懸索橋主橋加勁梁制造難點及關(guān)鍵工藝分析

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鋼材憑借其“輕質(zhì)高強”的特點，近年來在鋼箱梁方面得到廣泛應(yīng)用，不斷刷新跨徑紀(jì)錄。但是，鋼箱梁制作難度大且工藝復(fù)雜，在加工過程中存在諸多問題，本文結(jié)合某懸索橋主跨加勁梁的制造過程分析了鋼箱梁制造過程中的制造難點和關(guān)鍵工藝。

1 工程概況

某懸索橋采用雙塔單跨懸索橋，跨徑布置為（4×50+739+9×50）m，橋?qū)?4.8m，南北引橋采用混凝土連續(xù)梁，橋?qū)?1m。雙向六車道，設(shè)計時速60km/h，道路等級為城市主干路，橋梁設(shè)計荷載為城市-A 級。

根據(jù)加勁梁的長度、梁段運輸條件、吊裝能力等因素，全橋加勁梁單元制造劃分成62 個梁段，梁段間除正交異性頂板縱肋采用螺栓連接外，其余連接均采取焊接形式。加勁梁梁段分為12m 標(biāo)準(zhǔn)段、12.5m 中央段、8.34 m 端梁段三類，見圖1。

2 主跨加勁梁首節(jié)段簡介

主跨加勁梁為扁平流線形封閉加勁梁，橋面板與橋底板均采用正交異性板結(jié)構(gòu)。節(jié)段S5 首先為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼箱梁，是本橋鋼箱梁最具代表性的結(jié)構(gòu)；其次，S5 節(jié)段為第一輪端部節(jié)段，便于檢查和驗收。橋面寬度34.8m，梁高3.5m，梁長12m，重約195.4t。節(jié)段由頂板、底板、斜底板、橫隔板、腹板和風(fēng)嘴組成。

針對本橋鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點，以《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011）［1］、《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（Q/CR 9211-2015）等規(guī)范和相關(guān)設(shè)計文件等資料為依據(jù)，在以往成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，制定首節(jié)段S5 制造工藝流程，主要包括施工準(zhǔn)備、單元件制作、鋼箱梁總拼、涂裝、運輸、橋位作業(yè)等6 個階段，其中，鋼箱梁總拼階段難度最大，鋼箱梁總拼階段按照單元件檢驗、底板單元定位、隔板單元定位、腹板單元定位、箱梁內(nèi)部焊縫焊接、拼焊箱內(nèi)附屬件、頂板單元安裝、頂板單元焊接、階段修整、階段檢驗、拼焊箱外附屬件、本輪次后續(xù)階段總拼、本輪次總體檢驗、匹配件安裝、最后節(jié)段作為母梁參與下輪次總拼的步驟進(jìn)行加工。

3 加勁梁制造重難點

3.1 吊索腹板制造

吊索腹板有四個部位需要機加工：吊索腹板（δ50）與普通腹板（δ14）對接邊需加工1：10 的過渡坡口；吊索補強板有平面度要求，需要加工平面；吊索腹板吊索孔精度要求高，需要鏜孔，且與吊索補強板有同心度要求；吊索腹板（δ50）與底板（δ10）焊接邊需加工坡口。

3.2 頂板U 肋工地栓接

頂板U 肋工地連接采用螺栓連接，定位精度要求高。板單元的反變形控制和大拼焊接變形控制都必須嚴(yán)格把控。

3.3 鋼箱梁節(jié)段整體尺寸精度

該橋鋼箱梁為單室兩腹板結(jié)構(gòu)，中間無腹板，橫隔板尺寸較大，大拼時板單元的組裝順序及其焊接順序直接影響鋼箱梁的整體尺寸，大拼設(shè)置停止點及其過程控制檢查尤其重要，其控制鋼箱梁焊接變形也是控制外觀尺寸的重點。

圖1 加勁梁梁段劃分圖

3.4 吊索腹板組裝精度

該橋鋼箱梁錨固系統(tǒng)位于吊索腹板上，吊索腹板單元制造的精度控制和大拼時吊索腹板單元組裝和焊接是本橋的重難點。

4 加勁梁加工關(guān)鍵工藝

4.1 吊索腹板機械加工

吊索腹板（δ50）與普通腹板（δ14）對接邊1：10 的過渡坡口采用調(diào)整好角度的斜面銑床機加工斜面；吊索補強板采用銑床機加工平面；吊索腹板與吊索補強板點焊后，采用鏜床整體鏜孔，達(dá)到圖紙精度要求，一一對應(yīng)編號，大拼時利用輔助軸組焊吊索補強板，確保同心度要求。

