鋼箱梁制造加工技術(shù)

施衛(wèi)建　張永麗

（江蘇中泰橋梁鋼構(gòu)股份有限公司，江蘇江陰　214431）

鋼箱梁制造加工技術(shù)

施衛(wèi)建張永麗

（江蘇中泰橋梁鋼構(gòu)股份有限公司，江蘇江陰214431）

詳細(xì)介紹了鋼箱梁的加工制造方法，并結(jié)合泰州大橋和東海大橋兩個(gè)工程實(shí)例，分別描述了這兩種不同類型鋼箱梁的制造過程，并重點(diǎn)論述了工藝補(bǔ)充量的設(shè)置、板單元制造工藝、多梁段連續(xù)匹配組焊和預(yù)拼裝工藝。說明了鋼箱梁制造過程中各細(xì)節(jié)工序的具體要求和實(shí)施方法。闡述了制造技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)效率高、易操作，且質(zhì)量容易保證，為同類鋼箱梁提供了有利的借鑒。

工藝補(bǔ)償量反變形二次切割整體組焊預(yù)拼裝工藝質(zhì)量

1　鋼箱梁制造的發(fā)展概述

我國(guó)從20世紀(jì)末建設(shè)的虎門珠江大橋、西陵長(zhǎng)江大橋、廈門海滄大橋和江陰長(zhǎng)江大橋開始，至今已有幾十座大橋均采用鋼箱梁。在吸取國(guó)外經(jīng)驗(yàn)和其他行業(yè)先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究了一整套鋼箱梁制造工藝方案。

（1）合理的劃分板單元件及陶瓷襯墊單面焊雙面成型技術(shù)的引入，極大地提高了鋼箱梁的焊接質(zhì)量，并改善了焊接作業(yè)環(huán)境。（2）結(jié)合鋼箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開發(fā)了板單元件組裝、節(jié)段連續(xù)匹配組裝、以及焊接變形綜合控制技術(shù)等。確保了鋼箱梁的幾何精度，縮短了制造周期，降低了成本。（3）采用切割和制孔數(shù)控化作業(yè)，組裝和焊接自動(dòng)化。

2　鋼箱梁制作工藝說明

2.1鋼箱梁制作工藝流程

根據(jù)一般鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋼箱梁制造與安裝可分為三個(gè)階段：即板單元制造、梁段整體組裝及預(yù)拼、橋位施工。板單元制造完成后，在設(shè)置了橋梁豎向線形的整體組裝胎架上，同時(shí)進(jìn)行多梁段連續(xù)匹配組焊和預(yù)拼裝。

2.2鋼箱梁工藝方案設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

（1）板單元采用胎型組裝。（2）采用分步組裝、分步焊接、分步修整的工藝。（3）采用小間隙、小坡口焊接、焊接線能量小的焊接方法。

2.3工藝補(bǔ)償量設(shè)置

工藝補(bǔ)充設(shè)置原則：從鋼板下料開始直至鋼箱梁制作完成的全過程，對(duì)每個(gè)工藝環(huán)節(jié)都充分考慮焊接、修整對(duì)零部件尺寸的影響，使得每個(gè)部件最大限度的保持在設(shè)計(jì)的位置和尺寸上。

圖1　

圖2　

圖3　

2.3.1板單元焊接和火工矯正工藝量

頂?shù)装鍐卧诮M焊過程使用反變形胎架，使得頂?shù)装鍐卧附雍蟮某C正變形量較小，可在組裝時(shí)寬度上每道加勁肋（包括扁鋼、U肋、角鋼等）之間按0.5mm加放焊接收縮；如板單元在焊接后變形較大、火工矯正量大，則每道之間按1mm加放焊接收縮。同時(shí)鋼板下料時(shí)需在寬度方向上累加工藝量。

在長(zhǎng)度方向上，考慮到鋼板下料時(shí)僅切割基準(zhǔn)端，另一端余量端不切割，頂?shù)装鍐卧谱鬟^程中產(chǎn)生的縱向收縮可在余量中得到補(bǔ)償。

