滬通長江大橋鋼錨梁制造關鍵技術

朱東明 黃旭光

摘 ?要：鋼錨梁是斜拉橋重要受力構件，橋面荷載通過斜拉索傳遞到鋼錨梁后再作用到主塔，其受力復雜，焊接要求高。新建上海至南通鐵路滬通長江大橋一個鋼錨梁同時錨固邊跨、主跨6根斜拉索，角度變化多，對錨固點平面度、垂直度等要求高，制造難度大。該文結合鋼錨梁結構特點，提出各項優化工藝，實現對大型多索面鋼錨梁幾何尺寸、焊接收縮、錨室預制、索導管空間角度精確控制，解決大型多索面鋼錨梁工廠制造關鍵技術各項難題。

關鍵詞：滬通長江大橋;鋼錨梁;錨室;索導管;焊接變形控制

中圖分類號：TU445文獻標志碼：A

1 工程概況

新建上海至南通鐵路滬通長江大橋位于長江江蘇段，北岸為南通市，南岸為張家港市，是滬通鐵路全線的控制性工程。全長11 072 m，主航道橋為跨度為（142+462+1092+462+142）m的五跨連續鋼桁梁斜拉橋，主跨鋼桁梁采用“N”形桁，桁寬2×17.5m，桁高16 m，節間長度14 m，為公鐵兩用斜拉橋，新建上海至南通鐵路滬通長江大橋立面布置如圖1所示。

鋼錨梁由受拉錨梁和錨固構造組成。每對斜拉索面內的恒載平衡水平分力由鋼錨梁承受，恒載不平衡水平分力通過錨梁腹板與牛腿預埋鋼板間高強螺栓傳至塔壁由主塔承受。

2 鋼錨梁結構特點

鋼錨梁總長10 680 mm，寬度5 172 mm，高度3093mm，腹板間凈距4 200 mm。一組鋼錨梁結構及主要組成零件如圖2所示。鋼錨梁主要由頂板、腹板、底板、錨室、隔板以及加勁板組成。錨室上側安裝兩層60 mm厚的錨墊板，中跨、邊跨共6處安裝錨管。

錨室構造主要包括錨下主支撐板、錨下副支撐板、加勁板、錨墊板、錨室端板以及封閉板。邊桁上錨墊板設置楔形坡度以適應與中桁索立面傾角的微小差別，鋼錨室的組成結構如圖3所示。主支撐板與錨梁腹板熔透焊接，板厚50 mm，是將索力由錨頭傳遞至錨梁的主要構件。主支撐板、副支撐板構成的“井”字型端面需要與錨墊板N17磨光頂緊后焊接。錨室端板開孔，待斜拉索套筒穿過后焊接密封，并結合封閉板，整個錨室達到氣密度防腐要求。

鋼錨梁斜拉索預埋套筒分為3段（L1、L2、L3），L1預埋于混凝土塔壁中，通過勁性骨架定位，L2焊接于牛腿預埋鋼板上，并與L1通過法蘭盤連接，L3焊接于錨墊板上，并與L2之間留20mm間隙以適應鋼錨梁的彈性伸長。

每個鋼錨梁設置了6處錨點，分別位于錨墊板N18、N18a孔中心，是拉索受力起始點，也是整個鋼錨梁定位、測量基準點。鋼錨梁拉索系統線空間角度如圖4所示。拉索系統線經錨點向兩側延伸，其中邊桁拉索系統線與主塔X、Y、Z坐標平面形成三維空間夾角[1]。邊桁索導管系統線與拉索系統線的α、β、γ不相同，邊桁索導管α角采用的是中桁的α角，再利用邊桁的θ角反推出邊桁的β、γ角。α、β、γ分別為斜拉索在3個投影面的夾角，m表示中跨，s表示邊跨。

3 鋼錨梁重難點分析

鋼錨梁重難點有7點。1）錨室承壓板N13與承壓板N14之間以及N13與錨梁腹板之間焊縫為熔透焊，板厚大，操作空間小，焊接難度大。2）設計要求錨室單元與錨墊板之間為磨光頂緊后角焊接，則需保證構成錨室單元的“井”字型構件與錨墊板接觸面為同一平面[2]。3）鋼錨梁索導管L3與錨梁之間在X、Y、Z方向上均有角度，空間角度控制比較困難。4）平臺面板為8 mm鋼板，平面尺寸大，與之焊接的加勁板較多，變形較大[3]。5）錨梁與牛腿之間為高栓連接，控制孔位精度是難點。6）錨梁底板四處孔群與牛腿四處頂板高栓連接，保證四點共面是控制的重點。7）錨梁中跨設置滑動摩擦副，如何盡量減小摩擦力達到設計意圖是施工難點。

