蕪湖長江公鐵大橋鋼梁制造技術(shù)

劉志雄， 石立鵬

（中鐵山橋集團(tuán)有限公司， 河北 秦皇島 066205）

1 工程概述

蕪湖長江公鐵大橋?yàn)殡p塔雙索面高低塔鋼箱鋼桁組合梁斜拉橋，其跨度布置為：（99.3+238+588+224+85.3）m，兩桁三角型桁架，橋面采用雙層設(shè)計(jì)，上層為8車道公路，下層為四線鐵路。上層桁距33.8 m，下層桁距為38 m。主梁上層為板桁結(jié)合，下層為鋼箱結(jié)合鋼桁梁。鋼梁采用Q500qE、Q420qE、Q370qE三種材質(zhì)[1]。大橋效果圖及橫截面圖分別見圖1、圖2。

圖1 蕪湖長江公鐵大橋效果圖

圖2 蕪湖長江公鐵大橋橫截面mm

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1.1 新結(jié)構(gòu)

蕪湖長江公鐵大橋?yàn)殡p塔四索面高低塔鋼箱鋼桁組合梁斜拉橋，集栓焊梁橋結(jié)構(gòu)、箱桁結(jié)構(gòu)、板桁結(jié)構(gòu)于一體且雙索斜拉錨固于下弦桿內(nèi)。結(jié)構(gòu)新穎、壯觀，鋼箱鋼桁組合、兩桁承重結(jié)構(gòu)，超寬鋼橋面，展現(xiàn)了其獨(dú)特結(jié)構(gòu)形式[2]。

1）斜拉索下錨固點(diǎn)設(shè)置于下弦桿內(nèi)，使得下弦桿超寬、超重，箱形三腹板結(jié)構(gòu)，且節(jié)點(diǎn)板與腹板非一體，節(jié)點(diǎn)板、腹板被頂板分離。

2）主橋鋼箱鋼桁組合結(jié)構(gòu)且采用兩桁設(shè)計(jì)，使橋面在桁梁橋中屬超寬橋面。

3）本橋由于采用雙索，單根鋼錨梁設(shè)置4個(gè)錨固點(diǎn)、四腹板結(jié)構(gòu)，腹板兩端均設(shè)有螺栓孔。

4）最大下弦桿高6 000 mm、寬5 250 mm、重約160 t。桿件寬度、重量都創(chuàng)造了國內(nèi)栓焊梁弦桿之最。

2.1.2 新材料

鐵路橋面受力大位置采用高強(qiáng)度橋梁鋼Q500qE新鋼種，國內(nèi)大型橋梁制造應(yīng)用第二例。Q500qE鋼板應(yīng)用于鋼橋還處于科研階段。新高強(qiáng)鋼及其匹配焊接工藝的應(yīng)用，表明我國鐵路橋梁建造又提升到一個(gè)新的水平。

2.2 制造難點(diǎn)

1）蕪湖長江公鐵大橋下弦桿內(nèi)設(shè)置鋼錨箱，截面超寬、桿件超重，桿件翻身困難。弦桿之間連接少栓、多焊，不同連接形式對零件及單元制作提出不同預(yù)留量要求。同時(shí)保證栓孔連接精度、確保錨點(diǎn)位置、錨管角度精度等多方精度要求使得制造難度大大增加。

2）鋼錨梁采用4腹板箱形結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)4個(gè)錨頭，錨梁寬度達(dá)到4 m，因四腹板結(jié)構(gòu)使得錨梁出孔只能采用先孔法。

3）本橋采用兩桁結(jié)構(gòu)的超寬橋面，使得橋面橫梁制造難度大大增加，橫梁長度達(dá)到33 m，造成橫梁程切、焊接易變形、預(yù)拱度量不易設(shè)置。

4）采用的Q500qE新鋼種，其對接頭強(qiáng)度限制超強(qiáng)和高韌性的要求，是目前鋼橋制造中最高焊接接頭評定標(biāo)準(zhǔn)。需要匹配新型高強(qiáng)度、高韌性焊接材料，需要克服高強(qiáng)鋼焊接的環(huán)境影響等難關(guān)，焊接難度非常大。

3 制造方案

蕪湖長江公鐵大橋的桿件截面為箱形（含單箱雙室、單箱三室）、工形、T形。桿件制造方案：

1）鋼板在下料前，用趕板機(jī)趕平，消除鋼板內(nèi)應(yīng)力，防止鋼板因彎曲、翹曲因素影響切割質(zhì)量。

2）桿件組裝在胎型或平臺上進(jìn)行，半成品加工中鉆孔的板件或單元件以孔定位組裝，采用定位工裝組對，并劃線驗(yàn)證。

3）超寬桁距的鋼箱橋面，頂?shù)装寰鶠閁肋板單元，使得30多米的橫隔板上下開有大量槽口，為確保U肋與槽口的順利組裝，將隔板分為三段拼裝完后接長。

4）鉆孔方案：上弦、腹桿等使用龍門數(shù)控鉆孔，在完成桿件組焊修并檢驗(yàn)合格后方可鉆孔；對于超出龍門數(shù)控機(jī)床鉆孔能力范圍的桿件，如：超高、超寬、超重的下弦桿、鋼錨梁采用板件、單元件先鉆孔后胎型定位組裝的工藝。

