跨海大橋鋼錨梁及鋼牛腿制造工藝研析

姚 遠

(中鐵山橋集團有限公司，河北秦皇島 066205)

1 工程概況

某跨海大橋工程橋梁全長8.555 km，主要由北汊北引橋、北汊主橋、北汊南引橋、海門島立、南汊橋等組成。其中南汊主橋及北汊主橋均為雙塔斜拉橋，兩橋主橋橋塔錨索區域均為鋼錨梁、鋼牛腿結構。兩主橋鋼錨梁、鋼牛腿結構形式基本相同，本文僅以此跨海大橋南汊主橋橋塔鋼錨梁、鋼牛腿為例對制造技術進行研析。

大橋分為南塔、北塔共計44節鋼錨梁，每節鋼錨梁對應2個鋼牛腿，另外還有8個處于混凝土預埋段的牛腿，南北兩塔共96個鋼牛腿。詳見圖1鋼錨梁整體布置圖。

圖1 鋼錨梁整體布置圖

2 鋼錨梁、鋼牛腿的結構特點

鋼錨梁寬度為1 352 mm，長度為5 200 mm，由于錨索角度不同，鋼錨梁高度尺寸在1 193mm～1 291mm之間。鋼錨梁為箱形結構，主要由錨腹板、底板、錨墊板、錨下加勁板、錨梁加勁板、隔板、錨梁頂底板組成，錨腹板與錨墊板之間連接面的角度為鋼錨梁幾何尺寸的控制重點，如圖2所示。

鋼牛腿是鋼錨梁的支承結構，每根鋼錨梁通過四氟板直接支承在一對鋼牛腿座板上。鋼牛腿由座板、預埋鋼板、托架、連接腳等組成。鋼牛腿長寬尺寸為1 392 mm×1 060 mm，高度尺寸在2 600 mm～3 500 mm間。鋼牛腿座板板厚40 mm，頂面密布4 mm深，直徑60 mm的圓形凹槽，用來鑲嵌圓形聚四氟乙烯板。座板兩側各設置5個φ24×32橢圓孔，采用M22螺栓與鋼錨梁連接，如圖3所示。

圖2 鋼錨梁示意圖

3 加工制造的關鍵工藝及控制要點

鋼錨梁、鋼牛腿作為空間索面傳力的承載結構，制造中必須要保證各零件下料的精確性，特別是需要通過對錨腹板精確加工，確保錨墊板組裝位置精度，從而保證錨點位置及錨索角度精度。本橋制造過程中主要采取以下控制措施。

3.1 鋼錨梁、鋼牛腿制造的關鍵工藝及控制要點

3.1.1 鋼錨梁制造

1)零件制造的關鍵工藝。

鋼錨梁錨腹板機加工、整體組焊是鋼錨梁制作的關鍵工序，重點控制的項點是:錨腹板加工精度、鋼錨梁組裝時兩個錨點的位置及角度精度。為此采取了以下工藝措施:

錨腹板成切下料后，同一根鋼錨梁的兩塊錨腹板必須合摞精確劃線，并且用合摞機加工，以保證兩塊錨腹板相對尺寸的一致性，如圖4所示。

圖3 鋼牛腿示意圖

圖4 錨腹板相對尺寸一致圖

鋼錨梁的組裝在平臺上進行，組裝兩個錨腹板時除用隔板保證箱體寬度外，還應嚴格控制兩錨腹板縱向相對不錯位。

主要焊縫施焊后，檢查兩拉索中心線角度及兩個錨頭錨點間距，超差時及時修整合格。

為避免鋼錨梁組焊后修整帶來的誤差，鋼錨梁箱體組焊完成并修整合格后再用鉆孔樣板鉆制底板栓孔。

2)組裝及焊接的關鍵點。

合理的組裝和焊接順序能夠最大程度的減小焊接變形和焊接殘余應力的產生，為此制定了詳細的焊接工藝規程，由于鋼錨梁焊縫均采用坡口較大的熔透焊接，焊接變形和焊后殘余應力是不可忽視的，因此在焊接過程中除采用變形較小的CO2保護焊對稱施焊外，還要邊焊接邊修整，即每焊接3道～4道焊縫以后進行一次火焰修整，以減小焊接變形和焊后殘余應力的產生。

