鋼箱梁制作技術(shù)淺析

摘要： 本文通過(guò)鳳凰山公園2線36+50+33m鋼箱梁的制作為例，介紹其制作工藝、焊接變形控制及質(zhì)量控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞： 鋼箱梁 制作工藝 焊接變形 質(zhì)量控制

1前言

鳳凰山公園2線36+50+33m鋼箱梁為上跨鳳凰山公園2線，在ZX110#～ZX113#橋墩之間。本聯(lián)橋分左右兩幅修建，左幅橋?yàn)榈葘挊蛄?，橋?qū)?2.75m，右幅橋?yàn)樽儗挊蛄?，橋?qū)捰?2.75m變到20.75m。

其橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置為：?jiǎn)畏鶚驅(qū)?2.75米=0.15迷（防撞墻懸挑）+12.45米（梁體頂凈寬）+0.15米（防撞墻懸挑）；單幅橋?qū)?0.75米=0.15迷（防撞墻懸挑）+20.45米（梁體頂凈寬）+0.15米（防撞墻懸挑）。

橋梁上部結(jié)構(gòu)為變截面連續(xù)鋼箱梁，梁體采用分段預(yù)制拼裝施工。梁高為變高，端支點(diǎn)梁高1.82m，中支點(diǎn)梁高2.52m，考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸和拼裝問(wèn)題，主橋鋼箱梁采用橫縱向劃分。節(jié)段箱梁間聯(lián)結(jié)方式主要采用工廠焊接與工地現(xiàn)場(chǎng)焊接相結(jié)合的方式。全橋左右幅鋼箱梁總長(zhǎng)均為119m，左右幅橋頂、底板均采用1.5%的單向橫坡，頂?shù)装迤叫校拱邈U垂，鋼箱梁材質(zhì)為Q345C，工程量約2092t。主橋全貌見(jiàn)圖1，橫斷面見(jiàn)圖2。

圖1

圖2

2制作總體工藝流程

鋼箱梁為全焊接結(jié)構(gòu)，焊縫密集，操作空間有限，所發(fā)生的焊接變形和殘余應(yīng)力較大，為控制箱體結(jié)構(gòu)焊接變形，保證產(chǎn)品整體質(zhì)量，鋼箱梁制作采用在反變形胎架進(jìn)行部件焊接，分段總裝時(shí)采用“反造法”（分段總裝時(shí)，以頂板面為胎架面進(jìn)行“反造”）。制作總體工藝流程：“板→板塊（或部件）→板單元→單元塊→鋼箱梁→預(yù)拼裝→橋位焊接”方式制作。

3制作工藝

3.1箱梁制作分段劃分

根據(jù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合鋼板的采購(gòu)、供貨現(xiàn)狀，以及梁體分段的運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備的選用等因素，本橋采用橫向、縱向劃分結(jié)合方案，考慮底板變板厚位置及環(huán)縫避開(kāi)跨中，縱向劃分為11個(gè)分段，橫向根據(jù)寬度合理劃分；分段劃分最大長(zhǎng)度為13.7m，最大分段重量約為39.3噸。鋼箱梁橫向塊體劃分見(jiàn)圖3。

圖3

3.2單元件劃分方案

單個(gè)鋼箱梁分段（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段）按下圖劃分為頂板單元件、底板單元件、腹板單元件、橫隔板單元件、頂板橫肋部件5部分。

3.3單元件（部件）制作

3.3.1頂板單元件制作流程：

按分段尺寸對(duì)頂板及U肋T肋下料→放樣前對(duì)頂板及U肋T肋復(fù)查（尺寸、坡口朝向、材質(zhì)、爐批號(hào)等）→按施工圖紙放樣→對(duì)裝→在反變形胎架上用焊接小車(chē)焊接（反變形胎架見(jiàn)下圖）→矯正（矯正溫度控制在600℃～800℃，嚴(yán)禁過(guò)燒、直接錘擊或水冷）→編號(hào)→準(zhǔn)備進(jìn)入單元總裝工序。

