大跨度鋼箱梁的制作與分段吊裝技術(shù)研究與應(yīng)用

王森嶺

中鐵十五局集團物資有限公司

1 引言

在大跨度鋼箱梁的施工中，分段吊裝是一個比較常用的技術(shù)，其施工質(zhì)量會受到很多因素的影響。為此，必須要從鋼箱梁的制作開始加強對質(zhì)量的控制，以及合理使用分段吊裝技術(shù)，做好施工工藝的控制，發(fā)揮鋼箱梁的技術(shù)優(yōu)勢。下面，結(jié)合具體的工程施工實例，來具體研究大跨度鋼箱梁的制作與分段吊裝技術(shù)。

2 工程概況

洛陽市東環(huán)路向北（中州東路至瀍澗大道段）打通工程位于洛河以北，屬洛陽市瀍河區(qū)重點交通提升改造工程。本項目北起瀍澗大道，南至中州東路，主線長度4.576km。沿線設(shè)置三座立交，東環(huán)路與瀍澗大道互通立交、東環(huán)路與北環(huán)路（老G310）互通立交、東環(huán)路與中州東路互通立交。

我公司參與施工東環(huán)路與北環(huán)路（G310）互通立交中部分鋼箱梁施工，該立交工程采用全互通式立體交叉，立交層數(shù)5 層。橋梁工程包括東環(huán)路主線、北環(huán)路主線、及A-H八條匝道，共15聯(lián)鋼箱梁；在此，以北環(huán)路主線BH39#～BH42#為例進行探討，該梁段為三跨一聯(lián)鋼箱梁，跨徑為：45m+63m+45m，橋梁中心高度為2.2m～3.5m，橋?qū)?6.2m，總重為3079.65t，鋼板材質(zhì)均為Q345qd，板厚為6mm～28mm，結(jié)構(gòu)形式為如下。

圖1 BH39#-42#梁段跨徑示意圖

3 鋼箱梁的特點

鋼箱梁以箱形為截面形式，使梁體獲得了比較大的整體抗彎能力和扭曲剛度，能夠極大程度發(fā)揮出鋼材的性能，可以有效降低鋼材的使用量，以及降低梁體的總體重量[1]。因此，鋼箱梁在橋梁工程、堤壩工程、建筑工程等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。同時，鋼箱梁還有比較好的外觀，可以保證線型效果，維護成本也相對比較低。另外，在鋼箱梁承受偏心荷載時，若出現(xiàn)彎曲、扭轉(zhuǎn)或畸變，產(chǎn)生比較大的應(yīng)力時，通過設(shè)置一定數(shù)量和適當(dāng)間距的橫隔板及U型肋板，就能減少或克服這種應(yīng)力對梁體的影響。

4 大跨度鋼箱形梁的制作

鋼箱梁設(shè)計要求的強度較高，具有非常強的剛性，但是由于鋼箱梁是一種封閉式的構(gòu)件，在制作中有比較多的焊接量以應(yīng)力變形，因此在制作工藝上會比較復(fù)雜，且成型后的梁段難以進行矯正。所以，做好鋼箱梁制作過程中拼裝及焊接質(zhì)量把控和應(yīng)力變形控制，是確保產(chǎn)品的質(zhì)量重點。

4.1 鋼箱梁板單元件件的制作

制作板單元件時會經(jīng)過鋼板預(yù)處理、放樣、號料、下料切割、邊緣加工等工序。放樣工作中，需要根據(jù)圖紙要求的尺寸進行制作和質(zhì)量控制完成之后，進行尺寸的復(fù)查，如果發(fā)現(xiàn)存在錯誤及時進行改正[2]。由于鋼箱梁屬于焊接構(gòu)件，組成鋼箱梁單元塊的基本構(gòu)件包括：頂板、底板、腹板、隔板等，因此在制作時應(yīng)該重點進行鋼板長度和坡口方向的控制，且根據(jù)圖紙要求做好對焊接收縮余量的控制。對于跨度比較大的鋼箱梁，在放樣之前必須計算出鋼箱梁的預(yù)拱度，放樣時預(yù)留一定的拱起量，以滿足裝配之后結(jié)構(gòu)的幾何變形需要。

