鋼制防撞墻一體化加工關(guān)鍵技術(shù)研究

徐文敏 文三進(jìn)

上海建工（江蘇）鋼結(jié)構(gòu)有限公司 江蘇 海門 226100

由于橋梁路段發(fā)生車輛事故的概率較大，且產(chǎn)生的危害和影響比較大，所以橋梁中防撞墻的應(yīng)用非常廣泛，而鋼防撞墻因其具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、緩沖性能好、可與鋼橋一體化施工、安裝方便快捷等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。

1 鋼防撞墻構(gòu)造

鋼防撞墻不同于防撞護(hù)欄，它是一種全斷面封閉式結(jié)構(gòu)類型，根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，可拆分為外側(cè)面板、頂部面板、內(nèi)側(cè)面板、內(nèi)部隔板、內(nèi)部鋼管及路燈背包、交安背包等特殊節(jié)點(diǎn)零件（圖1）。

圖1 防撞墻構(gòu)造拆分

除了鋼防撞墻復(fù)雜的斷面造型外，因鋼箱梁橋多位于城市立交位置，橋面存在復(fù)雜的彎扭弧形，而鋼防撞墻和橋面直接焊接在一起，其線形和橋面線形保持完全一致的狀態(tài)。即其內(nèi)外側(cè)面板在進(jìn)行折彎的同時(shí)，還面臨著彎弧加工的難題。在內(nèi)部隔板上所開設(shè)的孔洞，用于穿設(shè)內(nèi)部鋼管和方管，對(duì)于沒有橋面弧形的防撞墻，內(nèi)部穿管工作容易操作，但對(duì)于弧形橋段的防撞墻，其穿管工作受線形的影響非常難操作。

2 鋼防撞墻安裝方式

鋼防撞墻作為鋼箱梁的附屬結(jié)構(gòu)，有2種安裝方式供現(xiàn)場(chǎng)選擇：一種是待鋼箱梁吊裝完成后，散裝鋼防撞墻的相關(guān)零部件；另一種是將鋼箱梁的挑臂與主箱室在設(shè)計(jì)分段方案時(shí)分為2個(gè)獨(dú)立的分段，在加工時(shí)將防撞墻與挑臂作為一個(gè)整體出廠，現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝。

第1種安裝方式現(xiàn)場(chǎng)工作量很大，因吊裝現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)條件較差，焊接操作難度大，且受限于安裝現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)時(shí)間限制，周期會(huì)長(zhǎng)得多。采用第2種安裝方式，可實(shí)現(xiàn)工廠裝配化、快速化生產(chǎn)，能有效保證加工質(zhì)量，但如何保證加工精度和線形，確保現(xiàn)場(chǎng)順利安裝，是加工中的重點(diǎn)。從目前鋼結(jié)構(gòu)橋梁及鋼防撞墻發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，工廠一體化加工是發(fā)展的方向。

3 鋼防撞墻一體化加工流程

鋼橋加工完成并檢驗(yàn)合格后，按照?qǐng)D紙數(shù)據(jù)開展放樣工作，以縱向挑臂為胎（或以鋼橋?yàn)樘ィ来窝b配鋼防撞墻零部件，具體流程如下[1-4]：

1）定位裝配防撞墻隔板，完成其與挑臂之間的焊縫。

2）裝配下部封板及底部L形托板，完成與挑臂側(cè)板間的焊縫。

3）裝配、焊接聲屏障及路燈背包處穿設(shè)螺桿的相關(guān)零件。

4）裝配外側(cè)折彎面板及頂部弧形U帽，完成外側(cè)面板與底部L形托板、頂部U帽間的拼接焊縫。外側(cè)折彎面板間的豎向?qū)雍缚p，留待內(nèi)部空間除銹、涂裝并穿管后進(jìn)行焊接，避免該處拼縫焊接后造成挑臂較大旁彎。

5）內(nèi)部除銹、涂裝。

6）穿設(shè)內(nèi)部鋼管。

7）裝配內(nèi)側(cè)面板，完成其與橋頂板、頂部U帽及內(nèi)側(cè)面板間的焊縫，焊接后矯正變形。焊縫外觀處理結(jié)束并檢驗(yàn)合格后，對(duì)挑臂和防撞墻進(jìn)行整體除銹和涂裝（圖2）。

圖2 鋼防撞墻一體化加工完成

因防撞墻內(nèi)部零部件及與橋面之間存在大量的焊接工作，而單獨(dú)的挑臂因整體剛度較差，大量的焊接熱輸入很容易造成變形。為減小變形，可將防撞墻內(nèi)部零件提前組焊為小部件，而后裝配并完成小部件與橋面板之間的焊縫。

4 頂部U帽弧形加工關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)于鋼防撞墻頂部為U形結(jié)構(gòu)形式的，其U帽的側(cè)向彎弧工作是加工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是完工后防撞墻外觀成型的關(guān)鍵部位。

