跨海大橋鋼錨梁及鋼牛腿制造工藝研析

姚 遠(yuǎn)

(中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島 066205)

1 工程概況

某跨海大橋工程橋梁全長8.555 km，主要由北汊北引橋、北汊主橋、北汊南引橋、海門島立、南汊橋等組成。其中南汊主橋及北汊主橋均為雙塔斜拉橋，兩橋主橋橋塔錨索區(qū)域均為鋼錨梁、鋼牛腿結(jié)構(gòu)。兩主橋鋼錨梁、鋼牛腿結(jié)構(gòu)形式基本相同，本文僅以此跨海大橋南汊主橋橋塔鋼錨梁、鋼牛腿為例對(duì)制造技術(shù)進(jìn)行研析。

大橋分為南塔、北塔共計(jì)44節(jié)鋼錨梁，每節(jié)鋼錨梁對(duì)應(yīng)2個(gè)鋼牛腿，另外還有8個(gè)處于混凝土預(yù)埋段的牛腿，南北兩塔共96個(gè)鋼牛腿。詳見圖1鋼錨梁整體布置圖。

圖1 鋼錨梁整體布置圖

2 鋼錨梁、鋼牛腿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋼錨梁寬度為1 352 mm，長度為5 200 mm，由于錨索角度不同，鋼錨梁高度尺寸在1 193mm～1 291mm之間。鋼錨梁為箱形結(jié)構(gòu)，主要由錨腹板、底板、錨墊板、錨下加勁板、錨梁加勁板、隔板、錨梁頂?shù)装褰M成，錨腹板與錨墊板之間連接面的角度為鋼錨梁幾何尺寸的控制重點(diǎn)，如圖2所示。

鋼牛腿是鋼錨梁的支承結(jié)構(gòu)，每根鋼錨梁通過四氟板直接支承在一對(duì)鋼牛腿座板上。鋼牛腿由座板、預(yù)埋鋼板、托架、連接腳等組成。鋼牛腿長寬尺寸為1 392 mm×1 060 mm，高度尺寸在2 600 mm～3 500 mm間。鋼牛腿座板板厚40 mm，頂面密布4 mm深，直徑60 mm的圓形凹槽，用來鑲嵌圓形聚四氟乙烯板。座板兩側(cè)各設(shè)置5個(gè)φ24×32橢圓孔，采用M22螺栓與鋼錨梁連接，如圖3所示。

圖2 鋼錨梁示意圖

3 加工制造的關(guān)鍵工藝及控制要點(diǎn)

鋼錨梁、鋼牛腿作為空間索面?zhèn)髁Φ某休d結(jié)構(gòu)，制造中必須要保證各零件下料的精確性，特別是需要通過對(duì)錨腹板精確加工，確保錨墊板組裝位置精度，從而保證錨點(diǎn)位置及錨索角度精度。本橋制造過程中主要采取以下控制措施。

3.1 鋼錨梁、鋼牛腿制造的關(guān)鍵工藝及控制要點(diǎn)

3.1.1 鋼錨梁制造

1)零件制造的關(guān)鍵工藝。

鋼錨梁錨腹板機(jī)加工、整體組焊是鋼錨梁制作的關(guān)鍵工序，重點(diǎn)控制的項(xiàng)點(diǎn)是:錨腹板加工精度、鋼錨梁組裝時(shí)兩個(gè)錨點(diǎn)的位置及角度精度。為此采取了以下工藝措施:

錨腹板成切下料后，同一根鋼錨梁的兩塊錨腹板必須合摞精確劃線，并且用合摞機(jī)加工，以保證兩塊錨腹板相對(duì)尺寸的一致性，如圖4所示。

圖3 鋼牛腿示意圖

圖4 錨腹板相對(duì)尺寸一致圖

鋼錨梁的組裝在平臺(tái)上進(jìn)行，組裝兩個(gè)錨腹板時(shí)除用隔板保證箱體寬度外，還應(yīng)嚴(yán)格控制兩錨腹板縱向相對(duì)不錯(cuò)位。

主要焊縫施焊后，檢查兩拉索中心線角度及兩個(gè)錨頭錨點(diǎn)間距，超差時(shí)及時(shí)修整合格。

為避免鋼錨梁組焊后修整帶來的誤差，鋼錨梁箱體組焊完成并修整合格后再用鉆孔樣板鉆制底板栓孔。

2)組裝及焊接的關(guān)鍵點(diǎn)。

合理的組裝和焊接順序能夠最大程度的減小焊接變形和焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，為此制定了詳細(xì)的焊接工藝規(guī)程，由于鋼錨梁焊縫均采用坡口較大的熔透焊接，焊接變形和焊后殘余應(yīng)力是不可忽視的，因此在焊接過程中除采用變形較小的CO2保護(hù)焊對(duì)稱施焊外，還要邊焊接邊修整，即每焊接3道～4道焊縫以后進(jìn)行一次火焰修整，以減小焊接變形和焊后殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。

