超大跨徑鋼管混泥土拱肋制造誤差控制技術(shù)研究

劉興焱

摘要：文章以平南三橋為實例，介紹超大跨度鋼管混凝土拱肋制造誤差控制技術(shù)，供后續(xù)同類工程作為參考和借鑒，為超大跨徑鋼管混凝土拱橋的建設(shè)打下堅實基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：大跨徑拱橋;拱肋加工;誤差控制;精度

中圖分類號：U445.47 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.016

文章編號：1673—4874（2020）11—0058—03

0引言

鋼管混凝土拱橋因其外形美觀、受力穩(wěn)定、施工方便、一定跨徑造價較低等特點，被大量建設(shè)，在橋梁界占了重要的一席。拱肋制造質(zhì)量直接決定鋼管混凝土拱橋的使用壽命，因此，對超大跨徑鋼管混凝土拱肋制造誤差控制技術(shù)的研究，勢在必行。

1工程概況

平南三橋為廣西荔浦至玉林高速公路平南互通連接線上跨越潯江的一座特大橋，其主跨拱肋為鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，主孔跨徑為575m（計算跨徑548m），為同類型世界第一跨徑。凈矢跨比為1/4，拱軸系數(shù)為1.5。單側(cè)主拱肋共分為22個節(jié)段，以橋梁中心線對稱布置，兩岸以跨徑中心對稱，全橋共計44個節(jié)段。拱肋中距為30.1m，橋面以上每一節(jié)段間均設(shè)1道“I”型橫撐和1道“△”橫撐，共計16道（不含拱腳處橫撐）。拱肋節(jié)段在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)加工廠制造成節(jié)段，單段最大吊重為215t。安裝過程最大懸臂為287。5m，線型控制難度大（如圖1所示）。

2超大跨徑鋼管拱制造誤差控制重點與要求

2.1 超大跨徑鋼管拱制造過程特點

（1）制造周期長、工序多、積累誤差比較大。

（2）結(jié)構(gòu)制造采用焊接技術(shù)，實行分段制造工藝，焊接變形導(dǎo)致裝配過程復(fù)雜化，對焊接變形的預(yù)防和消除研究還不充分。

（3）結(jié)構(gòu)尺度和重量較大，制造精度相對要求較高。

（4）制造過程所需人工作業(yè)量較大，工人技能水平對制造精度影響較大，容易造成誤差積累。

（5）構(gòu)件規(guī)格種類較多，制造過程復(fù)雜，難以進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

（6）施工過程受環(huán)境影響較大，有相當一部分制造過程是在室外、高空環(huán)境下進行，作業(yè)環(huán)境導(dǎo)致構(gòu)件完工后的誤差難以控制。

（7）使用的材料級別較高，厚度較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接和校正變形都比較困難。

2.2超大跨徑鋼管拱制造誤差控制重點

2.2.1鋼管拱肋空間線形的保證

主拱肋主弦管由筒節(jié)通過以折代曲焊接而成，主弦管與腹桿通過相貫線焊接節(jié)點連接，相貫線焊縫為全熔透焊縫，裝配精度要求高，焊接過程中變形復(fù)雜。拱肋制造線形如超出設(shè)計和規(guī)范要求的范圍將會對結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生不利影響，因此必須采取有效精度控制手段，確保鋼管拱肋線形制造滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

2.2.2鋼管拱肋節(jié)段幾何尺寸的保證

鋼管拱肋節(jié)段是由主弦管、腹桿、斜撐管等鋼管桿件組成的空間桁架結(jié)構(gòu)。節(jié)段截面高度由17m漸變成8.5m，節(jié)段高度為4.2m，長度最大達38m。制造過程中節(jié)段端面尺寸、節(jié)段長度、腹桿位置、吊桿位置、節(jié)段側(cè)面平面度、節(jié)段扭曲控制是鋼管拱制造精度控制的重點和難點。

2.2.3鋼管拱節(jié)段工地接頭連接精度的保證

拱肋主弦管節(jié)段間法蘭盤螺栓孔通孔率和貼合度、內(nèi)套管安裝的精確度是節(jié)段順利安裝的重要保證。由于法蘭盤與加勁板間的密集焊接引起法蘭盤變形，精度控制不當將導(dǎo)致法蘭盤螺栓孔錯位和接觸面無法密貼，影響拱肋安裝過程中接頭受力安全。

拱肋上橫撐接頭位置的精確與否將直接影響到橫撐工地安裝質(zhì)量。拱腳節(jié)段的端口尺寸及鉸軸位置的精度控制將直接影響到拱腳節(jié)段與鉸座等結(jié)構(gòu)的配合。

2.3超大跨徑鋼管拱制造精度控制基本原則

由于鋼結(jié)構(gòu)焊接的特殊性，鋼管拱制造中發(fā)生焊接收縮和變形是不可避免的，也是影響制造精度的因素。通過技術(shù)和管理手段對施工過程進行變形預(yù)防、監(jiān)控、校正，達到控制精度的目的，從而獲得理想結(jié)構(gòu)尺，其分為主動精度管理和被動精度管理。

