C形焊縫+部分索力張拉調(diào)節(jié)梁段高差分析

趙軍

（中交二公局第一工程有限公司，湖北 武漢 430015）

1 C 形焊縫、索力張拉應(yīng)用概述

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，橋梁也逐漸開始應(yīng)用C 形焊縫以及索力張拉來有效調(diào)節(jié)梁段高差。在面對梁段高差比較大、一字梁焊接較困難的問題時，可以采用C 形焊縫進行焊接，一字梁進行定位連接。其操作過程為：先初張斜拉索，張拉完成后橋機卸載調(diào)節(jié)高差；一字梁與箱梁接觸位置改為豎向鋼板，可更好地貼合箱梁線形變化，便于焊接。而對于梁段剛度較小的情況，在斜拉索初張過程中，底板縫寬變化較明顯，待吊裝梁段底口嵌入已吊裝梁段時，嚴格按照監(jiān)控指令進行索力調(diào)整，并在底板處設(shè)置限位板，防止待吊裝梁段底口嵌入已吊裝梁段或底板焊縫過寬。

2 橋梁工程實例

2.1 工程概況

某橋梁主橋為(110+185+580+185+110)m 雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。主梁采用流線型扁平鋼箱梁斷面，索塔采用門形主塔，斜拉索采用扇形布置，在外側(cè)通過錨拉板錨固。

主橋位于半徑25000m 的豎曲線上，豎曲線中心位于主跨中心位置，將2%的縱坡設(shè)置在橋梁兩側(cè)。主橋平面位于直線段。

主橋采用半漂浮體系，在索塔、輔助墩、過渡墩處設(shè)有豎向支座，將橫向抗風(fēng)支座和縱向阻尼裝置布設(shè)在索塔處。

鋼箱梁梁高4m 左右，橋梁全寬46m(含風(fēng)嘴)，橋面寬度43.5m。拉索橫向間距41.5m，將行車道范圍設(shè)置在拉索之間，將檢修道范圍設(shè)置在拉索外側(cè)，將2.5%雙向排水坡布設(shè)在橋面橫向位置[1]。南、北主塔主跨側(cè)分別設(shè)有15 對斜拉索，斜拉索索距18m。具體如圖1 所示。

圖1 主橋跨徑立面布置圖（單位：m）

2.2 鋼箱梁概況

根據(jù)制造及施工需要，將全橋鋼箱梁分成A—G共8 種類型，共69 個節(jié)段；標準梁段總共58 個節(jié)段，長度為18m，最大吊重大約為428t，一般選擇橋面吊機吊裝。梁段間工地接縫除頂板U 肋采用高強度螺栓連接外，其余都選擇焊接完成[2]。

首件鋼箱梁吊裝選取151#塔區(qū)2#段，節(jié)段長18m，梁段設(shè)計重量428t，采取橋面吊機進行吊裝施工。

圖2 鋼箱梁標準橫斷面圖（單位：m）

3 C 形焊縫

3.1 選擇試驗材料及試驗方法

試驗材料可以選擇CR3、CR340 進行組合，材料厚度分別選擇0.8mm、2.1mm 以及0.65mm、2.6mm，鍍鋅層均為HD60G60G，通過C 形焊縫試樣來完成焊接工作，并對焊縫外形、金相、搭接間縫與焊縫質(zhì)量之間的關(guān)系以及剪切拉伸試驗的相關(guān)力學(xué)性能進行具體分析。

3.2 C 形焊縫開口方向及圓弧直徑

研究上薄板、下厚板的情況下C 形焊縫開口方向與焊縫力學(xué)性能之間的關(guān)系，并注意區(qū)分焊縫受上板力的方向。根據(jù)試驗可知，在彈性變形階段，初期斜率比較小，接著荷載逐漸上升；當處于屈服階段時，荷載稍有波動；當達到屈服極限數(shù)值時就會出現(xiàn)斷裂，此時荷載值最大，緊接著呈現(xiàn)直線下滑趨勢。由此可見，不同開口方向可承受最大剪切力依次為4.64kN、4.79kN，數(shù)值基本相差3%。因此，C 形焊縫開口方向與焊縫力學(xué)性能不存在明顯關(guān)系，即表現(xiàn)出顯著的各向同性。所以，在實踐應(yīng)用時，不需要將焊縫開口方向考慮其中[3]。

過往研究數(shù)據(jù)顯示，當激光焊縫強度為22.5mm時基本與點焊強度等同。將焊縫長度22.5mm 維持不變，進而確定C 形焊縫圓弧直徑與焊縫力學(xué)性能之間的關(guān)系。焊縫圓弧直徑分別為5.5mm、6.0mm，兩種焊縫可承受最大剪切力分別為4.79kN、4.25kN。試驗結(jié)果顯示，5.5mm 的圓弧直徑力值高12.7%，兩個不同圓弧直徑的焊縫位移分別為3.0mm、3.05mm，幾乎一模一樣。通過比較得知，22.5mm 保持不變，通過C 形激光焊縫從薄板到厚板進行焊接工作，圓弧直徑為5.5mm 的力學(xué)性能更好。所以，將C 形焊縫方向統(tǒng)一，圓弧直徑控制在5.5mm 即可。

