集聚式多錨頭錨固系統制造工藝研究

王欽國

(中鐵山橋(南通)有限公司,江蘇 南通 226000)

0 引言

集聚式多錨頭錨固系統因其具有較高的承載力和良好的抗震性能而廣泛應用于懸索橋橋梁工程中。然而,由于其結構的復雜性和多樣性,制造過程中涉及的關鍵技術較多,制造工藝的控制直接影響到錨固系統的質量和性能。因此,本文主要對集聚式多錨頭錨固系統的制造工藝進行研究,以期提高該系統的可靠性、穩定性和成本效益。

1 工程概況

楊泗港長江大橋工程主橋為世界跨度最大的雙層公路懸索橋[1-2](見圖1),主跨度1 700 m,主塔基礎為沉井基礎,錨碇采用地連墻結構形式。主纜錨固系統由后錨梁和前錨桿組成。后錨梁埋于錨體混凝土內,前錨桿一端連接在后錨梁上,另一端伸出錨體前錨面,與主纜相連。主纜索股散開后,先與錨體前錨面外的錨桿連接,通過錨桿將主纜索股力沿主纜散開方向繼續擴散后,再傳給錨體后端的后錨梁,通過后錨梁的承壓面將主纜索股力傳給錨體混凝土。為了避免由于錨桿與錨體混凝土之間的黏結而導致錨桿周圍混凝土受拉開裂,必須在錨體混凝土澆筑前,用可靠的隔離和防腐材料蓋裹于錨桿外圍,再澆筑錨體混凝土。

楊泗港長江大橋錨固系統由后錨梁和錨桿組成(見圖2),錨桿接頭一端焊接在后錨梁梁體內,一端與錨桿之間采用φ24.0 mm精制螺栓連接,以單列為拼裝體。

2 方案對比

根據現有鉆孔方法,主要有:龍門數控出孔、磁力鉆、麻花鉆等,最終選擇采用麻花鉆鉆制底孔,專用擴孔鉆頭孔鉆至要求孔徑,試驗發現,螺栓孔孔徑及粗糙度主要受搖臂鉆床轉速及進給量影響。通過控制變量法,最終確定了所需的最佳經濟參數,保證質量的同時,確保了最快工期。現場試驗過程如圖3所示。

3 整體制造工藝

錨桿和錨桿接頭采用先鉆孔后組焊的工藝,釘孔采用二次鉆孔方法。即錨桿和錨桿接頭的蓋腹板、拼接板半成品分別卡樣板鉆制φ21 mm孔,工型組焊修后,按照安裝狀態,將錨桿、錨桿接頭與拼接板栓合,擴鉆至φ24 mm孔,做標記后解體,錨桿接頭焊于后錨梁梁體內。

3.1 錨桿制作工藝

錨桿采用焊接工型斷面,由上下蓋板、腹板、支承板、傳力板組成(見圖4)。腹板由不等厚板二接一而成。

3.1.1 下料及加工

1)上、下蓋板采用先接荒料再下條料,多嘴精密切割的工藝。劃線切角,拼接端卡樣板鉆φ21 mm孔。

2)采用先接荒料再下條料,多嘴精密切割的工藝。厚板接料前銑斜面,該段長度預留二次切量。工藝:對接料→焊接→修整→探傷→多嘴精密切割下料→劃線(以拼接端為基準劃頂端切槽口線、槽口內坡口線、板邊坡口線、拼接端卡樣線)→焰切槽口、槽口內坡口及板邊坡口→在拼接端對樣板兩邊卡樣→鉆φ21 mm孔。

3)支承板采用數控火焰切割下料,板件對樣板一邊兩頭卡樣、鉆孔。

4)傳力板采用數控火焰切割下料,倒圓弧。

3.1.2 零件組裝

1)以拼接端腹板孔為準,在平臺上組裝傳力板(傳力板與腹板端部連續焊縫錘擊)。

2)組裝工型:以拼接端已鉆制孔為組裝基準,劃針劃線,在平臺上組裝工型(重點控制蓋腹板定位尺寸及拼接頭寬度)。

3)組裝支承板N3,N5,以拼接端腹板孔為組裝基準。

4)二次切頭。

5)發送至“與錨桿接頭栓合”工序。

錨桿現場施工圖如圖5所示。

3.2 后錨梁制作工藝

后錨梁由兩個槽型單元+錨桿接頭單元+隔板單元及端封板組成(見圖6)。

3.2.1 單元件制作

1)槽型單元:由上、下蓋板、腹板、水平縱肋及豎向加勁肋組成,蓋板、腹板、水平縱肋先接荒料、后下條料,采用多嘴精密切割下料,腹板上劃跨中線、縱向中心線,平臺上組對上下蓋板、腹板成槽型→組裝水平縱肋,在一側蓋板外表面劃線、組焊剪力釘(成對)。槽型單元現場施工如圖7所示。

