平南相思洲大橋鋼錨梁鋼牛腿制造檢測要點分析

文∕甘采華

1 工程概況

平南相思洲大橋是荔浦至玉林高速公路上的一座特大橋。大橋全長1668m，其中跨江主橋長870m，跨徑布置采用40+170+450+170+40m。主橋為雙塔雙索面半飄浮體斜拉橋，主塔采用鉆石型結構，塔高147.3m，主梁采用鋼混組合梁，斜拉索采用平行鋼絞線，北岸引橋由預制混凝土小箱梁橋，T 梁橋組成。南岸引橋采用組合鋼板梁結構，主墩承臺為圓端形，長54m，寬17m，高6m，下設23 根直徑2.5m 鉆孔樁，設計時速120km/h[1]。

2 鋼錨梁及鋼牛腿結構特點

全橋鋼錨梁共有80 套，每套鋼錨梁錨固1 對斜拉索。每對斜拉索面內的平衡水平力由鋼錨梁承受，部分不平衡水平分力通過梁端底座傳遞到預埋鋼板，由塔壁承受；橋梁的豎向分力通過牛腿傳到塔身后，全部由索塔承受；鋼錨梁的自重及空間索力在索面外的水平分力由鋼錨梁擋塊承受。

鋼錨梁為箱形結構，由承壓板、錨墊板、錨下加勁板、腹板、頂板、底板、豎向加勁板、橫隔板組成。錨墊板、承壓板是主要的承壓構件，板厚分別為100mm 和48mm；在錨板下設厚40mm 的錨下加勁板；腹板板厚40mm，是主要的承拉構件。為了增加鋼錨梁鋼板的穩定性，腹板外側還設有豎向加勁板。腹板、錨墊板與錨下加勁板采用Q420D 鋼材，其余采用Q345C 鋼材[2]。

鋼牛腿是鋼錨梁的支承結構，每根鋼錨梁直接支撐在一對鋼牛腿頂板上。鋼牛腿由頂板、腹板、腹板加勁板、塔壁鋼板、剪力釘及加勁鋼板組成。鋼牛腿伸出長度0.825m，頂面寬1.84m；鋼牛腿頂板厚40mm，頂板下設置2 塊牛腿支承腹板，板厚40mm，腹板兩側焊有加勁板。塔壁鋼板厚30mm，塔壁鋼板內側焊有鋼牛腿，外側與塔壁間通過剪力釘連接。剪力釘采用φ22mm 的圓柱頭焊釘，長200（300）mm。

根據以上鋼牛腿、鋼錨梁的結構特點分析，鋼錨梁、鋼牛腿是整個橋梁重要受力部件，主要由焊接加工完成，是檢驗檢測工作的重點。

3 鋼錨梁及鋼牛腿原材料檢驗要點分析

3.1 鋼材檢驗要求及要點分析

所有鋼材的進場抽樣檢驗應按同一廠家、同一材質、同一板厚、同一出廠狀態，同時按照每10 個爐批號抽驗一組試件進行復驗，索塔鋼錨梁、鋼牛腿鋼材采用Q345C 和Q420D 鋼，技術指標按照《低合金高強度結構鋼》（GB/T1591-2008）的要求復驗。鋼錨梁牛腿塔臂預埋鋼板采用Q345GJCZ35 抗層狀撕裂鋼材，應滿足《建筑結構用鋼板》（GB/T19879-2015）的要求。

鋼材檢驗要點分析：Q345GJCZ35 抗層狀撕裂鋼材需要增加Z 向拉伸試驗，除常規力學性能試樣外，Z35需要增加Z 向拉伸3 個/軋制張的取樣數量。此外，對于厚度大于等于30mm 的鋼板應按照《厚鋼板超聲波檢驗方法》（GB/T2970-2004）標準逐張進行超聲波探傷，要求鋼板質量等級合格為I 級，且近焊縫區域的200mm 內不允許有任何片狀缺陷存在[3]。

3.2 焊接材料檢驗要求及要點分析

焊接材料應與實際選用的鋼材相匹配（原則上），焊絲、焊劑應符合各自標準的規定。以下是檢驗要點：

3.2.1 鋼錨梁、鋼牛腿生產廠家首次使用的焊接材料應進行化學成分和熔敷金屬力學性能檢驗，以確定符合工藝要求。

3.2.2 連續使用的同一廠家、同一型號的焊接材料，如焊絲、焊劑等，實心焊絲應逐批進行化學成分檢驗和熔敷金屬力學性能檢驗，藥芯焊絲則需要每一年進行一次熔敷金屬力學性能檢驗。

3.2.3 同一型號焊接材料如果需要更換廠家，則應在首個批號按照相關標準進行化學成分和熔敷金屬力學性能檢驗。

3.3 圓柱頭焊釘檢驗要求及要點分析

剪力釘采用φ22mm 長200（300）mm 的圓柱頭焊釘，焊釘材料為ML15 鋼，其技術標準應符合《電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘》（GB/T10433-2002）的規定[4]。以下是要點分析：

