大跨鋼結構箱梁橋現場焊接施工分析

曹玉軍

（中交二航局結構工程有限公司，湖北武漢 430000）

大跨鋼結構箱梁橋現場焊接施工分析

曹玉軍

（中交二航局結構工程有限公司，湖北武漢 430000）

鋼箱梁具有施工質量輕、施工周期短等優點，在城市立交工程中得到了廣泛的應用。在鋼箱梁施工過程中，焊接施工是非常重要的一個環節，對工程質量有比較大的影響。以實際工程為例，首先進行工藝評定，然后對大跨度鋼結構箱梁橋現場焊接施工技術進行具體分析和探討。

鋼結構箱梁橋；焊接工藝；橫隔板

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.40

0 工程概況

某大跨鋼結構箱梁橋在施工時，鋼箱梁梁高為1.4 m，F匝道鋼橋的總長度為43.91 m，位于半徑900 m的豎向曲線，最高點樁號FK0+265。在加工鋼箱梁時，外側邊緣預拱度為19 cm。內側邊緣的預拱度為1.8 cm，匝道鋼橋中施工長度為4492 m。以此工程為例，對大跨度結構箱梁橋現場焊接施工技術進行分析和探討。

1 工藝評定

1.1 焊接工藝評定流程

（1）在進行鋼結構制作工作前，必須完成焊接工藝的評定工作，編制焊接工藝的相關依據就是焊接工藝評定。在進行評定試驗的過程中，所選擇的母材應該盡量和產品保持一致，試板的制備應該盡量選擇和產品一致的母材。

（2）擬定焊接工藝相應的評定方案。

（3）依據相關設計圖紙以及相關規定，對焊接工藝進行評定驗證，然后再編寫焊接工藝規程，編寫的依據為相應的焊接工藝評定報告。

（4）在焊接工藝評定中，需要進行溫度沖擊試驗。

（5）只有經過監理工程師審核通過后，相應的焊接工藝評定試驗所提供的結果才能生效。同時需要后續的生產過程中，進行追蹤，檢查，然后對工藝進行補充和完善。一旦發現有質量不穩定或者質量低下的產品出現，應該立即停止使用。

（6）試驗報告經過相應的審批后，需要進行各種接頭的焊接工藝指導書的編寫。監理工程師批準后，方可投入使用。

1.2 剪力釘焊接工藝評定

剪力釘的焊接工藝評定流程：（1）應該編制焊接工藝的計劃用書；（2）對焊接工藝進行評定；（3）確定焊接工藝卡[1]。

1.3 火焰切割工藝評定

（1）在加工鋼材工作前，火焰切割工藝的評定，所用到的就是具有代表性的試件。如果在切割工作前，相關鋼材已經做過除銹預處理同時已經噴上車間底漆，那么進行切割工藝的評定工作中，相關試件也需要涂抹相同的底漆。

（2）在進行火焰切割工藝評定的過程中，如果鋼材厚度等于20mm，那么相關評定結果對厚度＜20mm的鋼材也適用，如果鋼材厚度等于40mm，那么，其工藝評定結果適用于厚度處于20mm和40mm之間的鋼材；如果鋼材厚度超過40mm，那么鋼材厚度每增加10mm，就需要進行一次工藝評定[2]。

（3）在進行火焰切割評定試驗的過程中，需對熱量進行驗證，同時證明一下內容：①確保切割面不存在任何裂紋；②保證局部硬度＜350 HV；③不存在對結構使用性能產生影響的威脅。

2 施工過程

2.1 三維建模

圖1為憑借Solidworks所建立的電子模型。精準的計算涂抹面積以及吊裝重量，同時調整鋼構件焊接順序。

圖1 橫隔板三維圖

2.2 工廠內加工

（1）測量放樣工作需要具體依據鋼箱梁平向、縱向以及橫向數據進行，必須制作專用胎架，然后焊接牢固，同時應該及時采取預壓措施。

（2）按照放樣尺寸進行下料。在具體施工過程中，應該嚴格依據相關的工藝要求，對切割邊緣加工余量以及焊接收縮量進行預留。在實施氣割工作前，應該保證切割區域不存在鐵銹以及污物，完成氣割后應該及時對飛濺物以及熔渣進行清除[3]。

（3）組裝制作箱梁立體單元需要在胎架上完成。首先將底板坡口朝下進行放置，為了使臺架上的定位標記線和底板單元的定位線互相重合，需要對胎架上的底板位置進行調整，在這個過程中，還需特別注意底板邊緣的預拱值；箱梁立體單元的具體組裝順序為：先底板后中腹板、先底板后橫隔板、先底板然后邊腹板最后頂板。

箱梁的組裝以及焊接工作要在胎架上完成，然后進行矯正修磨，繼而開始相鄰單元的對口拼接工作。

2.3 影響精度的關鍵工藝

2.3.1 箱梁尺寸控制

文章所涉及到的箱梁結構具體為扁平鋼箱梁，屬于全焊板系結構。在設計鋼箱梁結構的過程中，具有較高的幾何精度要求，同時以制作假設的特點為基礎。在制作過程中，為了盡可能的降低溫差對板單元定位精度造成影響，同時也是為了更好的控制鋼箱梁的拼裝精度，需將關鍵部位的拼裝定在日出前、晚上或陰天進行，比如邊副板單元的定位等[4]。

