滬通長(zhǎng)江大橋鋼錨梁制造關(guān)鍵技術(shù)

朱東明 黃旭光

摘 ?要：鋼錨梁是斜拉橋重要受力構(gòu)件，橋面荷載通過斜拉索傳遞到鋼錨梁后再作用到主塔，其受力復(fù)雜，焊接要求高。新建上海至南通鐵路滬通長(zhǎng)江大橋一個(gè)鋼錨梁同時(shí)錨固邊跨、主跨6根斜拉索，角度變化多，對(duì)錨固點(diǎn)平面度、垂直度等要求高，制造難度大。該文結(jié)合鋼錨梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出各項(xiàng)優(yōu)化工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型多索面鋼錨梁幾何尺寸、焊接收縮、錨室預(yù)制、索導(dǎo)管空間角度精確控制，解決大型多索面鋼錨梁工廠制造關(guān)鍵技術(shù)各項(xiàng)難題。

關(guān)鍵詞：滬通長(zhǎng)江大橋;鋼錨梁;錨室;索導(dǎo)管;焊接變形控制

中圖分類號(hào)：TU445文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 工程概況

新建上海至南通鐵路滬通長(zhǎng)江大橋位于長(zhǎng)江江蘇段，北岸為南通市，南岸為張家港市，是滬通鐵路全線的控制性工程。全長(zhǎng)11 072 m，主航道橋?yàn)榭缍葹椋?42+462+1092+462+142）m的五跨連續(xù)鋼桁梁斜拉橋，主跨鋼桁梁采用“N”形桁，桁寬2×17.5m，桁高16 m，節(jié)間長(zhǎng)度14 m，為公鐵兩用斜拉橋，新建上海至南通鐵路滬通長(zhǎng)江大橋立面布置如圖1所示。

鋼錨梁由受拉錨梁和錨固構(gòu)造組成。每對(duì)斜拉索面內(nèi)的恒載平衡水平分力由鋼錨梁承受，恒載不平衡水平分力通過錨梁腹板與牛腿預(yù)埋鋼板間高強(qiáng)螺栓傳至塔壁由主塔承受。

2 鋼錨梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋼錨梁總長(zhǎng)10 680 mm，寬度5 172 mm，高度3093mm，腹板間凈距4 200 mm。一組鋼錨梁結(jié)構(gòu)及主要組成零件如圖2所示。鋼錨梁主要由頂板、腹板、底板、錨室、隔板以及加勁板組成。錨室上側(cè)安裝兩層60 mm厚的錨墊板，中跨、邊跨共6處安裝錨管。

錨室構(gòu)造主要包括錨下主支撐板、錨下副支撐板、加勁板、錨墊板、錨室端板以及封閉板。邊桁上錨墊板設(shè)置楔形坡度以適應(yīng)與中桁索立面傾角的微小差別，鋼錨室的組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。主支撐板與錨梁腹板熔透焊接，板厚50 mm，是將索力由錨頭傳遞至錨梁的主要構(gòu)件。主支撐板、副支撐板構(gòu)成的“井”字型端面需要與錨墊板N17磨光頂緊后焊接。錨室端板開孔，待斜拉索套筒穿過后焊接密封，并結(jié)合封閉板，整個(gè)錨室達(dá)到氣密度防腐要求。

鋼錨梁斜拉索預(yù)埋套筒分為3段（L1、L2、L3），L1預(yù)埋于混凝土塔壁中，通過勁性骨架定位，L2焊接于牛腿預(yù)埋鋼板上，并與L1通過法蘭盤連接，L3焊接于錨墊板上，并與L2之間留20mm間隙以適應(yīng)鋼錨梁的彈性伸長(zhǎng)。

每個(gè)鋼錨梁設(shè)置了6處錨點(diǎn)，分別位于錨墊板N18、N18a孔中心，是拉索受力起始點(diǎn)，也是整個(gè)鋼錨梁定位、測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)。鋼錨梁拉索系統(tǒng)線空間角度如圖4所示。拉索系統(tǒng)線經(jīng)錨點(diǎn)向兩側(cè)延伸，其中邊桁拉索系統(tǒng)線與主塔X、Y、Z坐標(biāo)平面形成三維空間夾角[1]。邊桁索導(dǎo)管系統(tǒng)線與拉索系統(tǒng)線的α、β、γ不相同，邊桁索導(dǎo)管α角采用的是中桁的α角，再利用邊桁的θ角反推出邊桁的β、γ角。α、β、γ分別為斜拉索在3個(gè)投影面的夾角，m表示中跨，s表示邊跨。

3 鋼錨梁重難點(diǎn)分析

鋼錨梁重難點(diǎn)有7點(diǎn)。1）錨室承壓板N13與承壓板N14之間以及N13與錨梁腹板之間焊縫為熔透焊，板厚大，操作空間小，焊接難度大。2）設(shè)計(jì)要求錨室單元與錨墊板之間為磨光頂緊后角焊接，則需保證構(gòu)成錨室單元的“井”字型構(gòu)件與錨墊板接觸面為同一平面[2]。3）鋼錨梁索導(dǎo)管L3與錨梁之間在X、Y、Z方向上均有角度，空間角度控制比較困難。4）平臺(tái)面板為8 mm鋼板，平面尺寸大，與之焊接的加勁板較多，變形較大[3]。5）錨梁與牛腿之間為高栓連接，控制孔位精度是難點(diǎn)。6）錨梁底板四處孔群與牛腿四處頂板高栓連接，保證四點(diǎn)共面是控制的重點(diǎn)。7）錨梁中跨設(shè)置滑動(dòng)摩擦副，如何盡量減小摩擦力達(dá)到設(shè)計(jì)意圖是施工難點(diǎn)。