下料切割工作中，主要包括氧氣切割、等離子切割等方法。在切割的時候，需要及時清除鋼材表面的鐵銹和油污等污染物質(zhì)，并且在切割后保證斷口處的截面不能存在裂紋，缺棱也要控制在1.0mm，在完成切割后還要做好飛濺物的清理工作。在邊緣加工中，為保證質(zhì)量，需要控制零件尺寸偏差在±1.0mm，加工面相對材料表面的垂直度應(yīng)該在0.3mm 以下，粗糙度控制在0.03mm以內(nèi)。

4.2 鋼箱梁的組裝

鋼箱梁的組裝過程中，需要嚴格按照順序開展，以保證箱體的各個板件按照一定工藝和次序完成，避免出現(xiàn)強力組對的情況。對鋼箱梁的腹板、隔板就位之后，需要在腹、隔板的位置標出長度中心線和組裝的基準線，然后依此為基準進行鋼箱梁后續(xù)的組裝工作。鋼箱梁的組裝需要在胎架上完成，所使用的胎架需要根據(jù)鋼箱梁具體尺寸和規(guī)格進行設(shè)計和搭設(shè)，以保證鋼箱梁安裝的精度，特別是有起拱要求的梁段，應(yīng)該專門設(shè)計預(yù)放起拱線。對于鋼箱梁的翼緣板和腹板，在組裝時應(yīng)該做好對梁段彎曲方向一致性的控制，避免因組裝導(dǎo)致扭曲問題。

由于鋼箱梁組裝過程中會使用大量的板件，因此組裝的過程中需要采取合理的方法及順序進行組裝，避免出現(xiàn)強制組合情況。組裝過程中，先在底板上劃出定位線，然后按照位置進行中間腹板及隔板的拼裝，避免出現(xiàn)移動和傾斜。兩端和中間腹板、隔板都要與底板進行固定，并以此為基準，進行鋼箱梁筋板、裝飾板等的拼裝，并且矯正對齊[3]。如果兩側(cè)的筋板和裝飾板間隙較大，可以使用活動型卡具進行夾緊后在進行點焊，最后進行上面板的拼裝，如果上面板和腹板及隔板的間隙過大，可以使用千斤頂來進行調(diào)整工作。

4.3 鋼箱梁的焊接

鋼箱梁焊接時，板材接頭進行開坡口，能夠保證電弧深入到焊縫的根部，保證根部焊透質(zhì)量。在選擇坡口形式時，對于鋼箱梁的各種板件，其接頭大都是T形或者對接接頭，因此坡口形式大都是單面坡口或者V 形坡口。實際焊接工作中，根據(jù)需要對坡口的形式做出選擇，以滿足焊接質(zhì)量，提高焊接效率。

在焊接材料選取上，必須要避免熔敷金屬深入到合金當(dāng)中，防止焊接過渡區(qū)的強度改變，產(chǎn)生脆相或者出現(xiàn)裂紋[4]。由于焊接材料對鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量影響很大，因此焊接時要選擇合理的母材成分，以及確定合理接頭形式，確保焊接的質(zhì)量。

選擇焊接工藝時，要根據(jù)焊件的厚度、接頭形式、焊接位置和焊接的層次來選擇焊接方法，在確保能在不影響質(zhì)量的情況下提升焊接的效率。焊接所使用的電流必須具備穩(wěn)定性，要避免電流過大，保證生產(chǎn)效率和避免裂紋出現(xiàn)[5]。焊接時，對速度進行靈活調(diào)整，一般而言焊接速度會和電流相匹配，如果電流較大則焊接速度會增大，反之則隨之減小。另外，重要的對接接頭和T 形接頭的兩端應(yīng)裝焊引弧板和熄弧板，其材料及接頭原則上應(yīng)與母材相同，焊后用氣割割除，磨平割口，嚴禁用鐵錘擊落。

4.4 鋼箱梁的整體預(yù)拼裝

分段制作的鋼箱梁必須在工廠內(nèi)完成整體預(yù)拼裝，并且對整體幾何尺寸進行檢查，比如長度、直線度、拱度、軸線距離等，對于分段間的界面，需保證有足夠的吻合度，以及做好裝配間隙、關(guān)鍵節(jié)點的控制，通過做好修正和優(yōu)化，保證整體結(jié)構(gòu)復(fù)合要求，為現(xiàn)場安裝的質(zhì)量創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)條件。

