城市高架鋼結構橋的鋼箱梁制作技術

楊 陽 嚴亞飛 李勝乾 李昊坤

中建鋼構江蘇有限公司 江蘇 靖江 214532

1 工程概況

江陰芙蓉大道橋梁為典型的鋼箱梁結構城市高架橋梁，鋼箱梁橫斷面采用單箱三室等截面形式，頂板采用雙向2%橫坡，底板保持水平，腹板采用1∶2.5的斜率。節(jié)段間除頂板U形肋采用栓接外，其余全部采用焊接。每個節(jié)段主要由頂板單元、底板單元、腹板單元、橫隔板單元、挑臂塊體組成（圖1）。

圖1 江陰芙蓉大道橋標準橫斷面

2 制作重、難點及對策

2.1 橋梁線形控制

橋梁線形是設計中的一項主要技術指標，貫穿于鋼箱梁制造、安裝的全過程中，需重點控制。

對策：

1）鋼箱梁制作采用長線預拼裝，每輪次的預拼裝節(jié)段不少于5個，采用節(jié)段組裝及預拼裝同時進行的方案。

2）節(jié)段組裝設置5個停止點，分別為胎架完成、底板組焊完成、隔板組焊完成、頂板組焊完成、節(jié)段整體報檢，每個停止點采用三檢制，即自檢、互檢、專檢。

3）分部組裝過程中，以各個節(jié)段的縱橫基準線為基準，將各節(jié)段縱橫基準線的位置偏差控制在允許范圍內(nèi)，以保證其匹配性。

4）鋼箱梁制作預拼裝各主要工序的監(jiān)測均在溫差較小、無日照的時段進行。

5）節(jié)段預拼裝完成后，組裝匹配裝置，以便現(xiàn)場及時、準確地復位各節(jié)段。

2.2 焊接變形控制

影響焊接變形的因素非常多，幾乎在所有的焊接結構制造中都將焊接變形的控制作為重點。

對策：

1）分步組裝、分步焊接，預制反變形，控制焊接順序。

2）采用小間隙、小坡口焊接，選擇焊接線能量小的焊接方法。

3）在制造中積累各類焊縫的焊接收縮量實測數(shù)據(jù)，以便使預留的焊接收縮量更為準確。

2.3 U形肋栓接精度控制

梁段間頂板U形肋連接采用栓接方式，制孔精度控制及如何考慮不同狀況時接口連接孔的位置關系是工藝的難點。

對策：

1）U形肋兩端螺栓孔在專用鉆孔胎架上，借助整體模板，采用搖臂鉆床鉆孔，保證極邊孔距及孔間距。

2）拼接板采用先孔法，其優(yōu)點在于利用數(shù)控鉆床或胎型樣板鉆孔，質(zhì)量好，效率高，易于實現(xiàn)拼接板標準化，互換性強，便于橋上安裝。

3）通過對首批板單元U形肋極邊孔距的收集及分析，在后續(xù)U肋制孔時考慮補償量。

4）在整體組裝及預拼裝過程中采用工藝拼接板對相鄰梁段的U形肋進行栓接，以保證孔群之間的相對位置關系。工藝拼接板在相鄰梁段孔群之間要考慮工藝補償量。

3 鋼箱梁制作工藝

3.1 頂板單元制作工藝

3.1.1 頂板單元制作工藝流程

1）零件切割：頂板采用數(shù)控切割機切割下料，弧形板精度要重點控制。

2）組裝U形肋：采用U形肋裝配機進行U形肋裝配。組裝前，先對焊縫區(qū)域進行打磨，以縱橫基準線為基準畫U形肋位置線，進行對線組裝（圖2）。

3）焊接U形肋：U形肋開設50°～55°坡口，留根1 mm±0.5 mm。在船型反變形胎架上，采用CO2自動焊機施焊，焊后降至室溫松卡，并進行適當調(diào)整（圖3）。

圖2 對線組裝

圖3 焊接U形肋

3.1.2 頂板單元制作工藝要點

1）進行組裝基準線彈線時，控制所彈線寬不大于0.3 mm，誤差不大于0.5 mm。

2）采用U形肋裝配機進行裝配，應滿足以下質(zhì)量標準：

① 基準邊到第1條U形肋的邊距公差±1 mm。

② U形肋與U形肋之間距離公差：橫隔板部位±1 mm，任意位置±2 mm。

③ 基準邊與縱基線的距離公差±1 mm。

④ 基準頭到U形肋端頭（到橫基線的距離）公差±1 mm。

⑤ U形肋與橋面板之間的不垂直度≤1 mm，組裝間隙≤1 mm。

3）單元件焊后若平面度出現(xiàn)超差，則需要采用熱矯正的方法進行矯正，加熱溫度控制在600～800 ℃，溫度降至室溫前不得錘擊鋼板。個別部位需要進行錘擊矯正時應加墊板。

