以某橋梁為例深入探討鋼桁梁H橫梁制作工藝

周玲 孫國金

摘要：文章以某大橋?yàn)槔攸c(diǎn)闡述了H型橫梁制作工藝要點(diǎn)分析，并詳細(xì)通過切割下料、反變形加工、H型組裝、焊接前預(yù)熱、焊接、焊后檢測矯正、坡口加工、加勁肋組裝和焊接、端頭制孔、沖砂涂裝等方面進(jìn)行概述，而后又深入分析了如何控制焊接殘余應(yīng)力及如何保障焊接過程的質(zhì)量，以期提高H橫梁制作工藝。

關(guān)鍵詞：鋼桁梁橋；H橫梁；制作工藝；探討

1.工程概況

某大橋上部主橋結(jié)構(gòu)形式為三跨連續(xù)鋼桁梁橋，總長333.4m，橋梁設(shè)計寬度42m。主橋上部結(jié)構(gòu)采用桁式腹板鋼連續(xù)梁，腹板采用三角形腹桿體系，節(jié)間長度3m，一幅橋面寬20.25m，一幅橋設(shè)6片桁架，橋面系采用鋼橋面板，每兩片桁架下弦底板相連形成單幅三箱結(jié)構(gòu)，單箱中心線處梁高由邊跨及跨中的3.5m變化至墩頂?shù)?m，底緣線型按照二次拋物線變化。

橋面橫坡由頂板傾斜形成，鋼橋面板采用u型加勁，懸臂處采用板式加勁；下弦底板不設(shè)橫坡，水平設(shè)置，底板采用板式加勁。鋼桁梁上弦采用箱形截面，上弦截面寬度800mm，中心處高766及834mm，上弦頂板厚20mm，上下弦腹板采用14mm、16mm及20mm三種板厚，上弦底板采用16mm及20mm兩種板厚。下弦截面寬度800mm，高1000mm，下弦頂板厚20mm，下弦腹板采用14mm、16mm及20mm三種板厚，下弦底板采用20mm、28mm及36mm三種板厚。

腹桿除梁端支撐處設(shè)置豎桿，其余部位均為斜桿，墩頂部分腹桿采用箱型斷面，梁端支撐處豎桿采用箱形斷面，其余均采用H字型斷面，腹桿頂、底板采用14mm、16mm及20mm三種板厚，腹桿腹板采用20mm及24mm兩種板厚。

2.H型橫梁制作工藝要點(diǎn)

2.1切割下料。腹板和翼緣板的切割采用精密數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行切割，切割后采用打磨機(jī)對切割面進(jìn)行打靡，然后進(jìn)行二次矯平，劃出反變形壓制位置線。腹板的下料切割和坡口開制精度是H形鋼組裝質(zhì)量的保證，由于腹板與翼緣板之間的焊縫為全熔透焊縫，為防止由于組裝間隙過大而造成的焊接收縮變形，腹板切割下料后采用刨邊機(jī)對腹板二側(cè)進(jìn)行刨邊加工，保證腹板的寬度和直線度。

2.2反變形加工。翼緣板的反變形設(shè)置也是H形鋼加工的關(guān)鍵，反變形量的大小決定了H形鋼的加工制造質(zhì)量，如反變形量過大和過小，都將會造成大量的矯正工作，且對于厚板焊接H形鋼其矯正難度也是非常之大，所以焊接反變形量必須根據(jù)實(shí)際的焊接方法、焊接順序控制中得到，作為反變形的設(shè)置依據(jù)。

2.3H型組裝。在完成該構(gòu)件的結(jié)合后，需要做好兩者之間的中心線與寬度線的定位同時，按照獲取的定位數(shù)據(jù)，對H型桿件的拼接，而后，使其能夠在拼裝機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動組裝。對腹板坡口進(jìn)行打磨處理是拼接之前需要完善的工作，該環(huán)節(jié)操作需要將金屬光澤打磨出來。施工過程中，為了控制變形情況出現(xiàn)，要采取支撐的方式對其加強(qiáng)處理，并且對H型桿件的厚度進(jìn)行設(shè)置。

2.4焊接前預(yù)熱。厚板焊接H型鋼拼裝定位焊所采用的焊接材料須與正式焊縫的要求相同，定位焊接采用CO2氣保護(hù)焊，定位焊需要預(yù)熱，預(yù)熱可以采用氧乙炔進(jìn)行局部烘烤加熱，定位焊接采用間斷焊接，并按工藝要求進(jìn)行定位。

2.5焊接。H形鋼厚板的焊接是采用專用龍門埋弧自動焊焊機(jī)進(jìn)行焊接，焊接順序按照先焊大坡口后焊小坡口面的焊接順序，由于鋼板厚度較厚，在焊接過程中應(yīng)使焊接盡量對稱，需要通過不斷的翻身焊接來控制焊接變形，同時在焊接過程中應(yīng)控制加熱溫度和層間焊接溫度，需隨時用測溫筆進(jìn)行測量，并且在焊接過程中隨時觀測焊接變形方向，通過調(diào)整焊接順序來控制焊接變形。

