鋼箱梁加工制作過程中的質(zhì)量控制措施

吳唯

摘 要：近年來，隨著我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展，鋼箱梁采用100%可回收利用的鋼材作為原材料，以工業(yè)化制造、裝配化施工的作業(yè)模式，突出顯現(xiàn)了鋼箱梁施工周期短，加工精度高，橋體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、自重輕、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，成為今后我國橋梁發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。下面就某長江大橋斜拉橋鋼箱梁制作安裝過程中的施工質(zhì)量控制進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：斜拉橋鋼箱；施工質(zhì)量；控制措施

1 工程概述

該長江公路大橋主橋?yàn)?4m+2×68m+608m+2×68m+64m七跨連續(xù)半漂浮體系雙塔混合梁斜拉橋，全長1008m。主橋中跨鋼箱梁全長為588m，全寬37.6m，梁中心線處內(nèi)輪廓高3.5m，橋面設(shè)2%雙向橫坡。鋼箱梁共分為41個(gè)梁段。

主橋斷面型式采用PK斷面（PK斷面指雙三角形邊箱形式主梁，這種斷面型式具有主梁橫向剛度大、抗風(fēng)性能良好等特點(diǎn)）。其中鋼箱梁全長為588m（含鋼混結(jié)合段），全寬37.6m（含布索區(qū)和風(fēng)嘴），梁中心線處內(nèi)輪廓高3.5m，橋面設(shè)2%雙向橫坡，梁高與跨徑比為1/173.7，與寬度之比為1/10.7。

2 鋼箱梁梁段制作、拼裝質(zhì)量控制措施

鋼箱梁梁段工廠采用全焊工藝，每個(gè)梁段由邊縱腹板、中縱腹板、斜底板、底板、頂板、邊橫隔板、中橫隔板組成，主體均采用U形加勁，邊縱腹板及頂板、斜底板的邊角部采用板式加勁。 由于鋼箱梁為主橋主要組成部分，所以梁段的制造精度直接影響現(xiàn)場安裝質(zhì)量，和橋梁整體質(zhì)量。因此，必須采取有效措施控制鋼箱梁的制造和預(yù)拼裝精度。

要控制安裝精度，既要控制梁長、梁寬、梁高（邊縱腹板處、中縱腹板處、中軸線處），錨箱橫向間距離，橫坡、U肋間距離， 梁段錨箱縱向距離，梁段斷面間距離，同時(shí)還要控制頂、底、腹板、U肋間錯(cuò)邊等。通過對鋼箱梁整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，確定梁段制造采用先制作板單元，再將梁段制作和預(yù)拼裝同時(shí)進(jìn)行的制作流程。所以，從板單元制作、梁段制作和預(yù)拼裝三個(gè)制作階段來進(jìn)行作業(yè)質(zhì)量控制。

2.1 下料控制措施

由于梁段焊接量大，焊接時(shí)會(huì)在橫向及縱向產(chǎn)生較大的焊接收縮，所以采取在梁段縱向預(yù)留二次切割量；頂板橫向?qū)挾扔蛇厒?cè)兩塊頂板單元寬度方向預(yù)留二次切割量，其余采取增加焊接補(bǔ)償量的無余量切割方法；底板寬度由于PK斷面鋼箱梁的結(jié)構(gòu)形式中間部位是無底板布置，采用中間隔板連接，比頂板橫向?qū)雍缚p少，所以底板的寬度控制采用無余量切割方法，來保證梁段的橫縱向尺寸。預(yù)留切割量主要針對頂板單元、底板單元、邊腹板單元、中縱腹板單元在向塔側(cè)設(shè)置30mm，梁段邊側(cè)頂板單元預(yù)留30mm切割量。

所有零件優(yōu)先采用精密切割下料。對于矩形板塊采用半自動(dòng)切割下料時(shí)，沿長度方向的兩邊要同時(shí)切割，防止板件在板平面內(nèi)側(cè)向彎曲。對于形狀復(fù)雜的零件，用計(jì)算機(jī)放樣確定幾何尺寸，并采用數(shù)控切割機(jī)精切下料，并應(yīng)適當(dāng)加入補(bǔ)償量，消除熱變形的影響。

板單元下料時(shí)長度方向因預(yù)留二次切割量可不考慮焊接收縮影響，寬度方向采取無余量切割，切割前根據(jù)工藝試驗(yàn)所得參數(shù)考慮制造過程中火焰切割、焊接、熱矯正對板件尺寸的影響，對板件寬度確定適當(dāng)?shù)墓に囉嗔俊?/p>

2.2 板單元制作質(zhì)量控制措施

由于鋼箱梁頂板和底板較寬，考慮鋼板廠家加工能力和板材運(yùn)輸問題、總拼時(shí)焊縫不能重合等因素，所以將頂板和底板分別分為6*2個(gè)、和4*2（鋼箱梁為對稱結(jié)構(gòu)）不同寬度的板單元進(jìn)行制作。