4.2 頂板U 肋孔群精度控制

在U 肋軋制成型后劃線，采用鉆孔樣板對線鉆孔，頂板單元件組裝時，以U 肋第一排孔為基準(zhǔn)對線組裝，焊接時，U 肋端頭留200mm 不焊接，便于大拼時調(diào)節(jié)［2］。

4.3 頂?shù)装灏鍐卧醋冃魏附?/h3>

在頂?shù)装鍐卧谱鬟^程中，其U 肋、板肋與頂?shù)装灏搴附幼冃未螅瑸闇p少頂?shù)装遄冃危瑴p少修整工作量，采用反變形胎架控制其變形是關(guān)鍵工藝［3］。

4.4 橫隔板單元一次成型工藝

橫隔板制作時數(shù)控一次將加勁肋槽口、人孔、過焊孔等下出，在專門的隔板組裝平臺上組焊縱橫向加勁肋后修整合格即可，在保證質(zhì)量的情況下簡化了橫隔板的制作工藝［4］。

4.5 以測量塔為基準(zhǔn)控制鋼箱梁總拼

采用測量塔（縱向）和與其垂直的吊索橫基線（橫向）控制整個總拼過程，確保節(jié)段截面的準(zhǔn)確性和匹配性及其吊索錨固精確度。

4.6 單面焊雙面成型焊接工藝

為減少仰位焊接，確保焊縫質(zhì)量，鋼箱梁制作廣泛采用陶質(zhì)襯墊單面焊雙面成型工藝是保證焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵工藝。

4.7 上部隔板與頂板T 形焊接

本橋上部隔板與頂板單元在板單元制作時T 形焊接，將大拼時橫隔板與頂板的仰焊位轉(zhuǎn)化為平焊位焊接，既提高了焊接質(zhì)量，也提高了焊接效率，是本橋關(guān)鍵工藝。

4.8 停止點的設(shè)置

為了保證本橋的組裝、焊接過程中整體尺寸在規(guī)范的公差允許范圍內(nèi)，共設(shè)置三個停止點進(jìn)行過程檢查：底板焊接完成后為第一停止點；隔板、腹板組裝完成后為第二停止點；隔板、腹板焊接完成后為第三停止點；頂板、風(fēng)嘴蓋板焊接完成后為成品驗收。同時對每個停止點的焊接順序也制定了詳細(xì)的方案。主要目的就是為了加強過程控制，減少焊接變形，控制外觀尺寸［5］。

4.9 吊索腹板組裝精度控制

吊索腹板單元的組裝精度是橋梁安裝線型的關(guān)鍵。設(shè)置大拼胎架時，在地樣線上設(shè)置了橫基線（每個節(jié)段的吊索橫隔板中心線，也是吊索腹板的控制中心線）和吊索腹板縱基線，安裝時嚴(yán)格對地樣安裝吊索腹板，同時在第二停止點、第三停止點和成品驗收時嚴(yán)格檢查吊索孔的標(biāo)高和吊索腹板的垂直度，對吊索腹板的組裝精度進(jìn)行全方位的控制。

5 結(jié)語

鋼箱梁作為橋梁建設(shè)中的重要形式之一，重視鋼箱梁加工質(zhì)量控制，對關(guān)鍵環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，是確保結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的關(guān)鍵，要嚴(yán)格按照要求對頂板、底板、腹板、隔板、縱板以及U 肋等部位進(jìn)行加工，提高工藝技術(shù)水平，注重質(zhì)量［6］。本文對該橋主跨加勁梁制造重難點和加工關(guān)鍵工藝的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，為同類橋梁的加工制造提供了參考。同時，在鋼箱梁加工過程中，焊接之前要做好除銹處理，提高焊接的質(zhì)量，并要結(jié)合具體的工程情況，選擇合適焊接方法。在拼裝過程中，要按照預(yù)定步驟進(jìn)行，嚴(yán)格控制拼裝的質(zhì)量，完工之后進(jìn)行檢驗，有不足的地方要及時進(jìn)行處理。

總之，鋼箱梁的制作工藝比較復(fù)雜，需要了解具體的施工工藝，以及材料性能和相關(guān)力學(xué)知識，提高鋼箱梁制作的水平，從而促進(jìn)我國橋梁工程的發(fā)展，推動我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)步。