3.3 不同間隙與焊縫力學(xué)性能之間的關(guān)系

相關(guān)研究表明，從薄板向厚板焊接0.65mm+2.6mm 組合間隙大于0.3mm，或者0.8mm+2.1mm 組合間隙大于0.4mm 的時候，焊縫收弧處就會出現(xiàn)無法連接的現(xiàn)象。所以，從薄板向厚板焊接時，最大間隙應(yīng)分別為0.3mm、0.4mm。根據(jù)幾組不同間隙料片組合發(fā)現(xiàn)，無論材料組合如何，從薄板到厚板焊接時，間縫為0.15mm 的剪切力最大，且外形質(zhì)量最好；從厚板到薄板焊接時，0.65mm+2.6mm 的間隙為0.3mm，和0.8mm+2.1mm 的 間 隙 為0.4mm 與 間 隙 為0.15mm 時平均最大拉剪力幾乎保持一致。

由此可見，從薄板到厚板進行焊接工作時，0.15mm 為最佳間隙，此時力學(xué)性能最佳。但是從厚板到薄板進行焊接工作時，相比之下，其激光功率要高于其他焊接方式，且焊接速度也比較慢[4]。

3.4 研究不等間隙焊縫力學(xué)性能

在實際生產(chǎn)過程中，需要將生產(chǎn)變動容差性充分考慮其中，但容易受零件變形、加工精度等因素影響，因此無法保證零件間隙保持一致。所以，研究不等間隙焊縫力學(xué)性能，能促進其推廣應(yīng)用。研究0～0.3mm 和0～0.4mm 過渡間隙，結(jié)果顯示，不同組合間隙C 形焊縫剪切力依次為5.2kN、8.1kN，最佳剪切力數(shù)值以及焊縫成形基本一致。由此可見，不等間隙中間值與最佳間隙0.15mm 基本一樣，所以不等間隙C 形焊縫幾乎可以與最佳間隙等同。主要是因為0～0.3mm 中心間隙為0.15mm，而0～0.4mm 中心間隙為0.2mm，幾乎與最佳間隙0.15mm 相差無幾，同時與板寬持平方向的C 形焊縫長度比較小，其也更靠近于C 形曲線中心。從上述試驗可以看出，零件間隙與最佳間隙存在微小變化時，往往不會影響焊縫性能。

4 部分索力張拉調(diào)節(jié)梁段高差

4.1 橋面吊機調(diào)試

橋面吊機完成安裝后，需要全面檢查。符合標準后，為了驗證橋面吊機的主要技術(shù)性能，對其進行荷載試驗。

4.1.1 試驗的準備工作

提前準備單塊重約9.36t 的混凝土預(yù)制塊24 塊，尺寸為6m×1.5m×0.4m。

對橋面吊機的后錨點、前支撐點、液壓千斤頂、鋼絞線等主要部位逐一進行檢查，沒有問題后，啟動橋面吊機，進行提梁前的最終檢查。

4.1.2 空載試驗

在吊裝前對吊機進行空載試驗，起重機頂升液壓系統(tǒng)工作正常，抬起、下降過程平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)傾斜情況，調(diào)平平穩(wěn)、準確；兩臺吊機同步啟動，起重機兩個吊鉤上升下降速度一致，符合相關(guān)要求；檢查卷揚機四臺聯(lián)動、兩臺聯(lián)動、單獨動作及各卷揚機緊急剎車情況，都符合相關(guān)要求；起升高度限位器及制動器靈敏可靠[5]。

4.2 鋼箱梁吊裝

2022 年3 月4 日8 時40 分，鋼 箱 梁 運 輸 至 現(xiàn) 場，到場后先由浮吊將12 塊配重塊分別吊裝至梁面，再將鋼箱梁運輸?shù)綐蛳碌跹b位置，然后安裝吊具，吊具安裝完成后進行動載試驗。

4.2.1 動載試驗

動載試驗主要為了驗證起重機在1.1 倍額定荷載下各機構(gòu)是否工作正常。

在配重塊加載完成后鋼箱梁的總荷載達到484.16t，操縱橋面吊機，兩邊同步將梁吊起至0.5m高，操作完畢后，再進行最大速度的起升、下降等動作。經(jīng)檢驗，液壓提升千斤頂、主動放繩器、荷載檢測裝置、起升限位裝置均工作正常。

4.2.2 靜載試驗

靜載試驗的目的是驗證橋面吊機在1.25 倍荷載下結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定。

在動載試驗完成后，再在鋼箱梁上繼續(xù)增加配重，使用浮吊將其余18 塊預(yù)制塊分別加載在兩片鋼箱梁上，使總重達到540.32t。放置完成后，操縱橋面吊機，將梁提離地面100mm，靜止10min，經(jīng)檢查，在此過程中橋面吊機各機構(gòu)制動正常，橋面吊機結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