3.3.2腹板單元件制作流程：

按分段尺寸對(duì)腹板及板肋下料→放樣前對(duì)腹板及板肋復(fù)查（尺寸、坡口朝向、材質(zhì)、爐批號(hào)等）→按施工圖紙放樣→對(duì)裝→在反變形胎架上用焊接小車(chē)焊接→矯正（矯正溫度控制在600℃～800℃，嚴(yán)禁過(guò)燒、直接錘擊或水冷）→編號(hào)→準(zhǔn)備進(jìn)入單元總裝工序。

注：由于橋體在橫縱向存在坡度和拱度，變寬段腹板應(yīng)根據(jù)橋體截面建模下料，防止在單元總裝時(shí)橋體扭曲和對(duì)裝間隙過(guò)大。

3.3.3底板單元件制作流程：

按分段尺寸對(duì)底板及板肋下料→放樣前對(duì)底板及板肋復(fù)查（尺寸、坡口朝向、材質(zhì)、爐批號(hào)等）→按施工圖紙放樣→對(duì)裝→在反變形胎架上用焊接小車(chē)焊接→矯正（矯正溫度控制在600℃～800℃，嚴(yán)禁過(guò)燒、直接錘擊或水冷）→編號(hào)→準(zhǔn)備進(jìn)入單元總裝工序。

注：由于橋體底板最終成型時(shí)兩端底板需折彎，故制作時(shí)應(yīng)考慮坡度和拱度對(duì)底板進(jìn)行展開(kāi)下料，保證最終的成型尺寸（對(duì)于折彎角度很小的底板可不作考慮）。

3.3.4橫隔板單元件制作流程：

下料→放樣前復(fù)查（尺寸、坡口朝向、材質(zhì)、爐批號(hào)等）→按施工圖紙放樣→對(duì)裝進(jìn)入孔加強(qiáng)圈、筋板→在鋼平臺(tái)上用CO2氣保焊焊接→矯正（矯正溫度控制在600℃～800℃，嚴(yán)禁過(guò)燒、直接錘擊或水冷）→編號(hào)→準(zhǔn)備進(jìn)入單元總裝工序。

3.3.5橫聯(lián)、挑梁?jiǎn)卧谱髁鞒蹋?/p>

下料→放樣前復(fù)查（尺寸、坡口朝向、材質(zhì)、爐批號(hào)等）→按施工圖紙放樣→對(duì)裝進(jìn)入孔加強(qiáng)板、筋板→在鋼平臺(tái)上用CO2氣保焊焊接→矯正（矯正溫度控制在600℃～800℃，嚴(yán)禁過(guò)燒、直接錘擊或水冷）→編號(hào)→準(zhǔn)備進(jìn)入單元總裝工序。

注：對(duì)于數(shù)量多的橫隔板、橫聯(lián)和挑梁的首件進(jìn)行試裝配，合格后方可進(jìn)行批量制作。

3.4單元總裝

為保證鋼箱梁整體成型質(zhì)量，在單元總裝階段制作總裝胎膜平臺(tái)，胎膜平臺(tái)的線型根據(jù)橋體實(shí)際的坡度和拱度進(jìn)行放樣制作，胎膜平臺(tái)示意圖如下：

單元總裝流程：確定基準(zhǔn)點(diǎn)→根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)和橋體線形調(diào)節(jié)胎膜→檢驗(yàn)→合格后對(duì)胎膜進(jìn)行加固→在胎膜上鋪置頂板→通過(guò)壓重塊使頂板貼在胎膜上，保證頂板整體線形→點(diǎn)焊固定→依次對(duì)裝隔板單元件、腹板單元件、橫聯(lián)、挑梁、底板單元件→焊接→矯正→挑梁內(nèi)預(yù)防腐→裝焊挑梁蓋板、支座墊板、進(jìn)人門(mén)等附件→檢查單元對(duì)接口尺寸→準(zhǔn)備與下一單元串組。