上述工藝補(bǔ)償量加放工藝措施在泰州大橋鋼箱梁制作進(jìn)行了使用，并取得了很好的效果：

（1）頂?shù)装鍐卧M焊中，頂?shù)装鍐卧康兰觿爬咧g按0.5mm加放后，保證了二拼和整體組焊的縱向?qū)雍缚p間隙在6～8mm；（2）在橫隔板板單元組焊中，由于腹板厚度為10mm，并且加勁肋數(shù)量多，加勁肋組焊后板單元變形很大，火工矯正量大，橫隔板單元每道加勁肋之間按1mm加放后，保證了二切割后板單元的尺寸；（3）泰州大橋鋼箱梁橫隔板均采用了二次切割工藝，并且二次切割是采用變形小的等離子切割工藝。

2.3.2橫隔板單元反變形量的加放

在鋼箱梁的整體組焊過程中，受焊接收縮的影響，鋼箱梁兩側(cè)會(huì)向上翹起。為保證鋼箱梁幾何尺寸，并考慮到鋼箱梁自身重力的影響，鋼箱梁制造時(shí)需要有一定的預(yù)拱度，以消除向上翹起的變形，在鋼箱梁制作過程中采取的工藝措施有：

（1）合理的組焊順序，盡可能的減小因焊接產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

（2）在橫隔板截面上加放反變形的工藝措施，結(jié)合已完成的工程，針對(duì)不同截面的鋼箱梁采取不同方式的反變形，具體如下：

1）鋼箱梁為整體橫隔板或橫隔板被縱隔板（腹板）斷開的，按上圖左所示進(jìn)行反變形，L數(shù)值根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定。2）因運(yùn)輸或橋位吊裝的限制，鋼箱梁橫向被分成塊體制作的，仍按上圖左所示進(jìn)行反變形放樣制作，并要設(shè)置合理的塊體組焊順利和焊接收縮量。3）兩個(gè)邊箱+橫梁形式的鋼箱梁，反變形設(shè)置是中間橫梁不變，以斜腹板和直腹板的交點(diǎn)向下放反變形（如圖1所示）。

2.3.3頂?shù)装蹇v縫焊接時(shí)的反變形工藝

（1）頂?shù)装鍐卧吹膶?duì)接焊縫均采用單面焊雙面成型的焊接工藝，在板單元兩拼接寬時(shí)，采取預(yù)制反變形的工藝措施，即在焊縫處墊高20～30mm。（2）在整體組焊中，頂?shù)装鍐卧膊捎貌扇☆A(yù)制反變形的工藝措施，即在焊縫處墊高20～30mm，焊接縱向?qū)雍缚p，焊接后放平，再焊接其他焊縫。

3　鋼箱梁板單元制造

3.1板單元?jiǎng)澐值幕疽?/p>

在滿足設(shè)計(jì)要求和保證鋼箱梁制造質(zhì)量的前提下，綜合考慮供料、運(yùn)輸及批量生產(chǎn)等因素，盡可能將板單元尺寸作大，減少拼接焊縫數(shù)量，減少（或盡可能）避免仰位置焊接。

3.2頂?shù)装鍐卧圃旃に?/p>

（1）頂?shù)装鍐卧に嚵鞒蹋?/p>

施工準(zhǔn)備→下料、U肋加工→檢驗(yàn)→組裝U肋→焊接、修整→劃總拼組裝線→打號(hào)標(biāo)記

（2）頂?shù)装鍐卧谱鞴に囈c(diǎn)：1）為減小焊接變形及焊后火工矯正量，在板單元反變形焊接胎上進(jìn)行船位焊接。2）為保證板單元U形肋間距滿足橫隔板槽口落位的要求，用樣板重點(diǎn)檢查橫隔板組裝的位置和頂?shù)装宥祟^的位置。

3.3橫隔板單元制造工藝

（1）橫隔板制作工藝流程：施工準(zhǔn)備→下料、圍板加工→檢驗(yàn)→組裝加勁和圍板→焊接、修整→精切槽口→劃總拼組裝線→打號(hào)標(biāo)記。

