潁河大橋鋼結(jié)構(gòu)加工制作技術(shù)及問題探討(劉志昂)

1、潁河大橋鋼結(jié)構(gòu)加工制作技術(shù)及問題探討劉志昂 （中鐵二十四局安徽工程有限公司 合肥 230011）摘要：結(jié)合阜陽穎河大橋鋼結(jié)構(gòu)（下承式系桿+鋼箱梁結(jié)構(gòu)體系）工程的制造實踐，針對鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點，加工制作的難點，重點以及實際施工條件，介紹了鋼箱梁制造過程中的重點工藝技術(shù)及質(zhì)量保證措施。關(guān)鍵詞：下承式體系 鋼箱梁制造預(yù)拼裝 工藝技術(shù) 質(zhì)量控制1、工程概況 根據(jù)阜陽最新總體規(guī)劃，阜陽市規(guī)劃打造“二環(huán)九射加方格網(wǎng)”的城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，形成功能合理，規(guī)模適當，銜接順暢，穩(wěn)定可靠的四級城市道路網(wǎng)絡(luò)體系。阜陽向陽路穎河大橋（以下簡稱阜陽穎河大橋）項目是東二環(huán)中的節(jié)點工程，采用了下承式系桿+鋼箱梁結(jié)構(gòu)體系，主橋跨徑

2、布置為（47+148+47）米，主橋全長242米，橋面為雙向八車道、兩側(cè)為非機動車道和人行道，為三跨梁拱組合體系橋梁。拱圈為雙片鋼箱拱。橋梁從立面上看為飛燕式造型，從橫斷面上看，配合風撐效果，呈門式造型。橋梁結(jié)構(gòu)上，主跨與兩側(cè)邊跨構(gòu)成三跨連續(xù)梁拱組合受力體系，其中，主跨本身，為下承式系桿拱橋，系桿為剛性與柔性組合系桿。本橋立面布置見圖1所示。  圖1 阜陽穎河橋1/2橋型立面布置圖（以1/2為例）1.1  鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式 鋼箱梁總長242m，邊跨主墩處鋼箱梁高5.5米，通過16米二次拋物線過渡段，向邊墩方向過渡至2.5米梁高。橫橋向為單箱八室結(jié)構(gòu)，其中外側(cè)兩室寬度為2.0米

3、，與主跨鋼縱梁對接，其他6室寬度分別為5.7米，5.1米。 鋼項梁頂板處采用U肋加勁，與主跨U肋對接。主跨鋼縱梁截面高度2.5m，寬2.0m，頂?shù)装寰捎肐型加勁肋，加勁肋高度為170mm,厚14mm。系梁鋼箱梁一般構(gòu)造示意圖見圖2所示。圖2 系梁鋼箱梁一般構(gòu)造示意圖 1.2  系梁鋼箱梁分段的劃分 系梁鋼箱梁根據(jù)現(xiàn)場吊裝要求，將其劃分為19個節(jié)段，分別為節(jié)段Z1-1節(jié)段Z1-19。每個節(jié)段均為2件鋼箱梁，見圖3所示： 圖3 6m節(jié)間鋼橋面標準節(jié)段示意圖（以1/2為例）1.3  橋面鋼箱梁分段間的連接   

4、0; 分段間頂、底板均采用焊接，頂、底板上U型肋、縱向腹板上加勁板通過制作嵌補段進行連接，縱向腹板連接采用焊接。 1.4  橋面與系梁鋼箱梁間的連接 鋼箱梁間頂、底板均采用焊接，中跨大橫梁隔板與系梁上連接板采用栓接。 2 、加工制作的重點及難點分析2.1因橋面鋼箱梁寬度達42m，頂、底板制作時需預(yù)先劃分成許多大小不等的板單元，各板單元的制作精度（板面的平整度、U形肋的開檔尺寸等）直接影響鋼箱梁的質(zhì)量，因此，板單元制作的精度是本工程控制的一大重點。 2.2由于頂板下口沿寬度方向分布了54根U形肋，U形肋中心開檔尺寸為600900不等；底板上口沿寬

5、度方向分布了104根I型肋，I形肋中心開檔尺寸為300900不等，在保證各板單元加工精度后，還需保證各板單元拼接后的整體精度（板面的整體平整度、U形肋及I型肋的開檔尺寸等），這是本工程的一大難點。 2.3單塊橫隔板總寬為33m，被5塊縱向腹板分割成六塊，最小寬度為5.08m，最大寬度為5.69m（上口分布了53個U形槽口），橫隔板上還設(shè)置了豎向及水平方向的加勁板，橫隔板切割的精度以及裝焊后的加工精度是本工程控制的一大難點。 2.4鋼箱梁在加工制作過程中，頂板單元的拼縫焊接導致箱體的變形，如何控制該變形是本工程需控制的一大重點。 2.5橋面鋼箱梁分段與分段連接，頂、

