復(fù)雜鋼箱梁節(jié)段制作和焊接技術(shù)

馮昌海，李成軍

（山東寧大建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

0 引言

隨著我國橋梁工程的高速發(fā)展，一大批針對(duì)橋梁施工的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，但經(jīng)科技查新和網(wǎng)絡(luò)檢索，針對(duì)鋼箱梁制作國內(nèi)暫無系統(tǒng)性的應(yīng)用研究，本技術(shù)體系的研發(fā)和成功應(yīng)用為鋼箱梁制作技術(shù)體系提供了理論基礎(chǔ)。

1 工程概況

濟(jì)寧太白湖新區(qū)漁皇路老運(yùn)河橋、道路和管廊建設(shè)項(xiàng)目(河都路～車站南路)段，西起河都路附近，東至漁車站南路附近箱型橋梁采用跨徑組合52m+83m+52m 三跨變截面連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)預(yù)起拱117.4mm，箱梁組裝完成寬度達(dá)19 000～20 798.5mm，采用超寬、變截面、大跨度鋼箱梁結(jié)構(gòu)。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用變截面單箱多室鋼箱梁結(jié)構(gòu)，主要輪廓尺寸為：?jiǎn)畏淞喉斆嫒珜?9.0～20.8m，底板寬度13.6m，懸臂長2.75m，單幅結(jié)構(gòu)中心線處梁高中支點(diǎn)處4.0m，鋼箱梁內(nèi)設(shè)四道縱腹板，形成單箱三室斷面。

鋼箱橋梁順橋向分為70 節(jié)段，每個(gè)梁節(jié)段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制作難度：（1）頂板、底板、內(nèi)隔板等板件需要精密切割；（2）U肋的折彎加工和U 肋坡口加工的變形控制要求高；（3）箱型梁節(jié)段胎架需考慮預(yù)拱和橫向反變形控制；（4）頂?shù)装鍐卧附幼冃慰刂埔髧?yán)格（5）梁節(jié)段的焊接順序控制難度較大。

圖1 鋼箱梁示意圖

2 鋼箱梁制作方案

2.1 鋼箱梁節(jié)段制作

鋼箱梁的節(jié)段組裝為“正裝法”。主梁節(jié)段的組裝焊接程序按照“底板單元按線上胎定位→焊接修整→組橫縱隔板單元→焊接修整→組頂板單元→焊接修整→組腹板單元→焊接修整→組焊附屬設(shè)施”的順序組裝、焊接，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段制作流程如圖2 所示。

圖2 節(jié)段制作流程圖

2.2 梁段匹配組裝（預(yù)拼裝）

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，板單元制作完成，在廠區(qū)的預(yù)拼場(chǎng)進(jìn)行多梁段的連續(xù)匹配組焊以及預(yù)拼裝，即梁段組焊以及預(yù)拼裝需要在胎架上一次制作完成。為保證鋼箱梁節(jié)段制作精度及節(jié)段的連續(xù)性，節(jié)段制作需在長度方向加預(yù)留量，梁段組拼過程中，對(duì)梁段的長度方向進(jìn)行二次配切，保證鋼箱梁的組裝精度滿足設(shè)計(jì)要求[1]。

總拼胎架一次連續(xù)拼裝六個(gè)節(jié)段，檢查合格后，標(biāo)記梁段號(hào)，將一端五個(gè)梁段運(yùn)出轉(zhuǎn)序，留下最后一個(gè)梁段，與下一輪梁段進(jìn)行組拼。梁段拼裝順序與吊裝順序相同，吊裝時(shí)不允許調(diào)換梁段號(hào)。

2.3 鋼箱梁焊接工藝

鋼箱梁焊接分為廠內(nèi)制作焊接和運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)的組裝焊接。

2.3.1 焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)

焊前進(jìn)行焊接工藝的評(píng)定試驗(yàn)，試驗(yàn)根據(jù)圖紙的焊接接頭形式、焊接位置、母材牌號(hào)及厚度，并根據(jù)本項(xiàng)目所遵循的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定具體的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目，擬用的焊接設(shè)備及焊接方法，焊接坡口形式編寫焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目清冊(cè)，相關(guān)的母材和焊材質(zhì)保書、焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)取樣圖以及試樣加工圖等，提交監(jiān)理工程師審查批準(zhǔn)[2]。