在進行整體預(yù)拼裝工作中，必須根據(jù)圖紙的要求標出梁的中心線、控制線，以及做好對控制點的測量[6]。對于變截面的梁段，要對該部分梁段的截面尺寸、高度、預(yù)拱度、現(xiàn)場控制點、坐標點進行確定，根據(jù)一定的順序進行梁段軸線的復(fù)測，并使用千斤頂?shù)裙ぞ邔α憾蔚奈恢眠M行調(diào)正，使用全站儀進行各個控制點的測量，如果發(fā)現(xiàn)位置控制點有問題，及時調(diào)整梁段的位置，確保符合拼接的要求。在完成預(yù)拼裝工作后，根據(jù)順序拆開各分段梁，進行焊接、焊縫打磨、外觀處理及除銹防腐等工作。

5 分段吊裝技術(shù)

5.1 分段吊裝技術(shù)概述

在使用分段吊裝方法進行鋼箱梁施工的過程中，首先需要將分段制作的鋼箱梁從加工廠運輸至現(xiàn)場，然后用起重設(shè)備（本工程選用180t 履帶吊）將梁段吊裝到相應(yīng)的位置，在安裝就位后，由焊接人員進行焊接施工。分段吊裝法具有吊裝過程簡單，便于對結(jié)構(gòu)安全和質(zhì)量進行控制的特點。但是在施工過程中會用到大量的臨時支撐，且高空作業(yè)也比較多，所以安全防護的壓力也比較大。

5.2 梁段安裝順序的確定

對于具有較大跨度的立交跨路段鋼箱梁，單個梁段一般會被設(shè)計成便于加工及吊裝的個體，在安裝過程中，需要做好對各個梁段安裝順序的控制，以保證梁段吊裝過程有更高的整體穩(wěn)定性，利于對安裝精度的整體控制。

5.3 梁段的分段

鋼箱梁的梁段劃分需要結(jié)合工程的結(jié)構(gòu)特點，以及起重機械的起吊能力來確定單元的大小，同時對分段間的相互影響、臨時支架的搭設(shè)進行分析，保證分段具有足夠的可行性，滿足吊裝施工的要求。為了避免出現(xiàn)吊裝過程中梁段發(fā)生損壞，分段點需要在結(jié)構(gòu)受力較小的部位設(shè)置，尤其要把握整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，避免重力點被設(shè)置成分段點[7]。分段設(shè)計中需要考慮不同分段之間的相互影響，比如：（1）不同軸線的箱梁在分段時盡量長度接近，方便在支架上進行組對，對于同一軸線的箱梁，避免在不規(guī)則位置進行分段；（2）考慮對臨時支架的搭設(shè)需要，避免臨時支架和混凝土梁、柱等出現(xiàn)干涉的情況；（3）做好對分段長度的控制，由于梁段自重會導(dǎo)致鋼箱梁構(gòu)件在吊裝時發(fā)生變形，尤其是構(gòu)件比較長的時候，所產(chǎn)生的形變會無法控制，因此必須控制分段長度，以及合理設(shè)置吊點。

5.4 梁段對接質(zhì)量的控制

分段梁段在支架上進行組裝是整個吊裝工作的重點，所以在對接時應(yīng)保證每個梁段的準確定位，確保連接接頭充分吻。必要時對每個梁段的安裝都做好測量和跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題時及時調(diào)整，有效控制安裝過程中由于失誤所導(dǎo)致的誤差積累。

6 結(jié)束語

大跨度立交鋼箱梁的制作及分段吊裝工作，必須要做好外形尺寸、焊接質(zhì)量及整體線性的控制，必須做好前期的計算和圖紙細化及審核。在制作過程中，要切實做好對梁段質(zhì)量的控制，特別是做好對板單元件制作、組裝、焊接、預(yù)拼裝等各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，確保加工質(zhì)量。在分段吊裝過程中，必須綜合考慮各種因素的影響，合理進行分段吊裝，做好空中對接及支架上的安裝位置矯正，對焊接質(zhì)量進行全方位監(jiān)控，為鋼箱梁工程的總體質(zhì)量創(chuàng)造良好條件。