6、底，腹板均采用焊接，鋼箱梁腹板與橫隔板間采用栓接，因分段寬度較大、高度較高，分段間截面尺寸的吻合以及焊縫間隙的一致性，是本工程加工制作過程中的難點；另外系梁與橫隔板間對接高強度螺栓孔的穿孔精度是本工程控制的一大個重點。 3 、加工制作的總體思路3.1  橋面鋼箱梁部分      鋼箱梁制造時，首先進行板單元的劃分（以節(jié)段Z1-1為例），根據(jù)截面形式同時結(jié)合材料板寬限制等因素，將頂板劃分為11個板單元，寬度為24003300mm不等；將頂板劃分為11個板單元，寬度為24003800mm不等?？v向腹板各自為一個板單元，

7、共計5個；每檔橫隔板被縱向腹板分割成六塊，每塊為一個板單元。為了便于制作，各板單元均分別進行編號，其編號原則為：所有節(jié)段板單元均以該節(jié)段字母開頭，底板單元以橋面中心線為準，單元板后綴為D，從Z1-1到Z1-2方向依次為H1-1DH1-11D；頂板單元以橋面中心線為準，單元板后綴為T,從Z1-1到Z1-2依次為H1-1TH1-11T；所有節(jié)段頂、底板單元劃分位置均相同。各節(jié)段板單元劃分后，分別預(yù)先進行各節(jié)段板單元（頂、底板單元、縱向腹板單元、橫隔板單元）的小合攏裝焊，合格后分區(qū)段在整體組裝胎架上采用正造法輪次進行中合攏裝焊。而后各節(jié)段分別與相對應(yīng)鋼箱形梁進行預(yù)拼。 圖4  此

8、剖面為橋尾向橋中看4 、加工制作的關(guān)鍵技術(shù)及保證措施4.1  材料      鋼箱梁所用鋼材材質(zhì)均為Q345QD，必須符合設(shè)計文件的要求和現(xiàn)行標準的規(guī)定，除有材料質(zhì)量證明書外，還應(yīng)進行復(fù)驗，復(fù)驗合格后方能使用。因本工程結(jié)構(gòu)的特殊性，鋼箱梁的板厚必須嚴格控制，以免加工過程中出現(xiàn)板邊差影向構(gòu)件的加工質(zhì)量以及高強度螺栓的連接質(zhì)量。  4.1.1  鋼材的矯平      由于本工程加工制作精度要求高，任何的積累誤差都會影響到質(zhì)量控制，為此鋼板進廠后先采用鋼板矯平機

9、對鋼板進行矯平，達到每平米平整度不大于1.5mm，矯平的目的是消除鋼板的殘余變形和減少軋制內(nèi)應(yīng)力，從而可以減少制造過程中的變形。  4.1.2  鋼材的預(yù)處理 采用專用鋼板預(yù)處理生產(chǎn)線對鋼板進行除銹，噴車間底漆和烘干，保證鋼材的除銹質(zhì)量達到Sa2.5級，所有鋼板均進行預(yù)處理，其過程為：矯平拋丸、除銹噴漆烘干 4.2  下料、切割、刨邊 構(gòu)件放樣采用計算機放樣技術(shù)，放樣時必須將工藝需要的各種補償余量加入整體尺寸中，為了保證切割質(zhì)量，厚板切割前先進行表面滲碳硬度試驗。      鋼材切割優(yōu)先采用數(shù)控精密切割設(shè)

10、備進行設(shè)割，選用高純度98.0%以上的丙稀氣加99.99%的液氧氣體，可保證切割端面光滑、平直、無缺口、掛渣，坡口采用專用進口切割機進行切割.   吊桿區(qū)鋼箱梁上90厚連接系桿吊耳均采用刨邊機加工。   腹板、箱形構(gòu)件的上、下蓋板的加工寬度尺寸確定，除考慮焊接收縮量等因素外，還應(yīng)考慮與其組裝的翼板或腹板的板厚偏差，以確保構(gòu)件的截面尺寸精度。   邊緣的刨銑加工深度不應(yīng)小于3mm(當邊緣硬度不超過HV350時，其加工可不受此限制)，加工面粗糙度不高于25m，頂緊傳力面加工粗糙度不應(yīng)高于12.5m，頂緊加工面與板面的垂

11、直度偏差，應(yīng)小于板厚的1%，且不得大于0.3 mm。 4.3  系梁鋼箱梁加工難點及重點的控制措施      4.3.1  板單元件幾何尺寸精度的保證      為保證板單元件拼裝時拼接板與桿件間的間隙符合規(guī)范要求，保證板單元端口尺寸的一致性，制作時同一接口采用同批次同厚度材料下料，端口采用機加工工裝隔板進行控制，大大減小了對接口的板厚錯變量。   圖5箱梁組裝 4.3.2  板單元件焊接變形的控制板單元件焊接變形的控制是鋼箱

