南京五橋敞口鋼箱梁制造工藝研究

陳 平

(南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210019)

1 工程概況

南京五橋跨江主橋設(shè)計(jì)為跨徑(80+218+2×600+218+80)m的縱向鉆石型塔中央雙索面三塔組合梁斜拉橋，主梁采用扁平流線型鋼混組合梁結(jié)構(gòu)，由敞口鋼箱梁和粗骨料活性粉末混凝土橋面板兩部分組成。鋼箱梁為單箱三室結(jié)構(gòu)，中間箱內(nèi)設(shè)置斜拉索錨箱，標(biāo)準(zhǔn)寬度35.6 m，梁高3.6 m，標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)度14.6 m[1]。根據(jù)組合梁的拼裝工藝進(jìn)行單元件劃分，如圖1所示。敞口鋼箱梁總體工藝方案采用“零件→板單元→節(jié)段→預(yù)拼裝”的工藝流程。

2 零件及板單元制造工藝

2.1 零件制造方法

鋼板預(yù)處理后，根據(jù)零件形狀和大小確定下料方法見表1。

表1 零件及下料方法

2.2 單元件制造工藝

2.2.1底板單元制造工藝

底板單元分平底板和斜底板單元，由面板和縱肋組成，要點(diǎn)：1)U肋采用雙面坡口成型機(jī)加工兩焊接邊及坡口，在數(shù)控折彎?rùn)C(jī)上兩邊對(duì)胎折彎成型；采用二次切邊工藝，確保板單元外輪廓尺寸；2)采用平臺(tái)劃線或激光數(shù)控劃線工藝，保證縱肋組裝精度；3)采用自動(dòng)定位組裝設(shè)備組裝，保證U肋、板肋組裝尺寸、重點(diǎn)控制隔板位置和兩端組裝尺寸；4)采用“平位反變形焊接”方法，利用門式多電極自動(dòng)焊接設(shè)備對(duì)稱并同時(shí)施焊同一U肋兩條焊縫，并防止扭曲變形。

2.2.2錨箱單元制造工藝

主梁錨箱單元由腹板、承壓板、錨墊板、支撐板及加勁板等組成。為保證錨箱承力板與中腹板焊接后的探傷距離要求，承力板錨孔下料時(shí)，錨孔預(yù)留一部分后切，待探傷結(jié)束后再手工切除預(yù)留量并打磨，見圖2。

2.2.3中腹板單元制造工藝

中腹板單元由錨箱、中腹板、加勁板、翼緣板、隔板接頭板等組成，要點(diǎn)：1)嚴(yán)格控制零件下料尺寸，腹板對(duì)接坡口采用機(jī)加工坡口，保證焊接質(zhì)量；2)用于錨腹板單元?jiǎng)澗€的平臺(tái)必須符合要求，如加工精度、平面度、布線精度等都必須符合有關(guān)規(guī)定；3)中腹板單元在專用組裝平臺(tái)上進(jìn)行組裝，保證板肋高度方向、定位尺寸和與腹板垂直度，保證隔板接頭板縱向間距尺寸以及其與腹板垂直度，組裝時(shí)預(yù)留合理焊接收縮量；4)錨箱組裝時(shí)，重點(diǎn)保證錨箱組裝角度，控制好焊接參數(shù)。

2.2.4中隔板單元制造工藝

中隔板單元由中隔板、加勁板、翼緣板、剪力釘組成，精度直接影響箱梁斷面尺寸精度，要點(diǎn)：1)嚴(yán)格控制零件下料尺寸，隔板板厚較薄，預(yù)留合理的焊接收縮量；2)用于隔板單元?jiǎng)澗€的平臺(tái)要求同中腹板單元，并在專用組裝平臺(tái)上進(jìn)行組裝。

3 敞口鋼箱梁總拼

包括節(jié)段制造和預(yù)拼裝，采用同步施工工藝，在總拼胎架上按監(jiān)控線形起拱，按4+1個(gè)節(jié)段實(shí)施。

3.1 組裝胎架設(shè)計(jì)

1)采用“三縱一橫法”控制單元組裝位置精度(重點(diǎn)控制錨箱精度)，即在胎架上設(shè)置縱、橫基線和水平基準(zhǔn)點(diǎn)，控制梁段位置及高度。胎架外設(shè)置獨(dú)立三道縱基線、一處水平基點(diǎn)，形成測(cè)量網(wǎng)，隨時(shí)對(duì)胎架和標(biāo)高線形進(jìn)行檢測(cè)。三道縱基線分別設(shè)置在兩側(cè)邊腹板和梁段中心位置，橫基線位于靠近復(fù)位梁段一側(cè)橫隔板位置[2](見圖3)。

2)胎架基礎(chǔ)須有足夠的承載力，確保使用過(guò)程中不發(fā)生沉降，要有足夠的剛度，避免使用過(guò)程中變形。

3)每輪梁段下胎后，應(yīng)重新檢測(cè)胎架，確認(rèn)合格后方可進(jìn)行下一輪。

3.2 節(jié)段制造工藝

采用“正裝法”，以胎架為外胎，以橫隔板為內(nèi)胎，各板單元按縱、橫基線就位，步驟及工藝如下:

