某大橋主橫桁架制造技術(shù)研究

孫洪偉

(中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島 066205)

1 工程簡介

某大橋是一座特大型橋梁，為鋼桁梁單跨懸索橋。主纜孔跨布置為242 m+1 176 m+116 m的懸索橋，矢跨比1/9.6，鋼桁加勁梁跨徑為1 000.5 m，主橋橫向設(shè)2%橫坡，橋面系寬24.5 m，見圖1。

圖1 某大橋立面布置圖

本工程由鋼桁加勁梁和橋面系鋼結(jié)構(gòu)組成。鋼桁加勁梁由鋼桁架和附屬設(shè)施組成。鋼桁架由主桁架、主橫桁架、上下平聯(lián)及抗風(fēng)穩(wěn)定板組成。每個節(jié)段由兩個節(jié)間組成，每個節(jié)間處設(shè)置一道主橫桁架。主橫桁架采用單層桁架結(jié)構(gòu)，由上、下橫梁、豎腹桿、內(nèi)側(cè)及外側(cè)斜腹桿組成，其中上下橫梁亦采用整體節(jié)點(diǎn)箱形結(jié)構(gòu)，腹桿采用工形截面，見圖2。

圖2 主橫桁架立面布置圖

2 主橫桁架橫梁制造工藝

主橫桁架上、下橫梁采用整體節(jié)點(diǎn)箱形結(jié)構(gòu)，并焊接連接板分別與抗風(fēng)穩(wěn)定板、平聯(lián)桿件相連接，以下僅以上橫梁為例介紹制造工藝。上橫梁結(jié)構(gòu)組成見圖3。

2.1 主橫桁架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)難點(diǎn)

本橋主橫桁架部分上下橫梁均采用整體節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，橫梁為本橋制造的重點(diǎn)。一根桿件含有兩個節(jié)點(diǎn)，加之結(jié)構(gòu)不對稱以及一根桿件存在大量的接料位置;焊接量較大，制孔相對困難并且該桿件細(xì)而長，組成該桿件的板單元較薄，異形板較多是該主橫桁架的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)的最終焊接質(zhì)量、幾何尺寸將通過多個組裝、焊接和矯正的交替過程而形成，其中會有難以估量和控制的焊接變形產(chǎn)生。因此，如何達(dá)到規(guī)定的焊縫探傷質(zhì)量等級和嚴(yán)格的幾何尺寸等驗(yàn)收指標(biāo)是制造的難點(diǎn)，由此也引出了本文的研究方向。

圖3 上橫梁結(jié)構(gòu)圖

2.2 工藝方案

針對主橫桁架以上的特點(diǎn)及難點(diǎn)，從工藝角度看，主要是下料、機(jī)加工、接料、組裝、鉆孔、焊接、矯正等整體節(jié)點(diǎn)桿件制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，研究制定了詳細(xì)、可行的施工工藝和采取可靠的技術(shù)措施，盡最大可能保證節(jié)點(diǎn)中心距和極邊孔距為重點(diǎn)的工藝方案。

2.2.1 下料與加工

1)下料:板材經(jīng)過預(yù)處理線完成預(yù)處理后，進(jìn)行下料。下料時(shí)對主要邊緣和焊接邊等預(yù)留機(jī)加工量。整體節(jié)點(diǎn)板采用數(shù)控切割下料，為保證精度及垂直度，其基準(zhǔn)端、對接端及直邊均需要預(yù)留機(jī)加工量。

2)劃線、機(jī)加工:桿件完成下料并經(jīng)趕平機(jī)趕平后，進(jìn)行精確劃線。

a.節(jié)點(diǎn)板劃線及機(jī)加工控制:節(jié)點(diǎn)板數(shù)控切割下料，完成下料并經(jīng)趕平機(jī)趕平后，進(jìn)行精確劃線，包括斜腹桿軸線、水平中心線、垂直中心線、對接端及基準(zhǔn)端機(jī)加工線等。以垂直中心線為基準(zhǔn)機(jī)加工與豎板平直段對接的端頭、基準(zhǔn)頭。機(jī)加工與豎板平直段對接的端頭，使之與水平中心線垂直，以保證與豎板平直段對接焊，見圖4。

圖4 節(jié)點(diǎn)板劃線及機(jī)加工示意圖

b.豎板平直段劃線及機(jī)加工控制:豎板平直段需要畫出水平中心線，機(jī)加工上邊緣、對接接頭及坡口，并保證其垂直度。

c.上、下水平板劃線及機(jī)加工控制:上水平板需要劃出縱基線，以平聯(lián)桿軸線為基準(zhǔn)加工兩對接端端頭，確保對接端端頭與縱基線垂直。平直段也需要劃出縱基線，加工對接頭。下水平板需要劃出縱基線，加工一端作為基準(zhǔn)頭，并確?；鶞?zhǔn)頭與縱基線垂直。

d.隔板劃線及機(jī)加工控制:箱形隔板不僅具有連接各板件的作用，而且在桿件組裝時(shí)起到內(nèi)胎的作用。隔板切割下料后，機(jī)加工四邊，保證加工角度與尺寸精度。同批次機(jī)加工的隔板在同一邊緣作標(biāo)記，在劃線組裝時(shí)根據(jù)標(biāo)記同向組裝隔板，以保證桿件直度，防止桿件扭曲。

