寸灘長江大橋鋼箱梁整體拼裝定位精度和焊接變形控制技術

許 賀,曹 磊

（中鐵山橋集團有限公司,河北 秦皇島 066205）

寸灘長江大橋鋼箱梁整體拼裝定位精度和焊接變形控制技術

許 賀,曹 磊

（中鐵山橋集團有限公司,河北 秦皇島 066205）

重慶寸灘長江大橋是重慶機場專用快速路項目跨越長江的控制性工程,跨江主橋為單跨鋼箱梁懸索橋,鋼箱梁采用流線型扁平封閉式單箱結構。在進行鋼箱梁整體拼裝時,通過對關鍵板件的組裝定位精度和焊接變形量進行控制,全橋鋼箱梁段整體拼裝后的各項基本尺寸均滿足驗收規范要求,保證了成橋梁段安裝過程順利,節段間環口匹配效果良好,為節段間工地環口焊接施工順利進行提供了保障。

鋼箱梁;整體拼裝;關鍵板件;定位;焊接變形控制

1 工程概況

重慶寸灘長江大橋是重慶機場專用快速路項目跨越長江的控制性工程,其跨江主橋為跨徑880 m的單跨鋼箱梁懸索橋。鋼箱梁采用流線型扁平封閉式單箱結構,梁高3.5 m,全寬42 m（包含兩側風嘴）[1],橋面設2%的雙向橫坡。鋼箱梁頂板、底板均采用正交異性板結構體系。箱梁內設2道縱腹板,間距39.2 m。橫隔板間距3.0 m。鋼箱梁兩側設風嘴,風嘴內設全橋通長的開放式U形泄水槽。全橋鋼箱梁沿橋縱向分成59個節段,梁段之間采用對接熔透焊縫連接。主橋總體布置和鋼箱梁標準節段截面見圖1。

圖1 主橋總體布置圖和鋼箱梁標準節段截面圖

主橋鋼箱梁采用全焊結構,主要材質為Q345qD鋼,全橋總重約16 000 t。鋼箱梁整體拼裝時,存在大量對接焊縫和熔透角焊縫。焊接收縮量較大,容易影響后續板件的定位精度,特別是底板、橫隔板、頂板及腹板等關鍵板件的組裝定位精度尤為重要,直接影響到梁段的整體尺寸和結構受力安全。為保證本橋鋼箱梁段的整體尺寸精度,必須控制關鍵板件的組裝定位精度,同時控制焊接收縮引起的變形量。

2 胎架和測量控制網的設計

胎架作為鋼箱梁段整體拼裝的外胎,是保證梁段外輪廓尺寸和部件位置準確的基礎。在本橋鋼箱梁段整體拼裝胎架的設計過程中,考慮梁段的焊接變形和重力的影響,通過調整胎架牙板高差,在橫向預設了拱度。測量控制網架設在胎架外側,共布置6個地樣,6個測量塔和2個橫向基準墩,用來控制鋼箱梁整體拼裝制造過程中所有測量點的高程及板件橫、縱基線,保證鋼箱梁的整體拼裝尺寸和線形。測量控制網見圖2。

圖2 測量控制網（單位:mm）

3 梁段整體拼裝順序

鋼箱梁整體拼裝采用長線拼裝技術,梁段制作、匹配和預拼裝在拼裝胎架上同步完成。組裝時采用“正裝法”,以胎架為外胎,以橫隔板為內胎,各板單元按縱、橫基線就位,輔以加固設施以確保精度和安全,按照“底板→橫隔板→中間頂板D1～D6→腹板→風嘴隔板、風嘴蓋板→腹板上方的頂板D7→組焊臨時吊耳和臨時連接件”的順序,實現立體階梯形推進,逐段組裝焊接。頂板單元劃分見圖3。

圖3 頂板單元劃分

4 關鍵板件的定位精度控制和焊接變形控制

4.1 底板定位精度及焊接收縮控制

本橋鋼箱梁平底板總寬為24.1 m,斜底板單側寬9.171 m,板厚均為10 mm,有12條縱向對接焊縫。為避免日照和高溫對精度產生影響,中心底板的定位組裝選擇在日出前進行。平底板定位以中心底板的橫、縱基線為基準,斜底板定位以中心底板的橫基線和胎架兩側邊標志塔線為基準。底板與胎架的連接,在梁段基準端側的第一道胎架橫梁與胎架縱梁交叉部位使用剛性馬板,其它部位使用柔性馬板。縱向對接焊縫組裝時,需預留2.5～3 mm焊接收縮量,以保證隔板組裝時U肋槽口能與底板U肋吻合,焊接順序按照由中間向兩邊,同向對稱焊接的原則,嚴格控制平底板部位的焊后高程,防止隔板無法與斜底板密貼。