由于底板、頂板、中縱腹板結(jié)構(gòu)基本類似，故采用相同制作措施控制，制作工序分下料→組裝→焊接→矯正。為保證結(jié)構(gòu)外形尺寸，在劃線時(shí)采用鐵針和墨盒相結(jié)合方法精確放樣?？紤]到在板單元、梁段焊接時(shí)有收縮，為保證梁段長度，所以在長度方向加長30mm，在預(yù)拼裝工序再進(jìn)行二次切割。由于板單元長度較長和切割時(shí)板材受熱容易產(chǎn)生旁彎，所以在切割時(shí)采用兩臺(tái)制動(dòng)切割小車從同一方向同時(shí)切割。待下料完成后將板件在組裝胎架上定位，并畫出橫、縱基準(zhǔn)線、U肋、板肋、隔板等結(jié)構(gòu)位置線，并用羊沖對橫、縱基準(zhǔn)線進(jìn)行標(biāo)記，待總拼時(shí)使用，將各零件采用不大于1/2焊角按線定位。經(jīng)檢驗(yàn)員對U肋間距、外形尺寸檢驗(yàn)合格后將單元件固定于反變形焊接胎架采用二氧化碳制動(dòng)焊小車進(jìn)行焊接，這樣完全可以避免單元件產(chǎn)生大的變形，完工后對小量焊接變形進(jìn)行火焰矯正，經(jīng)檢驗(yàn)合格后粘貼轉(zhuǎn)序卡。

邊縱腹板制作工序分下料→組裝→焊接→矯正。

為保證結(jié)構(gòu)外形尺寸，在劃線時(shí)采用鐵針和墨盒相結(jié)合方法精確放樣?？紤]到在板單元、梁段焊接時(shí)有收縮，為保證梁段長度，所以在長度方向加長30mm，在預(yù)拼裝工序在進(jìn)行二次切割。由于板單元長度較長和切割時(shí)板材受熱容易產(chǎn)生旁彎，所以在切割時(shí)采用兩臺(tái)制動(dòng)切割小車從同一方向同時(shí)切割。待下料完成后將板件在組裝胎架上定位，并畫出橫、縱基準(zhǔn)線、加勁肋、隔板等結(jié)構(gòu)位置線，并用羊沖對橫、縱基準(zhǔn)線進(jìn)行標(biāo)記，待總拼時(shí)使用，將各零件采用不大于1/2焊角按線定位。經(jīng)檢驗(yàn)員對U肋間距、外形尺寸檢驗(yàn)合格后將單元件固定于反變形焊接胎架采用二氧化碳保護(hù)焊進(jìn)行焊接，焊接完成后進(jìn)行無損檢測，合格后進(jìn)行火焰矯正，待平面度滿足要求時(shí)翻轉(zhuǎn)置于平臺(tái)安裝錨箱構(gòu)件，對各構(gòu)件安裝位置檢驗(yàn)合格后焊接，這樣完全可以避免單元件產(chǎn)生大的變形，完工后對焊接變形進(jìn)行火焰矯正?？梢员ＷC各尺寸和錨箱精度要求。

隔板制作工序分下料→組裝→焊接→矯正。為保證結(jié)構(gòu)外形尺寸，在隔板下料采用等離子數(shù)控切割。然后將板件置于組裝平臺(tái)劃線，將各零件采用不大于1/2焊角按線定位。經(jīng)檢驗(yàn)員檢驗(yàn)合格后進(jìn)行二氧化碳保護(hù)焊焊接，焊接時(shí)用焊角量規(guī)對焊角尺寸進(jìn)行檢查，避免焊角過大產(chǎn)生大量變形。焊接后進(jìn)行火焰矯正，可以保證各尺寸和平面度要求。

制作風(fēng)嘴單元時(shí)，在風(fēng)嘴單元上要保留基準(zhǔn)線位置，用于組裝時(shí)與主梁相應(yīng)基準(zhǔn)線對齊。

錨箱單元作為主要的受力構(gòu)件，保證制作精度致關(guān)重要。錨箱結(jié)構(gòu)由多塊板件組焊，焊接量很大，焊接變形難以控制，且構(gòu)件空間狹小，焊接質(zhì)量也不容易保證。所以不宜采取各個(gè)板件單獨(dú)組焊的工藝。通過對結(jié)構(gòu)的分析并結(jié)合焊縫的焊接要求，決定采用先組焊成錨箱小部件然后再與邊縱腹板組焊的方法。即先把承力板、承力板加勁（靠近邊縱腹板的加勁暫不組，以方便承力板與邊縱腹板的焊接）、承錨板在組裝平臺(tái)上組焊在一起，組焊時(shí)嚴(yán)格控制兩承力板的平行度以及承力板與承錨板的垂直度。焊后矯正焊接變形，經(jīng)檢驗(yàn)合格后形成錨箱小部件。在邊縱腹板上精確劃線，按線組錨箱小部件，這樣就保證了鋼箱梁錨箱承力板與邊縱腹板頂面的夾角，即保證了錨箱承力板和承錨板的位置精度。然后依次組焊錨箱結(jié)構(gòu)的其它板件，并采取邊焊接邊修正的方法，使焊接變形得到有效控制。

