鋼箱梁橋梁用梯形閉口加勁肋的輥彎成型技術(shù)

李 燁 習(xí)天輝

（1.武鋼集團江北公司 湖北 武漢：430415；2.武鋼股份制造部 湖北 武漢：430080）

隨著交通運輸?shù)难该桶l(fā)展，傳統(tǒng)的混泥土箱梁橋已不能滿足實際要求，鋼箱梁橋梁的應(yīng)用日益普遍，已成為世界上大、中跨度的現(xiàn)代鋼橋常用的結(jié)構(gòu)形式［1］?？v向梯形閉口加勁肋作為鋼箱梁板件的聯(lián)結(jié)組成部分，為箱梁提供有效截面，增強橋面的總體承載力，尤其對控制橋面板的豎向撓度起到?jīng)Q定性作用。梯形閉口加勁肋因其具有剛度大、屈曲穩(wěn)定性好的優(yōu)良力學(xué)特性而在正交異性橋面系中得到廣泛采用［2］。從較早建造的廣東虎門大橋、宜昌長江大橋、武漢軍山長江大橋、廈門海倉大橋，到后來的杭州灣跨海大橋、柳州紅光大橋及部分城市高架橋等，均采用了鋼箱梁建造橋梁［3］，在橋梁建設(shè)中，梯形閉口加勁肋的用量越來越大。梯形閉口加勁肋其形狀雖然簡單，但規(guī)格較多，精度要求高，生產(chǎn)難度大。規(guī)范其規(guī)格尺寸、研究出優(yōu)質(zhì)高效的生產(chǎn)方法以滿足交通運輸建設(shè)的需要，已迫在眉睫。

本文綜述了鋼箱梁橋梁用梯形閉口加勁肋在輥彎成型過程中的工藝控制技術(shù)，提出了鋼箱梁橋梁用梯形閉口加勁肋的常用規(guī)格和技術(shù)要求的建議。

1 梯形閉口加勁肋的生產(chǎn)工藝

作為冷彎型鋼的梯形閉口加勁肋，其基本生產(chǎn)工藝有兩種，一種是沖壓成型，一種是輥彎成型。

沖壓成型是將剪切好的平板先采用刨邊機刨邊后，再通過壓力機沖壓或折彎成所需的斷面形狀。該生產(chǎn)方法的優(yōu)點是生產(chǎn)批量不受限制、閉口肋邊浪較少，缺點是生產(chǎn)效率低、模具費用高、產(chǎn)品長度受限制、產(chǎn)品表面易劃傷、原料變化時質(zhì)量難以控制。

輥彎成型是將鋼卷帶通過連續(xù)的多道次軋輥逐步彎曲成所需的斷面形狀，在成型的同時采用專用的刨邊裝置對產(chǎn)品刨邊處理，其主要優(yōu)點是生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、控制質(zhì)量的手段靈活、定尺長度調(diào)整方便，不足之處在于該成型方法易出現(xiàn)邊浪等缺陷。本文僅對連續(xù)輥彎冷彎成型的生產(chǎn)技術(shù)進行闡述。

輥彎成型梯形閉口加勁肋的生產(chǎn)工藝流程為：原料驗收→縱剪剪切→帶鋼檢驗→帶鋼卷取→軋機上料→頭尾對焊→活套貯料→輥彎成型、刨邊→飛鋸定尺鋸切→端頭整形→檢驗。

2 梯形閉口加勁肋輥彎成型技術(shù)

在梯形閉口加勁肋的輥彎試生產(chǎn)過程中，常見的問題主要有開口尺寸超標(biāo)、邊緣浪形（邊波）、彎曲及扭曲值超標(biāo)、兩腿高度差超標(biāo)等，質(zhì)量控制的難點為邊緣浪形、彎曲及扭曲值超標(biāo)。主要的質(zhì)量控制辦法如下。

2.1 鋼卷原料及縱剪帶鋼的質(zhì)量要求

鋼卷原料及縱剪帶鋼的質(zhì)量直接關(guān)系到梯形閉口加勁肋產(chǎn)品的質(zhì)量。原料鋼卷的板形瓢曲、邊浪、內(nèi)應(yīng)力不均可直接導(dǎo)致閉口肋出現(xiàn)邊緣浪形，縱剪帶鋼的鐮刀彎、同板差大、內(nèi)應(yīng)力不均等也可導(dǎo)致閉口肋產(chǎn)品出現(xiàn)彎曲、扭曲等質(zhì)量問題。輥彎成型過程中，產(chǎn)品在縱向為了協(xié)調(diào)一致，有鐮刀彎的帶鋼會使成型產(chǎn)品的邊部在對應(yīng)的鐮刀彎外側(cè)生產(chǎn)邊浪，有邊浪和扭曲的帶鋼會將邊浪和扭曲直接帶到閉口肋產(chǎn)品上。因此必須對原料鋼卷和縱剪鋼帶的質(zhì)量嚴(yán)加控制。

