步行橋鋼箱梁制作工藝技術研究

程 斌，林賢光，張 鵬

(1.武漢城市職業學院，湖北 武漢 430064； 2.湖北省路橋集團有限公司，湖北 武漢 430056)

1 鋼箱梁結構概況

丹江口市滄浪洲生態濕地公園步行橋主橋采用(55+2×90+55) m圓形鏤空鋼桁架橋跨越主航道，引橋采用35 m簡支鋼箱梁，橋梁全長1 313.182 m，主橋全寬8.3 m，橋面全寬6.0 m。為滿足景觀需要，選取3跨引橋進行加寬設計，作為觀景平臺，觀景平臺寬11 m。橋梁兩頭均采用爬梯上下。引橋上部結構簡支焊接等高鋼箱梁。標準跨徑35 m，共28跨，含標準梁25跨及加寬梁(觀景平臺)3跨。

1.1 引橋標準梁主要結構及其分塊

35 m標準梁截面單箱三室，結構中心線處梁高1.7 m，箱梁頂寬6.0 m，頂面設1%的雙面橫坡，底寬3.2 m。箱梁不設懸臂。箱梁橋面采用正交異性板結構，頂板厚14 mm，頂板縱肋除最外側2道采用板肋外，其余位置均采用T肋。截面設4道腹板，兩側外腹板采用斜腹板，厚14 mm，中腹板采用直腹板，厚12 mm。鋼箱梁橫隔板一般間距2 m，板厚12 mm，端橫梁板厚20 mm，支座間距2.4 m。為了滿足公路運輸和吊裝要求，35 m標準梁橫斷面分成兩個單元體[1](見圖1)，縱向分為三個節段(如圖2所示)進行工廠制造和運輸。

各運輸單元體質量見表1。

1.2 引橋加寬梁主要結構及其分塊

35 m加寬梁截面單箱三室，結構中心線處梁高1.7 m，箱梁頂寬11 m，頂面1%的雙面橫坡，底寬6.8 m。箱梁兩側設短懸臂，懸臂采用焊接工字梁結構。箱梁橋面采用正交異性板結構，頂板厚14 mm，頂板縱肋除最外側4道采用板肋外，其余位置均采用T肋。截面設4道腹板，兩側外腹板采用斜腹板，厚14 mm，中腹板采用直腹板，厚12 mm。鋼箱梁橫隔板一般間距2 m，板厚12 mm，端橫梁板厚24 mm，支座間距4.8 m。

表1 運輸單元體質量表

為了滿足公路運輸和吊裝要求，35 m加寬梁橫斷面分成三個單元體進行工廠制造和運輸，具體劃分見圖3，縱向分為三個制造節段，具體劃分見圖4。

各運輸單元體質量見表2。

2 鋼箱梁的制造

鋼箱梁制造采用工廠內單元件制造，然后上大拼胎架進行連續拼裝成運輸節段的制造方案[2]。單元件分為頂板單元、底板單元、腹板單元、橫隔板單元、挑臂單元。

2.1 鋼箱梁單元劃分

2.1.1 頂板單元

頂板單元主要為板零件+T肋結構(個別混合I肋結構)，(斜)底板單元主要為板零件+I肋結構，具體單元劃分見圖5，圖6。

表2 運輸單元體質量表

2.1.2 底板單元劃分

(斜)底板單元主要為板零件+I肋結構，具體單元劃分見圖7，圖8。

2.1.3 腹板單元板劃分

腹板單元件為板零件+板肋結構。具體單元劃分見圖9。

2.1.4 橫隔板單元構造及隔板劃分

鋼箱梁橫隔板由隔板和人孔加強圈板組成，懸臂隔板為倒T形結構。標準段和加寬段橫隔板單元構造見圖10。

2.2 鋼箱梁連續拼裝

2.2.1 專用胎架的制作

節段長度為35 m，采用連續反拼制造，設置約36 m的拼裝專用胎架[3]。

2.2.2 鋼箱梁整體組裝

1)頂板單元件組焊。

根據縱橫基準線將頂板單元件對合地標點定位，再從中間往兩邊將其余頂板單元件對合地標點定位并與大拼胎架剛性固定。采用單面焊雙面成型工焊接頂板單元件間的對接焊縫，注意單元體工地接縫預留不焊。

2)中箱室橫隔板單元的定位。

吊裝中箱室橫隔板單元，吊裝時各橫隔板單元件的位置應正確，對合底板上預先畫好的橫隔板定位線裝配，裝配時嚴格控制橫隔板的標高及垂直度，確保滿足相關的精度要求。

3)中腹板單元組焊。

將中腹板單元吊到橫隔板兩端，注意端口控制線應與相應地標點對齊后焊接相應焊縫。注意中腹板外側加勁板影響單元體工地拼裝，工地組焊根據地標統一檢查頂板中心線，以消除累計誤差。

4)邊隔板單元的定位。

吊裝邊隔板單元件，吊裝時各橫隔板單元件的位置應正確，對合底板上預先畫好的橫隔板定位線裝配，裝配時嚴格控制橫隔板的標高及垂直度，確保滿足相關的精度要求。

5)斜底板單元定位。

將斜底板單元吊到梁兩端，注意端口控制線應與相應地標點對齊后點焊固定。

6)底板單元定位。

將底板單元吊到橫隔板之上，注意端口控制線應與相應地標點對齊后焊接底板單元之間的對接，其次焊接底板、斜底板與隔板之間的焊接。根據地標統一檢查底板中心線，以消除累計誤差。

