鋼桁梁拱橋制造精度管理

宋培軍

1 鋼桁梁拱橋發(fā)展

鋼橋是中國鐵路橋梁發(fā)展過程中的主要形式，建國前及建國后已建或在建的鐵路鋼橋中，簡(jiǎn)支或連續(xù)鋼桁梁、斜拉鋼桁梁橋占據(jù)了主導(dǎo)地位，隨著材料、設(shè)計(jì)、制造、架設(shè)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型鋼桁梁拱橋也如雨后春筍般發(fā)展，比如:重慶朝天門長(zhǎng)江大橋、南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋、廣西柳州維義大橋等。

新橋型的產(chǎn)生也必然帶來新的技術(shù)難題，由于鋼桁梁拱橋節(jié)點(diǎn)部位孔群連接關(guān)系復(fù)雜，超長(zhǎng)、超重桿件居多等因素影響，給制造單位施工帶來新的考驗(yàn)，下面就如何保證鋼桁梁拱橋制造質(zhì)量，建立鋼桁梁拱橋制造精度管理系統(tǒng)，通過實(shí)施相關(guān)內(nèi)容，以達(dá)到控制構(gòu)件制造質(zhì)量的目的。

2 鋼桁梁拱橋制造精度管理系統(tǒng)

2.1 制造精度管理系統(tǒng)的內(nèi)容

鋼桁梁拱橋由于其所具有的跨越性和藝術(shù)美，目前已越來越多的被廣泛應(yīng)用于鐵路橋梁和公路橋梁，同時(shí)其制造的難度也比簡(jiǎn)支桁梁和連續(xù)桁梁增大，結(jié)合公司以往鋼桁梁拱橋的制造經(jīng)驗(yàn)，以廣西柳州維義大橋?yàn)槔?，提出鋼桁梁拱橋制造精度管理系統(tǒng)，其主要從以下三方面對(duì)鋼桁梁拱橋制造質(zhì)量進(jìn)行控制:1)典型桿件制造精度控制;2)主橋拱肋線形控制;3)主橋拱肋試拼裝精度管理系統(tǒng)的建立。

2.2 典型桿件制造精度控制

2.2.1 工程概況

柳州維義大橋全長(zhǎng)1 545m，主橋?yàn)殇撹煜禇U拱橋，主橋跨徑布置為108+288+108=504m。主桁由兩片鋼桁架組成，采用節(jié)間長(zhǎng)度12m的“N”形桁式。主桁架拱之間設(shè)有縱、橫向聯(lián)結(jié)系，橋面板采用與下弦(或系桿)焊接的正交異性整體橋面板。主拱肋通過柔性吊桿與系桿連接。橋面布雙向八車道公路，總寬度為43.5m。

主桁拱肋上、下弦桿、邊跨下弦桿以及系桿采用焊接箱形截面，最大板厚50mm，截面高度1 300mm～1 840mm，寬度1 000mm;腹桿采用焊接“H”形截面，最大板厚50mm，寬度與弦桿等寬，高度560mm～1 300mm。

2.2.2 上弦箱形桿件制作

主桁箱形桿件由蓋板、腹板、隔板、縱向加勁肋等零件組成，斷面尺寸為寬(1 000mm)×高(1 300mm～1 840mm)。桿件最大重量23.4t，最大長(zhǎng)度13 040mm。桿件兩端為 φ33高強(qiáng)螺栓孔群，箱形制作工藝流程見圖1。

2.2.3 下弦整體節(jié)點(diǎn)桿件制造

下弦整體節(jié)點(diǎn)桿件由節(jié)點(diǎn)板、蓋板、腹板、隔板、縱向加勁肋、橫梁接頭、人行道托架接頭等零部件組成，標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為寬(1 000mm)×高(1 640mm)，節(jié)點(diǎn)板與上蓋板是插入式焊接。下弦節(jié)點(diǎn)制造工藝流程見圖2。

圖1 箱形桿件工藝流程

圖2 下弦節(jié)點(diǎn)桿件制作工藝流程

2.2.4 上拱肋節(jié)點(diǎn)板制造精度控制

由于維義橋主拱肋下弦為整體節(jié)點(diǎn)桿件，上弦為拼裝式節(jié)點(diǎn)，拱肋節(jié)點(diǎn)板孔群角度和孔群質(zhì)量是節(jié)點(diǎn)板制造的關(guān)鍵，為此節(jié)點(diǎn)板采用如下制孔工藝:

1)常規(guī)尺寸節(jié)點(diǎn)板采用數(shù)控鉆床直接鉆制節(jié)點(diǎn)板各連接孔群;2)對(duì)于超大尺寸節(jié)點(diǎn)板，接料對(duì)接探傷修整后，人工或經(jīng)緯儀配合人工劃節(jié)點(diǎn)板連接孔群對(duì)向線，利用搖臂鉆床、特制鉆孔樣板，卡樣板鉆制節(jié)點(diǎn)板連接孔。