3.2 鋼箱梁預拼工藝

本橋鋼箱梁采用正裝法，以專用胎架為建造平臺，專用胎架采用線形胎架，保證胎架有足夠的強度和剛度，以底板外表面為建造基面進行建造[1-3]。

3.2.1 鋼箱梁預拼工藝流程

1）底板單元件定位（圖4）：以底單元件縱基線反畫橋梁中心線，使用橋梁中心線對地樣中心線，進行中心底單元件的橫向定位，同時，以單元件上的橫基線進行縱向定位。中心底板定位檢驗合格后，以中心底板的縱橫基準線為基準，由中間向兩邊依次定位其余底板單元件。

圖4 底板單元件定位

2）中間橫隔板組焊（圖5）：橫隔板的安裝應重點控制板面平面度、橫隔板間距及與箱梁底板的角度值，組裝時嚴格對定位基線，并用吊線錘控制隔板與底板傾斜值，采用組裝拉桿固定。

3）中間直腹板就位（圖6）：直腹板單元定位需以底板的縱橫基準線為基準，并監(jiān)測腹板與底板的垂直度。

圖5 中間橫隔板組焊

圖6 中間直腹板就位

4）兩側(cè)隔板及斜腹板依次就位（圖7）：安裝兩側(cè)隔板需由中間向兩邊交叉安裝隔板單元件，單元定位需以底板的縱橫基準線為基準，并監(jiān)測隔板相對底板的沖勢值；安裝兩側(cè)斜腹板需保證兩側(cè)腹板與隔板密貼，并檢查箱梁上口、下口的尺寸大小，控制腹板與底板的錯臺量、腹板到橋梁中心線的半寬值。

5）中間頂板單元就位（圖8）：上頂板單元件之前，先檢測隔板上表面標高是否符合驗收要求。對于頂板縱向定位，首先驗證單元件制作時返到頂板上的組裝定位基準線，同時用全站儀校正該基準線與橋梁中心線的垂直度；頂板定位時采用吊線錘方法保證每個梁段端口的垂直度（要考慮由于制造線形產(chǎn)生的傾斜量）。

圖7 兩側(cè)隔板及斜腹板就位

圖8 中間頂板單元就位

6）兩側(cè)頂板單元依次就位（圖9）：以胎架中心標志塔上的基線以及單元件上的縱基線為準進行中心頂板的橫向定位，然后向兩側(cè)推進。

7）挑臂塊體就位（圖10）：

① 橫向定位：以挑臂塊體的縱基線為準進行挑臂塊體單元橫向定位，縱基線到橋軸線的定位尺寸=理論尺寸＋焊接收縮量＋工藝調(diào)整量。

② 縱向定位：以挑臂塊體上的橫基線為基準進行縱向定位，同時校對梁段兩側(cè)橫基線的相對錯位量。

圖9 兩側(cè)頂板單元依次就位

圖10 挑臂塊體就位

8）節(jié)段預拼裝（圖11）：

① 待每個梁段所有焊接、修整完成后，進行橋梁線形的復測（要求日出前測量）及環(huán)口的匹配修整。配切梁長及頂、底板的坡口。

② 梁段間臨時連接件的組裝應在梁段環(huán)縫切割后進行。

③ 節(jié)段預拼裝檢測合格后，采用全站儀、鋼帶等儀器工具，按工藝要求繪制節(jié)段縱向定位線、端口橫向檢查線及節(jié)段橋上吊裝標高測量點等各類標記，以便節(jié)段在存放、吊裝過程中易于辨別。節(jié)段預拼裝完成，臨時匹配裝置，測控點、吊耳等布置好。

9）構件解體下胎（圖12）：待每個梁段檢驗合格后，進行解體下胎。

3.2.2 鋼箱梁預拼工藝要點

圖11 節(jié)段預拼裝

圖12 構件解體下胎

1）單元件組裝定位：為控制鋼箱梁的組裝精度，減小溫差影響，橋梁中心線處底（頂）單元件、腹板、橫隔單元件和頂單元件的定位組裝需在無日照影響時進行，鋼箱梁尺寸設計基準溫度為15 ℃。各主要尺寸要根據(jù)環(huán)境溫度與設計基準溫度的溫差來進行適當調(diào)整，補償?shù)臄?shù)值根據(jù)鋼材的線膨脹系數(shù)1.2×10-5K-1來計算[4-6]。

2）鋼箱梁焊接應分步進行，遵循先內(nèi)后外、先下后上、由中心向兩邊的施焊原則。

3）基線至基線的距離要準確預留各項余量，相鄰吊裝段間橫基線間距=理論尺寸＋焊接收縮量。

4）梁段整體組裝時，單元件在梁上橫向接寬使用預變形工藝。工藝方法為：在接板對接縫的位置墊高外推2 mm，貼陶瓷襯墊，焊接（打底、CO2填充、撤墊、自動焊蓋面），修整。

5）鋼箱梁預拼裝完成后要設置現(xiàn)場定位板，以方便現(xiàn)場準確定位；此外，梁段上還需設置測量控制點，既可用于監(jiān)控總拼裝精度，也可用于現(xiàn)場橋位各節(jié)段定位監(jiān)控。

4 結語

江陰芙蓉大道快速化改造工程為典型的鋼結構城市高架橋梁，其特點是制作精度要求高、焊接工程量大、焊接難度大。本文從橋梁線形控制、焊接變形控制及鋼箱梁制作工藝等方面對其進行研究總結，為今后同類型工程的實施提供一定的參考。