北盤江特大橋上弦桿制作技術(shù)

楊立群

（中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島066205）

北盤江特大橋上弦桿制作技術(shù)

楊立群

（中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島066205）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種大型公路橋梁陸續(xù)地建設(shè)，結(jié)構(gòu)形式日新月異，制作難度不斷增加，制作精度及質(zhì)量問題成為關(guān)注的焦點。以北盤江橋上弦桿為例，對雙節(jié)點弦桿這種特殊結(jié)構(gòu)在制作過程中容易產(chǎn)生的質(zhì)量問題進(jìn)行歸納、分析和總結(jié)，并且詳細(xì)介紹了制作工藝要點及質(zhì)量控制措施。

鋼桁梁；斜拉橋；雙整體節(jié)點；制作工藝；質(zhì)量控制

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.032

1 工程概況

大橋跨越云貴兩省交界的北盤江大峽谷，與云南省在建的杭瑞高速普立至宣威段相接。大橋主橋采用主跨720m鋼桁架梁斜拉橋方案，在同類型橋梁中主跨跨度排位世界第二，全橋橋跨布置為80m+88m+88m+720m+88m+88m+80m，全橋長為1232m，橋面到谷底垂直高度為565m，相當(dāng)于約200層樓高，主跨節(jié)間長12m，邊跨節(jié)間長12m和8m，2片主桁中心距27m（見圖1）。主桁架為普立特式結(jié)構(gòu)，由上弦桿、下弦桿、豎腹桿和斜腹桿組成，桁高為8m。主桁上弦桿、下弦桿、豎腹桿均選用閉口箱形斷面；斜腹桿除在支座附件區(qū)域采用閉口箱形斷面外，其余均采用“H”型斷面。目前，該橋已順利合龍。

圖1 北盤江特大橋效果圖

2 上弦桿結(jié)構(gòu)形式及特點

北盤江橋上弦桿采用整體節(jié)點箱形結(jié)構(gòu)，設(shè)置雙節(jié)點和單節(jié)點2種。下面以雙節(jié)點的上弦桿制作為例做介紹。

雙節(jié)點上弦桿長度達(dá)16m，寬度1.5m，高度3.7m，質(zhì)量約25t，由整體節(jié)點板、豎板、上下水平板、隔板、主桁腹桿接頭板、主橫桁梁接頭板、次橫梁接頭板、鋼錨箱等構(gòu)成（見圖2），每塊豎板分為4段下料，需多次接料，此單桿雙節(jié)點的結(jié)構(gòu)形式，對孔群精度要求很高，而且孔群精度必須考慮與錨固結(jié)構(gòu)的相對位置精度，給制孔精度的保證增加了難度，桿件集熔透對接、熔透角接、坡口角接等多種焊接形式于一體，并且桿件斷面小、桿件長、結(jié)構(gòu)不對稱，焊接變形較大，增加了控制桿件栓孔精度和外形尺寸的難度[1]。

圖2 雙節(jié)點上弦桿示意圖

3 制作工藝要點及質(zhì)量控制措施

工藝方案：下料→零件加工→接料→組焊板單元→組焊箱體→組焊橋面板接頭板→數(shù)控鉆豎板定位孔→卡樣板接鉆孔→組焊箱內(nèi)接頭板→組焊鋼錨箱→組焊箱外其他連接件。

3.1 主要零部件加工

3.1.1 豎板接成料

整體節(jié)點弦桿豎板接料大多采用節(jié)點板段與平直段分別下料，加工邊緣及坡口后進(jìn)行接料，豎板由2塊節(jié)點板和2塊直段接成（見圖3），接成料控制如下：

1）在胎型或平臺上接料，設(shè)置擋角，保證直度，接料直度≤2，保證平面度，控制對接坡口精度，無縫隙對接；

圖3 豎板接料

3）接料后，對每根上弦桿兩片豎板單元進(jìn)行合摞檢查。

有的豎板接成料后有機(jī)加工底邊的機(jī)會，有的是足尺接成料，本橋就是足尺接成料，接料后邊緣不再進(jìn)行機(jī)加工。比較前者，具有一定難度，主要體現(xiàn)在接料直度和2個節(jié)點中心距的控制方面。當(dāng)對接頭垂直度偏斜1mm時，另端將上翹18mm，或?qū)е孪潴w組不上，或造成桿件扭曲（見圖4a）；當(dāng)2片豎板水平立彎反向時，誤差加倍，或?qū)е孪潴w組不上，或造成桿件扭曲（見圖4b）；當(dāng)對接頭設(shè)計為雙面“V”型坡口（對稱坡口）而被加工成不對稱坡口時，不能實施焊縫密貼組對這2個節(jié)點中心距難以控制（見圖4c）。