1)總拼胎架準(zhǔn)備。胎架設(shè)撐板，總拼前對(duì)撐板標(biāo)高線形進(jìn)行檢測(cè)。

2)定位中間平底板單元。先將中間平底板兩拼單元置于胎架上，使其橫、縱基線在無(wú)日照影響條件下與胎架上基線精確對(duì)正，使用測(cè)量塔對(duì)縱基線進(jìn)行檢查，合格后將其與胎架固定。

3)以中間測(cè)量塔及中間底板單元橫基線為基準(zhǔn)組焊其余平底板單元，預(yù)留焊接收縮量；以中間測(cè)量塔及平底板橫基線為基準(zhǔn)組焊兩側(cè)斜底板單元，預(yù)留焊接收縮量；以胎架上的定位線及平底板單元縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)組焊中隔板單元，保證隔板與底板垂直度，定位后隔板兩側(cè)用斜撐撐牢后再焊接。

4)組焊錨腹板單元。以中間測(cè)量塔縱基線及平底板橫基線為基準(zhǔn)組裝，再焊接?？刂祈?xiàng)點(diǎn)：a.組裝時(shí)，相鄰節(jié)段之間采用工藝拼裝板栓接，保證節(jié)段間中腹板整體定位精度和勻順對(duì)接，重點(diǎn)控制錨點(diǎn)縱橫向間距尺寸、錨點(diǎn)標(biāo)高；b.測(cè)量整個(gè)中間箱體結(jié)構(gòu)尺寸，保證錨點(diǎn)三維空間角度、標(biāo)高、縱橫向間距尺寸等符合要求。

5)以底板橫縱基線及錨腹板單元橫隔板接頭為基準(zhǔn)組焊兩側(cè)邊隔板單元，按中間向兩側(cè)對(duì)稱施焊；以邊側(cè)兩對(duì)測(cè)量塔及中間箱體為基準(zhǔn)組焊邊腹板單元，注意控制邊腹板單元位置精度及橫向總寬間距；以邊腹板單元的基線為基準(zhǔn)組焊挑臂，采用邊測(cè)量塔檢測(cè)，注意控制挑臂位置精度及間距，保證隔板之間的對(duì)正。

3.3 節(jié)段預(yù)拼裝工藝

可實(shí)現(xiàn)梁段接口的精確匹配，修正梁段的相關(guān)尺寸，避免在橋位高空調(diào)整，減少高空作業(yè)難度和加快吊裝速度。

1)在總拼胎架上按節(jié)段連續(xù)匹配的監(jiān)控線形起拱，通過(guò)調(diào)整胎架撐板高差實(shí)現(xiàn)；通過(guò)“三縱一橫法”測(cè)量網(wǎng)，控制各節(jié)段的匹配關(guān)系滿足監(jiān)控線形要求。2)總拼完成后，從兩邊向中間對(duì)稱解除梁底板與胎架之間的彈性馬板，節(jié)段間臨時(shí)馬固，防止節(jié)段間軸線偏離。3)修整節(jié)段間接口匹配，重點(diǎn)控制錯(cuò)邊量；測(cè)量梁段頂面標(biāo)高線形，滿足要求后成對(duì)焊接環(huán)口匹配件，利用實(shí)物樣板加工中腹板一端孔群并栓接拼接板。4)劃出節(jié)段間的梁段復(fù)位線，標(biāo)識(shí)梁段號(hào)、方向和橋位監(jiān)控點(diǎn)等。預(yù)拼裝合格后依次下胎。

4 測(cè)量

1)板單元加工檢測(cè)：零件下料尺寸檢測(cè)、零件劃線精度檢測(cè)、零件加工精度檢測(cè)、板單元組拼精度檢測(cè)等，需滿足規(guī)范及制造規(guī)則精度要求。2)總拼測(cè)量。在總拼胎架上，依次完成各板單元的組拼，對(duì)每個(gè)單元定位精度跟蹤檢測(cè)，保證最終組拼要求。a.胎架檢測(cè)：檢測(cè)每輪總拼組裝胎型制作精度，是否滿足線形要求，檢測(cè)斜底板與平底板的支撐板頂面角度是否滿足圖紙要求。b.基礎(chǔ)板定位檢測(cè)：檢測(cè)主梁基礎(chǔ)板單元(即與胎型接觸的板單元)的縱橫基準(zhǔn)線與胎型基準(zhǔn)線的對(duì)正精度，并檢測(cè)基礎(chǔ)板平面度定位精度。c.總裝過(guò)程尺寸檢測(cè)：利用測(cè)量塔按縱橫基準(zhǔn)線和基礎(chǔ)板單元上組裝位置線檢測(cè)組裝位置精度；每件組裝時(shí)采用線錘法檢測(cè)其定位精度；形成箱型時(shí)檢測(cè)箱口尺寸及對(duì)角線精度；利用水準(zhǔn)儀檢測(cè)主梁預(yù)拼裝線形是否滿足監(jiān)控拱度線形。d.若不符合公差要求，需進(jìn)行修整或重新定位調(diào)整。

5 結(jié)語(yǔ)

敞口鋼箱梁合理的單元件劃分與制造流程，是完成高精度制造的基礎(chǔ)；通過(guò)對(duì)單元件制造、節(jié)段總裝及測(cè)量等全過(guò)程工序進(jìn)行重點(diǎn)分析，研究確定完整的工藝流程和控制要點(diǎn)，解決了鋼箱梁和混凝土預(yù)制橋面板高精度疊合的需求，為同類型的工廠化作業(yè)提供重要借鑒。