鋼梁主桁桁片制造技術及質量控制

付志群

摘 要：根據銅陵長江大橋鋼梁制造工程實際，結合鋼梁主桁桁片制造流程：圖紙會審—鋼梁制造施工組織設計—編制原則工藝—統計材料—鋼材·焊材及涂裝材料訂貨—材料進廠復驗—原材檢驗規程—焊接工藝評定—編制施工組織方案—涂裝工藝性試驗規程—試制桿件制造工藝—主桁制造工藝—主桁桁片總拼制造工藝—焊縫超聲錘擊工藝規程—質量檢驗規程—焊接工藝規程—無損檢驗規程—涂裝工藝—制成品檢收。重點論述主桁桁片制造技術及質量控制，介紹主桁桁片制造過程中各細節工序的具體質量控制和實施方法；為同類型鋼桁梁桁片制造技術及質量控制提供有用的借鑒。

關鍵詞：上弦桿制造；下弦桿制造；腹桿制造；主桁片拼裝焊接成型

中圖分類號：U445.46 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0101-02

1 工程概況及施工特點

1.1 工程概況

銅陵長江大橋是新建合肥至福州鐵路跨越長江的控制性工程，主橋采用跨度布置為（90+240+630+240+90）m的五跨連續鋼桁梁斜拉橋，鋼桁梁全長1290m，總重約67000t。上層為6車道公路，下層為四線鐵路。全橋總重約67000t，橫斷面如圖1所示。

1.2 主桁桁片

主桁采用N字形桁架，三片主桁對應三索面布置，桁高15.5m，桁寬2×17.1m，節間長度15m。鋼梁采用國內首次應用的整體桁片式結構設計，每2個節間為一個桁片式單元，單片桁重約330t，單片桁長30米。桁片之間采用高強度螺栓連接，采用節點外拼接方式。上弦桿在節點部位設錨固結構與斜拉索相連。

1.3 施工特點

本橋為大型整體節點桁架與鋼橋面板或鋼箱橋面的栓焊組合結構，在國內首次采用了整體桁片式結構設計，成為本橋的一個亮點，同時也加大了鋼桁梁制造難度。由于桁片內上下弦桿與腹桿采用焊接連接，其焊縫為一級熔透焊縫，其焊接收縮及變形難以控制，為此，桁高的保證，同節段三片主桁之間橫梁連接的保證，與橫聯之間連接的保證，避免箱形對接口錯口等等，成為了本橋鋼梁制造的控制重點。

2 主桁桁片制造技術及質量控制

主桁桁片制造包括：上弦桿制造，下弦桿制造，腹桿制造，主桁片拼裝。

2.1 上弦桿制造

上弦桿由上、下水平板、豎板、隔板、橫梁接頭板、腹桿接頭板、加勁肋以及錨固結構組成，上弦桿制造工藝流程如下圖2所示。

2.1.1 主要零部件半成品加工

下料前板材經過預處理后，對于不規則形狀零件，采用數控精密切割機下料，對于等直板件采用火焰精密切割。下料時對需要機加工和二次切割的邊緣，預留機加工量或二次切割量。邊緣坡口可采用機械加工或火焰精密切割，接料過渡坡采用機械加工。

2.1.2 接料

接料包括上、下水平板和豎板單元的接料，組裝時要使用檔角嚴格控制直線度。檔角設置要滿足每個板件不少于2處。組裝時要嚴格控制節點板及錨孔中心距在規定的公差范圍內。

2.1.3 板單元組焊

上、下水平板單元的橫基線位于弦桿中心，縱基線位于弦桿箱型截面中心。豎板單元的橫基線位于弦桿中心，縱基線為縱肋中心線。

2.1.4 箱體組焊

上弦桿采用倒位組裝，為保證組裝精度，組裝、焊接、修整及檢驗在專用平臺上完成。

（1）在上水平板單元上以橫、縱基線為基準組裝箱內橫隔板單元。箱型外側縱肋待箱型主焊縫焊接完成后組焊。

（2）組裝兩側的豎板單元。組裝時將豎板的橫基線與頂板的橫基線對齊，測量并調整端口對角線差不大于2mm；完成箱內主角焊縫、部分隔板焊縫的焊接和修整，為了便于組裝上弦桿的底板單元，隔板與豎板的焊縫距頂板的焊接高度暫時不要超過隔板高度的1/2。

