度控制及焊接變形控制造成很大的困難。

3 工程制造關鍵技術

本制造技術主要闡述頂底腹板后切、扭曲曲線梁制作及曲線梁節段焊接變形控制等關鍵技術。匝道橋為便于運輸多采用工廠內制成小塊體，運輸至橋位再拼焊成整體的制作工藝。為保證該橋鋼箱梁制造質量，提高生產效率，鋼箱梁制造采用“零件→板單元→塊體單元→預拼裝→涂裝→橋位焊接”的生產方式。

根據該橋設計特點、運輸條件及架設方案等因素，將鋼箱梁進行長度分段、寬度分塊制造。根據運輸界限進行橫向分塊小于3.5 m(橫向分塊見圖2)，考慮受力等因素鋼箱梁縱向分段(縱向分塊長度均小于13 m，見圖3)。橫、縱向分塊均滿足經濟公路運輸要求。

3.1 頂、底、腹板后切工藝

根據鋼箱梁分段分塊方案，梁段塊體單元主要由頂板單元、底板單元、隔板單元及腹板組成。零件除隔板和腹板兩長邊需采用數控切割機預先下料外，頂板和底板均采用定尺的鋼板預處理后直接參與組裝制造板單元的制造方法，待塊體箱梁組裝焊接完成后再切割頂底板周邊及腹板的短邊。具體工藝要點如下所述：

1)將預處理過的鋼板放置在平臺上劃出組裝基準線。以基準線為基準在頂底板上劃出隔板、腹板、加勁肋的組裝位置線；以基準線為基準在腹板上劃出隔板及加勁肋的組裝位置線。

2)在平臺上按組裝線組裝加勁板，完成板單元的組裝。

3)在專用設計制作的焊接反變形胎架上采用“反變形”技術焊接頂底板單元上的加勁肋，控制板單元的焊接變形。矯正板單元翹曲變形以滿足對接時平面度的要求，并以縱基線為基準修正橫基線，對板單元進行標識、存放。

4)采用“倒裝法”進行組裝，將頂板單元鋪于平臺上，先組裝側隔板單元，再組裝腹板、底板單元，考慮到轉運及吊裝對塊體單元幾何精度影響，對此類型結構需進行加固。

5)施焊頂板、底板、腹板、隔板之間的焊縫，制作完成塊體。

6)探傷合格后全面修整塊體單元的變形及基準線后，以基線為基準，每隔500 mm確定一處切割點，將各點連線即可劃出一條曲線切割線。采用小車沿曲線切割線焰切頂、底板周邊及其坡口。

此一次性切割工藝相較傳統先下料的工藝具有的優點為：僅切割一次減少了切割工作量，下料工藝預留量大小不用考慮及后切完成后梁段端口外觀質量高等優勢。

3.2 扭曲曲線梁段塊體制作工藝

在梁段頂面布置8個測量監控點，用于塊體組裝檢測。由于曲線梁橋位匹配精度要求高，而橋面橫坡緩和漸變。在立體模型上精確布置出各測量點，放樣出各測量點相對頂板單元縱橫基線交點的平面坐標。制作時設置水準儀及全站儀精確布置及測量監控各測點。

扭曲曲線形鋼箱梁制作的工藝要點如下：

1)準確的計算放樣腹板長邊的線形是扭曲梁段組裝精度控制的保證。

2)在腹板單元的制造時，需要將腹板上縱向的加勁肋在組裝塊體完成后再組裝焊接，便于梁段塊體線形的控制及調整。

3)頂板單元上U形肋的剛性較大，彎曲和扭曲均不容易操作。所以一個節段長度內線形矢高不大于20 mm時將U形肋按直線形制作，同時隔板下料需考慮U肋槽口的變化；在一個節段長度內線形矢高較大時采取U形肋對接的方法完成線形變化。頂板單元組焊完成后需要熱矯出扭曲的變化趨勢。底板單元上為板條肋按板肋線形組裝即可，同樣需矯出扭曲的變化趨勢。同時頂板和底板上設置檢測點檢測頂板和底板單元的扭曲變形達到要求。

4)組裝塊體梁段時以腹板長邊及隔板為內胎調整線形與頂底板組裝，必要時需要增加支撐。組裝完成后全面矯正各項線形及嚴格控制好箱口尺寸。

3.3 焊接變形控制技術

1)鋼板對接焊縫的焊接。

鋼板對接采用埋弧自動焊平位雙面焊接。從坡口形式、坡口大小、焊接順序以及預設反變形和預留焊接收縮量等各種方法控制焊接變形。在焊接過程中采用兩面交替焊接，以減少焊后變形及焊接殘余應力。為了保證焊縫端部的質量，避免出現焊接缺陷，焊接時焊縫端部安裝同材質、同厚度、同坡口的引弧板和熄弧板，焊接完成后切除引板，將焊縫端部打磨平整。

2)底板與板肋的焊接及頂板與U肋的焊接。

在專用的反變形焊接胎架上用CO2焊機配合焊接智能小車，在船位施焊板肋焊縫，確保板肋與底板的垂直度。在焊接中嚴格控制焊接方向和焊接順序以盡量減小焊接變形。所有焊縫焊接時都保持焊接方向一致，根據板肋數量以及焊縫焊接時產生側向彎曲的傾向安排合理的焊接順序，以減小扭曲變形和側彎。

3)塊體焊接。

焊接過程中構件翻身，使焊縫處于有利焊接作業位置。必要時在箱口和內部適當位置增加臨時支撐，增加結構的整體剛度，減小由于焊縫收縮引起的幾何尺寸變化。

4 結語

本曲線形匝道橋鋼箱梁制作技術適應性強，可適用于各種曲線形的匝道橋鋼箱梁的制作，不需要很大場地及對設備要求也不高。本制造技術在提高曲線梁制作質量的同時，降低了制作成本，縮短了制作周期，具有明顯的經濟效益。

[1] TB 10212—2009，鐵路鋼橋制造規范[S].

[2] JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[3] 呼和浩特市快速路工程鋼箱梁施工圖設計文件[Z].

[4] 呼和浩特市快速路工程鋼箱梁制造工藝方案[Z].

[5] 呼和浩特市快速路工程鋼箱梁制造驗收規則[Z].

Critical curve-style steel box girder manufacture technology of urban overpass

Zhang Yajuan

(ChinaRailwayBaojiBridgeGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

Taking one representative steel box beam of Nanerhuan fast expressway engineering in Huhhot as an example, the paper introduces curve-style steel box beam manufacture features and difficulties, and describes distortion and disposable cutting technologies, which has provided some guidance for similar engineering construction.

steel box girder, curve, manufacture, technology

1009-6825(2015)07-0173-02

2014-12-22

張亞娟(1980- )，女，工程師

U445.47

A