淺析十里鋪東南公路橋鋼管拱制造工藝

□毛 娟（河南水利建筑工程有限公司）

1 工程概況

十里鋪東南公路橋橋?qū)?6.50m；橋長(zhǎng)173.30m，橋梁荷載等級(jí)為：公路－Ⅰ級(jí)。該橋?yàn)橐豢缦鲁惺戒摴芑炷凉皹?，全橋共設(shè)兩榀拱肋，拱肋計(jì)算跨徑為160m，矢高32m,肋間中距為20.16m，拱軸線為懸連線，拱軸系數(shù)m=1.17，矢跨比1/5。每榀拱肋由4根上下弦管[規(guī)格為φ900×14(18)]、豎腹管（規(guī)格為φ299×10）、斜腹管（規(guī)格為φ299×10）及平聯(lián)管（規(guī)格為φ402×10和φ600×10）焊接成桁式截面。截面高度3.60m，寬度2.10m，上下弦管每隔2.70~3.20m設(shè)置一道加勁環(huán)。

2 鋼管拱生產(chǎn)控制流程

本橋的鋼管拱的生產(chǎn)控制流程如圖1所示。

3 工程材料及使用要求

3.1 拱形鋼管主體

圖1 鋼管拱的生產(chǎn)控制流程圖

本橋拱形鋼管主體設(shè)計(jì)采用Q345qD主材。主拱肋上、下弦管采用φ900×18/14焊接管；主拱肋上、下平聯(lián)管采用φ600×14無(wú)縫鋼管；主拱肋斜腹桿及豎腹桿采用φ299×10無(wú)縫鋼管；吊桿豎向連接管采用φ273×12無(wú)縫鋼管；橫撐上、下連接弦桿采用φ600×10焊接鋼管；橫撐豎向、斜向腹桿采用φ299×10無(wú)縫鋼管；拱座鉸接處鉸軸鋼管采用直縫焊接鋼管φ402×16（1125mm×8件）；鋼材質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》的要求。

3.2 橋梁吊桿

本橋共設(shè)36組吊桿，選用的配套上索導(dǎo)管φ273×12無(wú)縫鋼管、下索導(dǎo)管φ273×12無(wú)縫鋼管必須保證吊桿錨環(huán)可以順利穿過(guò)、又不得直徑過(guò)大，以保證錨具螺母在上、下墊板上有足夠的承壓面積。一般以索導(dǎo)管內(nèi)徑大于錨環(huán)直徑10mm為宜。

3.3 材料使用要求

第一，所有進(jìn)場(chǎng)材料必須具有材質(zhì)質(zhì)量證明書(shū)，還應(yīng)對(duì)鋼材的外形尺寸、板厚作相應(yīng)檢查，板材表面不得有裂紋、氣泡、結(jié)疤、折疊、夾雜，分層。鋼管橢圓度；△/D≤±3/1000,直線度不大于L/1000，且≤4mm。

第二，材料使用前必須按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行材質(zhì)和機(jī)械性能及化學(xué)分析復(fù)驗(yàn)；所有材料經(jīng)復(fù)驗(yàn)后應(yīng)經(jīng)質(zhì)量工程師及監(jiān)理判定合格后方可投入使用；鋼材復(fù)驗(yàn)按同一廠家、同一材質(zhì)、同一規(guī)格、同一出廠狀態(tài)，按10個(gè)爐（批）號(hào)抽驗(yàn)一組的批次；抽驗(yàn)不合格，應(yīng)第二次檢驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)結(jié)果合格，可判定其余爐（批）號(hào)合格；若復(fù)驗(yàn)仍不合格，則應(yīng)全數(shù)檢驗(yàn)或退貨處理。

第三，采用鋼板卷制的直焊縫鋼管，卷制方向與鋼板壓延方向一致。

第四，鋼材的識(shí)別要根據(jù)設(shè)計(jì)材質(zhì)的種類(lèi)，對(duì)進(jìn)廠鋼材，均進(jìn)行識(shí)別標(biāo)識(shí)，分別采用標(biāo)識(shí)色涂在鋼板端面或板面上。

第五，下料后的余料應(yīng)在板上標(biāo)明材質(zhì)、厚度及本橋用料的字樣；鋼材運(yùn)輸和存放過(guò)程中，應(yīng)注意不使鋼材出現(xiàn)永久變形和損傷，并注意保持其平整度。