圖4 豎板接料問題示意

3.1.2 上、下水平板及隔板加工

焰切后零部件的尺寸允許偏差及切割變形有時達(dá)不到要求，通過精確地劃線，及采用機(jī)械加工的工藝使其達(dá)到技術(shù)要求[2]?？刂茥U件寬度的隔板、上下水平板，必要時還要通過測量豎板厚度進(jìn)行配刨加工（見圖5）。

加工公差有別，劃線及加工應(yīng)保證：

1）上水平板寬度加工公差，下水平板寬度加工公差；

2）隔板寬度加工公差；

3）邊、頭垂直度。

控制下水平板公差有利于組箱體扣蓋，控制上水平板公差是控制箱體內(nèi)寬的基礎(chǔ)，有利于拼裝時斜桿順利插入。

圖5 公差配合

3.1.3 各接頭板半品鉆孔

樣板鉆制，一般采用先刨焊接邊，與樣板邊對齊卡樣工藝。樣板上預(yù)留適當(dāng)焊接收縮量。

3.2 桿件組焊修

組裝工序是重要控制環(huán)節(jié)，相關(guān)規(guī)范規(guī)定，四面拼接的桿件，其高度、寬度允許偏差±1㎜，這些嚴(yán)格的技術(shù)要求，是為了保證相鄰桿件及連接件打入沖釘并施擰高強(qiáng)度螺栓后，連接桿件板面之間達(dá)到密貼，用0.3㎜的塞尺插入時，插入深度面積之和不得大于總面積的30%，如果縫隙超差，將削減摩擦面?zhèn)鬟f受力。

3.2.1 組裝精度控制

1）水平基準(zhǔn)。桿件在胎型上或平臺上組裝，胎型上平面或平臺相當(dāng)于組裝水平基準(zhǔn)面。桿件與橋位安裝狀態(tài)一致為好（豎板孔垂直于水平）。

2）橫向基準(zhǔn)。以桿件端頭為基準(zhǔn)，設(shè)置定位擋塊，保證兩豎板節(jié)點中心不錯位及大節(jié)點端外側(cè)寬度。

3）幾何尺寸控制。箱型桿件的寬度為隔板及2塊豎板的厚度所控制，高度為隔板及2塊水平板的厚度所控制。組裝桁梁橋桿件不提倡留間隙的方式，而是在頂緊的狀態(tài)下組裝。

3.2.2 組裝順序

合理的組裝順序是桿件外形尺寸的基礎(chǔ)，桿件采用了倒位置組裝（見圖6）。

1）組裝隔板，上水平板置于胎位上，與胎型縱向中心線標(biāo)志對線，隔板依次就位。控制隔板縱向直度≤1mm。方位與刨邊時所做標(biāo)記一致。

2）組裝槽形，豎板基準(zhǔn)頭與胎型端擋座密貼，兩側(cè)豎板與隔板密貼，組成槽體。焊接隔板前不應(yīng)移動或翻身。

3）組焊箱形下蓋板扣蓋組成箱體，控制箱體寬度兩端、高度、箱口斜對角線差≤2mm。

4）組焊橋面接頭板，控制箱體水平彎曲≤3mm，且不能出現(xiàn)像內(nèi)水平彎曲，控制箱體扭曲≤3mm。

圖6 組裝順序

3.2.3 焊接質(zhì)量控制

焊接質(zhì)量是制作工藝中關(guān)鍵性工作之一。焊接方法的選擇要依據(jù)結(jié)構(gòu)形式、材料、構(gòu)件的重要程度、質(zhì)量、現(xiàn)場條件等方面來確定。厚板結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)度鋼的焊接要考慮預(yù)熱及焊接道間溫度，避免快速冷卻導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋[3]。根據(jù)焊接實驗編制焊接工藝規(guī)程指導(dǎo)生產(chǎn)，并實行首制件跟蹤，及時調(diào)整工藝方法，從而進(jìn)一步保證焊接質(zhì)量。

3.2.4 焊接變形控制及矯正措施

對于工廠來說，焊接變形的問題還是依賴于制造過程中的控制和焊后的矯正。過程中的控制，就是從零件加工精度、組焊順序、卡具胎型、施焊方法及規(guī)范上力圖減小焊接變形。對于不能克服的變形通過機(jī)械和火焰加以矯正[4]?；鹧娉C正是工廠矯正變形的主要方法。火焰矯正的加熱方式有線、點、三角形加熱3種，對于加熱溫度、加熱速度、加熱部位等方面的控制則是依據(jù)作業(yè)者的經(jīng)驗。