2.3 鋼箱梁組裝質(zhì)量控制措施

根據(jù)橋梁長度和設(shè)計(jì)要求為保證梁段間匹配精度，在預(yù)拼裝為6+1方式制作，在搭設(shè)胎架時(shí)由于鋼箱梁安裝就位后由拉索與錨箱相連接，整個(gè)梁端處于懸空狀態(tài)，在重力下使橫坡變小，所以將胎架設(shè)置反變形，反變形量為10mm。變形會(huì)產(chǎn)生根據(jù)焊縫的焊接變形規(guī)律和鋼箱梁各單元件組裝關(guān)系，確定組焊工序?yàn)樘ゼ苤谱鳌降装鍐卧钡装鍐卧呄涓舭鍐卧锌v腹板單元→邊縱腹板單元（帶錨箱）→中間隔板單元→頂板單元→風(fēng)嘴單元→索導(dǎo)管。

胎架制作是保證梁段精度的基礎(chǔ)工作，所以在制作時(shí)標(biāo)高用水準(zhǔn)儀測量。橫、縱基準(zhǔn)點(diǎn)采用全站儀測量而且儀器在計(jì)量標(biāo)定合格使用期內(nèi)，在測量時(shí)高差控制在2mm范圍之內(nèi)，基準(zhǔn)線誤差在1mm之內(nèi)，在放樣完成后用羊沖和紅色油漆進(jìn)行標(biāo)記。

在胎架搭設(shè)完成后先將所有平底板、斜底板按線進(jìn)行定位，定位控制底板寬度、U肋匹配度，底板與胎架接觸點(diǎn)間隙。由于各梁段已設(shè)置錨箱，在成橋式存在鎖具想橋梁中心線處的力，為保證成橋后梁段外形符合設(shè)計(jì)要求，在制作過程中，將臺(tái)架在橋梁橫斷面上由中間向兩側(cè)預(yù)加20mm反變形；帶U肋的板單元組裝時(shí)需要保證U肋的外形及U肋的間距，在組裝過程中需要工裝配合。定位檢驗(yàn)合格后進(jìn)行焊接，焊接順序?yàn)橄戎虚g后兩邊，焊接完成后對變形部位進(jìn)行矯正。

組裝橫隔板時(shí)，由于預(yù)拼裝與梁段組裝在同一胎架上進(jìn)行，胎架的制作已經(jīng)考慮橋梁線型，所以在組裝橫隔板時(shí)要保證橫隔板與與地板的垂直關(guān)系。

組裝邊縱腹板與中縱腹板時(shí)，該橋每個(gè)梁段都具有唯一性，區(qū)別在于錨箱的組裝位置不同，所以在組裝邊縱腹板時(shí)，先將錨箱與邊縱腹板進(jìn)行組裝，并對梁段進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

組裝中隔板時(shí)，中隔板的形狀為梯形，上窄下寬，中隔板的組裝可采用由下向上提升的方法進(jìn)行安裝。

組裝頂板時(shí)，要從中間向兩邊進(jìn)行依次組裝。為確保頂板單元位置準(zhǔn)確，在各板單元的制作時(shí)均要標(biāo)記出橫、縱基準(zhǔn)線位置，以檢測同一梁段、兩端之間位置準(zhǔn)確性。

組裝邊側(cè)頂板單元時(shí)，邊側(cè)頂板單元在制作時(shí)留20mm配切余量，待整體梁段除邊側(cè)頂板單元全部完成組裝并焊接后，精確測量梁段寬度及拉索錨箱的位置，若與設(shè)計(jì)尺寸有少許偏差，可靠調(diào)節(jié)邊側(cè)頂板單元寬度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

組裝風(fēng)嘴單元時(shí)，注意風(fēng)嘴單元預(yù)留的基準(zhǔn)線位置要與主梁相應(yīng)基準(zhǔn)線位置對齊。

3 結(jié)束語

以上通過闡述從鋼箱梁板單元的加工與預(yù)拼組裝過程中，通過對每個(gè)加工環(huán)節(jié)采取各項(xiàng)措施，保證鋼箱梁成品質(zhì)量能夠符合設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。事實(shí)證明，不斷地改進(jìn)加工工藝，加工設(shè)備，加強(qiáng)鋼箱梁加工環(huán)節(jié)的精度控制，對鋼箱梁成品質(zhì)量提升起著至關(guān)重要的作用。

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