以某橋梁為例深入探討鋼桁梁H橫梁制作工藝

周玲 孫國金

摘要：文章以某大橋為例，重點闡述了H型橫梁制作工藝要點分析，并詳細通過切割下料、反變形加工、H型組裝、焊接前預熱、焊接、焊后檢測矯正、坡口加工、加勁肋組裝和焊接、端頭制孔、沖砂涂裝等方面進行概述，而后又深入分析了如何控制焊接殘余應力及如何保障焊接過程的質量，以期提高H橫梁制作工藝。

關鍵詞：鋼桁梁橋；H橫梁；制作工藝；探討

1.工程概況

某大橋上部主橋結構形式為三跨連續鋼桁梁橋，總長333.4m，橋梁設計寬度42m。主橋上部結構采用桁式腹板鋼連續梁，腹板采用三角形腹桿體系，節間長度3m，一幅橋面寬20.25m，一幅橋設6片桁架，橋面系采用鋼橋面板，每兩片桁架下弦底板相連形成單幅三箱結構，單箱中心線處梁高由邊跨及跨中的3.5m變化至墩頂的6m，底緣線型按照二次拋物線變化。

橋面橫坡由頂板傾斜形成，鋼橋面板采用u型加勁，懸臂處采用板式加勁；下弦底板不設橫坡，水平設置，底板采用板式加勁。鋼桁梁上弦采用箱形截面，上弦截面寬度800mm，中心處高766及834mm，上弦頂板厚20mm，上下弦腹板采用14mm、16mm及20mm三種板厚，上弦底板采用16mm及20mm兩種板厚。下弦截面寬度800mm，高1000mm，下弦頂板厚20mm，下弦腹板采用14mm、16mm及20mm三種板厚，下弦底板采用20mm、28mm及36mm三種板厚。

腹桿除梁端支撐處設置豎桿，其余部位均為斜桿，墩頂部分腹桿采用箱型斷面，梁端支撐處豎桿采用箱形斷面，其余均采用H字型斷面，腹桿頂、底板采用14mm、16mm及20mm三種板厚，腹桿腹板采用20mm及24mm兩種板厚。

2.H型橫梁制作工藝要點

2.1切割下料。腹板和翼緣板的切割采用精密數控切割機進行切割，切割后采用打磨機對切割面進行打靡，然后進行二次矯平，劃出反變形壓制位置線。腹板的下料切割和坡口開制精度是H形鋼組裝質量的保證，由于腹板與翼緣板之間的焊縫為全熔透焊縫，為防止由于組裝間隙過大而造成的焊接收縮變形，腹板切割下料后采用刨邊機對腹板二側進行刨邊加工，保證腹板的寬度和直線度。

2.2反變形加工。翼緣板的反變形設置也是H形鋼加工的關鍵，反變形量的大小決定了H形鋼的加工制造質量，如反變形量過大和過小，都將會造成大量的矯正工作，且對于厚板焊接H形鋼其矯正難度也是非常之大，所以焊接反變形量必須根據實際的焊接方法、焊接順序控制中得到，作為反變形的設置依據。

2.3H型組裝。在完成該構件的結合后，需要做好兩者之間的中心線與寬度線的定位同時，按照獲取的定位數據，對H型桿件的拼接，而后，使其能夠在拼裝機上實現自動組裝。對腹板坡口進行打磨處理是拼接之前需要完善的工作，該環節操作需要將金屬光澤打磨出來。施工過程中，為了控制變形情況出現，要采取支撐的方式對其加強處理，并且對H型桿件的厚度進行設置。

2.4焊接前預熱。厚板焊接H型鋼拼裝定位焊所采用的焊接材料須與正式焊縫的要求相同，定位焊接采用CO2氣保護焊，定位焊需要預熱，預熱可以采用氧乙炔進行局部烘烤加熱，定位焊接采用間斷焊接，并按工藝要求進行定位。