12、梁結(jié)構(gòu)制造的基本要求，也是板單元件制造的關(guān)鍵點，板單元小合攏焊接完成后有規(guī)律的輕微焊接變形可通過機械矯正措施解決，因此，板單元件焊接變形的控制是鋼箱梁制造的重點也是關(guān)鍵點。  4.3.3  鋼箱梁分段間栓接精度的控制      這種特殊的全栓接鋼箱梁的制造鉆孔精度是保證結(jié)構(gòu)整體受力及整體成橋線型精度的關(guān)鍵所在。首先將鋼箱箱梁無節(jié)點板一端采用高精度數(shù)控機床制作專用鉆模（螺栓孔徑及孔距偏差控制在5絲之內(nèi)）進行套鉆鉆孔（分段間連接板與之相同）。而后將鋼箱梁分段采用分輪次循環(huán)預(yù)拼裝的方法，將分段間的連接板采用工裝銷軸螺栓進行固定，合

13、格后采用磁座鉆進行鋼箱梁分段節(jié)點板端螺栓孔的全位置一次性配鉆出孔。圖6轉(zhuǎn)模孔徑檢測圖7 螺栓孔的驗收 4.4  橋面鋼箱梁加工難點及重點的控制措施 4.4.1  板單元精度控制      板單元制作時，整體鋪板，采用鋼帶統(tǒng)一劃線、安裝U形肋（U型肋內(nèi)部應(yīng)預(yù)先進行涂裝），同時采用樣板檢測，合格后各板單元分別在專用反變形焊接胎架上進行施焊，確保其精度。圖8 板單元的組裝與焊接      4.4.2  底板的整體平整度及U肋開檔尺寸控制  &

14、#160;   為了有效的控制底板板單元間U形肋的開檔尺寸，中合攏前可將相鄰兩塊板單元預(yù)先拼接（預(yù)放 一定的焊接收縮量以及角變形，待焊了幾塊后也可掌握拼板間實際的焊接收縮及角變形量），而后再進行拼裝（各板單元間縱縫按實際焊接收縮量進行加放），適當矯正，從而控制住底板U形肋的開檔尺寸以及板面的平整度。       4.4.3  橫隔板單元精度的控制      橫隔板下料時采用數(shù)控火焰切割，切割后采用專用樣板進行檢查，加勁板與橫隔板焊接時采用 CO2氣保焊配以

15、小電流、小電壓的焊接方法進行施焊，有效減少焊接變形，控制橫隔板單元的質(zhì)量。       4.4.4  橋面鋼箱梁角變形的控制      頂板單元縱縫焊接會造成一定的焊接角變形，此焊接角變形的解決方法是：在確保胎架制作精度的基礎(chǔ)上，另外在胎架上另外增設(shè)墊板，制作出一反變形，以抵消頂板焊接所造成的變形。    4.4.5  橋面鋼箱梁分段間的接口保證措施 （1）橋面鋼箱梁制造時，采用幾個分段一起整體拼裝，組裝及焊接均采用相同的方法進行，另外

16、在分段接口處預(yù)留一段不焊，待分段組對合格后進行施焊，確保分段間對接的平齊。  （2）兩分段接口處一端正作，另一端加放余量進行配切，確保接口焊縫間隙。  （3）分段間橫隔板的螺栓孔，正作端預(yù)先鉆孔，另一端可在相鄰分段制作合格后采用現(xiàn)場連接板進行配鉆，確保橫隔板與系梁栓接的質(zhì)量。      4.4.6  橋面鋼箱梁與系梁鋼箱梁間接口保證措施      （1）橋面鋼箱梁在裝焊過程中，兩側(cè)開口處適當加設(shè)臨時支撐予以加強，確保與系梁鋼箱梁間連接的開檔尺寸。  （2）橋面鋼箱梁兩側(cè)預(yù)留配切余量，待箱體焊接、矯正合格后再進行切割，確保與系梁鋼箱梁間接口的焊縫間隙。   (3）橋面鋼箱梁與系梁鋼箱梁相連接的橫隔板，安裝時先進行初定位，待預(yù)拼時再精確定位，而后施焊，同時采用現(xiàn)場連接板將其螺栓孔進行套鉆（系梁連接板已經(jīng)制孔，現(xiàn)場連接板也預(yù)先制孔，橋面鋼箱梁邊側(cè)連接板后鉆），以保證橫隔板連接的精度。圖9成型箱梁5、結(jié)  語      通過阜陽向陽路穎河大橋鋼結(jié)構(gòu)工程的制造實踐，在總結(jié)了以往大型公