1）鋼板平面度矯正是制造中的一個關(guān)鍵點，平面度滿足要求，對栓焊結(jié)構(gòu)依靠摩擦面?zhèn)鬟f受力有重要意義；

2）主要零部件加工精度，如對隔板垂直度的控制；

3）接料、槽型組裝、扣蓋、火焰矯正，均在平臺上或胎型上進(jìn)行，防止或減少受熱過程中因桿件自重影響而產(chǎn)生的變形；

4）焊接采用合理的焊接方法、焊接順序，4條主焊縫同向?qū)ΨQ施焊，提高主焊縫探傷一次合格率，減少返修；

5）節(jié)點板主焊縫外側(cè)，施焊中配合火焰加熱，適當(dāng)預(yù)制反變形；

6）桿件的修整，要求每完成一個組焊過程，必須修整一次，合格后方可進(jìn)行下一個組焊過程；

7）使用專用翻轉(zhuǎn)胎具、吊具，保證桿件在翻身、吊運時平穩(wěn)安全，防止因翻身、吊運不當(dāng)造成桿件的變形。

3.3 桿件制孔工藝

制孔是整體節(jié)點結(jié)構(gòu)很需要動腦筋的加工工藝，也是制造工藝的關(guān)鍵一環(huán)，制孔精度直接關(guān)系到橋梁架設(shè)線形。一方面要保證產(chǎn)品的安裝精度要求；另一方面要考慮工藝的可靠性、合理性、經(jīng)濟(jì)性等因素。制孔對象一般有桿件的制孔和其他連接件的制孔；對于構(gòu)造簡單的焊接收縮量能準(zhǔn)確掌握的連接件，采用先鉆孔后組焊的方法，即先孔法；對于焊接收縮量不能準(zhǔn)確掌握且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱形桿件，一般多采用先組焊，待桿件整個完成后立體劃線鉆孔、樣板鉆孔或龍門數(shù)控鉆孔，即后孔法。

桿件正位置在龍門數(shù)控鉆床上鉆制豎板定位孔，以控制兩側(cè)豎板第一個孔群縱向、橫向相對錯位及孔群中心線與桿件中心線的橫向偏移；大型機(jī)械樣板接鉆另端豎板孔群定位孔，控制極邊孔群允許偏差；用小型機(jī)械樣板分別接鉆各孔群余孔，控制相鄰孔距（見圖7）。以豎板孔定位，對桿件縱向中心線卡“U”型樣板鉆制水平板栓孔，保證上、下水平板栓孔相對錯位。

圖7 鉆孔、接鉆孔示意

3.4 組焊鋼錨箱單元及其他接頭板

在平臺上組焊鋼錨箱單元；以節(jié)點豎向中心線及已鉆豎板孔為基準(zhǔn)，組焊主桁斜桿、豎桿接頭板、主橫桁梁及次橫梁接頭板；立體劃鋼錨箱組裝位置線，錨固點位置有折角，為了快速、準(zhǔn)確劃線，降低難度，可采用“劃線檢測樣板”進(jìn)行操作；組焊箱外接頭板（見圖8）。

圖8 其他件組裝示意

4 結(jié)語

通過以上制作工藝及質(zhì)量控制措施，有效地控制了桿件的外形尺寸、焊接變形、制孔精度，說明該工藝的合理性，為同類型結(jié)構(gòu)提供了可靠的制作經(jīng)驗。

【1】張瑤，仇艷萍，魏云祥.組裝整體節(jié)點弦桿的工藝措施[J].鋼結(jié)構(gòu)，2001,16(5):22-24.

【2】劉志剛.南京大勝關(guān)長江大橋鋼桁梁下弦桿制作工藝[J].鋼結(jié)構(gòu)，2010,25(5):59-62.

【3】宋紅飛.京滬高鐵濟(jì)南黃河橋鋼桁梁制造難點分析與對策[J].鋼結(jié)構(gòu)，2012,27(10):61-64.

【4】李碩，馬增崗.重慶東水門長江大橋鋼桁梁制作技術(shù)[J].橋梁，2015 (3):71-74.

Manufacturing Technology of the Upper Chord of Beipan River Grand Bridge

YANG Li-qun
(ChinaRailwayShanhaiguanBridgeGroupCo.Ltd.,Qinhuangdao 066205,China)

Withtherapiddevelopmentofeconomyinourcountry,theconstructionofvariouslarge-scalehighwaysandbridges,thechanging structureandincreasingdifficultyinproduction,precisionandqualityhavebeenthefocus.TakingtheupperchordofBeipanriver bridge asan example,thispaper sorts,analyzes,and summarizesthe probable qualityproblemsofthespecial structure—the chord with double nodes in the processofproduction.Andthetechnologicalpointsandqualitycontrolmeasuresareintroduced.

steeltrussgirder;cable-stayedbridge;doubleintegralnodes;productiontechnology;qualitycontrol

U445.47+2

B

1007-9467（2016）10-0072-04

2016-09-21

楊立群（1982～），男，河北秦皇島人，工程師，從事鋼結(jié)構(gòu)制造與研究。