焊接工藝評(píng)定計(jì)劃書按規(guī)定的程序批準(zhǔn)后，逐項(xiàng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。將焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)報(bào)告送交監(jiān)理工程師，邀請(qǐng)行業(yè)專家評(píng)審，提出評(píng)審意見，按照程序根據(jù)評(píng)審意見，制定焊接作業(yè)指導(dǎo)書和焊接工藝規(guī)程等文件后執(zhí)行。

2.3.2 廠內(nèi)單元件、部件的焊接

單元件焊縫分布規(guī)律，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，單元件焊接質(zhì)量控制的關(guān)鍵是通過合理采用自動(dòng)焊焊接技術(shù)，達(dá)到穩(wěn)定焊接質(zhì)量、控制焊接變形的目的。根據(jù)本橋的特點(diǎn)，分以下幾個(gè)單元件進(jìn)行制造[3-4]。

（1）頂、底板單元件焊接。頂、底板單元件存在的質(zhì)量控制重難點(diǎn)有：數(shù)量多而且每件的焊縫長；焊接變形控制要求高，若焊接變形太大，則將會(huì)降低焊接質(zhì)量以及幾何精度，同時(shí)矯正工作量大大增加，延長了制作周期，制作成本也會(huì)大幅提高；合理的焊接順序可以減少不必要的焊接變形。頂、底板單元件采用多部焊接小車進(jìn)行施焊，U 肋角焊縫焊接方向相同，焊接速度一致。

頂、底板單元件焊接過程中會(huì)產(chǎn)生較大的橫向收縮變形和縱向收縮變形，最好的控制方法除了采用線能量小的CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接外，采用液壓橫向反變形胎架焊接，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)值，不同的頂、底板厚預(yù)放不同的反變形量，以抵消焊后變形量。

（2）腹板單元焊接。腹板單元為板肋板單元，板肋板單元的焊接，須在專用船形焊胎架上進(jìn)行，預(yù)制反變形。板單元件采用一臺(tái)或兩臺(tái)CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊機(jī)間隔對(duì)稱施焊，要求焊接方向相同，焊接速度一致。

板單元件加勁焊接順序如圖3 所示。

圖3 板肋板單元焊接順序圖

圖4 隔板單元焊接順序圖

（3）橫隔板單元件焊接。焊接方法焊縫外觀成型以及減小焊接變形是焊接控制的重點(diǎn)工作，本技術(shù)采用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊，不便之處采用CO2氣體半動(dòng)焊焊接。

焊接順序及焊接變形控制，以標(biāo)準(zhǔn)橫隔板焊接順序?yàn)槔憾ㄎ谎b配橫隔板加勁，將橫隔板單元件與胎架之間進(jìn)行剛性固定，焊接人孔加勁角焊縫①。焊豎向加勁與橫隔板的角焊縫②③④，由中間向兩端對(duì)稱焊接。焊接上水平加勁與橫隔板的角焊縫③。焊接下水平加勁與橫隔板的角焊縫④。焊接加勁與加勁間角焊縫⑤。

焊接變形矯正，橫隔板單元件焊接變形主要為板邊角變形、波浪變形和加筋變形，矯正采用火焰矯正工藝，矯正溫度控制在600℃～750℃之間，嚴(yán)禁過燒、錘擊和水冷。

（4）箱梁焊接。鋼箱梁焊接裝配順序：閉口鋼箱梁節(jié)段組焊在預(yù)拼裝胎架上進(jìn)行。裝配順序?yàn)椋旱装鍐卧咸ゼ芏ㄎ弧舭鍐卧ㄎ弧拱鍐卧咸ザㄎ弧敯鍐卧咸ザㄎ弧?/p>

焊接順序：焊接應(yīng)遵循底板、頂板縱向?qū)雍缚p同向焊接、同類焊縫對(duì)稱焊接、箱體先內(nèi)后外、先下后上、由中間向兩邊施焊的原則。

2.3.3 施工現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接

工地焊接待成品小節(jié)段吊裝就位后，調(diào)整好焊接間隙后再進(jìn)行焊接。首先進(jìn)行大節(jié)段內(nèi)部橫向塊體間縱縫焊接；再進(jìn)行大節(jié)段間的環(huán)縫焊接；最后進(jìn)行嵌補(bǔ)段連接。