第六，主拱法蘭盤(pán)接頭節(jié)段間聯(lián)接采用法蘭連接（安裝時(shí)對(duì)接環(huán)縫用外包鋼管焊接封閉），外包鋼管現(xiàn)場(chǎng)封閉焊接區(qū)段長(zhǎng)度為0.80m；法蘭盤(pán)板厚24mm，采用M24（孔φ26）高強(qiáng)螺栓連接。

第七，在預(yù)制混凝土拱腳端面設(shè)置有鋼拱座，拱肋首節(jié)段（即左、右預(yù)埋節(jié)段）端頭設(shè)有鉸接接頭。

4 焊接方法及焊接材料

根據(jù)材料和設(shè)計(jì)規(guī)范選擇本橋的焊接方法，并通過(guò)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)評(píng)審。具體如下：

4.1 埋弧自動(dòng)焊

采用H08MnA（φ5）焊絲，配HJ431焊劑，焊材應(yīng)滿足《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》的要求。

4.2 CO2氣體保護(hù)焊

工廠內(nèi)采用實(shí)芯焊絲ER50-6（φ1.2），保護(hù)氣體CO2的純度≥99.90%（體積法），其含水量≤0.01%（重量法）。瓶裝氣體的瓶?jī)?nèi)壓力不低于1MPa。ER50-6焊絲熔敷金屬化學(xué)成份和力學(xué)性能應(yīng)符合《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》的要求。

4.3 手工電弧焊

采用E5015（φ3.20、φ4.00）藥皮焊條。焊條熔敷金屬化學(xué)成份、力學(xué)性能和擴(kuò)散氫含量應(yīng)符合《碳鋼焊條》的要求，φ3.20用于定位焊。

4.4 焊接材料復(fù)驗(yàn)

第一，施工中第一次使用的焊接材料需要先對(duì)其進(jìn)行必要的化學(xué)成分檢驗(yàn)和對(duì)其熔敷金屬力學(xué)性能進(jìn)行認(rèn)真的檢測(cè)和測(cè)驗(yàn)。

第二，如果施工中出現(xiàn)連續(xù)使用相同一個(gè)廠家的且是同一型號(hào)的焊接材料的話，則需要對(duì)焊接材料的實(shí)芯焊絲分批次對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行檢驗(yàn)，并逐批對(duì)其廠家材料的焊劑熔敷金屬力學(xué)性能進(jìn)行必要的檢查。

第三，如果對(duì)于同一種型號(hào)的焊接材料在使用過(guò)程中更換成其他的廠家，則施工人員需要對(duì)更換后廠家首批材料批號(hào)的產(chǎn)品嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其化學(xué)成分和熔敷金屬性能進(jìn)行檢查。

第四，在施工過(guò)程中操作人員應(yīng)將采購(gòu)的焊接材料存放在相對(duì)通風(fēng)條件較好、空氣比較干燥的地方，材料管理人員還需要按照焊接材料的種類(lèi)、批號(hào)、型號(hào)、規(guī)格等對(duì)其進(jìn)行登記造冊(cè)和分類(lèi)存放。

第五，如果出現(xiàn)了焊劑和焊條浸水或者潮濕的時(shí)候，在使用之前需要嚴(yán)格按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)對(duì)其進(jìn)行晾曬或者烘干，當(dāng)日操作中剩下沒(méi)用完的焊劑焊條需要分別放在保溫箱里存放，禁忌材料露天過(guò)夜在外存放。此外，還要對(duì)施工用的焊條焊劑的烘焙和取用情況進(jìn)行詳細(xì)認(rèn)真的記錄。

5 鋼拱的制造程序

第一，鋼管拱運(yùn)輸節(jié)段劃分：主拱肋節(jié)段、橫撐及檢修梯等構(gòu)件。

第二，鋼管拱制作單元?jiǎng)澐郑褐鞴肮芄?jié)段（包含吊桿上錨箱構(gòu)件）、橫撐管節(jié)段、吊桿下錨固構(gòu)件。

第三，弦管節(jié)段制作首件后進(jìn)行驗(yàn)收、鑒定，應(yīng)有完整的檢測(cè)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)的記錄，數(shù)據(jù)經(jīng)檢驗(yàn)全部合格后，以指導(dǎo)后續(xù)節(jié)段的制作。

6 鋼管拱結(jié)構(gòu)制造

本橋鋼管拱所采用的材料為Q345qD，拱肋腹桿、橫撐腹桿直徑φ=299mm采用熱軋無(wú)縫鋼管，其余采用Q345qD鋼板卷制焊接鋼管。全橋跨度160m，按照設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定每單榀拱肋分為7段（預(yù)埋拱腳段除外），全橋1幅、2榀共計(jì)7×2=14節(jié)段。主弦管半橋分段如圖2所示。