（1）主動精度管理：在設(shè)計、下料、裝配、焊接等施工過程中，事先進行一系列預(yù)防變形的措施，減小或抵消焊接收縮，達到精度控制的目的。

（2）被動精度管理：施工過程中，利用各種儀器對制造偏差進行測量和監(jiān)測，對已發(fā)生變形的結(jié)構(gòu)進行校正，達到精度控制的目的。

3超大跨徑鋼管拱制造誤差控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1下料誤差控制關(guān)鍵技術(shù)

下料由于等離子本身切割線寬，胎架未達到絕對水平，在進行半自動坡口切割過程中，工人劃線失誤，角度未調(diào)整到位，導(dǎo)致部分料的幾何尺寸、坡口角度未能達到理想狀態(tài)。因下料零件眾多，全部檢查的工作量巨大，而且有些異形件的尺寸不方便復(fù)核，只能進行抽檢。在下料過程中，應(yīng)定期復(fù)核切割平臺的水平胎架，抽檢下料幾何尺寸，如果發(fā)現(xiàn)有偏差較大的構(gòu)件，立即分析原因，對癥解決。為避免部分抽檢不合格的產(chǎn)品流入下道工序，考慮焊接收縮變形，在下料時，增大零件幾何尺寸1mm，確保在后期加工中有余量進行調(diào)整。每節(jié)段拱腳段筒節(jié)預(yù)留100mm余量，在節(jié)段大拼制造完工后進行余量切割，確保每個節(jié)段長度以及節(jié)段間嵌補段長度精準。

3.2主弦管裝配誤差控制關(guān)鍵技術(shù)

筒節(jié)卷制會受下料精度、裝配精度以及焊接變形的影響，少量筒節(jié)的失圓度在多次校圓后不能達到±2mm以內(nèi)，但偏差在3m左右的，超3m的進行返修報廢。此時考慮到筒節(jié)對接錯臺不得>2mm，將筒節(jié)失圓度進行記錄，在裝配時采取大對大、小對小進行對接，控制簡節(jié)對接錯臺量在2mm以內(nèi)。主弦管裝配時將筒節(jié)長度累計偏差全部留至拱腳，保持拱頂側(cè)在設(shè)計位置，待總成焊接完畢后再進行余量切割，達到設(shè)計長度。

3.3總成誤差控制關(guān)鍵技術(shù)

在節(jié)段制造過程中，對拱肋線形及節(jié)段平面幾何尺寸通過地樣和儀器三維坐標測量相結(jié)合的方法進行精度控制，節(jié)段側(cè)面平面度及腹桿豎向位置以胎架面為基準通過高程測量進行控制。總成采用臥式拼裝工藝。在總成制造時，將拱肋吊裝監(jiān)控點安裝在拱肋外側(cè)，為保證吊裝軸線準確定位及胎架標高水平一致。如有誤差，留至拱肋內(nèi)側(cè)，在安裝橫撐時調(diào)整消化。在吊裝過程中，標高測量以上弦拱背為定位標準。所以在總成制造軸線定位時，以拱肋外側(cè)為準，優(yōu)先保證外側(cè)線形，在主弦管及腹桿定位后，根據(jù)外側(cè)線形偏差預(yù)留焊接收縮量。腹桿安裝時，綜合拱肋線形偏差以及相貫線與主弦管的裝配間隙，合理分配，折中消化。待與主弦管連接的相貫線焊接完畢后，進行接頭部件法蘭盤的調(diào)試焊接。待總成所有焊接量焊接完畢后，再進行吊桿放樣開孔定位焊接，避免因焊接變形導(dǎo)致吊桿位置偏差。

3.4焊接誤差控制關(guān)鍵技術(shù)

焊接變形是焊接過程中普遍存在的問題。焊接均在焊接胎架上進行。針對不同構(gòu)件，裝配間隙，采用不同的焊接順序。對于主弦管對接，由中至兩邊，隔倉跳焊;對于片裝單元件的相貫線，采用對稱施焊;對于總成，先焊接腹桿橫隔相貫線，再焊接法蘭盤，最后進行吊桿定位焊接。軸線偏小時，加強支撐，焊前進行打磨預(yù)熱，焊接時分層分道，控制層間溫度，焊后覆蓋保溫。減少返修量，避免集中受熱變形。

4結(jié)語

超大跨徑鋼管拱肋制造質(zhì)量直接決定該橋的使用壽命。本橋通過對誤差控制管理，達到理想效果。完工線形、結(jié)構(gòu)尺寸100%滿足設(shè)計及規(guī)范要求。安裝連接精準，接頭部件通孔率100%，法蘭面貼合緊密，間隙d0.2m，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。2020—01—10平南三橋拱肋實現(xiàn)高精度合龍，合龍口弦管對接誤差<3mm，拱軸線橫向偏位<10mm。在吊裝期間，順利召開世界拱橋大會，接受各界專業(yè)人士檢驗，得到業(yè)主及外界人士的高度贊揚，證明廠內(nèi)大跨徑鋼管拱拱肋制作的方法是可行的。