閉口截面型材的彎弧，目前有冷彎和熱彎2種常見方法，尤其是各向同性的圓管，是目前彎弧加工采用最多的一種型材，且該類型材的彎弧工藝也比較成熟，加工質(zhì)量有保障。而對(duì)于敞口的U形型材，其本身分為強(qiáng)軸和弱軸，各向力學(xué)性能不一致，且側(cè)向彎弧的位置為弱軸，采用常規(guī)的冷彎或熱彎，彎弧過程中很容易造成型材開口尺寸改變，不具備可操作性。通過了解多家專業(yè)的拉彎廠家得知，其現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法用于該種型材的彎弧加工，不具備該種型材的側(cè)向彎弧條件。

為了完成U形型材的彎弧工作，提高其線形和表面質(zhì)量，基于開口這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套模擬U形型材內(nèi)部輪廓的專用模具和特殊的彎弧工藝來(lái)解決此類型材的彎弧難題。

該模具主要由主板、導(dǎo)向板、固定板、上蓋板、承壓板和配套螺栓組成，分為導(dǎo)向型模具〔圖3（a）〕和固定型模具〔圖3（b）〕。其中主板的輪廓與防撞墻頂部U帽的內(nèi)輪廓保持一致。

圖3 U形型材專用模具

進(jìn)行U帽彎弧操作的具體步驟如下：

1）根據(jù)弧形放樣結(jié)果，確定頂彎點(diǎn)位及每個(gè)點(diǎn)位具體的頂彎行程。

2）在平臺(tái)上劃線并裝配模具。裝配模具時(shí)，兩端頭位置裝配固定型模具，中間位置裝配導(dǎo)向型模具。

3）將U形型材放置于模具內(nèi)，裝配上壓板，擰緊螺栓固定牢固（圖4）。

4）采用液壓千斤頂，由中間向兩端頭逐漸施壓頂彎，直至每個(gè)位置達(dá)到設(shè)計(jì)行程。

5）采用火矯定點(diǎn)加熱，將頂彎操作產(chǎn)生的彈性變形調(diào)整為塑性變形。

6）冷卻后拆除模具上壓板，將型材從模具中移出，檢測(cè)彎弧數(shù)據(jù)，合格后完成U形型材彎弧工作（圖5）。

圖4 U形型材入模固定

圖5 U形型材彎弧完成

采用該模具和工藝方法，經(jīng)檢測(cè)能將U形型材的彎弧數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)控制在偏差1 mm以內(nèi)，且超長(zhǎng)整根U帽彎弧后弧形圓潤(rùn)，表面質(zhì)量高。該方法不僅適用于該敞口形U帽，對(duì)于類似結(jié)構(gòu)的敞口型材都能應(yīng)用，解決了敞口非常規(guī)型材的彎弧難題。

5 加工過程鋼箱梁挑臂防變形關(guān)鍵技術(shù)

防撞墻與橋面板間存在大量焊縫，且部分焊縫為熔透焊接，焊接熱輸入量很大。個(gè)別橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)，挑臂的寬度很小，防撞墻的斷面寬度甚至占到了挑臂寬度的一半，外加防撞墻的整體剛度較差，所以在焊接此類防撞墻與橋板間焊縫時(shí)，挑臂會(huì)產(chǎn)生較大的變形。該焊接變形受后續(xù)防撞墻的影響，很難矯正到位。

對(duì)于此種類型的鋼防撞墻，為了減少焊接變形、提高加工精度以保證現(xiàn)場(chǎng)順利對(duì)接，采取如下措施：

1）長(zhǎng)度向相鄰的挑臂，整體上胎加工，裝配防撞墻時(shí)可保證現(xiàn)場(chǎng)接口吻合。

2）將挑臂置于剛度較大的型鋼胎架之上，并將挑臂與胎架焊接固定為一體（圖6）。

圖6 挑臂與胎架焊接固定為一體

3）在胎下完成防撞墻小組件的裝焊工作，減少胎上焊接工作量。

4）箱梁兩側(cè)的挑臂面對(duì)面置于胎架，并通過支撐連接為一體，并在防撞墻裝配焊接過程中制約彼此的變形。

5）防撞墻焊接完成在脫胎之前，采取火矯、振動(dòng)方式消除焊接應(yīng)力，而后解除束縛脫胎。

通過該種面對(duì)面的胎架設(shè)計(jì)和上胎加工方式，能有效控制防撞墻焊接后造成的挑臂變形，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝防撞墻時(shí)挑臂與主箱室的精準(zhǔn)對(duì)接。

7 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)上述技術(shù)的研究與應(yīng)用，成功解決了鋼防撞墻加工線形、外觀質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)安裝精度的問題，使加工的產(chǎn)品質(zhì)量有了非常明顯的提高。加工能力、加工質(zhì)量的提高，也為現(xiàn)場(chǎng)安裝提供了便利，使鋼防撞墻的大量生產(chǎn)和應(yīng)用成為可能，使該行業(yè)朝著綠色、裝配化、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)邁了一大步。