2)錨桿接頭單元:錨桿接頭采用工型斷面,由上下蓋板、腹板組成。外形相似、長度各異。

蓋板采用數控火焰切割下料→寫標記→劃縱向中心線、坡口加工線→加工兩邊坡口→卡樣板鉆制φ21 mm孔。

腹板采用數控火焰切割下料→寫標記→樣板邊對板件兩邊卡樣,鉆制φ21 mm孔。

組裝工型:以已鉆制孔為基準,劃針劃線,在平臺上組裝工型(重點控制蓋腹板定位尺寸及拼接頭寬度)。焊修后發送至“與錨桿栓合擴鉆孔”工序。錨桿接頭單元示意圖見圖8。

3.2.2 錨桿與錨桿接頭栓合擴鉆孔

錨桿+錨桿接頭+拼接板按照安裝狀態栓合,異徑沖釘定位,M20螺栓緊固。栓合后對各桿件做標記、打鋼印(見圖9)。

劃線、做后錨梁中心線標識:在錨桿接頭蓋板(兩側)圖示位置做后錨梁縱向中心線標識并打樣沖(見圖10)。相同的錨桿接頭號可互換,不同的錨桿接頭號長度各異不可互換。

擴孔搗絲:在安裝狀態下,將半成品鉆制的φ21 mm孔擴鉆為φ24.0 mm鉚接釘孔。應先擴沒有螺栓、沖釘的孔,搗換螺栓后再擴其余釘孔。

解體:錨桿接頭返后錨梁對號入座進行箱體組裝。拼接板栓合在錨桿拼接端進入試拼裝(見圖11)。

3.2.3 組裝整體

在胎型上放樣組整體;要求胎型表面平整;劃針劃線。

1)劃線:將槽型單元Z腹板非水平面側縱向中心線、跨中線返至平面側,由跨中向兩端劃錨桿接頭位置線,另側槽型單元Y劃跨中線,縱向中心線(見圖12)。在胎位上放線。

2)組裝錨桿接頭:錨桿接頭線與后錨梁縱向中心線對線,由跨中向兩側組對,錨桿接頭位置組對及測量(見圖13)。

3)組裝隔板單元:由兩個錨桿接頭中心線分中組對(見圖14)。

4)組裝另側槽型單元,控制兩側槽型縱向中心線及跨中線對正,控制兩端箱口尺寸及對角線差值在合格范圍。

5)劃線、切箱體兩頭,組焊端封板。

4 整體試拼裝

錨固鋼結構桿件制造完成后,按照制造規則要求進行試拼裝(見圖15)。試裝以驗證施工圖紙的正確性、檢驗制造工藝的合理性、工藝裝備的精確性;檢查構件拼接處有無相互抵觸情況,有無不易施擰螺栓之處。通過試裝發現問題時,即可在試裝場地進行尺寸修正和調整,避免在高空調整,減少高空作業難度和加快安裝速度,確保橋址的順利架設。

試拼裝模擬橋位安裝狀態,以列為拼裝單元,采用平面試拼裝方法(見圖16),各項檢測數據均滿足制作規則要求。

5 使用情況

楊泗港長江公路大橋錨固系統2017年9月24日完成了南岸錨碇澆筑(見圖17),大橋共兩根主纜,單根設計拉力為6.5萬t,所承受的拉力足以吊起一艘航空母艦。作為大橋的重要受力結構之一,南錨碇和北錨碇將要拉住全橋的重量。在錨固系統安裝過程中,采用了精制螺栓進行連接,與以往采用高強螺栓連接相比,能使其在結構上受力能力更強,還能更好地將索股拉力傳遞至錨碇混凝土,滿足楊泗港長江大橋一跨過江設計索股受力需要[3-4]。

同時大橋于2019年10月8日通車運營(見圖18),各項功能正常使用,將有效緩解武漢市東西向過江交通壓力,升級區域道路交通系統,提升城市交通功能。

6 結論

本文主要對集聚式多錨頭錨固系統的制造工藝進行研究,通過對其制程、關鍵技術及工藝控制要點進行分析,對精制螺栓連接提出了相應的優化措施。通過對該制造工藝的研究,旨在提高錨固系統的可靠性和穩定性,降低成本,為工程實踐提供有效的技術支撐。然而,由于集聚式多錨頭錨固系統結構的復雜性和多樣性,制造過程中仍然存在許多技術難題需要進一步研究和探索。因此,在未來的研究中,需要進一步加強技術創新和研發力度,探索新的制造工藝和方法,以滿足工程實踐的需求[5-6]。