城市高架橋鋼箱梁制作實踐

張嘉嘉，孫嘉強，張招欣，田玉坤，趙 勇

（濟南萊鋼鋼結構有限公司，山東 濟南250017）

城市高架橋鋼箱梁制作實踐

張嘉嘉，孫嘉強，張招欣，田玉坤，趙 勇

（濟南萊鋼鋼結構有限公司，山東 濟南250017）

高架橋鋼箱梁構件不同于普通鋼結構構件，其特點為體積大、質量大、焊縫密集、封閉節點多。通過對此項目中的鋼箱梁加工過程的分析，介紹了使用胎架控制構件的拱度；使用板單元分片組裝焊接的方法減少焊接變形；優化焊接方法提升焊接效率；調整組焊的順序完成封閉節點的焊接；利用配鉆保證現場穿孔率。

高架橋鋼箱梁；胎架；板單元；焊接方法；封閉節點；穿孔率

1 工程概況

濟南市工業北路快速路建設工程高架橋鋼箱梁項目地處濟南市歷城區，其主要結構分為縱梁、橫梁、橫向連接（次梁）。縱梁與縱梁之間通過次梁橫向連接，橫梁與縱梁通過牛腿連接，橋面板采用鋼筋砼板，與鋼箱梁之間通過設置在鋼梁翼緣板頂面的栓釘連接在一起。本項目主要材料為Q345qD。

2 施工技術難點

1）為了保證每一節梁的拱度，加工過程均在胎架上進行，胎架的精度控制成為本工程的關鍵點。

2）本項目的單體構件最大長度32 m，寬3.7 m，高度達到3.25 m。如果鋼箱梁采用將所有零件組立后再焊接的方法，會由于焊接量較大導致焊接變形較為分散。矯正難度大，難以保證鋼箱梁整體尺寸精度。將每段梁分成若干板單元單獨組裝焊接，矯正完成后整體組焊，再進行二次修整。鋼箱梁的主焊縫全部為一級焊縫，分板單元組焊可將原本的仰焊位變為平焊位，還可以利用自動焊接設備，大大降低了焊接難度，提升了探傷的通過率。

3）鋼箱梁局部封閉節點較多，為了保證封閉節點的焊接質量，需要優化組立焊接的工藝順序。

3 鋼箱梁橋加工技術難點控制

箱梁總體施工工藝流程：圖紙審核→采購材料→放樣→工藝試驗→鋼材預處理→涂防銹底漆→下料→板件加工→組焊→焊縫檢驗→預拼裝→涂裝→成品→運輸。

3.1 Q345qD焊接性分析及焊材選取

鋼材的焊接性不僅取決于本身的材質，也取決于焊件的大小、形狀、生產及操作條件等。而且Q345qD用在高架橋上受到周期性動載荷作用，這對Q345qD塑性、韌性有較高的要求。Q345qD的化學成分表及其力學性能如表1、表2所示。

表1 Q345qD鋼化學成分（質量分數）%

表2 Q345qD鋼的力學性能

通過Q345qD鋼焊接性分析，其具有較低的碳當量，焊接性良好。為了保證Q345qD低溫韌性的特殊要求，同時進一步改善其抗裂性，Q345qD鋼焊接時需要選擇氧化傾向小的堿性焊接材料，而且需要嚴格控制焊接參數和熱輸入量。

該鋼箱梁制造過程當中主要采用CO2氣體保護焊和埋弧自動焊兩種焊接方法。CO2氣體保護焊焊接材料在平焊位時為ER50-6，立焊、仰焊位置時為藥芯焊絲E501T-1，埋弧焊焊接材料為H08Mn2E+SJ101q。

3.2 胎架制作與精度控制

車間組裝鋼箱梁前需搭建胎架，搭建胎架材料采用型鋼、板條等余廢料。根據設計圖紙的起拱度尺寸，額外加10 mm預拱度計算出胎架所需的坐標和主要控制點尺寸。胎架H型鋼橫梁布置與鋼箱梁內部隔板對應，在高度方向通過H型鋼進行粗略定位，并在型鋼上部設置120 mm×100 mm調高牙板，配合水準儀精調起拱精度。對于現場相連的兩個構件，分配到1個班組對兩個構件同時加工，并利用連接板標準件進行配鉆；對于現場相連而不在1個班組進行加工的兩個構件，只配鉆1個構件上的孔，其余的孔進行現場配鉆以保證穿孔率。