圖2 橋梁主弦管半橋分段結(jié)構(gòu)圖

材料進(jìn)廠后，應(yīng)按照安裝程序首先制造拱腳節(jié)段，然后放地樣、作出主弦管臥式拼裝地樣坐標(biāo)組裝平臺(tái)，橫撐正裝組裝平臺(tái)。根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和吊裝要求，具體方案要求如下。

6.1 技術(shù)工藝準(zhǔn)備

施工圖、材料排版圖及工藝技術(shù)交底，主材、焊材的原材料復(fù)驗(yàn)及焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。

6.2 主弦桿管節(jié)制作

6.2.1 筒節(jié)放樣

下料用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管節(jié)排版，然后將管節(jié)按長(zhǎng)度進(jìn)行歸類(lèi)，配制管節(jié)下料施工圖，在下料胎型上，按照拱肋每個(gè)管節(jié)長(zhǎng)度在鋼板上進(jìn)行大樣的放制。采用半自動(dòng)切割機(jī)下制卷管用料，并采用半自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行四周邊緣坡口加工、并對(duì)卷管用料編號(hào)，檢驗(yàn)合格后轉(zhuǎn)至下道工序。

6.2.2 筒節(jié)預(yù)壓頭

預(yù)壓頭之前，先制作壓頭模具，管節(jié)內(nèi)弧測(cè)量樣板，然后在三輥卷板機(jī)上進(jìn)行鋼板壓頭處理，邊壓頭邊采用內(nèi)弧測(cè)量樣板進(jìn)行測(cè)量，直到壓頭工序完成。

6.2.3 筒節(jié)卷制

將卷管用料吊運(yùn)至三輥卷板機(jī)輥軸之間，轉(zhuǎn)動(dòng)輥軸，輥軸拖動(dòng)鋼板圍繞上輥軸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不斷調(diào)整上下輥軸之間距離，以減小管徑尺寸；在卷制管節(jié)過(guò)程中，采用內(nèi)弧測(cè)量樣板進(jìn)行測(cè)量，直到管節(jié)縱縫閉合、點(diǎn)焊，完成管節(jié)的卷制。

6.2.4 筒節(jié)縱縫焊接

將筒節(jié)吊運(yùn)至十字焊接機(jī)平臺(tái)之上，縱縫兩端裝配引弧板，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊縫底層打底焊接；在鏟磨掉焊縫藥皮之后，使埋弧焊機(jī)焊絲位于縱縫中心線上，調(diào)整鋼管縱縫位置完成之后，打開(kāi)焊劑閥門(mén)、送絲開(kāi)始焊接；埋弧焊接完畢之后，鋼管內(nèi)側(cè)用碳弧氣刨進(jìn)行清根處理，打磨熔渣，直到鎖底焊完成。鋼管縱縫焊接的工藝順序如下：

第一，鋼管縱縫的焊接一定要在專(zhuān)用的胎架上面進(jìn)行操作，縱縫兩端安裝的引、熄弧板的坡口形式與縱縫相一致。

第二，鋼管連接端的開(kāi)制與環(huán)縫相對(duì)應(yīng)的坡口要與引、熄弧板一致，安裝過(guò)程中要保證口面緊貼，確保焊接質(zhì)量。

第三，焊縫焊接完且進(jìn)行完無(wú)損檢驗(yàn)后需用割炬對(duì)其進(jìn)行切除和磨光。

6.2.5 校圓

將管節(jié)返回至三輥卷板機(jī)上，采用內(nèi)弧測(cè)量樣板、鋼尺進(jìn)行管節(jié)測(cè)量。校圓過(guò)程中，三輥不斷對(duì)縱縫進(jìn)行擠壓，消除了焊接過(guò)程中縱縫內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，提高了管節(jié)的使用性能。

6.2.6 節(jié)標(biāo)記

按施工圖紙要求對(duì)筒節(jié)進(jìn)行編號(hào)標(biāo)記，并將筒節(jié)按0°、90°、180°、270°分度線劃分，滿足管節(jié)組拼定位使用要求，標(biāo)記要完整、清晰。

7 結(jié)語(yǔ)

鋼管拱制造的精度質(zhì)量控制，采用先進(jìn)的設(shè)備和先進(jìn)成熟工藝是基本保障，作為一名一線施工技術(shù)人員在有限的資源條件下，積累豐富的施工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，掌握鋼結(jié)構(gòu)制造過(guò)程的一般規(guī)律，采取靈活有效的措施加以控制是非常必要的。

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