3)整體組焊過程及控制要點(diǎn)。

鋼錨梁整體組焊過程如圖5所示。

圖5 鋼錨梁整體組焊流程圖

a.將底板置于平臺(tái)上，劃底板縱向、橫向中心線，按線組裝隔板，然后以隔板為內(nèi)胎，以底板及錨腹板的橫向中心線為基準(zhǔn)組裝兩個(gè)錨腹板，確保兩個(gè)錨腹板沿縱向不錯(cuò)位。焊接隔板焊縫，然后焊接錨腹板與底板的箱內(nèi)主焊縫。

b.以錨腹板已有的拉索中心線為基準(zhǔn)在錨腹板上劃出錨下加勁板組裝位置線，并將錨下加勁板一頭與錨腹板的錨墊板側(cè)對(duì)齊，用平尺檢測(cè)錨墊板側(cè)的錨下加勁板與錨腹板組成的箱口平面，不得錯(cuò)臺(tái)。焊接錨下加勁板，焊縫無損檢驗(yàn)合格后，組裝焊接錨下隔板并無損檢測(cè)錨下隔板與錨腹板的焊縫。

c.組裝頂板并完成鋼錨梁箱體外的四條主焊縫焊接。

d.兩層錨墊板以圓孔為中心劃十字線，先將兩層錨墊板組焊并修整后，再將錨墊板按線組裝到鋼錨梁箱體上并完成焊接。

e.組裝鋼錨梁各加勁板并完成焊接。修整合格后，以錨點(diǎn)為基準(zhǔn)立體劃線，用鋼錨梁整體鉆孔樣板鉆制底板栓孔，從而保證鋼錨梁的安裝位置精度。鉆孔后以栓孔為基準(zhǔn)劃線機(jī)加工鋼錨梁兩頭，保證梁長尺寸精度。

3.1.2 鋼牛腿制造的關(guān)鍵工藝及控制要點(diǎn)

鋼牛腿制造中主要控制項(xiàng)點(diǎn)包括預(yù)埋板與座板的垂直度、座板的平面度、座板頂面到預(yù)埋板錨索孔中心的高度及座板頂面與預(yù)埋板兩端的距離等。零件尺寸精度通過機(jī)加工保證，鋼牛腿整體尺寸精度在組焊完成后通過整體加工保證。

1)組焊座板單元，將座板與各加勁板、內(nèi)撐板組焊為整體單元，修整合格。組焊加勁板以及內(nèi)撐板都以座板孔為基準(zhǔn)劃線組焊。組焊圖見圖6。

2)將座板單元與預(yù)埋板組焊，以橢圓孔長短軸為基準(zhǔn)劃線組裝，重點(diǎn)保證水平板上面與橢圓孔中心的位置及橫向位置精度，焊接探傷。組焊圖見圖7。

圖6 座板單元組焊圖

圖7 座板單元與預(yù)埋板組焊圖

3)組焊其余零件:劃線組裝連接腳、墊塊、預(yù)埋板加勁肋、剪力釘?shù)攘慵?，組裝時(shí)以座板上水平面及橢圓孔長軸為組裝基準(zhǔn)。

以座板上平面為基準(zhǔn)，劃線加工鋼牛腿兩頭(含連接腳)，確保鋼牛腿整體高度。

3.2 預(yù)拼裝精度控制

1)確認(rèn)每次參加預(yù)拼裝的鋼錨梁及鋼牛腿桿件號(hào)及順序號(hào)無誤后，方可開始預(yù)拼裝。預(yù)拼裝時(shí)注意區(qū)分鋼錨梁的主跨側(cè)與邊跨側(cè)，保證各節(jié)段的主跨側(cè)與邊跨側(cè)方向一致。

2)對(duì)拼裝后的鋼牛腿壁板直線度進(jìn)行檢測(cè)，用塞尺檢測(cè)拼接口的密貼率。如果超差，調(diào)整后復(fù)測(cè)，直至合格為止。

3)在擺放的同時(shí)，用沖釘進(jìn)行定位，沖釘數(shù)量不得小于制造規(guī)則的要求。

4)每拼裝2個(gè)～3個(gè)節(jié)段應(yīng)暫時(shí)停止，并對(duì)主要項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。從而避免拼裝誤差較大時(shí)的誤差累積。

5)預(yù)拼裝主要尺寸允許偏差按表1執(zhí)行。

表1 預(yù)拼裝主要尺寸允許偏差表

4 結(jié)語

鋼錨梁、鋼牛腿的制造，是總結(jié)和改進(jìn)了以往生產(chǎn)鋼錨梁的制造經(jīng)驗(yàn)，在制造的過程中加強(qiáng)了對(duì)于加工和組裝精度的控制，設(shè)計(jì)了專用工裝平臺(tái)，同時(shí)制定了合理的焊接順序和焊接參數(shù)，這些都對(duì)控制鋼錨梁、鋼牛腿尺寸精度、減小焊接和修整變形、提高單元生產(chǎn)以及整體組裝效率起到了非常重要的作用。實(shí)際生產(chǎn)表明，鋼錨梁、鋼牛腿的制造工藝能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

［1］郭忠寧.斜拉橋常見拉索鋼牛腿與混凝土牛腿的比較［J］.山西建筑，2012，38(12):220，265.