7)懸臂隔壁的組焊。

吊裝懸臂隔板單元件，根據頂板單元上隔板線進行組焊懸臂隔板。

8)邊腹板的組焊。

吊裝邊腹板至梁兩端，注意端口控制線應與相應地標點對齊后檢查無誤再焊接。

9)裝飾板的組焊。

將裝飾板吊至懸臂隔板之間組焊，節段間需要現場焊接的預留不焊。

10)檢查并矯正后焊接相鄰節段間臨時定位裝置，見圖11。

11)根據前幾步，已經組拼并完成鋼箱梁節段各單元件之間的定位焊，形成一個剛性固定的整體結構。在保證結構整體尺寸的情況下，采取分段、對稱施焊的焊接工藝。

焊接順序：施焊順序安排的目的為減少焊接變形、控制鋼箱梁節段形位尺寸，減少鋼箱梁構件應力集中。施焊順序的原則，橫向以橋跨中心為基準向兩側對稱施焊，縱向以梁段幾何中心為基準向兩側對稱施焊。焊接順序圖見圖12。

安排4名～8名焊工同時以對稱中心線為基準，進行對稱焊接首先焊接腹板單元與底板的焊縫，再焊接頂板單元與腹板焊縫，再焊接隔板單元與底板的焊縫，再焊接隔板單元與腹板的焊縫，最后焊接隔板單元與頂板的焊縫。

焊接變形及控制：焊接完成一個框架單元，進行自檢，對局部變形進行矯正，方可進行后續焊接施工。由于兩隔板間除腹板外無其他縱向連接結構，所以根據首件的焊接收縮及變形情況，可施加工藝支撐，進行變形控制。工藝支撐設置在兩腹板之間，作為臨時固定結構。整體焊接完成，專檢人員進行尺寸檢查和線形檢查，根據施工圖放樣，對變形部位進行矯正處理[4]。

2.3 嵌補段制造

鋼箱梁嵌補段分I肋嵌補段、T肋嵌補段。嵌補段理論長度為400 mm，制造時下料長度方向允許誤差±2 mm余量，根據試拼的實際情況進行配切，并開坡口。嵌補段與加勁板對接焊縫均為熔透焊縫。

2.4 匹配件制造

鋼箱梁連續拼裝滿足要求后，節段間應設臨時匹配件，為了便于工地安裝。匹配件示意圖見圖13。

2.5 吊耳制造

單個吊裝節段最大質量約168 t，大節段吊裝選用吊耳應承受32 t吊重。吊耳示意圖見圖14。

3 工地橋位拼裝及焊接

3.1 鋼箱梁節段拼裝及焊接

3.1.1 將橫向2個小節段拼裝成大節段

安排2名～4名焊工，對稱施焊小節段對接焊縫及隔板與腹板及隔板與頂、底板預留的100 mm角焊縫。焊接順序如下，先在底板對接處下方貼陶瓷襯墊，上方焊接，單面焊接雙面成型①。然后焊接隔板與腹板角焊縫及隔板與頂、底板預留的100 mm角焊縫②。最后焊接頂板焊縫，在頂板對接處下方貼陶瓷襯墊，上方焊接，單面焊接雙面成型③，檢查合格后焊接挑臂處工地焊縫。焊接順序圖見圖15。

3.1.2 大節段連續拼裝

將大節段吊裝至橋位拼裝胎架，用螺栓擰緊匹配件將兩個大節段固定。首先在底板對接處貼陶瓷襯墊，單面焊接雙面成型，安排兩名焊工從中心往兩側對稱施焊；其次是腹板的焊縫，箱體內側貼陶瓷襯墊，單面焊雙面成型；安排2名～4名焊工，以對稱中心為基準，對稱焊接兩側腹板的對接焊縫；頂板對接，箱體內側貼陶瓷襯墊，外側焊接，單面焊接雙面成型的順序依次焊接[5]。

完成連續拼裝焊接，并拆卸匹配件及吊耳。拆除吊耳，不得敲擊，必須采用火焰切割，并預留2 mm切根，以防止傷及頂板。然后用砂輪打磨切根。吊耳切除圖如圖16所示。

3.1.3 工地節段焊接工藝參數

工地焊接除定位焊及修補焊外，均采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊。

工地節段焊接除角焊縫外，對接焊縫均采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊，單面焊雙面成型的焊接工藝。背面貼陶瓷襯墊[6]。焊接坡口形式，坡口角度45°,根部間隙6 mm，見圖17。

3.2 嵌補段安裝及焊接

鋼箱梁各節段間的工地接縫如圖18所示(以頂板與頂板對接為例)，在完成頂板焊接并焊縫檢測合格后，對焊縫區域進行局部防腐處理，同時確保加勁肋焊接區域的清潔，根據橋上焊接實際情況確定主梁縱向加勁肋嵌補段的長度，加工焊接坡口后安裝并完成焊接，包括加勁肋端部200 mm與頂板預留不焊的部位的焊接。以I肋嵌補段為例，說明其工地焊接及其坡口形式，見圖18。

4 結語

鋼箱梁制造關鍵技術主要在于焊接質量、焊接變形及鋼箱梁總體拼裝控制,通過制定一套適合該工程特點的施工技術方案和質量保證措施對類似鋼箱梁工廠的制作起到一定的參考和借鑒意義。