4.2 橫隔板定位精度及焊接收縮控制

本橋隔板設計采用了分塊式隔板形式,在頂板上設置接板,在板單元制作時接板與頂板焊接成塊體,整體拼裝時接板與下部隔板的上水平加勁板采用雙面角焊縫形式連接,避免了仰焊作業。由于鋼箱梁寬度大,在板單元制作過程中,對隔板進行了合理的分塊,橫隔板單元劃分見圖4。

圖4 橫隔板單元劃分

隔板組裝及焊接的關鍵控制點為:隔板組裝位置精度、隔板垂直精度和焊接收縮。針對本橋的結構特點,做出了如下措施:

（1）橫隔板為梁段整體拼裝的內胎,下部隔板的定位精度直接影響梁段的整體尺寸精度,如隔板組裝位置不準確,將與頂板上的接板出現板厚偏心的情況,影響結構受力。因此,必須嚴格控制梁段基準端側的首塊下部隔板的組裝位置及其它下部隔板的間距,隔板的組裝線全部以梁段基準頭側的底板橫基線為基準進行返線。

（2）由于鋼箱梁兩側腹板間距大,且下部隔板的高度較高,在沒有進行頂板和腹板定位的情況下,梁段中部的隔板A和隔板B剛性較小,定位時使用絲杠調整垂直度,保證偏差在2 mm以內,然后使用角鋼進行雙面支撐固定。

（3）隔板定位組裝及焊接順序為:隔板A→隔板B→隔板C。隔板A與隔板B間為立位對接焊縫形式,隔板B與隔板C為熔透角焊縫形式。隔板A組裝定位完成后,從中間向兩邊對稱焊接隔板A與底板間角焊縫。隔板B定位完成后,采用剛性較大的加長馬板[2],對隔板A與隔板B間立位對接焊縫進行強制約束,以控制焊接收縮量。同時,為減少焊接收縮和變形,要求操作人員對焊縫上部先進行少量焊接,再分段立向施焊[3],在對稱焊接完立位對接焊縫后,從中間向兩側對稱焊接隔板B與底板間角焊縫。隔板C定位完成后,先對稱焊接隔板B與隔板C的熔透角焊縫,然后焊接隔板C與底板間角焊縫。隔板的加勁板嵌補件組裝前,先對隔板整體平面度進行修整,在復核垂直度和高程合格后,方可組焊嵌補段及角部加勁。

4.3 頂板的定位精度及焊接收縮控制

頂板組裝及焊接的關鍵控制點為:頂板與底板在梁段基準端側的相對位置、頂板接板與下部隔板的組裝精度、頂板高程及焊接收縮。因組裝定位頂板單元D1～D6時,兩側腹板尚未組焊,梁段整體剛性較小,為保證頂板在箱體上的相對位置準確,做出了如下措施:

（1）頂板組裝順序為:頂板D1～D6由梁段中心向兩邊依次組裝,頂板D7在腹板組焊后進行組裝。

（2）中心頂板單元D1的定位組裝選擇在日出前或陰天進行。中心頂板D1的橫向定位以胎架兩側中心標志塔線為基準,用經緯儀校正頂板縱基線與標志塔線的重合度,控制偏差在0～0.5 mm。為避免誤差累計,頂板D2～D6的橫向定位均以橋面中心線為基準,由橋面中心向兩邊依次組裝。頂板縱向定位均以梁段基準端側的底板橫基線為基準,采用吊鉛垂的方法確定頂、底板單元在梁段基準端側的相對位置,控制精度在±1 mm。為減小頂板接板與下部隔板定位的板厚偏心量,組裝頂板前,先在隔板上部單側設置專用的“幾”字形定位馬板。頂板定位時,將接板與定位馬板頂緊密貼,使用水準儀測量頂板高程并進行修正,高程數據合格后,對接板與下部隔板的上水平加勁板進行定位焊,然后使用角鋼在艙內設置十字支撐[4],確保頂板定位后不會因為溫差及梁段整體剛性小等影響產生縱向錯動,見圖5。