在靜載試驗完成后，再將鋼箱梁放置到駁船上，將配重塊全部調(diào)離梁頂后，再將鋼箱梁提升至預(yù)定位置，18 時30 分，鋼箱梁提升到位。

在鋼箱梁提升過程中由第三方檢測單位全程對橋面吊機的后錨點及橋面吊機進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示，在1.25 倍梁段重量荷載作用下，邊跨吊機后錨點應(yīng)變不超過400με，即最大拉應(yīng)力不超過80MPa，將0.25 倍梁段重量卸載后，邊跨吊機后錨點應(yīng)變不超過350με，即最大拉應(yīng)力不超過70MPa。中跨右幅吊機后錨點在1.25 倍梁段重量荷載作用下，邊跨吊機后錨點應(yīng)變不超過350με，即最大拉應(yīng)力不超過70MPa，將0.25 倍梁段重量卸載后，邊跨吊機后錨點應(yīng)變不超過300με，即最大拉應(yīng)力不超過60MPa。

4.3 梁段頂板軸線偏位、高差調(diào)整

3 月5 日晚由項目部組織監(jiān)控單位及G05 標一起對S2、Z2 軸 線 進 行 調(diào) 整，3 月6 日 晚 進 行Z2 梁 段 精 調(diào)定位，并由項目部、監(jiān)控單位、JL3 總監(jiān)辦、G05 標、JL6總監(jiān)辦、管理中心聯(lián)合進行驗收，3 月7 日晚再次對S2梁段精調(diào)定位，調(diào)整完成后移交G05 標進行臨時鎖定。

梁段間鎖定后進行焊縫打磨處理，下一步進行環(huán)縫焊接工作。

5 施工安全保證措施

5.1 通航安全保證措施

第一，與海事部門、航道部門密切聯(lián)系，對通航情況進行統(tǒng)一管理。第二，提前向當?shù)馗蹌?wù)局、航道管理局上報航道占用、臨時改變航道及大型預(yù)制構(gòu)件運輸、安裝計劃，就相關(guān)事宜及申請巡邏艇護航等，達成一致。第三，建立責任制，分解船舶航行安全責任，層層落實，嚴格進行檢查考評。第四，會議及協(xié)調(diào)制度：定期與海事、港航監(jiān)督部門協(xié)商溝通；每月召開一次水上交通安全會議，總結(jié)船舶航行管理經(jīng)驗，找差距求改進，不斷完善各項安全保障措施；定期召開氣象、海況預(yù)報分析會、現(xiàn)場船機布置總體協(xié)調(diào)會。第五，標準化管理：系統(tǒng)編制通航安全及船舶管理制度、標準，安全管理計劃，操作手冊等，嚴格實施，確保各船舶全面遵守施工作業(yè)紀律，保持通航預(yù)留航道暢通、安全，施工船舶航行和作業(yè)時按有關(guān)規(guī)定懸掛、顯示信號等。

5.2 場地布置及現(xiàn)場安全控制

對施工過程中可能影響安全生產(chǎn)的因素進行控制，確保施工生產(chǎn)按安全生產(chǎn)的規(guī)章制度、操作規(guī)程和順序要求進行。

5.2.1 開工前的準備工作

落實施工機械設(shè)備、安全設(shè)施設(shè)備及防護用品進場的計劃；落實現(xiàn)場施工人員；辦理職工意外傷害保險。

5.2.2 持證上崗

施工現(xiàn)場內(nèi)的管理人員、特種作業(yè)人員必須持證上崗。對電工、焊工、塔吊、施工升降機械的裝拆工人還應(yīng)進行培訓(xùn)、考核，持相關(guān)證件上崗。由項目部生產(chǎn)副經(jīng)理和財務(wù)資源部門負責確認。

6 結(jié)語

綜上所述，在調(diào)節(jié)梁段高差時，可以選擇C 形焊縫以及調(diào)節(jié)索力張拉數(shù)值來達到理想的效果。通過對某工程橋梁C 形焊縫的試驗研究，明確最佳間縫為0.15mm，同時，零件間隙存在微小變化時，幾乎難以對焊縫性能產(chǎn)生不良影響。通過調(diào)節(jié)工程橋梁的部分索力張拉，進一步改善橋梁的梁段高差，從而保障橋梁工程的安全穩(wěn)定運行。另外，也需要做好施工安全保證措施，從而安全高效地完成橋梁工程，進而保證我國橋梁建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。對于我國橋梁工程而言，焊縫的選擇以及索力的調(diào)節(jié)，都能夠在一定程度上促進其向良好的方向發(fā)展，希望能夠為其他橋梁工程帶來一定的借鑒價值。