梯形閉口加勁肋所用的鋼卷原料必須符合下述要求：在鋼卷的縱向方向任意1米的范圍內(nèi)，邊緣波浪數(shù)不得超過2個，且每個波浪的波幅不得超過4mm；縱向鐮刀彎每米不大于1mm，橫向不平度每米不大于5mm，橫向厚度同板差不大于公稱厚度的0.5%。同時要求熱軋鋼卷的內(nèi)應(yīng)力分布較均勻，其它應(yīng)滿足GB／T 709技術(shù)要求。

縱剪帶鋼的質(zhì)量要求為：寬度公差為±0.5mm，帶鋼縱向鐮刀彎小于0.5mm／m，帶鋼不得有邊浪等邊部缺陷，縱剪帶鋼要注明左右，以便按照同一方向?qū)т撨M行頭尾對焊、活套貯料。

2.2 邊緣浪形的控制

帶鋼通過連續(xù)軋輥逐步冷彎成梯形閉口加勁肋，最易出現(xiàn)的質(zhì)量問題就是邊緣浪形。邊緣浪形也稱邊浪或邊波，由彈性或彈塑性翹曲引起。梯形閉口加勁肋產(chǎn)生邊緣浪形的主要原因是原料帶鋼板型不良、輥彎工藝不當(dāng)。

鋼卷原料的板型不良、內(nèi)應(yīng)力不均勻、縱剪不當(dāng)均可導(dǎo)致縱剪帶鋼產(chǎn)生邊浪或鐮刀彎，從而導(dǎo)致冷彎成型產(chǎn)品出現(xiàn)邊緣浪形。如3.1所述，通過鋼卷原料及縱剪帶鋼質(zhì)量的控制，可避免產(chǎn)生邊緣浪形。

其次，成型工藝對產(chǎn)品邊緣浪形有重要的影響。輥式冷彎成型根據(jù)產(chǎn)品成型底線的變化一般可分為底線水平法、底線下山法和邊緣線水平法［4］。由于梯形閉口加勁肋產(chǎn)品具有兩肋較高、壁厚較薄的特點，冷彎成型過程中像這種邊部尺寸大、厚度小的產(chǎn)品，邊部的縱向剛度小，大的邊部拉伸不可避免，邊浪就容易產(chǎn)生。邊緣浪形由彈性或彈塑性翹曲引起，在成型的初始階段，因為邊部被迫在豎直方向和橫向移動，閉口肋的邊部不可避免的發(fā)生縱向拉伸。當(dāng)邊部進入輥縫時，產(chǎn)生了附加的伸長。然而，當(dāng)它從輥縫出來時，因為產(chǎn)品的每部分的縱向長度應(yīng)相等從而保持產(chǎn)品的平直性，伸長的邊部必須收縮。當(dāng)局部的邊部拉伸過大時，伸長的邊部平滑地收縮就很困難或不可能了。在某些情況下，在輥縫的出口處，作用在邊部的壓應(yīng)力超過了臨界值，結(jié)果發(fā)生了翹曲，及產(chǎn)生邊緣浪形。閉口肋在成型的過程中，閉口肋的邊部受較大的拉應(yīng)力，因局部拉伸而不能收縮，將出現(xiàn)邊緣浪形。為了使邊緣的延伸率不大于該材質(zhì)的彈性延伸率極限，可適當(dāng)增加變形道次，緩和變形角度，從而減少邊部的移動量，使產(chǎn)品的縱向應(yīng)變的橫向分布變得較均勻。但對于機架數(shù)量一定的軋機，增加變形架次不現(xiàn)實，可采用底線下山法或邊緣水平法成型，降低產(chǎn)品邊緣升起高度，減少邊緣的拉伸，從而減少梯形閉口加勁肋的邊緣浪形。在實際生產(chǎn)中，為了避免邊緣水平法帶來的梯形閉口加勁肋底部過渡延伸，一般將成型底線下山法和邊緣水平法有機地結(jié)合，更有效地克服梯形閉口加勁肋的邊緣浪形。

2.3 彎曲及扭曲的控制

縱向彎曲和扭曲是窄的冷彎型鋼產(chǎn)品最常見的缺陷，這種缺陷由縱向薄膜應(yīng)變的橫向分布不均引起，即由金屬板帶的縱向伸長和收縮的不均引起?？v向彎曲和扭曲的大小和方向隨著薄膜應(yīng)變的分布模式的改變而改變。

生產(chǎn)實踐表明，影響梯形閉口加勁肋產(chǎn)生彎曲、扭曲超標(biāo)的主要原因有原料、成型工藝和操作等方面的問題。如上所述，因為原料鋼卷的應(yīng)力不均、不平度較大或鐮刀彎，致使縱剪鋼帶產(chǎn)生鐮刀彎或板形扭曲，該鋼帶軋制成梯形閉口加勁肋后，就很可能會出現(xiàn)彎曲或扭曲［5］。即使縱剪帶鋼質(zhì)量較好，如果成型底線使用不當(dāng)，在成型的過程中，產(chǎn)品的邊部因為豎直方向和橫向移動而被迫拉伸，產(chǎn)品出軋輥后伸長的邊部不能收縮到與產(chǎn)品的底部在縱向保持一致，產(chǎn)品就出現(xiàn)上下彎曲；如果操作不當(dāng)，如平輥的壓力過大或過小，平輥兩端的壓下不均，均使產(chǎn)品的縱向應(yīng)變在橫向的分布不均，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)彎曲或扭曲超標(biāo)。對于已有鐮刀彎的帶鋼，可采用單邊壓下的方式使較短的一邊適當(dāng)延伸，以達到兩邊緣等長的目的，從而改進產(chǎn)品的側(cè)向彎曲。