4 鋼錨梁制造流程及關(guān)鍵工藝

4.1 零部件預(yù)制

邊桁錨墊板N18'、N18a' 為楔形塊，數(shù)控下料后，需進(jìn)行刨面加工。通過機(jī)加工形成的坡面角度適應(yīng)邊桁與中桁錨墊板的角度偏角。主承壓板N13為異形板，采用數(shù)控下料，上下兩端與鋼錨梁腹板熔透焊接，需要預(yù)留焊接收縮余量，同時(shí)由于端部為圓板尖角，需要預(yù)留80 mm臺(tái)階滿足無(wú)損探傷滑塊移動(dòng)距離，待其組焊完成后，再進(jìn)行切割打磨錘擊。鋼錨梁零件機(jī)加工工藝如圖5所示。與錨墊板接觸部位為磨光頂緊焊接，需要預(yù)留機(jī)加工余量，進(jìn)行端面整體銑刨，保證井字形結(jié)構(gòu)各個(gè)零件共面[4]。下料完成后開制熔透焊坡口，考慮狹小空間的焊接工位問題，坡口采用單面坡口，坡口角度朝向箱外方便施焊。

4.2 錨室單元件預(yù)制

錨室單元錨固的斜拉索存在空間角度，其制造加工精度直接關(guān)系到斜拉索的傳力角度。錨室單元件要提前預(yù)制，并經(jīng)過整體機(jī)加工才能保證空間角度的準(zhǔn)確性。

4.3 錨梁組焊工藝

拼裝及焊接錨室單元，錨室單元單獨(dú)預(yù)制，整體進(jìn)行刨面，保證邊桁與中桁錨管的角度。在腹板上劃線拼裝錨室單元，采用正拼法，方便控制錨管空間角度。錨管的空間角度通過控制錨管的軸線空間角度實(shí)現(xiàn)，錨管的軸線為錨點(diǎn)和導(dǎo)管的下出口形心連線，并注意這2個(gè)點(diǎn)之間的長(zhǎng)度是我們需要的索導(dǎo)管控制長(zhǎng)度[5]。由于每個(gè)拉索角度不同，拼裝時(shí)注意校核錨室上主承壓板各自的角度。錨室的空間角度粗定位通過地樣點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，角度的精確控制和調(diào)整以及最終檢測(cè)需要借助全站儀。

4.4 鋼錨梁索導(dǎo)管的安裝

由于索導(dǎo)管與錨梁桿件之間為空間角度關(guān)系，在定位安裝前，需預(yù)先計(jì)算放樣，將三維角度關(guān)系轉(zhuǎn)換為二維尺寸關(guān)系，再在索導(dǎo)管上預(yù)先劃出系統(tǒng)線，并在桿件上劃出導(dǎo)管定位基準(zhǔn)點(diǎn)，其安裝定位尺寸如圖5所示。安裝時(shí)軸線對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，到位后，再利用全站儀進(jìn)行精密測(cè)量確認(rèn)導(dǎo)管空間角度定位準(zhǔn)確，如需微調(diào)則用全站儀配合進(jìn)行。

4.5 鉆孔工藝

鋼錨梁底板與腹板通過栓孔與牛腿連接，鋼錨梁腹板邊跨側(cè)為φ33 mm高強(qiáng)螺栓孔，中跨側(cè)為φ33×48 mm長(zhǎng)圓孔。為了保證鉆孔精度，在桿件組焊完成后，尺寸調(diào)整到位再進(jìn)行整體后孔。鉆孔設(shè)備采用空心鉆。索導(dǎo)管法蘭盤上孔為φ24 mm高強(qiáng)螺栓孔，每一對(duì)法蘭盤采用匹配鉆孔。

5 結(jié)語(yǔ)

新建上海至南通鐵路滬通長(zhǎng)江大橋鋼錨梁在設(shè)計(jì)形式上非常具有創(chuàng)新性。與普通鋼錨梁相比，單個(gè)錨梁同時(shí)錨固6根斜拉索，桿件幾何尺寸精度控制更加困難、焊接收縮引起的拱度、旁彎、扭曲等變形更加復(fù)雜。在制造工藝設(shè)計(jì)過程中，對(duì)零件下料、板單元制造、錨室預(yù)制、整體焊接、導(dǎo)管安裝、制孔每個(gè)工序都要深入研究，制定有針對(duì)性的工藝措施。從新建上海至南通鐵路滬通長(zhǎng)江大橋錨固結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝的情況來(lái)看，鋼錨梁的制造精度以及整體質(zhì)量完全滿足架設(shè)需求。通過各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，解決了這種超大型多索面鋼錨梁工廠制造的幾何尺寸精度控制、焊接變形控制、導(dǎo)管安裝空間角度控制等難題，以上取得的成果為今后類似結(jié)構(gòu)鋼錨梁工廠制造提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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