2.5焊接。H形鋼厚板的焊接是采用專用龍門埋弧自動焊焊機進行焊接，焊接順序按照先焊大坡口后焊小坡口面的焊接順序，由于鋼板厚度較厚，在焊接過程中應使焊接盡量對稱，需要通過不斷的翻身焊接來控制焊接變形，同時在焊接過程中應控制加熱溫度和層間焊接溫度，需隨時用測溫筆進行測量，并且在焊接過程中隨時觀測焊接變形方向，通過調整焊接順序來控制焊接變形。

2.6焊后檢測矯正。焊后完全冷卻后進行焊縫的超聲波檢測，然后將H型鋼放人專用的檢測平臺上進行檢測和矯正。焊接H形鋼焊后公差如表示。

2.7坡口加工。H型鋼焊接矯正后，放在水平胎架上，以一端為正作端，在腹板上劃出加勁肋和連接板的安裝位置線，同時劃出腹板二端高強度螺栓孔的定位中心線和另一端的余量切割線，然后切割端部的余量，同時切割上下翼緣板的現場焊接坡口。加勁肋的連接板劃線時，應考慮加放適當的焊接收縮余量，余量按加勁肋的數量定，以防止加勁肋和連接板焊接后產生縱向收縮變形。由于部分焊接H型鋼的板厚較厚，端面切割質量不易保證，必要時采用端銑機進行二端端面機加工，確保長度尺寸和端面質量。

2.8加勁肋組裝和焊接。加勁肋和連接板的組裝必須控制相對位置，同時控制焊接時的局部焊接變形。以腹板上劃出的肋板安裝位置線安裝加勁肋和連接板，連接板安裝前應先占孔，焊接時采用COz氣保護焊進行對稱焊接，焊后進行局部矯正。加勁肋的焊接應注意焊接順序和控制焊接變形，焊接后應進行檢測，超差必須進行矯正。

2.9端頭制孔。在占孔時，需要使用數控機床對其處理，操作時，按照三維數控的應用條件，針對截面大的桿件處理使其能夠滿足孔洞的尺寸要求。對于不規則或截面太大無法采用數控機床占孑L時，應采用整體套模進行配占，以保證高強螺栓孔群的精度。占孔后，應去除孔邊的毛刺以及有特殊要求時對螺孔的倒角處理。

2.10沖砂涂裝。加工好的H形鋼經檢測合格后，送入沖砂間進行沖砂涂裝，對于截面較小的H型鋼采用H型鋼專用沖砂流水線進行沖砂除銹，對重量較大且截面較大的構件進行手工沖砂，沖砂后送入涂裝車間進行涂裝并檢測。

3.焊接殘余應力控制

在焊接過程中，經常會出現瞬時應力，這些因素會影響殘余變形的可能出現，這是一個必然的過程，故而需要采取措施對其進行控制。

3.1減小焊縫尺寸。導致焊接應力出現的條件在于外部加熱循環產生的，因此，在實踐過程，為了提高其質量需要深化設計過，要嚴格控制焊縫的尺寸，做好焊接縫隙的控制，保證焊接口的寬度適中。

3.2減小焊接拘束度。焊接應力隨著拘束度的增加而增加的。因此，在操作時需要做好拘束度的控制，當構件要進行拼接時，需要做好焊接的管理，保證焊接組裝的材料固定后方可焊接，且操作時需要嚴格的按照施工工藝的要求進行焊接，完成后方可進行構件拼接組裝。

3.3采取合理的焊接順序。焊接時需要按照以下原則進行：（1）在平臺上，固定構件對其進行接縫處理，之后在對其垂直度處理，再者對其平面角處理。（2）按照焊縫的長度，在操作過程中，需要采用由中向外的方式逐漸焊接，對于構件平面來說，需要一一的對應每個節點逐漸焊接，并且保證焊接的牢固性。

4.結束語

鋼桁梁橋由各個桿件拼裝焊接組成，每個桿件都應該嚴格按照工藝流程、工藝要點進行加工制作，從每個工序進行嚴格控制精度、焊接質量、焊接變形等，確保每個桿件質量符合設計圖紙及相關規范要求，才能確保每個節段到整個鋼桁梁橋質量符合要求。

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