鋼桁梁橋制造關(guān)鍵技術(shù)

權(quán) 紅 烈

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

鋼桁梁橋制造關(guān)鍵技術(shù)

權(quán) 紅 烈

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

通過(guò)介紹鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)及橋面構(gòu)造形式，結(jié)合同類型橋梁制造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋼桁梁橋制造工藝、幾何尺寸精度控制、制孔精度控制、長(zhǎng)大桿件制造、試裝及涂裝等技術(shù)進(jìn)行了闡述，以保證工程的順利安裝。

鋼桁梁橋，節(jié)點(diǎn)，橋面，制造技術(shù)

1 概述

鋼桁梁橋一般由主橋架、上下水平縱向聯(lián)結(jié)系、橋門架和中間橫撐架以及橋面系組成。主橋架可以形成梁式、拱式橋，也可以作為纜索體系橋梁中的主梁(或加勁梁)。鋼桁梁主橋架一般分為三個(gè)制造階段：桿件制造，桿件預(yù)拼(主桁或橋面系)，工地連接。

鋼桁梁橋主要為鉚接或栓焊，因此構(gòu)件幾何尺寸及制孔精度質(zhì)量直接影響安裝及成橋后的線型，鋼桁梁橋構(gòu)件的制造技術(shù)與橋型、材料、架設(shè)方法等技術(shù)密不可分，現(xiàn)結(jié)合以往鋼桁梁橋制造經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)要介紹制造關(guān)鍵技術(shù)。

2 節(jié)點(diǎn)與橋面構(gòu)造

2.1 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

鋼桁梁橋節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式主要有拼裝式和整體式兩大類。拼裝式節(jié)點(diǎn)可以降低制造難度、節(jié)省工程投資，但對(duì)于受力復(fù)雜及相鄰桿件尺寸和板厚相差較大時(shí)，采用整體節(jié)點(diǎn)則更為經(jīng)濟(jì)合理。拼裝式節(jié)點(diǎn)增加了大量的工地預(yù)拼，整體節(jié)點(diǎn)制造難度及成本則加大，兩種主桁節(jié)點(diǎn)構(gòu)造類型的選擇直接影響到桿件幾何尺寸精度的控制原則及現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量。

主桁節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖見(jiàn)圖1。

2.2 橋面構(gòu)造

鋼桁梁橋橋面由面板單元(橋面與加勁)、橫梁(肋)、縱梁(肋)組成，根據(jù)橋面與主桁的連接關(guān)系分為板桁組合、板桁分離(部分板桁組合)兩種結(jié)構(gòu)類型。鐵路桁梁橋受力復(fù)雜，多采用板桁組合整體橋面結(jié)構(gòu)，其較板桁分離結(jié)構(gòu)增加了橋面與主桁間的栓焊工作。橋面板桁連接形式也同樣影響橋面系構(gòu)件(橋面板、橫梁、縱梁)幾何尺寸精度的控制原則及現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量。

橋面板結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

3 鋼桁梁橋構(gòu)件制造關(guān)鍵技術(shù)

3.1 構(gòu)件制造工藝

1)總體制造工藝。

鋼桁梁橋桿件主要包括主桁桿件、聯(lián)結(jié)系桿件等，桿件截面形式為工形(王形)、箱形等截面或變截面結(jié)構(gòu)，根據(jù)主桁節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不同，有標(biāo)準(zhǔn)工形或箱形桿件、整體節(jié)點(diǎn)桿件。以整體節(jié)點(diǎn)箱形為例，其總體制造工藝一般為：板單元制作(水平板單元、豎板單元、隔板單元、橫梁接頭板等)、箱形組裝、焊接(變形控制)、修整、鉆孔、接頭板組焊等。

主桁桿件示意圖見(jiàn)圖3。

2)隔板精度控制。

隔板相當(dāng)于桿件的組焊內(nèi)胎，是保證桿件幾何尺寸精度的重要零件，制造中優(yōu)先采用機(jī)加工方法來(lái)控制其幾何尺寸偏差，必要時(shí)應(yīng)對(duì)其高度(寬度)水平板(豎板)厚度公差進(jìn)行配制。