3.5段間串組

為保證在廠內(nèi)制作的單元件在工地現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)能夠準(zhǔn)確拼接，因此，在廠內(nèi)制造時(shí)對(duì)每段單元件進(jìn)行兩兩串組，檢驗(yàn)合格后發(fā)運(yùn)至工地。

串組流程：以前一單元件為基準(zhǔn)（前一單元件制作完成不拆除）→在胎膜上鋪置后一單元件頂板（保證頂板對(duì)接處錯(cuò)牙在）→通過(guò)壓重塊使頂板貼在胎膜上，保證頂板整體線形→點(diǎn)焊固定→依次對(duì)裝隔板單元件、腹板單元件、橫聯(lián)、挑梁、底板單元件→焊接→矯正→挑梁內(nèi)預(yù)防腐→裝焊挑梁蓋板、支座墊板、進(jìn)人門(mén)等附件→檢查單元對(duì)接口尺寸→檢查串組各處對(duì)接尺寸→用樣沖標(biāo)記對(duì)接定位線，并防腐后用油性筆做上記號(hào)→出廠驗(yàn)收（包括外形尺寸、整體拱度、坡度、焊縫質(zhì)量等）→拆除前一單元件→翻面→在每個(gè)單元件頂板上安裝工地吊裝吊耳和標(biāo)記基準(zhǔn)控制點(diǎn)→防腐。

4鋼箱梁焊接變形控制

鋼箱梁制造精度主要通過(guò)裝配精度和焊接變形的控制實(shí)現(xiàn)，對(duì)于多箱多室形式的鋼箱梁結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的焊接變形有：1）縱向收縮變形；2）橫向收縮變形；3）角變形；4）彎曲變形；5）扭曲變形；6）波浪變形。針對(duì)這些焊接變形可采取如下工藝措施加以控制：

4.1部件焊接采用反變形技術(shù)（上述反變形胎架），通過(guò)板厚、焊腳和焊接參數(shù)，大致計(jì)算出變形量d，然后通過(guò)反變形胎架反向壓彎量-D，壓彎部分抵消掉焊接過(guò)程中產(chǎn)生的變形量，即d+（-D）=0。

4.2單元件在縱橋向的合攏段預(yù)留50mm工地補(bǔ)償量，此部分余量可抵消一部分工地和廠內(nèi)焊接收縮量，多余余量可修切掉，保證其在縱向整體長(zhǎng)度。因此，在廠內(nèi)制作時(shí)對(duì)每件構(gòu)件可不單獨(dú)考慮焊接收縮量。

4.3下料時(shí)預(yù)留構(gòu)件切邊量，在構(gòu)件焊接完成再行切邊，以補(bǔ)償構(gòu)件焊接的橫向和縱向收縮量。

4.4橫向分段布置在橫聯(lián)上，為保證安裝時(shí)便于調(diào)節(jié)，橫聯(lián)與頂板在工地現(xiàn)場(chǎng)焊接，在頂板對(duì)接焊縫焊接完成后再焊橫聯(lián)與頂板的焊縫。通過(guò)此焊接順序，控制變形，防止錯(cuò)牙。

4.5通過(guò)總拼胎架采用強(qiáng)制約束施焊，頂板與胎架剛性固定，箱體內(nèi)通過(guò)剪刀架支承，控制箱體整體變形。

4.6對(duì)于需清根焊透的坡口焊，采用不對(duì)稱坡口形式，先焊大坡口，清根小坡口，減小焊接變形。

4.7由于焊縫截面積越大，冷卻時(shí)收縮引起的塑性變形量大，采取合理的坡口大小，避免坡口過(guò)大。

4.8減小熱輸入，采用合理的焊接參數(shù)，減小焊接變形。

4.9對(duì)于角焊縫大和坡口大的焊縫采用多層多道焊接，減小熱影響區(qū)域，減小焊接變形。

4.10鋼箱梁對(duì)裝完成后，通過(guò)對(duì)稱施焊、間斷跳焊，先立焊，再平焊，后仰焊的順序進(jìn)行焊接，以控制焊接變形。

5鋼箱梁質(zhì)量控制

鋼箱梁整體質(zhì)量應(yīng)對(duì)制作的各個(gè)環(huán)節(jié)加以監(jiān)控和把關(guān)，使其最終成形符合設(shè)計(jì)圖紙和相應(yīng)規(guī)范的要求。