2.4 坡口質(zhì)量的控制

由于橋梁鋼箱梁制造的工藝需要，梯形閉口加勁肋的邊部必須刨坡口。輥彎成型梯形閉口加勁肋的坡口可在線刨，也可下線刨。為了提高生產(chǎn)效率，可采用如圖1所示的在線刨坡口裝置，該裝置包括刨刀架、刀具、毛刺擋板和支撐軋輥，可實現(xiàn)輥彎成型與刨坡口同時進行。刨刀架具有進退和上下調(diào)節(jié)的功能；刀具根據(jù)產(chǎn)品坡口的要求角度和成型工藝可調(diào)整刨削角度；刨削刀具的瓦口要磨削適當(dāng)，確保毛刺的流向。使用刨邊擋板，可以確保產(chǎn)品表面不致劃傷。該裝置可使梯形閉口加勁肋的刨邊能高效優(yōu)質(zhì)地進行，鐵屑排出順利，產(chǎn)品表面無劃傷。

圖1 刨坡口裝置示意圖

2.5 端頭整形

梯形閉口加勁肋作為一種冷彎開口型鋼，定尺鋸斷后存在端頭變形現(xiàn)象，具體表現(xiàn)在沿型鋼軋制方向，前端頭開口收縮變小，而后端頭開口張開擴大。這是由于輥彎冷彎成型的內(nèi)應(yīng)力造成的，在軋機上一般難以避免。端頭的變形，給產(chǎn)品的后續(xù)對接、焊接等使用帶來居多的不便。

可對飛鋸的夾具進行適當(dāng)?shù)母脑?，在飛鋸鋸切時，讓前夾具將產(chǎn)品的小頭適當(dāng)脹大，后夾具將產(chǎn)品的大頭適當(dāng)壓小。產(chǎn)品鋸斷后經(jīng)過一定的回彈，產(chǎn)品的小頭開口可以得到一定的改善。要徹底解決產(chǎn)品的大頭，還必須用壓大端頭裝置（如圖2）進行整形，通過上、下夾具及側(cè)夾具的擠壓，使開口過大的大頭一端壓制到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

圖2 壓大端頭裝置示意圖

3 梯形閉口加勁肋的常用規(guī)格及技術(shù)要求的建議

橋梁專家在研究梯形閉口加勁肋時，對相同跨徑條件下縱肋的設(shè)計與計算結(jié)果表明：倒梯形縱肋受力及經(jīng)濟性能最為優(yōu)越，其橫截面形狀如圖3所示，一般地，肋的開口寬度A通常取0.28m～0.34m，當(dāng)肋的截面尺寸符合B＝A－2H／4.5的關(guān)系時，肋的承載及經(jīng)濟性能達到最優(yōu)［6］。梯形閉口加勁肋有50多個規(guī)格，常用的規(guī)格見表1，各規(guī)格的截面參數(shù)見表2。

圖3 梯形閉口加勁肋的橫截面圖

表1 梯形閉口加勁肋的常用規(guī)格表

根據(jù)使用情況，梯形閉口加勁肋的一般技術(shù)要求為：梯形閉口加勁肋橫斷面形狀的尺寸公差如圖3，其基本幾何尺寸見表1；兩肋的高度差不大于2.5mm；梯形閉口加勁肋的縱向彎曲（豎彎、側(cè)彎）值和扭轉(zhuǎn)值每米不大于1mm，全長不大于定尺長度的0.1%；定尺長度的偏差：普通定尺為＋0～＋30mm、精定尺為±1.5mm；產(chǎn)品的材質(zhì)為Q345qC；其余要求參照GB／T6723執(zhí)行。

表2 常用的梯形閉口加勁肋的截面參數(shù)表

4 結(jié)束語

輥彎成型是梯形閉口加勁肋生產(chǎn)的一種高效生產(chǎn)方法，多年的生產(chǎn)實踐證明，要想更好地提高產(chǎn)品質(zhì)量，必須在加強原料鋼卷質(zhì)量控制的同時，不斷地改進生產(chǎn)工藝，更多地采用專用設(shè)備，以便更好地改善產(chǎn)品質(zhì)量。鑒于目前梯形閉口加勁肋品規(guī)過多，對生產(chǎn)組織和工藝改進帶來一些不便，提出了鋼箱梁橋梁用梯形閉口加勁肋的常用規(guī)格和技術(shù)要求的建議，通過選取并采用幾個典型的品規(guī)，形成統(tǒng)一設(shè)計規(guī)范。

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