（3）組裝底板單元。以橫基線為基準組裝上水平板單元，組裝時由中心向兩側依次進行，檢測并調整兩端箱口對角線差不大于2mm后進行定位焊接，箱體焊接采用對稱施焊，節點板處主焊縫焊接前要進行反變形處理，焊接過程中要邊焊接邊修整以保證節點板的平直度。

（4）組裝錨箱單元。以節點板系統線為基準組裝一側錨箱腹板、承壓板及加強板，完成內部焊縫的焊接。以節點板系統線為基準組裝另一側錨箱腹板、錨墊板，首先焊接承壓板與節點板、錨箱腹板的焊縫后再焊接其它相關焊縫，焊接錨箱腹板與節點板的熔透焊縫時要加裝臨時支撐以保證兩節點板的凈空尺寸及平直度。

（5）橫基線校正及調整。上述部件的焊接、修整和檢驗完成后，要在平臺上利用激光經緯儀對上弦桿橫基線進行一次校正和微調，保證頂、底板和豎板的橫基線位于同一鉛垂平面上，并將基線返至頂板斷面上用樣沖重新標記。

（6）組焊組裝橫梁腹板、底板接頭板以豎板橫基線為基準精確劃線組裝橫梁腹板、底板接頭板，組裝前檢查桿件的直線度，邊桁弦桿嚴禁向非接頭板側凸起，劃線組裝時兩橫梁接頭板間距留0.5mm收縮量，要嚴格控制腹板接頭板的位置尺寸，每塊腹板接頭板的定位尺寸均與豎板橫基線為基準，減小累計誤差。

（7）箱體鉆孔：箱型鉆孔是弦桿制造的關鍵工序，必須保證尺寸精度滿足規范要求。

2.2 下弦桿制造

下弦桿由上、下水平板、豎板、隔板、肋板、橫梁接頭板、腹桿接頭板以及橋面連接板組成，下弦桿制造工藝流程如圖3所示。

2.3 腹桿制造

（1）腹桿分豎桿和斜桿兩種，有“工”字型、“王”字型和箱型三種斷面形式，腹桿下料時兩端均留二次切頭量，并采用先出孔工藝。

（2）“工”字型和“王”字型桿件，工型桿件組裝時要保證蓋板孔的同心度以及與腹板孔的相對位置尺寸，“王”字型桿件在工型主角焊縫焊接后組焊腹板加勁板，最后劃線切頭、手孔及坡口。

（3）箱型斜桿豎板先進行板單元制造，然后進行箱型桿件組焊，用龍門數控鉆孔后劃線切頭、手孔及坡口。

（4）腹桿劃線切頭時應考慮桁片拼裝的焊接收縮量。

2.4 主桁片拼裝制造

主桁整體桁片由上、下弦桿以及斜、豎桿組成，單片長度30m，高度15.5m，每2個節間為一個桁片；桁片內部弦桿與斜豎桿之間為焊接連接，相鄰兩個桁片之間弦桿采用高強度螺栓連接，桁片間斜桿在中部劃分為兩根，亦采用高強度螺栓連接。由于弦桿與斜豎桿采用全焊連接，焊縫為一級熔透焊縫，其焊接收縮及變形難以控制，因此采取了如下整體桁片的拼裝方案及技術措施。

2.4.1 拼裝方案

其拼裝順序為定位上下弦桿→拼裝腹桿→焊接腹桿與上弦節點之間焊縫→焊接腹桿與下弦節點之間焊縫→在腹桿上劃線組焊橫聯連接件，要求焊接使用高級焊工，保證一次探傷合格率，首輪焊縫收縮測量等，在桁片焊完后劃線組焊橫聯連接件，從而保證與橫聯的連接。