3)整體組焊過程及控制要點。

鋼錨梁整體組焊過程如圖5所示。

圖5 鋼錨梁整體組焊流程圖

a.將底板置于平臺上，劃底板縱向、橫向中心線，按線組裝隔板，然后以隔板為內胎，以底板及錨腹板的橫向中心線為基準組裝兩個錨腹板，確保兩個錨腹板沿縱向不錯位。焊接隔板焊縫，然后焊接錨腹板與底板的箱內主焊縫。

b.以錨腹板已有的拉索中心線為基準在錨腹板上劃出錨下加勁板組裝位置線，并將錨下加勁板一頭與錨腹板的錨墊板側對齊，用平尺檢測錨墊板側的錨下加勁板與錨腹板組成的箱口平面，不得錯臺。焊接錨下加勁板，焊縫無損檢驗合格后，組裝焊接錨下隔板并無損檢測錨下隔板與錨腹板的焊縫。

c.組裝頂板并完成鋼錨梁箱體外的四條主焊縫焊接。

d.兩層錨墊板以圓孔為中心劃十字線，先將兩層錨墊板組焊并修整后，再將錨墊板按線組裝到鋼錨梁箱體上并完成焊接。

e.組裝鋼錨梁各加勁板并完成焊接。修整合格后，以錨點為基準立體劃線，用鋼錨梁整體鉆孔樣板鉆制底板栓孔，從而保證鋼錨梁的安裝位置精度。鉆孔后以栓孔為基準劃線機加工鋼錨梁兩頭，保證梁長尺寸精度。

3.1.2 鋼牛腿制造的關鍵工藝及控制要點

鋼牛腿制造中主要控制項點包括預埋板與座板的垂直度、座板的平面度、座板頂面到預埋板錨索孔中心的高度及座板頂面與預埋板兩端的距離等。零件尺寸精度通過機加工保證，鋼牛腿整體尺寸精度在組焊完成后通過整體加工保證。

1)組焊座板單元，將座板與各加勁板、內撐板組焊為整體單元，修整合格。組焊加勁板以及內撐板都以座板孔為基準劃線組焊。組焊圖見圖6。

2)將座板單元與預埋板組焊，以橢圓孔長短軸為基準劃線組裝，重點保證水平板上面與橢圓孔中心的位置及橫向位置精度，焊接探傷。組焊圖見圖7。

圖6 座板單元組焊圖

圖7 座板單元與預埋板組焊圖

3)組焊其余零件:劃線組裝連接腳、墊塊、預埋板加勁肋、剪力釘等零件，組裝時以座板上水平面及橢圓孔長軸為組裝基準。

以座板上平面為基準，劃線加工鋼牛腿兩頭(含連接腳)，確保鋼牛腿整體高度。

3.2 預拼裝精度控制

1)確認每次參加預拼裝的鋼錨梁及鋼牛腿桿件號及順序號無誤后，方可開始預拼裝。預拼裝時注意區分鋼錨梁的主跨側與邊跨側，保證各節段的主跨側與邊跨側方向一致。

2)對拼裝后的鋼牛腿壁板直線度進行檢測，用塞尺檢測拼接口的密貼率。如果超差，調整后復測，直至合格為止。

3)在擺放的同時，用沖釘進行定位，沖釘數量不得小于制造規則的要求。

4)每拼裝2個～3個節段應暫時停止，并對主要項點進行檢測。從而避免拼裝誤差較大時的誤差累積。

5)預拼裝主要尺寸允許偏差按表1執行。

表1 預拼裝主要尺寸允許偏差表

4 結語

鋼錨梁、鋼牛腿的制造，是總結和改進了以往生產鋼錨梁的制造經驗，在制造的過程中加強了對于加工和組裝精度的控制，設計了專用工裝平臺，同時制定了合理的焊接順序和焊接參數，這些都對控制鋼錨梁、鋼牛腿尺寸精度、減小焊接和修整變形、提高單元生產以及整體組裝效率起到了非常重要的作用。實際生產表明，鋼錨梁、鋼牛腿的制造工藝能夠滿足設計規范要求，達到了預期目標。

［1］郭忠寧.斜拉橋常見拉索鋼牛腿與混凝土牛腿的比較［J］.山西建筑，2012，38(12):220，265.