5）橋面整體拼裝采用連續(xù)匹配拼裝。

4 典型桿件及鋼錨梁制作簡述

主桁桿件以及鋼錨梁作為全橋的重要受力構(gòu)件，其制造精度對保證全橋幾何尺寸、線形、連接關(guān)系起至關(guān)重要的作用。下面僅對鋼錨梁（見圖4）及典型下弦桿（見圖3）、橋面塊體（圖見5）進(jìn)行工藝流程簡述。常規(guī)箱形、工形、T形橫梁桿件制作工藝已得到廣泛應(yīng)用，不再贅述。

4.1 錨箱下弦桿制作（圖3）

圖3 錨箱下弦桿制作流程圖

4.2 鋼錨梁制作（圖4）

圖4 鋼錨梁制作流程圖

4.3 橋面整體拼裝（圖5）

圖5 鋼錨梁制作流程圖

5 工藝要點(diǎn)

5.1 建立基準(zhǔn)

制作基準(zhǔn)線對桿件制造精度起重要作用，特別是下弦桿件超寬、超最高，超出數(shù)控機(jī)床鉆孔能力，只能立體劃線以孔定位組焊?；鶞?zhǔn)線由水平中心線、橫向基準(zhǔn)線及縱向中心線組成。見圖6。

圖6 下弦基線

確定基準(zhǔn)線后，接料、組板單元、組箱體、鉆孔均在保證基準(zhǔn)線的前提下進(jìn)行。弦桿的水平中心線即箱體的水平圍線，橫向基準(zhǔn)應(yīng)該是節(jié)點(diǎn)板垂直中心線，為便于操作，可以將其平移至節(jié)點(diǎn)板端部[3]。

5.2 半成品件控制

5.2.1 下料

形狀不規(guī)則板件利用數(shù)控程切保證其尺寸精度，含穿索管橢圓孔的板件程切前尤為注意，首先劃線并留樣沖備后續(xù)組裝、檢測用，方可程切。如圖7所示以補(bǔ)強(qiáng)板橢圓孔示例。

圖7 補(bǔ)強(qiáng)板橢圓孔及樣沖

5.2.2 接料

弦桿豎板單元接料要保證焊接邊直線度。豎板單元一般由節(jié)點(diǎn)板段及豎板平直段接成，接料前線劃線，利用中心線、焊接邊檢測各項(xiàng)定位尺寸。下弦桿件頂?shù)装逡虺瑢?，需要進(jìn)行二拼一，二拼一根據(jù)橫縱基線控制兩端寬度，并利用斜方尺寸進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，合格后進(jìn)行后續(xù)工序。

5.2.3 板件出孔

下弦節(jié)點(diǎn)板采用先孔法，節(jié)點(diǎn)板長6 m、寬3 m，超大尺寸及超重給出孔帶來很大不便，為加快出孔速度及精度，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)并設(shè)計(jì)機(jī)械樣板用于節(jié)點(diǎn)板出孔，通過劃線對邊卡樣可以同時(shí)滿足節(jié)點(diǎn)板孔位置精度及焊接收縮量設(shè)置。

5.3 組裝

桿件的組裝精度水平首先建立在零件及組焊單元件的精度控制基礎(chǔ)上，然后通過對桿件整體組裝及焊接過程的有效控制，達(dá)到最終桿件的整體精度要求。本橋上弦桿采用倒位組裝，下弦桿及鋼錨梁采用正位組裝。

5.3.1 下弦桿組裝控制

下弦桿為單箱雙室結(jié)構(gòu)，桿件之間連接為一側(cè)腹板栓接，其它腹板及上、下水平板焊接。由于桿件本身超寬且超高，節(jié)點(diǎn)板孔及腹板孔無法采用后孔法進(jìn)行出孔，節(jié)點(diǎn)板只能板件出孔、腹板孔在單元件時(shí)出孔，“有孔組裝”使復(fù)雜的桿件制作工藝得以簡化，回避了難度較高的立體劃線，減少了桿件翻身次數(shù)。后孔法時(shí)無法利用數(shù)控機(jī)床鉆孔，且劃線出孔精度不易保證時(shí)，可考慮有孔組裝。

組裝時(shí)必須以基準(zhǔn)線、孔、孔中心線定位（圖8所示基線及圖9孔定位示意）。

圖8 下弦桿橫縱基線

圖9 兩節(jié)點(diǎn)利用工裝保同心

為提高組裝精度，所有組裝圍繞前期規(guī)定的同一基準(zhǔn)的橫縱基線去進(jìn)行，基準(zhǔn)線在板件及單元件時(shí)留記。

5.3.2 鋼錨梁角度控制

鋼錨梁作為斜拉索錨固結(jié)構(gòu)，設(shè)置在塔柱中。根據(jù)其構(gòu)造特點(diǎn)，制作的關(guān)鍵是控制錨頭單元的角度。錨梁角度為三維角度，組裝難以控制，通過結(jié)構(gòu)分析及組裝順序，可以將三維簡化為兩個(gè)步驟的二維角度進(jìn)行分步控制。首先進(jìn)行錨頭單元機(jī)加工控制單個(gè)二維角度。第二步在腹板上進(jìn)行精確劃線，對線控制第二個(gè)方向角度。兩步同時(shí)滿足公差要求，將最終達(dá)到控制錨梁三維角度目的[4]。