2.4.2 拼裝胎架

主桁桁片拼裝要在大型專用拼裝胎架上完成，在胎架上除設置弦桿定位墩和斜桿定位墩外，是要加設臨時支墩和限位檔角。

2.4.3 拼裝工藝

（1）弦桿定位。上下弦桿放置在胎架上，進行調整使各方位尺寸符合規范要求。檢測合格后，弦桿用沖釘與胎架固定。

（2）組裝腹桿。依次安裝豎桿和斜桿，就位時用頂鎬配合，不可隨意切割腹桿腹板，或強拉應拽勉強就位。檢測各部尺寸滿足規范要求后完成相關焊縫的焊接修整和檢驗，焊接過程要嚴格執行《主桁片焊接工藝規程》。

（3）注意事項。1）露天作業桁片定位組裝及測量要在日出之前，避開日照的影響。2）桁片組裝時腹桿與上弦桿用限位檔角限位不要點焊，待腹桿與下弦桿焊縫完成后在定位焊接，使之在下弦節點焊接時腹桿在長度方向上有伸縮的空間，減少焊接收縮對桁高的影響。3）在日照下焊接時要考慮胎型與桁片線膨脹系數的影響，以防胎型變形影響尺寸精度。

2.4.4 測量工藝

主桁桁片上下弦桿、斜桿、豎桿組裝定位完成開始焊接前，需對桿件定位尺寸和標高（平面度）進行檢測，檢測合格后方可開始焊接。檢測項點參見《主桁桁片檢測驗收記錄》。其中對平面度進行檢測時，檢測標高點布置如下圖4所示。

2.4.5 焊接順序

嚴格按照焊接工藝參數進行主桁片拼裝焊接工作，控制焊接收縮量和焊接變形，從而保證桁片高度以及螺栓孔鏈接精度。焊接工藝參數見《整體拼裝焊接工藝規程》。根據主桁片的結構形式，制定焊接順序為：桁片組裝定位檢測合格→對稱焊接斜、豎桿與下弦桿對接焊縫（遵循先打底焊接斜、豎桿腹板與下弦桿立位角焊縫→打底對稱焊接斜、豎桿腹板與節點板仰位和平位角焊縫→完成斜、豎桿上下蓋板與節點板對接焊縫→完成角焊縫蓋面焊接）→焊接斜、豎桿與上弦桿對接焊縫（焊接順序與下弦桿相同）→焊縫打磨修補、外觀檢測、探傷→檢測合格下胎。焊接斜、豎桿與上下弦桿間焊縫時要對稱焊接，斜、豎桿與下弦桿節點間焊縫探傷合格后，再焊接斜、豎桿與上弦桿節點間焊縫。

2.4.6 主桁片拼裝制造要求

（1）參與主桁片拼裝焊接工作人員必須是有豐富焊接工作經驗的優秀焊工，并有國家承認的從業資格證書；

（2）嚴格執行組裝焊接工藝文件，按照焊接工藝規定的焊接參數進行焊接，按照規定的焊接順序焊接，控制好焊接收縮量并做好各個對接環口的焊接收縮量記錄，為主桁片拼裝工藝調整作依據；

（3）為保證主桁片的拼裝質量，控制好拼裝焊接的過程，先對所有對接環口焊縫先對稱打底焊接，然后測量各項尺寸符合工藝要求后，再進行焊縫的蓋面焊接；

（4）如實做好各項檢測驗收記錄，做好焊接收縮量和變形量記錄；

（5）主桁片拼裝過程中的每一步都要求在可控范圍內，防止發生不可修復的拼裝問題。

3 結語

本鋼梁制造工程于20011年5月開工，2013年10月竣工，根據鋼梁制造與架設施工過程中的檢測資料表明，施工圖紙、鋼梁制造及驗收規則，鋼梁制造工藝方案是合理有效的，對相似鋼梁制造工程的施工具有一定的借鑒作用。