（2）橫隔板單元制作工藝要點(diǎn)：1）鋼板第一次切割出人孔、電纜孔，噴粉劃出縱橫基準(zhǔn)線、水平加勁肋和豎向加勁肋安裝位置線。2）一次切割后的鋼板轉(zhuǎn)入專用胎架安裝加勁肋。3）水平加勁肋和豎向加勁肋焊接、矯正報(bào)驗(yàn)合格后，再轉(zhuǎn)入數(shù)控等離子切割機(jī)進(jìn)行槽口和周邊的切割（即二次切割），切割時(shí)以縱橫基線進(jìn)行二次切割的精確定位。

4　鋼箱梁整體組焊

4.1鋼箱梁整體組焊胎架的要求

鋼箱梁是在設(shè)置了橋梁豎向線形的胎架上進(jìn)行多梁段連續(xù)匹配組焊和預(yù)拼裝，即：節(jié)段連續(xù)匹配組裝、焊接和預(yù)拼裝同時(shí)完成?？v向是根據(jù)設(shè)計(jì)圖上提供的數(shù)值來設(shè)線形，橫向是根據(jù)橫隔板預(yù)設(shè)反變形量設(shè)置線形?？v橫向的制作線形均通過調(diào)整胎架牙板高差來實(shí)現(xiàn)。

4.2鋼箱梁整體組焊方法說明

根據(jù)鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鋼箱梁整體組焊可分為“正造法”和“反造法”，兩種方法的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)如下：

（1）相同點(diǎn)：這兩種整體組焊方法均是以胎架為外胎，以橫隔板為內(nèi)胎，各板單元按縱、橫基線進(jìn)行精確定位，在整體組焊胎架上進(jìn)行多梁段連續(xù)匹配組焊和預(yù)拼裝。（2）不同點(diǎn)：正造法是按“底板單元組焊→橫隔板單元組焊→頂板單元組焊”，一般用于底板為平直結(jié)構(gòu)的鋼箱梁；反造法是按“頂板單元組焊→橫隔板單元組焊→加勁肋安裝→底板組焊”，加勁肋和底板不組焊成單元，一般用于底板為曲面結(jié)構(gòu)的鋼箱梁，底板的曲面預(yù)先加工，在整體組焊時(shí)按橫隔板的曲面精確組裝到位。

4.3鋼箱梁整體組焊過程及施工要求

4.3.1整體組焊前板單元準(zhǔn)備

頂?shù)装鍐卧訉捊M焊（二拼）：為減少占用整體組焊胎架時(shí)間和縮短整體組焊周期，同時(shí)減少橫向焊接收縮量，頂板和底板單元在上胎前先按工藝要求在板塊拼裝胎架上兩兩拼成板塊。頂?shù)装灏纯v橫基線精確定位后，用焊前樣板進(jìn)行檢查，檢查合格后在將焊縫頂起；焊縫頂起必須在組裝時(shí)完成，嚴(yán)禁在在焊縫打底完成后再起頂反變形。最后，頂?shù)装蹇v縫施焊完成后，再用焊后樣板進(jìn)行檢查。

4.3.2鋼箱梁整體組焊施工過程

鋼箱梁一般采用“正造法”完成梁段的整體組焊，在泰州大橋鋼箱梁和東海大橋鋼箱梁制作中，均采用“正造法”。泰州大橋鋼箱梁梁高3.5m、寬39.1m、標(biāo)準(zhǔn)梁長(zhǎng)16m；東海大橋鋼箱梁梁高3.45m、寬24.8m、標(biāo)準(zhǔn)梁長(zhǎng)7.98m。

（1）泰州大橋鋼箱梁整體組焊過程：

1）組焊底板：先定位中心底板單元，再依次組焊兩側(cè)平斜底板。2）組焊橫隔板：先組裝中隔板，然后再組裝兩側(cè)的邊隔板和角點(diǎn)加勁。3）組焊風(fēng)嘴塊體：在無日照影響時(shí)依次組裝風(fēng)嘴塊體，組裝時(shí)除對(duì)準(zhǔn)基線外，還應(yīng)用經(jīng)緯儀和水平儀監(jiān)測(cè)吊耳板定位精度。4）組焊兩側(cè)頂板：從橋中心線向兩側(cè)依次對(duì)稱組焊中間頂板板塊，先施焊中間縱向?qū)雍缚p，然后依次對(duì)稱焊接其余縱向?qū)雍缚p。5）風(fēng)嘴塊體二次定位：在封箱頂板組焊前，風(fēng)嘴塊體進(jìn)行二次精確定位，微調(diào)吊耳橫向尺寸、風(fēng)嘴頂板的各測(cè)點(diǎn)高程，然后完成連接焊縫。6）組焊封箱頂板：先精確測(cè)量頂板單元與風(fēng)嘴頂板之間的距離，配切并組裝兩側(cè)頂板單元，完成邊縱向?qū)雍缚p。7）總拼流程示意圖見圖2。