（1）節(jié)段間的縱向?qū)印９?jié)段間首先將懸臂與邊箱體對(duì)接成整體，其次橫隔板與腹板的工地立位焊縫，最后頂?shù)装鍓K體間縱向工地對(duì)接焊縫。底板由偶數(shù)名焊工同時(shí)施工，進(jìn)行焊接。頂板由偶數(shù)名焊工同時(shí)施工，進(jìn)行打底和填充焊接，蓋面層采用一臺(tái)埋弧自動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行焊接。焊接示意圖如圖5所示。

圖5 箱梁工地焊接順序圖

（2）梁段間的橫向?qū)印Ｖ鳂蛄憾蜗群附痈拱澹俸附拥装澹俸附禹敯濉５装逵膳紨?shù)名焊工同時(shí)施工，進(jìn)行焊接。頂板由偶數(shù)名焊工同時(shí)施工，進(jìn)行打底和填充焊接，蓋面層采用一臺(tái)埋弧自動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行焊接。焊接方向如圖6 所示。

圖6 梁段間橫向?qū)禹樞驁D

（3）U 型肋的嵌補(bǔ)焊。工地U 型肋的嵌對(duì)接采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，反面鋼襯墊，單面焊雙面成型。工地U 型肋嵌補(bǔ)段可以同時(shí)施工，先焊接對(duì)接縫，后焊接角焊縫。

（4）板肋的嵌補(bǔ)焊。板肋的嵌補(bǔ)段對(duì)接采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，反面貼鋼襯墊，由先焊接加勁肋的對(duì)接，后焊接加勁肋與頂?shù)赘拱宓慕呛缚p。

完成連續(xù)拼裝焊接，并拆卸匹配件及吊耳。吊耳如采用焊接與頂板連接時(shí)，拆除吊耳，不得敲擊，必須采用火焰切割，并預(yù)留5mm 切根，以防止傷及頂板。然后用砂輪打磨切割。

（5）工地節(jié)段焊接工藝參數(shù)。工地焊接除定位焊及修補(bǔ)焊外，均采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊。

工地節(jié)段焊接除角焊縫外，對(duì)接焊縫均采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊，單面焊雙面成型的焊接工藝。背面貼陶瓷襯墊。焊接坡口形式，坡口角度45°，根部間隙6mm。

3 結(jié)論

針對(duì)濟(jì)寧太白湖新區(qū)漁皇路老運(yùn)河橋、道路和管廊建設(shè)項(xiàng)目(河都路～車站南路)段鋼箱梁節(jié)段制作和焊接技術(shù)的研究，通過優(yōu)化方案，在降低廢品率的同時(shí)，縮短了制作周期，降低了制作成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

本技術(shù)方案的成功研發(fā)應(yīng)用，已推廣應(yīng)用到G104 京嵐線濟(jì)南黃河公路大橋和濟(jì)寧太白湖新區(qū)奧體路跨老運(yùn)河橋及部分市政道路建設(shè)EPC 項(xiàng)目等其他鋼箱梁制作中，助推項(xiàng)目獲得了山東省鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)、山東省優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)工程和山東省安全文明標(biāo)準(zhǔn)化工地等榮譽(yù)。

同時(shí)，本技術(shù)體系中包含的橋面板單元智能制作生產(chǎn)線和綠色環(huán)保涂裝生產(chǎn)線具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，有效降低了制作中煙塵和油漆的揮發(fā)外放，對(duì)環(huán)保具有積極意義。

本技術(shù)成功研發(fā)以及應(yīng)用為同類型鋼箱梁工程提供了全新方法，更貼合社會(huì)需求，更有效地針對(duì)不同橋梁特點(diǎn)而共用同一種加工制作方案。是一次全面性的技術(shù)提高，為存在類似制作難題的工程提供了技術(shù)參考，為行業(yè)整體制作技術(shù)水平的提升注入了新動(dòng)力，在工期、質(zhì)量、安全、節(jié)能環(huán)保、造價(jià)等方面具有突出的先進(jìn)性和新穎性。