圖5 接板專用定位馬板和頂板定位支撐

（3）本橋的頂板板厚為14 mm和16 mm,為控制焊后尺寸,縱向對接焊縫組對時均預留了2.5～3 mm焊接收縮量。兩塊中心頂板D1定位完成后,先焊接縱向對接焊縫,再由梁段中心向兩邊對稱焊接接板與下部隔板的上水平加勁板間角焊縫。頂板D2～D6由橋面中心向兩邊依次組焊,先同向對稱焊接縱向對接焊縫,再依次由梁段中心向兩邊對稱焊接接板與下部隔板的上水平加勁板間角焊縫。最后組焊接板嵌補段,為減少接板嵌補段的焊接收縮對梁段整體尺寸產生影響,控制焊接順序為:嵌補段先與接板一邊焊接,再與下部隔板及頂板進行焊接,最后與接板另一邊焊接。

4.4 腹板定位精度及焊接收縮控制

腹板作為鋼箱梁最重要的承力構件,位置尺寸精度直接關系到整個梁段的結構受力安全。本橋腹板組裝及焊接的關鍵控制點為:腹板中心距、腹板平整度、兩側腹板吊耳孔高差和吊點縱向錯位。

腹板的定位組裝時間選擇在日出前或陰天進行。縱向定位以橋梁中心線上確定的定位點為基準,用經緯儀重點控制兩側吊耳板中心線與橋梁中心線的垂直關系,保證兩側吊點縱向錯位≤2 mm。橫向定位以胎架兩側邊標志塔線為基準,控制腹板到橋面中心線的半寬尺寸偏差為+2～+3 mm,以滿足后續板件的焊接收縮。腹板定位過程中,通過使用絲杠和千斤頂配合調整腹板平面度、高程和半寬尺寸,數據全部合格后,使用馬板對腹板與隔板C間的角焊縫進行強制約束,先對稱焊接腹板與底板間角焊縫,再焊接隔板與腹板間角焊縫。頂板D7組裝后,測量腹板高程、兩側腹板吊耳孔高差以及腹板到橋面中心線的半寬尺寸,修正合格后方可施焊。

5 結語

合格的梁段尺寸是保證梁段順利安裝及節段間環口良好匹配的前提。通過采用上述關鍵板件的定位精度控制和焊接變形控制方法,寸灘長江大橋59個鋼箱梁段的各項基本尺寸均滿足驗收規范要求。成橋吊裝合龍后,對全橋58道環口進行測量檢查,頂、底板的對接焊縫間隙均在6～9 mm范圍內,為節段間工地環口焊接施工順利進行提供了保障。

[1]唐賀強,曹洪武,萬田保.重慶寸灘長江大橋主橋設計[J].橋梁建設,2013,43(03):71-76.

[2]胡廣瑞.大型公路鋼箱梁整體拼裝制造線形和尺寸的控制[J].鋼結構,2006(5):74-76.

[3]姚志安,張太科,葉覺明,等.大跨徑懸索橋鋼箱梁制造關鍵技術研究[J].鋼結構,2010(4):59-62.

[4]劉申,宋仁進.公路鋼箱梁頂板定位安裝精度控制技術[J].鋼結構,2011(3):51-54.

新疆青河縣投入9 500萬元推進重點農村公路建設項目

今年,新疆青河縣加大投入力度,實施農村公路新建項目、老路改建提檔升級項目,切實改善農牧民出行條件。

青河縣縣城通往阿熱勒鄉塔斯托別村農村公路9.95 km,2003年鋪油。由于經濟發展水平快,車輛增加,老路使用時間久,路面坑洼多,已經滿足不了現在的運載需要。2017年,青河縣以提升農村公路通暢深度、安全水平和路域環境為抓手,加快縣鄉連通路、資源開發路、旅游景區路、山區扶貧路的建設,形成各鎮鄉內暢外通、科學合理的路網格局,為貧困村的產業發展提供安全、持久、便捷、暢通的交通運輸服務,切實提高老百姓的幸福指數。

青河縣交通運輸局今年計劃實施農村公路33個項目,改建農村公路20個項目,共185 km,危橋改造項目13個,總共380 m,總投資9 500萬元,主要是改善當地群眾出行安全,帶動當地經濟發展。

U445

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1009-7716（2017）07-0114-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.033

2017-3-20

許賀（1983-）,男,山西大同人,工程師,從事鋼結構橋梁制造工作。