3)零件鉆孔:桿件的制孔精度是鋼桁梁桿件的關(guān)鍵控制項(xiàng)點(diǎn)，直接關(guān)系到橋梁的架設(shè)安裝精度，其制孔的工藝方案的制定也顯得尤為重要。根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，非組焊件和結(jié)構(gòu)較為簡單且?guī)缀纬叽巛^小的構(gòu)件可采用先孔法鉆制，如拼接板、填板、連接板等板件采用平板數(shù)控鉆床或鉆孔樣板鉆制。對于成批量的有焊接邊的連接板，如平聯(lián)連接板等，采用先機(jī)加工焊接邊再對焊接邊卡機(jī)械樣板鉆孔，從而消除了人為因素的影響。

4)接料:因?yàn)橹鳈M桿件多為單桿設(shè)兩個節(jié)點(diǎn)，因此多數(shù)桿件豎板及上水平板均存在四接一的情況。在節(jié)點(diǎn)板與豎板平直段對接時(shí)，需要保證接料直度及豎腹桿軸線與垂直中心線間距，然后機(jī)加工平直邊及坡口。在上水平板接料時(shí)，需要保證接料垂直度、平聯(lián)桿軸線角度及與橫基線的距離，然后機(jī)加工大節(jié)點(diǎn)端作為基準(zhǔn)端。

2.2.2 組裝與制孔

1)組裝:采用倒位組裝，組裝在專用組裝胎型上完成。過程如下:

平鋪上水平板→組裝橫隔板→組裝兩側(cè)豎板→組裝下水平板→箱體鉆孔→組焊內(nèi)撐板、接頭板→焰切手孔及機(jī)加工非基準(zhǔn)端箱口斷面。

組裝控制:

a.胎型控制:設(shè)計(jì)整體節(jié)點(diǎn)弦桿的組裝胎型以保證桿件的組裝精度。在胎型節(jié)點(diǎn)中心處設(shè)置中心線標(biāo)志，基準(zhǔn)端設(shè)置端擋角，以保證兩豎板節(jié)點(diǎn)中心不錯位及大節(jié)點(diǎn)端內(nèi)側(cè)寬度。

b.整體節(jié)點(diǎn)內(nèi)寬控制:為確保腹桿插入順利或?qū)ζ醇八ń用娴拿苜N，需采取技術(shù)措施嚴(yán)格控制橫梁桿件整體節(jié)點(diǎn)間腹桿插入部位內(nèi)寬。隔板、水平板及節(jié)點(diǎn)內(nèi)撐板的邊緣機(jī)加工，嚴(yán)格控制寬度公差。

通過首件跟蹤和以往經(jīng)驗(yàn)，收集各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，精確預(yù)留焊接收縮量，以消除焊接收縮的影響。桿件組裝焊接完成后，進(jìn)行必要的火焰矯正，使整體節(jié)點(diǎn)內(nèi)寬符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

c.焊接變形控制:由于主橫桿件長細(xì)比均很大，組焊成整體后極容易產(chǎn)生扭曲變形，矯正十分棘手。因此除了在零件加工時(shí)對精度進(jìn)行嚴(yán)格控制外，鋼板接料、單元件組焊修、箱體組焊修、附屬件組焊修均在胎型或平臺上進(jìn)行，防止或減少熱加工中因桿件自重影響而產(chǎn)生變形。

2)桿件鉆孔:桿件鉆孔的最關(guān)鍵所在就是如何保證兩相對面孔的同心度和相鄰兩面孔的相對位置。即桿件鉆孔盡量采用數(shù)控鉆床，整體節(jié)點(diǎn)弦桿由于結(jié)構(gòu)的不對稱性，焊接時(shí)易產(chǎn)生彎曲、扭曲等焊接變形。因此，制造時(shí)采用在組焊為箱體后再鉆孔的工藝。根據(jù)設(shè)備能力和桿件的斷面尺寸，確定采用先利用數(shù)控鉆床鉆制節(jié)點(diǎn)端定位孔，再用樣板接鉆節(jié)點(diǎn)板、豎板其余孔，然后其他樣板接鉆水平板孔的方案。

3 結(jié)語

針對該大橋主橫桁架制造特點(diǎn)和制造難點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合中鐵山橋集團(tuán)數(shù)座桁梁橋制造的成功經(jīng)驗(yàn)，通過以上工藝方案的研究以及生產(chǎn)過程中的不斷完善，有效地控制了主橫桁架桿件各部位的尺寸精度、組裝位置及角度，保證了桿件的質(zhì)量。為該大橋主橫桁架優(yōu)質(zhì)、高效地大規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。