城市高架鋼結(jié)構(gòu)橋的鋼箱梁制作技術(shù)

楊 陽 嚴(yán)亞飛 李勝乾 李昊坤

中建鋼構(gòu)江蘇有限公司 江蘇 靖江 214532

1 工程概況

江陰芙蓉大道橋梁為典型的鋼箱梁結(jié)構(gòu)城市高架橋梁，鋼箱梁橫斷面采用單箱三室等截面形式，頂板采用雙向2%橫坡，底板保持水平，腹板采用1∶2.5的斜率。節(jié)段間除頂板U形肋采用栓接外，其余全部采用焊接。每個節(jié)段主要由頂板單元、底板單元、腹板單元、橫隔板單元、挑臂塊體組成（圖1）。

圖1 江陰芙蓉大道橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

2 制作重、難點及對策

2.1 橋梁線形控制

橋梁線形是設(shè)計中的一項主要技術(shù)指標(biāo)，貫穿于鋼箱梁制造、安裝的全過程中，需重點控制。

對策：

1）鋼箱梁制作采用長線預(yù)拼裝，每輪次的預(yù)拼裝節(jié)段不少于5個，采用節(jié)段組裝及預(yù)拼裝同時進(jìn)行的方案。

2）節(jié)段組裝設(shè)置5個停止點，分別為胎架完成、底板組焊完成、隔板組焊完成、頂板組焊完成、節(jié)段整體報檢，每個停止點采用三檢制，即自檢、互檢、專檢。

3）分部組裝過程中，以各個節(jié)段的縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，將各節(jié)段縱橫基準(zhǔn)線的位置偏差控制在允許范圍內(nèi)，以保證其匹配性。

4）鋼箱梁制作預(yù)拼裝各主要工序的監(jiān)測均在溫差較小、無日照的時段進(jìn)行。

5）節(jié)段預(yù)拼裝完成后，組裝匹配裝置，以便現(xiàn)場及時、準(zhǔn)確地復(fù)位各節(jié)段。

2.2 焊接變形控制

影響焊接變形的因素非常多，幾乎在所有的焊接結(jié)構(gòu)制造中都將焊接變形的控制作為重點。

對策：

1）分步組裝、分步焊接，預(yù)制反變形，控制焊接順序。

2）采用小間隙、小坡口焊接，選擇焊接線能量小的焊接方法。

3）在制造中積累各類焊縫的焊接收縮量實測數(shù)據(jù)，以便使預(yù)留的焊接收縮量更為準(zhǔn)確。

2.3 U形肋栓接精度控制

梁段間頂板U形肋連接采用栓接方式，制孔精度控制及如何考慮不同狀況時接口連接孔的位置關(guān)系是工藝的難點。

對策：

1）U形肋兩端螺栓孔在專用鉆孔胎架上，借助整體模板，采用搖臂鉆床鉆孔，保證極邊孔距及孔間距。

2）拼接板采用先孔法，其優(yōu)點在于利用數(shù)控鉆床或胎型樣板鉆孔，質(zhì)量好，效率高，易于實現(xiàn)拼接板標(biāo)準(zhǔn)化，互換性強，便于橋上安裝。

3）通過對首批板單元U形肋極邊孔距的收集及分析，在后續(xù)U肋制孔時考慮補償量。

4）在整體組裝及預(yù)拼裝過程中采用工藝拼接板對相鄰梁段的U形肋進(jìn)行栓接，以保證孔群之間的相對位置關(guān)系。工藝拼接板在相鄰梁段孔群之間要考慮工藝補償量。

3 鋼箱梁制作工藝

3.1 頂板單元制作工藝

3.1.1 頂板單元制作工藝流程

1）零件切割：頂板采用數(shù)控切割機切割下料，弧形板精度要重點控制。

2）組裝U形肋：采用U形肋裝配機進(jìn)行U形肋裝配。組裝前，先對焊縫區(qū)域進(jìn)行打磨，以縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)畫U形肋位置線，進(jìn)行對線組裝（圖2）。

3）焊接U形肋：U形肋開設(shè)50°～55°坡口，留根1 mm±0.5 mm。在船型反變形胎架上，采用CO2自動焊機施焊，焊后降至室溫松卡，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整（圖3）。

圖2 對線組裝

圖3 焊接U形肋

3.1.2 頂板單元制作工藝要點

1）進(jìn)行組裝基準(zhǔn)線彈線時，控制所彈線寬不大于0.3 mm，誤差不大于0.5 mm。

2）采用U形肋裝配機進(jìn)行裝配，應(yīng)滿足以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

① 基準(zhǔn)邊到第1條U形肋的邊距公差±1 mm。

② U形肋與U形肋之間距離公差：橫隔板部位±1 mm，任意位置±2 mm。

③ 基準(zhǔn)邊與縱基線的距離公差±1 mm。

④ 基準(zhǔn)頭到U形肋端頭（到橫基線的距離）公差±1 mm。

⑤ U形肋與橋面板之間的不垂直度≤1 mm，組裝間隙≤1 mm。

3）單元件焊后若平面度出現(xiàn)超差，則需要采用熱矯正的方法進(jìn)行矯正，加熱溫度控制在600～800 ℃，溫度降至室溫前不得錘擊鋼板。個別部位需要進(jìn)行錘擊矯正時應(yīng)加墊板。

3.2 鋼箱梁預(yù)拼工藝

本橋鋼箱梁采用正裝法，以專用胎架為建造平臺，專用胎架采用線形胎架，保證胎架有足夠的強度和剛度，以底板外表面為建造基面進(jìn)行建造[1-3]。

3.2.1 鋼箱梁預(yù)拼工藝流程

1）底板單元件定位（圖4）：以底單元件縱基線反畫橋梁中心線，使用橋梁中心線對地樣中心線，進(jìn)行中心底單元件的橫向定位，同時，以單元件上的橫基線進(jìn)行縱向定位。中心底板定位檢驗合格后，以中心底板的縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，由中間向兩邊依次定位其余底板單元件。