3.3.1 圓柱頭焊釘檢驗中機械性能和焊接性能為檢驗重點。

3.3.2 φ22mm 的焊釘需要加工成φ17mm 的拉伸試樣進行力學性能試驗。

3.3.3 焊接端的焊接性能除規定的拉力試驗外，還需進行焊接端的彎曲試驗，可用手錘打擊（或使用套管等工具壓）焊釘試件頭部，使其彎曲30°，試驗后在焊釘試件焊縫及熱影響區不應產生任何肉眼可見的裂紋。

4 鋼錨梁及鋼牛腿無損檢測要求及要點分析

4.1 鋼錨梁及鋼牛腿應嚴格按照焊接工藝指導文件要求進行施焊，經外觀檢驗合格的焊縫方能進行無損檢測，平南相思洲大橋焊縫無損檢測要求如下表。

焊縫質量及無損檢驗等級分級表焊縫部位鋼錨梁腹板與承壓板間熔透角焊縫鋼錨梁腹板與底板間熔透角焊縫鋼牛腿腹板與預埋壁板間熔透角焊縫鋼牛腿腹板與頂板間熔透角焊縫鋼牛腿頂板與預埋壁板間熔透角焊縫鋼錨梁錨下加勁板與腹板間熔透角焊縫鋼錨梁腹板與頂板間坡口角焊縫質量等級Ⅰ級Ⅰ級Ⅰ級Ⅰ級Ⅰ級Ⅰ級Ⅱ級探傷方法超聲波、磁粉磁粉檢測合格等級B-I級2X級2X級執行標準Q∕CR9211-2015.GB∕T26952-2011 GB∕T26952-2011

4.2 檢測重點難點分析及應對措施

4.2.1 橋梁鋼箱梁及其所受荷載都是通過斜拉索傳至主塔上，因此塔端鋼錨梁、鋼牛腿單元件的制造、安裝精度、質量控制異常重要，且鋼錨梁、鋼牛腿焊縫的質量控制是本項目的重中之重。鋼錨梁、鋼牛腿單元結構復雜、焊接空間狹小、鋼錨梁單元鋼板厚度較大，且多為熔透角焊縫結構，需要進行多層多道焊，焊接難度大，容易產生焊接缺陷，是本項目無損檢測抽檢的重點、難點。

4.2.2 根據無損檢測要求，所有角焊縫均應進行磁粉檢測。

4.2.2.1 磁粉檢測前須進行焊縫打磨，清除肉眼可見的焊縫表面缺陷。

4.2.2.2 采用磁軛法檢測角焊縫時，應調整電磁軛觸頭，使兩個磁軛的前端與工件形成面接觸，以保證一定的磁化強度；在磁化最不利的位置，用靈敏度試片驗證其是否滿足標準要求。

4.2.2.3 因鋼錨梁內部角焊縫區域檢測空間狹窄，選用電磁軛時應優先選用靈巧的，方便小空間操作的電磁軛。

4.2.2.4 為了確保能夠發現微小缺陷，所有焊縫在磁粉檢查前應均勻施加底色反差劑，以保證觀察面的可見光照度。

4.2.2.5 焊縫的端頭起收弧處容易產生裂紋、氣孔等缺陷，為磁粉檢測重點關注區域。

4.2.3 根據焊縫焊接工藝和實際檢測經驗分析，鋼錨梁、鋼牛腿中厚板全熔透角焊縫內部易產生的缺陷主要是焊縫根部未焊透和夾渣。

4.2.3.1 超聲波無損檢測人員除應滿足基本要求外，還應選擇有類似橋梁鋼結構檢測經驗，且熟悉有關焊接基本知識的熟練操作人員，如焊接接頭形式、焊接方法及工藝、焊接坡口形式、焊接容易產生的缺陷等。

4.2.3.2 對重點檢測部位應嚴格把關，換人交叉復檢，并對超聲波檢測有疑問的部位用相控陣進行復檢。

4.2.3.3 為了保證焊縫區域不漏檢，應保證焊縫兩側的打磨寬度，且探頭的移動區域要大于等于標準要求；檢測時重點關注一次波根部及二次波情況。

4.2.3.4 為提高缺陷檢出率，應選用兩種角度以上的斜探頭進行檢測，同時用直探頭掃查焊縫的熔透情況。

4.2.3.5 掃查速度不宜過快，宜在100mm/s 左右。為檢測焊縫或熱影響區的橫向缺陷，可采用斜平行掃查和平行掃查，同時將掃查靈敏度提高6dB。

5 結語

本文針對平南相思洲大橋鋼錨梁、鋼牛腿的制造和檢測方面，在總結和改進了以往鋼錨梁、鋼牛腿的檢測經驗基礎上，通過對原材料檢驗的嚴格把控，從源頭上控制了制造質量；此外，通過對其焊接的重難點進行分析以及在焊縫無損檢測前做出了周密的應對措施，把焊縫無損檢測發現的缺陷情況用于指導焊接操作，形成了一套良好的改進措施。實際結果表明，鋼錨梁、鋼牛腿的檢測起到了控制和提高質量的作用，為平南相思洲大橋工程的順利進行奠定了基礎。