（2）東海大橋鋼箱梁整體組焊過程：

1）組焊底板：先定位中心底板單元，再依次組焊兩側(cè)平底板。2）組焊橫隔板：先組焊兩側(cè)橫隔板，以基準(zhǔn)線確定橫隔板的位置，同時(shí)定位時(shí)要嚴(yán)格保證橫隔板與底板的垂直度。3）組焊中間縱腹板和兩側(cè)斜腹板：以縱、橫基準(zhǔn)線精確定位縱、斜腹板，兩側(cè)斜腹板用“側(cè)靠模”進(jìn)行定位。4）組焊中間隔板和錨箱：錨箱安裝前應(yīng)在縱腹板與橫隔板上劃出相應(yīng)的定位線，保證錨箱的安裝角度；索導(dǎo)管應(yīng)在頂板裝焊之后進(jìn)行焊接。5）頂板安裝：邊頂板裝焊時(shí)應(yīng)用水平儀調(diào)整頂板的角度。6）總拼流程示意圖見圖3。

5　鋼箱梁預(yù)拼裝

5.1鋼箱梁預(yù)拼裝過程

鋼箱梁整體組焊完成后，測(cè)量吊點(diǎn)縱距后，按照L止頂板=L實(shí)測(cè)-（L理論+△焊接收縮）、L環(huán)口間距=L止頂板+S焊縫間隙配切兩端坡口和安裝止頂板。精確調(diào)整和測(cè)量線形、長(zhǎng)度、端口尺寸、直線度等，檢驗(yàn)合格后組焊工地臨時(shí)連接件。鋼箱梁出胎后按施工圖規(guī)定的編號(hào)噴涂標(biāo)記。另外，預(yù)拼裝時(shí)要考慮焊接環(huán)形焊縫收縮量，并根據(jù)上次預(yù)拼裝后的累計(jì)總長(zhǎng)和誤差，修正本次預(yù)拼裝梁段的長(zhǎng)度，不使誤差積累。

5.2預(yù)拼裝檢查

每輪鋼箱梁整體組焊完成后直接在整體組焊胎架上進(jìn)行預(yù)拼裝檢查，檢查項(xiàng)點(diǎn)有：縱向線形；吊點(diǎn)中心距偏差、吊點(diǎn)縱距累加長(zhǎng)度；扭曲；吊裝節(jié)段間端口匹配情況等。在梁段預(yù)拼前應(yīng)解除所有組裝臨時(shí)定位的約束，使梁段處于自由狀態(tài)。所有項(xiàng)目的檢查應(yīng)避免日照影響，并記錄環(huán)境溫度。

6　結(jié)語(yǔ)

鋼箱梁加工制造是大跨度橋梁建設(shè)中非常關(guān)鍵的項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)外在制作工藝上進(jìn)行了多年的研究，發(fā)展至今已較好地解決了鋼箱梁制造加工中的難題，同時(shí)自動(dòng)化、信息化的引入極大地推動(dòng)了鋼箱梁加工技術(shù)的發(fā)展。一個(gè)正確的施工工藝、完備的施工方案，對(duì)提供工程質(zhì)量，加快生產(chǎn)進(jìn)度，提供經(jīng)濟(jì)效益都具有十分重要的作用。

［1］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.人民交通出版社，2000年10月.

［2］鐵路鋼橋制造規(guī)范［S］.中國(guó)鐵道出版社，2009年6月.

［3］鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.中國(guó)計(jì)劃出版社，2002年3月.

［4］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.中國(guó)計(jì)劃出版社，2003年4月.