3.3 板單元法組焊鋼箱梁

將每段鋼箱梁分成多個板單元分別進行組立焊接。板單元有底板（含底板上肋板）、腹板（含上翼板及附屬肋板）、橫隔板（含頂板及肋板）。各單元焊接矯正完成，吊放到胎架上進行總體組裝焊接，最后組裝、焊接牛腿、配鉆孔及焊接上表面的栓釘。

3.4 鋼箱梁的封閉節點焊接

鋼箱梁共有3種不同類型的封閉節點，封閉節點內的焊縫多為熔透、半熔透焊縫。受鋼箱梁構造限制，如果不進行組焊順序的改變，一些焊縫沒有操作空間進行焊接及清根，這就需要技術工藝人員反復論證模擬確定合適的焊接順序，部分焊縫需要增加焊接襯板代替反面清根。下面以支座處封閉節點為例進行闡述。支座處封閉節點立體視圖如圖1所示。鋼箱梁的封閉節點焊接過程如圖2所示。

圖1 支座處封閉節點一覽

圖2 封閉節點焊接過程

封閉節點焊接過程：1）將第一塊橫隔板組焊在底板上，橫隔板與主體連接焊縫全部為一級焊縫。橫隔板與底板可以使用清根法焊接，其余3面開設單面坡口，坡口方向與箭頭相反，背面加設鋼襯墊（箭頭所指為鋼箱梁端部方向，下同）。2）組裝橫隔板后方兩塊縱向隔板，縱向隔板的焊縫全部為部分熔透，可以開單面坡口，坡口方向朝向外側。3）按箭頭方向組焊兩塊縱向隔板之間的橫向小隔板，橫向小隔板實行倒退組焊法，邊組邊焊，即組立一塊焊接一塊，因為兩塊橫向小隔板之間的寬度及深度無法進入進行焊接。將兩側的縱向隔板及橫向小隔板也依照上述方法組焊。4）組焊第二塊橫隔板，橫隔板所有焊縫均為一級焊縫，除中間位置可清根焊接，其余部分均需設置鋼襯墊，坡口朝向箭頭一側。5）焊接箭頭所示的縱向隔板與橫隔板、底板的焊縫為部分熔透。6）組立并焊接兩側T型鋼（腹板），此焊縫為一級焊縫，焊接橫隔板與腹板的鋼襯墊坡口焊縫，全部探傷完成后組焊橫隔板上方的頂板，并完成所有仰焊能夠焊接到的焊縫（構造限制，經設計同意，個別焊縫貼緊不焊接）。7）最后焊接鋼箱梁端部的封頭板，此焊縫四周統設鋼襯墊，為一級焊縫。

類似這種操作空間狹小、焊縫要求高的節點有3種不同的類型。通過對組焊順序的優化及保證結構安全的前提下，所有的主要焊縫都能夠順利焊接（焊接方案均經設計同意后實施）。

3.5 焊接方法的改進

在甲方提供的焊接工藝規程中，要求鋼箱梁的4條主焊縫全部采用手工焊接，目的為了控制熱輸入，使低溫沖擊性能達標。但是主焊縫全部為一級焊縫，全部使用手工焊接勢必會造成效率低下，我方提出使用手工焊打底、清根，埋弧焊蓋面的方法。經第三方實驗室檢測，各項性能完全達標，并制作了相關的焊接工藝評定及焊接作業指導書，得到了甲方的同意。手工焊打底、清根，埋弧焊蓋面的具體焊道為手工焊2道，埋弧焊1道，比之前純粹使用手工焊6、7道焊道節約了1倍多的時間，而且降低了操作人員的勞動強度，提高了探傷的成功率。

4 結語

該鋼箱梁制作工藝從現場安裝情況來看，穿孔率達100%，過焊孔、焊縫外觀等細節處理美觀，得到了設計單位和業主的一致好評，為同類鋼結構產品的制造提供了可以借鑒的經驗。

U445

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1004-4620（2017）05-0079-02

2017-07-20

張嘉嘉，男，1989年生，2012年畢業于山東建筑大學材料成型及控制工程專業。現為萊鋼鋼結構有限公司技術工藝部助理工程師，從事鋼結構加工技術工作。