2.6焊后檢測矯正。焊后完全冷卻后進(jìn)行焊縫的超聲波檢測，然后將H型鋼放人專用的檢測平臺上進(jìn)行檢測和矯正。焊接H形鋼焊后公差如表示。

2.7坡口加工。H型鋼焊接矯正后，放在水平胎架上，以一端為正作端，在腹板上劃出加勁肋和連接板的安裝位置線，同時劃出腹板二端高強(qiáng)度螺栓孔的定位中心線和另一端的余量切割線，然后切割端部的余量，同時切割上下翼緣板的現(xiàn)場焊接坡口。加勁肋的連接板劃線時，應(yīng)考慮加放適當(dāng)?shù)暮附邮湛s余量，余量按加勁肋的數(shù)量定，以防止加勁肋和連接板焊接后產(chǎn)生縱向收縮變形。由于部分焊接H型鋼的板厚較厚，端面切割質(zhì)量不易保證，必要時采用端銑機(jī)進(jìn)行二端端面機(jī)加工，確保長度尺寸和端面質(zhì)量。

2.8加勁肋組裝和焊接。加勁肋和連接板的組裝必須控制相對位置，同時控制焊接時的局部焊接變形。以腹板上劃出的肋板安裝位置線安裝加勁肋和連接板，連接板安裝前應(yīng)先占孔，焊接時采用COz氣保護(hù)焊進(jìn)行對稱焊接，焊后進(jìn)行局部矯正。加勁肋的焊接應(yīng)注意焊接順序和控制焊接變形，焊接后應(yīng)進(jìn)行檢測，超差必須進(jìn)行矯正。

2.9端頭制孔。在占孔時，需要使用數(shù)控機(jī)床對其處理，操作時，按照三維數(shù)控的應(yīng)用條件，針對截面大的桿件處理使其能夠滿足孔洞的尺寸要求。對于不規(guī)則或截面太大無法采用數(shù)控機(jī)床占孑L時，應(yīng)采用整體套模進(jìn)行配占，以保證高強(qiáng)螺栓孔群的精度。占孔后，應(yīng)去除孔邊的毛刺以及有特殊要求時對螺孔的倒角處理。

2.10沖砂涂裝。加工好的H形鋼經(jīng)檢測合格后，送入沖砂間進(jìn)行沖砂涂裝，對于截面較小的H型鋼采用H型鋼專用沖砂流水線進(jìn)行沖砂除銹，對重量較大且截面較大的構(gòu)件進(jìn)行手工沖砂，沖砂后送入涂裝車間進(jìn)行涂裝并檢測。

3.焊接殘余應(yīng)力控制

在焊接過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)瞬時應(yīng)力，這些因素會影響殘余變形的可能出現(xiàn)，這是一個必然的過程，故而需要采取措施對其進(jìn)行控制。

3.1減小焊縫尺寸。導(dǎo)致焊接應(yīng)力出現(xiàn)的條件在于外部加熱循環(huán)產(chǎn)生的，因此，在實(shí)踐過程，為了提高其質(zhì)量需要深化設(shè)計過，要嚴(yán)格控制焊縫的尺寸，做好焊接縫隙的控制，保證焊接口的寬度適中。

3.2減小焊接拘束度。焊接應(yīng)力隨著拘束度的增加而增加的。因此，在操作時需要做好拘束度的控制，當(dāng)構(gòu)件要進(jìn)行拼接時，需要做好焊接的管理，保證焊接組裝的材料固定后方可焊接，且操作時需要嚴(yán)格的按照施工工藝的要求進(jìn)行焊接，完成后方可進(jìn)行構(gòu)件拼接組裝。

3.3采取合理的焊接順序。焊接時需要按照以下原則進(jìn)行：（1）在平臺上，固定構(gòu)件對其進(jìn)行接縫處理，之后在對其垂直度處理，再者對其平面角處理。（2）按照焊縫的長度，在操作過程中，需要采用由中向外的方式逐漸焊接，對于構(gòu)件平面來說，需要一一的對應(yīng)每個節(jié)點(diǎn)逐漸焊接，并且保證焊接的牢固性。

4.結(jié)束語

鋼桁梁橋由各個桿件拼裝焊接組成，每個桿件都應(yīng)該嚴(yán)格按照工藝流程、工藝要點(diǎn)進(jìn)行加工制作，從每個工序進(jìn)行嚴(yán)格控制精度、焊接質(zhì)量、焊接變形等，確保每個桿件質(zhì)量符合設(shè)計圖紙及相關(guān)規(guī)范要求，才能確保每個節(jié)段到整個鋼桁梁橋質(zhì)量符合要求。

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