大型斜拉橋鋼箱梁制作外形尺寸控制

【摘要】斜拉橋鋼箱梁多為全焊結構，外形尺寸控制是主要的制造和控制重點，多采用PK型斷面鋼箱梁設計，具有結構抗風性能優越、橫向剛度大的特點。本文以重慶永川長江公路大橋鋼箱梁制作為例，介紹大型斜拉橋鋼箱梁制作外形尺寸控制的方法和經驗。

【關鍵詞】大型斜拉橋；PK斷面鋼箱梁；外形尺寸控制

1、工程狀況

重慶永川長江公路大橋鋼箱梁全長588m，全寬37.6m，跨徑居全國十二位，世界排名十四位。其建設主跨為PK斷面鋼箱梁，邊跨是同外形的PK混凝土梁，耗用鋼材用量12000余噸。

2、影響鋼箱梁制造外形尺寸要素分析

想要確定永川橋鋼箱梁制作流程，我們可以對鋼箱梁整體結構特點進行分析。

首先要知道鋼箱梁外形尺寸的決定是由梁段長度、寬度、高度、橫坡、旁彎、板面平整度因素。通過對板單元制作和節斷制作的分析可知鋼箱梁的制作流程要控制如下幾點：

（1）單元件外形尺寸要精確下料就要非常精準，所以單元件制作精確下料工序是關鍵。

板單元是由板肋或U型肋按定位線與板件組裝而成，組裝是否精確影響到節段制作精度，所以組裝工序是控制板單元制作精度的重要工序。

板單元焊接是將對板肋或U型肋與板件間的角進行焊接，板單元平整度及外形尺寸受焊接時產生的收縮變形的影響，所以焊接工序也是控制板單元精確的重要因素。

焊接產生的變形需要矯正，所以矯正工序也是控制板單元制作精度的重要工序。

（2）節段制作精度的影響要素

在鋼箱梁制作要過程中，鋼箱梁是在節段拼裝胎架上進行制作的，所以拼裝胎架是控制梁段外形尺寸的關鍵。

板單元是將制作合格的板單元按胎架上基準線進行定位的，定位精確度同樣是影響鋼箱梁外形尺寸的直接因素。

梁段需要大量的焊接，橫向對接焊縫比較多，焊接過程中產生的變形會對梁段的寬度、長度、橫坡、板面平整度造成影響，所以焊接過程也是控制梁段外形尺寸的重要因素。

（3）其他因素

溫度會影響鋼構件，所以溫度的控制也是控制鋼箱梁制作的要點。

綜上所述，鋼箱梁外形尺寸控制的關鍵因素有：板單元下料、板單元組裝、板單元焊接、拼裝胎架、板單元精度定位、梁段焊接、矯正、溫度變化。

3、控制措施

分析影響鋼箱梁制作外形尺寸的關鍵要素并加以控制。

3.1板單元的下料控制

（1）梁段焊接量比較大，所以在需要在各處預留出二次切割量，預留二次切割量的地方有：

梁段縱向、頂板橫向寬度由邊側兩塊頂板單元寬度方向，其余則采用增加焊接補償量無余量方法進行切割。

在切割量上主要針對頂板單元、地板單元、邊腹板單元、中腹板單元進行在橫塔側、梁段邊側底板單元分別預留30mm的切割量。

（2）要對零件優先采用精密切割下料。

矩形板塊在半自動切割下料時長度方向兩邊也同時切割，可以防止板件在半平面內側向彎曲。那些形狀復雜的零件需要用計算機放樣來確定幾何尺寸，還要適當的加入補償量消除數控切割機精切時產生的熱變形。

板單元長度方向采用二次切割下料有預留，所以只考慮寬度方向在火焰切割、焊接、熱矯正制作過程中對板件尺寸造成的影響，確定板件寬度的工藝余量。

3.2控制板單元組裝措施

板單元的組裝是在平臺上進行的，所以首先要控制肋板位置、U肋位置和U型肋邊緣的誤差，在板上進行劃線可有效的控制誤差。還要在頂、底板和腹板上劃出縱、橫基線，在節段組裝和預拼過程中供使用，還要做好相應的標記。

3.3控制板單元焊接的措施

面板會在U肋或板肋與面板角焊接縫焊接時產生的熱量而受到影響。若出現焊接變形不僅影響板面單元的制造精度還會增加許多的工作量才能使其達到平面度。焊接反變形技術可以有效的防止此類現象產生。

單元板焊接過程可采用焊接變形小的二氧化碳氣體來保護。

板單元焊接需要在一臺或兩臺二氧化碳氣體保護焊機間隔一致，要方向相同，焊接速度也要相同。

3.4控制節段拼裝胎架的措施

設計制作的以測量塔、地樣線、基礎預埋件和調節墊為組裝的節段拼接胎架主要是為了保證該橋主梁節段位置和外輪廓的尺寸精確，橋位的安裝精度及進度，節段拼接胎架的設計就是根據該橋的結構特點而設計制作。

針對截面橫向對接焊縫較多對梁段寬度及橫坡的制造精度造成的影響，不能使胎截面形式與鋼箱梁底板外形一致，所以我們在總拼裝胎架上增加橫向預拱的方法。

要控制鋼箱梁外形尺寸，關鍵是要控制節段拼裝胎，為能有效控制，所以需要將測量控制網合理的布局在總拼胎架四周和地面。

高程通過水準儀測量監控，全站儀和線墜測量控制直線度，將地腳螺栓預埋件固定在地面上可以有效是地樣線保存長久，地樣線用樣沖眼在預留件上作標記。

3.5控制板單元定位措施

因為工藝連接板精度高，所以用來對板單元上預留的橫縱基線，總拼胎架下地樣線精確定位的輔助定位。

3.6控制節段焊接措施

節段焊接控制主要控制焊接的順序，如下敘述：

鋼箱梁制作外形尺寸合理的焊接順序也是非常重要的。焊接要從頂板縱向對接焊縫同向焊接、同類焊縫要焊接對稱、箱體焊接要從內向外、從下向上、有中間向兩邊施焊的順序，焊接盡量在無約束力下完成，減少焊接收縮量累加對總體尺寸的影響讓板單元可自由收縮。

3.7控制校正工序

板單元及梁段制作焊接中需要焊后矯正，對板面的不平進行調整。

采用火焰矯正的方法對板單元和梁段制作的焊縫進行校正，矯正方法有現狀加熱，點狀加熱，三角形加熱。火焰矯正溫度要控制在500-700度。

3.8控制溫度變化的措施

梁段的制作多在露天，夏季露天作業日照溫度最高可以到70度以上，晝夜溫差很大，在15度上下。我們根據鋼材的膨脹系數進行計算，15.5米鋼板伸長度在升高15度時為2.79mm。由此我們要避免日間高溫和日照對干板的影響，所以組裝定位要在晚上進行，或者在陰天以及4：00到10：00、16：00到20：00進行組裝，這樣可以避免溫度變化對鋼梁的影響。

定位測量用的鋼尺要與測量對象放在同一環境中，鋼尺和鋼材的膨脹系數一致，這樣可以消除溫差產生的影響。

結語：

重慶永川長江大橋鋼箱梁的制造外形及外形尺寸能夠達到驗收規范是通過對鋼箱梁制作時各方面的有效控制實現的，對鋼箱梁制作控制有：板單元下料、板單元組裝、板單元焊接、節段拼裝胎架、板單元定位、節斷焊接、矯正、溫度變化。對個過程的控制得當使得梁段現場對接安裝精度有了保障。

參考文獻：

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