3)焊接變形控制。

焊接熱輸入產(chǎn)生的變形和應(yīng)力不可避免，應(yīng)針對(duì)焊接變形類型采取不同的控制措施減少焊接工序?qū)U件幾何尺寸精度的影響(如圖4所示)。伴隨結(jié)構(gòu)跨度及應(yīng)力的增加陸續(xù)出現(xiàn)了超長(zhǎng)超大變截面箱形桿件，此類桿件主要是對(duì)焊接收縮量的摸索確定及扭曲變形的控制。

4)專用工裝的設(shè)計(jì)。

桿件制造過(guò)程中存在多次劃線、組焊、翻身、吊運(yùn)，應(yīng)設(shè)計(jì)制造專用組裝胎型、焊接胎架、翻轉(zhuǎn)胎具及各類吊卡具，防止施工不當(dāng)造成桿件變形，同時(shí)有助于控制產(chǎn)品制造質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

3.2 桿件幾何尺寸精度控制技術(shù)

箱(工)形組焊、修整產(chǎn)生的收縮均對(duì)桿件幾何尺寸精度產(chǎn)生影響，由于每種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類型及焊接工藝也不完全相同，常利用理論經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行預(yù)留量的初定，待前期試驗(yàn)件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、桿件制造質(zhì)量穩(wěn)定后，確定適合本產(chǎn)品桿件的工藝及預(yù)留量，桿件幾何尺寸精度控制主要包括以下內(nèi)容：

1)桿件長(zhǎng)度：桁梁節(jié)點(diǎn)主桁桿件間一般存在較小間隙，桿件制造成品長(zhǎng)度應(yīng)結(jié)合其連接部位現(xiàn)狀控制，必要時(shí)進(jìn)行整體二次切頭，以滿足成品驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及順利安裝的要求。否則正超差影響安裝，負(fù)超差則影響桿件孔邊距。主桁節(jié)點(diǎn)部位桿件長(zhǎng)度安裝無(wú)要求時(shí)，則可在滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡可能放寬，減小廠內(nèi)制造難度。

2)桿件寬度(高度)：應(yīng)根據(jù)拼裝式節(jié)點(diǎn)和整體式節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的不同，控制桿件的寬高。拼裝式節(jié)點(diǎn)桿件應(yīng)充分考慮外拼板整體連接后箱形桿件棱角焊縫部位的密貼控制，在滿足規(guī)范要求下，盡可能減小公差。整體節(jié)點(diǎn)桿件應(yīng)保證插入式桿件拼接部位整體節(jié)點(diǎn)板擋距正公差(0 mm～ +1.5 mm)，插入式桿件箱口拼接范圍寬(高)負(fù)公差(0 mm～ -1.5 mm)，以此保證連接部位的疲勞強(qiáng)度及高強(qiáng)度螺栓預(yù)緊力的控制。

3)桿件扭曲：應(yīng)充分考慮桿件結(jié)構(gòu)本身的焊接特點(diǎn)，從零件幾何精度、組裝精度、焊接工藝(坡口形式、方法、順序、方向等)影響因素進(jìn)行控制，同時(shí)設(shè)計(jì)各類工裝，減少焊接變形，提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

3.3 桿件制孔精度控制技術(shù)

桿件制孔精度是保證橋位順利架設(shè)的關(guān)鍵，一般分為先孔法、后孔法、先孔法與后孔法結(jié)合的三種制孔方法，制孔方法各有利弊。先孔法效率高、質(zhì)量易保證，但桿件組焊及修整變形影響栓孔重合率；后孔法可以避免桿件組焊及修整對(duì)栓孔的影響，但效率低，存在長(zhǎng)大桿件時(shí)，質(zhì)量不易保證；先孔后孔結(jié)合法在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較多，在保證栓孔精度的前提下，提高了效率。

為了確保工地安裝順利，便于控制鉆孔精度，提高生產(chǎn)效率，應(yīng)結(jié)合桿件自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、數(shù)量、制造工藝、設(shè)備、場(chǎng)地等因素，選擇適合、適用的制孔方案。