2.3.2 焊接變形控制

在進行焊接箱梁的過程中，會對箱梁板尺寸產生一定的影響，進而會造成箱梁結構的線性變化。為了避免焊接殘余變形情況的發生，必須依據箱梁的相關結構特點，針對焊接前、焊接中以及焊接后采取合理的措施進行控制。

（1）焊接工作前，需對收縮量進行合理設置。通過對鋼梁結構的幾何尺寸控制點以及鋼梁結構的相關特點進行研究可知，焊接橫向收縮量會因為相鄰段對接收縮量匹配以及寬度受到影響外，憑借一定的焊后處理措施，其他項點都可以達到相應的焊接精度要求。對制作鋼梁段的幾何尺寸進行控制的關鍵因素在于能否精準的對焊接橫向收縮量進行控制。

（2）焊接過程中的控制要點。在具體焊接施工過程中，焊接頂一記底板的時候，應該使用實心焊絲CO2氣體進行保護焊打底，然后再應用埋弧自動焊填充蓋面的單面焊雙面成型技術。在進行焊道打底的過程中，很容易出現焊接不良問題，諸如馬板根部出現收縮孔、反面成型不良以及弧坑裂紋等。在具體施工過程中，需要嚴格對焊道的相關工藝參數進行控制，在焊接熄弧處的過程中，為了能有效地解決此類根部熔合不良的問題，需憑借回焊20mm或者加快接頭速度，同時仔細考察焊接間隙是否有過大或者過小的現象，采用向前推活拉的方式加以解決。另外，完成首道埋弧自動焊縫后，再將襯墊去除，旨在對受熱下墜的焊縫金屬進行推托[5]。為了能夠盡量縮小焊接變形，首道焊道完成焊接后，焊縫溫度降低到一定程度后將馬板進行拆除。在鋼箱梁具體的焊接施工進行中，為了可隨時對焊接變形以及焊接收縮量進行控制，必須嚴格依照相應的焊接順序進行焊接。完成首個區域全部構件的焊接拼裝后，對其進行測量，然后將相關數據進行整理，形成報告。在具體施工過程中，各個階段的焊接需要在20℃或20℃相近溫度條件下進行，如果不能滿足溫度條件，則需進行精準的計算，確定標高值。

（3）焊接完成后對變形進行矯正。如果T型鋼梁焊接后發生變形，應該使用火焰進行矯正，如果是因為角焊縫而造成的變形，通常采用的矯正辦法為：憑借中性火焰，順著焊縫對應的背面凸起部位進行加熱，加熱的方向始終保持線狀。

2.3.3 焊接變形監測

為了對焊接變形措施是否有效進行驗證，完成鋼箱梁加工后，需檢驗焊接變形情況，在規定允許范圍內，確保外形尺寸焊接變形量檢驗測量標距取300mm，在檢測過程中，為了盡可能的降低溫差對測量精度造成影響，需將測量時間恒定。表1為不同部位的焊接變形測試結果。由檢測數據可得知2點。

表1 根部間隙對焊接橫向收縮的影響

（1）焊接條件一致，如果根部間隙有所增加，那么橫向收縮量也會隨之增加，兩者呈線性正相關關系。所以，為了能夠合理控制橫向收縮量，應該適當的對根部間隙進行控制。

（2）焊接條件一致，如果板厚度有所增加，那么橫向收縮量也會隨之增加，但是板厚度對橫向收縮量的影響較根部間隙對橫向收縮量的影響要小。

3 焊接施工時的注意事項

（1）焊縫完成焊接工作后，應及時對焊縫兩側以及表面的飛濺物進行清理，然后將其打磨光滑后，方可繼續進行焊接工作。

（2）在進行焊接的過程中，焊縫之外的母材上不能隨意引弧，如果進行的是自動焊接，必須應用引弧板以及熄弧板。

（3）采取機械切除或者火焰切除的方法將碼板進行切除，切除的過程中應該注意，需要多留出（3～5）mm，在不傷及主材的基礎上，用磨光機將多余的部分進行修磨，直至光滑。

4 結束語

綜上所述，大跨鋼結構箱梁工程在施工過程中分段跨度比較大、預拱度比較高，因此需在施工前科學地制定焊接工藝，并計算伸縮量，在進行施工時要嚴格進行控制，保證工程施工精度可達到設計要求，為類似大跨鋼結構箱梁施工提供了參考。

［1］李星榮，魏才昂，丁峙崐，等.鋼結構連接節點設計手冊［M］.第二版.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［2］孫同策.預制拼接連續剛構結構優化與施工探討［D］.石家莊：河北工業大學，2002.

［3］于之翠.大跨結構鋼箱梁焊接變形預測與控制的應用研究［D］.秦皇島：燕山大學，2013.

［4］王凌波，朱季，宋一凡，等.基于實測溫差模式的大節段吊裝鋼箱梁焊接時機研究［J］.中國公路學報，2016（12）：85-92.

［5］季華榮，吳夢先.蘇州高架橋工程鋼箱梁制作技術［J］.鋼結構，2010（12）：63-66.

［6］郭鐵鈞.高架橋寬幅鋼箱梁頂推施工技術［J］.鐵道標準設計，2009（5）：190-191.

［7］劉業雄.公路橋梁鋼箱梁頂推施工技術探討［J］.中國新技術新產品，2009（9）：65-66.

［8］白云.公路橋梁鋼箱梁頂推施工技術［J］.中國新技術新產品，2009（10）：69-70.

［9］宋金華,王紹賢，魏曉昕.江南湖心島橋鋼箱梁制造工藝［J］.科技資訊，2009（6）：92-93.

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〔編輯 利 文〕