圖4 底板單元件定位

2）中間橫隔板組焊（圖5）：橫隔板的安裝應(yīng)重點控制板面平面度、橫隔板間距及與箱梁底板的角度值，組裝時嚴(yán)格對定位基線，并用吊線錘控制隔板與底板傾斜值，采用組裝拉桿固定。

3）中間直腹板就位（圖6）：直腹板單元定位需以底板的縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，并監(jiān)測腹板與底板的垂直度。

圖5 中間橫隔板組焊

圖6 中間直腹板就位

4）兩側(cè)隔板及斜腹板依次就位（圖7）：安裝兩側(cè)隔板需由中間向兩邊交叉安裝隔板單元件，單元定位需以底板的縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，并監(jiān)測隔板相對底板的沖勢值；安裝兩側(cè)斜腹板需保證兩側(cè)腹板與隔板密貼，并檢查箱梁上口、下口的尺寸大小，控制腹板與底板的錯臺量、腹板到橋梁中心線的半寬值。

5）中間頂板單元就位（圖8）：上頂板單元件之前，先檢測隔板上表面標(biāo)高是否符合驗收要求。對于頂板縱向定位，首先驗證單元件制作時返到頂板上的組裝定位基準(zhǔn)線，同時用全站儀校正該基準(zhǔn)線與橋梁中心線的垂直度；頂板定位時采用吊線錘方法保證每個梁段端口的垂直度（要考慮由于制造線形產(chǎn)生的傾斜量）。

圖7 兩側(cè)隔板及斜腹板就位

圖8 中間頂板單元就位

6）兩側(cè)頂板單元依次就位（圖9）：以胎架中心標(biāo)志塔上的基線以及單元件上的縱基線為準(zhǔn)進(jìn)行中心頂板的橫向定位，然后向兩側(cè)推進(jìn)。

7）挑臂塊體就位（圖10）：

① 橫向定位：以挑臂塊體的縱基線為準(zhǔn)進(jìn)行挑臂塊體單元橫向定位，縱基線到橋軸線的定位尺寸=理論尺寸＋焊接收縮量＋工藝調(diào)整量。

② 縱向定位：以挑臂塊體上的橫基線為基準(zhǔn)進(jìn)行縱向定位，同時校對梁段兩側(cè)橫基線的相對錯位量。

圖9 兩側(cè)頂板單元依次就位

圖10 挑臂塊體就位

8）節(jié)段預(yù)拼裝（圖11）：

① 待每個梁段所有焊接、修整完成后，進(jìn)行橋梁線形的復(fù)測（要求日出前測量）及環(huán)口的匹配修整。配切梁長及頂、底板的坡口。

② 梁段間臨時連接件的組裝應(yīng)在梁段環(huán)縫切割后進(jìn)行。

③ 節(jié)段預(yù)拼裝檢測合格后，采用全站儀、鋼帶等儀器工具，按工藝要求繪制節(jié)段縱向定位線、端口橫向檢查線及節(jié)段橋上吊裝標(biāo)高測量點等各類標(biāo)記，以便節(jié)段在存放、吊裝過程中易于辨別。節(jié)段預(yù)拼裝完成，臨時匹配裝置，測控點、吊耳等布置好。

9）構(gòu)件解體下胎（圖12）：待每個梁段檢驗合格后，進(jìn)行解體下胎。

3.2.2 鋼箱梁預(yù)拼工藝要點

圖11 節(jié)段預(yù)拼裝

圖12 構(gòu)件解體下胎

1）單元件組裝定位：為控制鋼箱梁的組裝精度，減小溫差影響，橋梁中心線處底（頂）單元件、腹板、橫隔單元件和頂單元件的定位組裝需在無日照影響時進(jìn)行，鋼箱梁尺寸設(shè)計基準(zhǔn)溫度為15 ℃。各主要尺寸要根據(jù)環(huán)境溫度與設(shè)計基準(zhǔn)溫度的溫差來進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，補償?shù)臄?shù)值根據(jù)鋼材的線膨脹系數(shù)1.2×10-5K-1來計算[4-6]。

2）鋼箱梁焊接應(yīng)分步進(jìn)行，遵循先內(nèi)后外、先下后上、由中心向兩邊的施焊原則。

3）基線至基線的距離要準(zhǔn)確預(yù)留各項余量，相鄰吊裝段間橫基線間距=理論尺寸＋焊接收縮量。

4）梁段整體組裝時，單元件在梁上橫向接寬使用預(yù)變形工藝。工藝方法為：在接板對接縫的位置墊高外推2 mm，貼陶瓷襯墊，焊接（打底、CO2填充、撤墊、自動焊蓋面），修整。

5）鋼箱梁預(yù)拼裝完成后要設(shè)置現(xiàn)場定位板，以方便現(xiàn)場準(zhǔn)確定位；此外，梁段上還需設(shè)置測量控制點，既可用于監(jiān)控總拼裝精度，也可用于現(xiàn)場橋位各節(jié)段定位監(jiān)控。

4 結(jié)語

江陰芙蓉大道快速化改造工程為典型的鋼結(jié)構(gòu)城市高架橋梁，其特點是制作精度要求高、焊接工程量大、焊接難度大。本文從橋梁線形控制、焊接變形控制及鋼箱梁制作工藝等方面對其進(jìn)行研究總結(jié)，為今后同類型工程的實施提供一定的參考。