5.1材料檢驗(yàn)

此過(guò)程主要包括對(duì)板材、型材、焊材、涂料的進(jìn)廠復(fù)驗(yàn)，并按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。

5.2放樣尺寸檢驗(yàn)

在此過(guò)程中，按加工圖紙尺寸對(duì)放樣尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)于多批量構(gòu)件和尺寸不好檢驗(yàn)的弧形構(gòu)件，可制造檢驗(yàn)樣板，通過(guò)樣板對(duì)構(gòu)件進(jìn)行檢驗(yàn)。

5.3下料、加工尺寸檢驗(yàn)

下料過(guò)程中，對(duì)材質(zhì)、爐批號(hào)、零件編號(hào)、坡口、下料尺寸、零件表面的坑洼等進(jìn)行檢驗(yàn)。加工過(guò)程中，對(duì)零件精度、表面粗糙度、銑面加工量等進(jìn)行檢驗(yàn)。

5.4鋼板拼接檢驗(yàn)

此過(guò)程主要對(duì)拼板坡口、板材尺寸焊前檢查，拼板后的焊縫探傷、外觀、矯正、標(biāo)記等檢查。

5.5部件制作檢驗(yàn)

焊前對(duì)裝整體尺寸、對(duì)裝間隙檢查。焊后成形尺寸，焊縫外觀檢查、焊縫無(wú)損檢驗(yàn)、矯正、標(biāo)記、標(biāo)識(shí)等檢查。

5.6單元總裝檢驗(yàn)

焊前對(duì)產(chǎn)品標(biāo)記標(biāo)識(shí)、總裝尺寸、定位焊等進(jìn)行檢查。焊后成形尺寸，焊縫外觀檢查、焊縫無(wú)損檢驗(yàn)、矯正、標(biāo)記、標(biāo)識(shí)等檢查。

5.7單元串組檢驗(yàn)

段間開(kāi)口尺寸檢查，附件裝焊、臨時(shí)人孔開(kāi)制及封堵、矯正、標(biāo)記、標(biāo)識(shí)。焊后焊縫外觀檢查、焊縫無(wú)損檢驗(yàn)。

5.8防腐涂裝檢驗(yàn)

噴砂表面清潔度、粗糙度，涂層漆膜厚度、附著力檢測(cè)，涂裝保護(hù)，分段出廠標(biāo)記標(biāo)識(shí)檢查。

6總結(jié)

鋼箱梁制作主要由切割下料、裝配、焊接、矯正、探傷等工序組成。對(duì)每個(gè)工序進(jìn)行控制是保證最終產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。鋼箱梁的制造精度是由工廠制作精度和現(xiàn)場(chǎng)拼接精度決定的，制作和現(xiàn)場(chǎng)拼裝過(guò)程中一定要嚴(yán)把各道工序的質(zhì)量關(guān)，在實(shí)踐中不斷探索各工序的控制余量，確保誤差控制在允許偏差范圍內(nèi)。并通過(guò)焊接變形的特點(diǎn)，采取有效措施減小焊接變形和消除構(gòu)件殘余應(yīng)力，只有這樣才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

本文所介紹的鋼箱梁制作技術(shù)是經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的成熟技術(shù)，可供生產(chǎn)同類型鋼構(gòu)件時(shí)參考借鑒。

（作者單位：中國(guó)水利水電第七工程局有限公司機(jī)電安裝分局）

作者簡(jiǎn)介：胡平，（1979.8.4），男，本科，工程師，從事水電站金屬結(jié)構(gòu)制作及安裝技術(shù)管理工作。