4 鋼錨梁制造流程及關鍵工藝

4.1 零部件預制

邊桁錨墊板N18'、N18a' 為楔形塊，數控下料后，需進行刨面加工。通過機加工形成的坡面角度適應邊桁與中桁錨墊板的角度偏角。主承壓板N13為異形板，采用數控下料，上下兩端與鋼錨梁腹板熔透焊接，需要預留焊接收縮余量，同時由于端部為圓板尖角，需要預留80 mm臺階滿足無損探傷滑塊移動距離，待其組焊完成后，再進行切割打磨錘擊。鋼錨梁零件機加工工藝如圖5所示。與錨墊板接觸部位為磨光頂緊焊接，需要預留機加工余量，進行端面整體銑刨，保證井字形結構各個零件共面[4]。下料完成后開制熔透焊坡口，考慮狹小空間的焊接工位問題，坡口采用單面坡口，坡口角度朝向箱外方便施焊。

4.2 錨室單元件預制

錨室單元錨固的斜拉索存在空間角度，其制造加工精度直接關系到斜拉索的傳力角度。錨室單元件要提前預制，并經過整體機加工才能保證空間角度的準確性。

4.3 錨梁組焊工藝

拼裝及焊接錨室單元，錨室單元單獨預制，整體進行刨面，保證邊桁與中桁錨管的角度。在腹板上劃線拼裝錨室單元，采用正拼法，方便控制錨管空間角度。錨管的空間角度通過控制錨管的軸線空間角度實現，錨管的軸線為錨點和導管的下出口形心連線，并注意這2個點之間的長度是我們需要的索導管控制長度[5]。由于每個拉索角度不同，拼裝時注意校核錨室上主承壓板各自的角度。錨室的空間角度粗定位通過地樣點實現，角度的精確控制和調整以及最終檢測需要借助全站儀。

4.4 鋼錨梁索導管的安裝

由于索導管與錨梁桿件之間為空間角度關系，在定位安裝前，需預先計算放樣，將三維角度關系轉換為二維尺寸關系，再在索導管上預先劃出系統線，并在桿件上劃出導管定位基準點，其安裝定位尺寸如圖5所示。安裝時軸線對準基準點，到位后，再利用全站儀進行精密測量確認導管空間角度定位準確，如需微調則用全站儀配合進行。

4.5 鉆孔工藝

鋼錨梁底板與腹板通過栓孔與牛腿連接，鋼錨梁腹板邊跨側為φ33 mm高強螺栓孔，中跨側為φ33×48 mm長圓孔。為了保證鉆孔精度，在桿件組焊完成后，尺寸調整到位再進行整體后孔。鉆孔設備采用空心鉆。索導管法蘭盤上孔為φ24 mm高強螺栓孔，每一對法蘭盤采用匹配鉆孔。

5 結語

新建上海至南通鐵路滬通長江大橋鋼錨梁在設計形式上非常具有創新性。與普通鋼錨梁相比，單個錨梁同時錨固6根斜拉索，桿件幾何尺寸精度控制更加困難、焊接收縮引起的拱度、旁彎、扭曲等變形更加復雜。在制造工藝設計過程中，對零件下料、板單元制造、錨室預制、整體焊接、導管安裝、制孔每個工序都要深入研究，制定有針對性的工藝措施。從新建上海至南通鐵路滬通長江大橋錨固結構現場安裝的情況來看，鋼錨梁的制造精度以及整體質量完全滿足架設需求。通過各項關鍵技術的研究，解決了這種超大型多索面鋼錨梁工廠制造的幾何尺寸精度控制、焊接變形控制、導管安裝空間角度控制等難題，以上取得的成果為今后類似結構鋼錨梁工廠制造提供了可借鑒的經驗。

參考文獻

[1]中國交通運輸部.公路橋涵施工技術規范，JTG/T F50—2011[S]. 北京：人民交通出版社，2011：156-158.

[2]中國鐵路總公司.鐵路鋼橋制造規范，Q/CR 9211—2015[S]. 北京：中國鐵道出版社，2015：11-12.

[3]付榮柏.焊接變形的控制與矯正[M].北京：機械工業出版社，2006.

[4]燕文濤.滬通長江大橋鋼桁梁錨箱制造技術[J].世界橋梁，2018，46（1）：23-26.

[5]岳瑩，黃峰.荊岳長江大橋鋼錨梁制作工藝[J].鋼結構，2009，24（7）：70-73.