2.2.5 拱肋箱形桿件焊接變形控制

1)拱肋弦桿具有板厚較大，焊接質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，其焊接變形的控制將直接影響桿件幾何尺寸精度。2)系桿桿件除具有板厚較大，焊接質(zhì)量要求高等特點(diǎn)外，在邊跨部位，系桿整體節(jié)點(diǎn)板與蓋板為插入式焊接，焊縫要求高，焊接變形控制困難。在中跨部位，系桿節(jié)點(diǎn)處安裝柔性吊桿錨固，桿件的幾何尺寸及錨管垂直度的控制均為制作難點(diǎn)。3)支點(diǎn)處整體節(jié)點(diǎn)組成零部件較多，焊縫較多且密集，焊縫質(zhì)量要求高，焊接變形難以控制。針對(duì)以上制作難點(diǎn)采取如下措施控制焊接變形:a.認(rèn)真研究設(shè)計(jì)圖紙，設(shè)計(jì)合理可靠的組裝胎型，控制桿件的組裝精度。b.認(rèn)真分析各類型桿件的焊接變形規(guī)律，并通過對(duì)焊接變形逐步掌握，確定焊接變形量的大小，以制定詳細(xì)的反變形控制措施。c.采用理論計(jì)算與模擬試驗(yàn)相結(jié)合的方法確定各焊縫預(yù)留的焊接收縮量，并在生產(chǎn)過程中跟蹤測(cè)量，及時(shí)修正。d.對(duì)零件下料、坡口加工、桿件整體組裝等過程嚴(yán)格把關(guān)，并采用合理的焊接方法、優(yōu)化焊接順序、在專用胎型上焊接等措施，控制焊接變形。

2.2.6 箱形桿件制孔精度控制

主桁箱形桿件連接孔群較多，連接關(guān)系復(fù)雜。其精度將直接影響橋位安裝進(jìn)度及質(zhì)量，影響成橋后的幾何線形。因此對(duì)連接孔群的制孔精度要求很高，為此采取如下措施:

1)以后孔法工藝為主，先孔法為輔的制孔工藝，避免焊接變形的影響，提高制孔精度。2)制定高精度的精密劃線工藝和精密制孔工藝。3)設(shè)計(jì)高精度的制孔工藝裝備，包括鉆孔樣板、鉆孔胎架以及數(shù)控孔設(shè)備的應(yīng)用等。

2.3 主橋拱肋線形控制

為了保證拱肋線形滿足設(shè)計(jì)要求及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保橋位架設(shè)順利進(jìn)行，同時(shí)驗(yàn)證工藝方案的合理性、圖紙及工藝文件的正確性、工藝裝備及設(shè)備精度的可靠性，對(duì)全橋桿件進(jìn)行試拼裝。試拼裝采用平面輾轉(zhuǎn)法，在試拼裝臺(tái)凳上進(jìn)行，各桿件處于自由狀態(tài)。

鋼桁梁構(gòu)件在工廠試拼裝場(chǎng)地進(jìn)行試拼裝時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件尺寸有誤時(shí)，即可在試拼裝場(chǎng)地進(jìn)行尺寸修正和調(diào)整，減少高空作業(yè)難度和加快安裝進(jìn)度，確保全橋鋼桁梁和正交異性鋼橋面順利架設(shè)。

2.3.1 試拼裝劃分

為了保證桿件制造精度、拱肋線形、橋位架設(shè)精度，按照設(shè)計(jì)要求及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全橋鋼桁梁桿件進(jìn)行試拼裝，按照構(gòu)件所處的不同部位，主要?jiǎng)澐譃橐韵滤牟糠衷囇b:主桁拱肋試裝、拱肋上平聯(lián)試裝、橋面下平聯(lián)試裝、橋門及橫聯(lián)試裝。

2.3.2 試拼裝控制措施

為了保證試拼裝質(zhì)量及試拼裝的順利進(jìn)行，采取如下措施控制:

1)試裝在專用的胎架上進(jìn)行，胎架有足夠的強(qiáng)度，確保試裝過程中不產(chǎn)生變形;試裝前對(duì)胎架測(cè)平，確保試裝平面度的精度要求。2)各試裝桿件處于無應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行，確保試裝檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，達(dá)到試裝的目的。3)每次定位下一節(jié)間桿件時(shí)，均檢測(cè)平面度、整體對(duì)角線差、節(jié)間長(zhǎng)度、桁高等項(xiàng)點(diǎn)，確保整體試裝精度。

2.4 拱肋試拼裝精度管理系統(tǒng)

1)精度管理系統(tǒng)概述。對(duì)每次拱肋試拼裝各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置進(jìn)行精確測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真安裝，并分析拱肋制造線形與理論線形的偏差數(shù)據(jù)，并以此結(jié)果指導(dǎo)后續(xù)拱肋桿件及主桁桿件的加工，實(shí)現(xiàn)對(duì)拱肋線形和吊桿垂直度精度的管理。

2)精度管理的內(nèi)容。a.拱肋試拼裝長(zhǎng)度累計(jì)偏差數(shù)據(jù)分析。b.拱肋試拼裝軸線差數(shù)偏移累計(jì)偏差分析。c.用分析結(jié)果指導(dǎo)后續(xù)拱肋桿件的加工。d.用分析結(jié)果指導(dǎo)系桿桿件的加工。

3 結(jié)語

鋼桁梁拱橋的制造精度管理系統(tǒng)涉及到典型桿件的制造精度控制、主橋拱肋線形的控制、試拼裝精度管理系統(tǒng)三方面內(nèi)容，因此，合理的桿件制造工藝流程、有效的焊接變形控制措施、恰當(dāng)?shù)闹瓶坠に嚰肮に囇b備的選擇、全面的試拼裝檢驗(yàn)及試拼裝精度管理系統(tǒng)可以有效保證鋼桁梁拱橋制造質(zhì)量滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，為同類型鋼桁拱橋制造提供借鑒。