3.4 長(zhǎng)大桿件制造技術(shù)

伴隨超長(zhǎng)、超大構(gòu)件在鋼桁梁中的出現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，幾何尺寸精度、栓孔精度要求高，桿件尺寸超出設(shè)備加工能力范圍，制造難度大，須根據(jù)各類構(gòu)件形式分門別類的進(jìn)行工藝研究制造，并主要側(cè)重以下方面：

1)焊接變形控制：箱體扭曲變形為控制重點(diǎn)，由于此類構(gòu)件的零件長(zhǎng)，易變形，但組焊成箱體后剛性大，扭曲難以矯正，而且構(gòu)件的變寬(高)度又增加了控制難度，因此此類構(gòu)件的零件幾何精度、組裝精度、焊接順序、焊接方法等影響因素的控制顯得尤為重要。

2)制孔精度的保證：桿件超長(zhǎng)及變寬(高)度以及孔群連接關(guān)系復(fù)雜等均造成了傳統(tǒng)工藝的不適用，必須在現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)能力的前提下進(jìn)行創(chuàng)新，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下保證栓孔質(zhì)量。

先孔法與后孔法結(jié)合的方法：即部分零部件采用數(shù)控鉆床制孔，待桿件整體組焊修整合格后，將桿件狀態(tài)調(diào)整到位，利用車間內(nèi)設(shè)計(jì)的整體地樣借助水平儀、經(jīng)緯儀劃桿件整體縱橫基線和鉆孔對(duì)向線，利用鉆孔樣板鉆制栓孔。

3.5 桿件試裝與涂裝

檢驗(yàn)合格后的桿件在涂裝前需按規(guī)范要求在避開(kāi)日照的影響下進(jìn)行試裝，檢查拼接處有無(wú)抵觸、施工空間是否受限、板件是否密貼、栓孔通過(guò)率是否達(dá)標(biāo)等要求，保證橋位順利安裝、后續(xù)桿件批量制造順利推進(jìn)。

主桁試裝示意圖見(jiàn)圖5。

鋼桁梁桿件在工地連接部位多采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，栓孔連接部位摩擦面抗滑移系數(shù)涂裝質(zhì)量是保證節(jié)點(diǎn)部位傳力的關(guān)鍵，因此，桿件制造時(shí)不僅要控制拼接部位的箱口尺寸，同時(shí)要采取有效保護(hù)措施防止摩擦面沾染臟物及油污，影響高強(qiáng)度螺栓連接質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼桁梁橋已廣泛的應(yīng)用于鐵路及公路橋梁，鋼桁梁節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及橋面構(gòu)造類型、桿件幾何尺寸精度、制孔精度等關(guān)鍵技術(shù)是保證橋位架設(shè)質(zhì)量、進(jìn)度、成橋線形的關(guān)鍵。只有不斷優(yōu)化、改進(jìn)、提高鋼桁梁構(gòu)件制造關(guān)鍵技術(shù)，提高產(chǎn)品制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，才能適應(yīng)日益發(fā)展的市場(chǎng)需要。伴隨橋梁跨度增大及新材料的研發(fā)，整榀或整幅桁架制造安裝橋梁的陸續(xù)出現(xiàn)給鋼梁制造廠家提出了更高的要求，鋼橋制造單位也在不斷的完善和革新鋼橋制造技術(shù)。

[1] 王 俊，向中富.特大跨鋼桁拱橋建造技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2014.

On key techniques for manufacturing of steel truss bridges

Quan Honglie

(ChinaRailwayBaoqiaoGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

According to the introduction of the steel truss bridge structures, joints and bridge components, combining with the manufacture experience, the paper illustrates the manufacturing crafts, geometry precision control, hole accuracy control, the manufacturing of long and large bars, trial installation, and coating, so as to ensure the smooth installation of the project.

steel truss bridge, joint, bridge surface, manufacturing technique

2014-11-24

權(quán)紅烈(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0182-02

U445

A