50 米鋼箱梁加工制造施工技術(shù)研究

羅康勇LUO Kang-yong

（中鐵五局集團(tuán)成都公司，成都 610091）

0 引言

天府國際機(jī)場位于成都龍泉山以東，簡陽蘆葭鎮(zhèn)境內(nèi)，天府機(jī)場高速公路TJ10 標(biāo)段概況，本標(biāo)段起點(diǎn)位于天府新區(qū)興隆鎮(zhèn)斑竹村，終點(diǎn)位于白沙鎮(zhèn)梅家村，標(biāo)段起點(diǎn)里程：AK2+500，終點(diǎn)里程：AK6+100。主線長度3.6km，路基寬度34.5m，采用設(shè)計速度120km/h，雙向六車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)段包含A 支線1 號特大橋、A 支線2 號大橋、雙簡互通立交及互通綠化。

本標(biāo)段有4 跨50m 鋼箱梁分別上跨鹿溪河和雙簡快速路，如何保證安全、順利實(shí)施箱梁制造、運(yùn)輸及起重吊裝是施工的重難點(diǎn)，本文闡述了50m 鋼箱梁的加工制造施工技術(shù)。

1 鋼板梁加工制造方案和工藝流程

1.1 典型鋼梁結(jié)構(gòu)組成見表1

表1 各聯(lián)鋼梁主體結(jié)構(gòu)形式

本項目鋼梁為工字型結(jié)構(gòu)，每個梁段由底板、腹板、頂板、橫聯(lián)及挑臂組成。鋼梁梁段示意圖見圖1。

圖1 鋼梁梁段示意圖

1.2 鋼板梁板單元制造方案

本項目鋼梁頂/底/腹板的對接熔透焊縫是關(guān)鍵的傳力焊縫，其焊縫施工工藝需嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)控制；板單元的焊接質(zhì)量直接影響梁段構(gòu)件的尺寸精度和產(chǎn)品合格。

1.2.1 板單元劃分

綜合考慮鋼板梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、供料、運(yùn)輸、工裝設(shè)計及批量生產(chǎn)等因素，盡力使板單元構(gòu)件尺寸統(tǒng)一，目的是減少其種類和拼接工作量。根據(jù)設(shè)計圖紙，生產(chǎn)車間對各聯(lián)鋼板梁初步劃分了板單元，主要板單元及單元件形式如圖2~圖6 所示。

圖2 底板單元圖

圖6 頂板單元

過程控制標(biāo)準(zhǔn)化，所有板單元按種類在車間專用模架上流水線作業(yè)制造，產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

1.2.2 關(guān)鍵工藝

板單元制造的控制要點(diǎn)：

①鋼板趕平及預(yù)處理；

②數(shù)控精切下料；

③利用板肋單元組裝定位胎架組裝頂、底、腹板單元；

④利用板肋反變形焊接胎架焊接頂、底、腹板單元；

⑤對單側(cè)有縱肋的板單元采用反變形焊接措施；

⑥優(yōu)先選用自動和半自動CO2焊接方法。

圖3 腹板單元

圖4 橫隔板單元圖

圖5 挑臂單元

1.2.3 典型板單元制造工藝流程

①頂板單元，見工藝圖7~圖8。

圖7 頂板制造工藝

圖8 頂板制作工藝流程圖

1）制造工藝。

2）制造工藝流程。

②底板、腹板單元。

1）制造工藝，見圖9。

圖9 制造工藝

2）單元制造工藝流程，見圖10。

圖10 單元制造工藝流程

③橫梁單元，見圖11~圖13。

圖11 橫梁單元制造工藝

圖13 橫梁單元制造工藝流程

1）制造工藝。

橫梁為工形截面，上邊與頂板單元焊接，由于其兩側(cè)接腹板，上接頂板，中間由螺栓連接，因此如何保證其幾何尺寸、螺栓孔間距精度，保證在節(jié)段制造時減少焊接變形是橫梁制造的關(guān)鍵所在。我們將借鑒以往類似構(gòu)件的制造經(jīng)驗，優(yōu)化工藝流程，消除焊接及修整的影響。

2）工藝流程。

2 板梁梁段制造

板單元制成后，在車間施作梁段的總拼裝。針對本橋鋼板梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用多節(jié)段連續(xù)匹配拼裝、焊接和預(yù)拼裝同步完成的施工方法。本標(biāo)段共24 個梁段，為滿足架設(shè)工期要求，在進(jìn)行梁段總拼裝線同時進(jìn)行預(yù)拼裝。本標(biāo)段共分2 批次加工制造，各橋整體預(yù)拼裝合格后，標(biāo)記梁段號，出胎進(jìn)入涂裝工序。在梁段制造中，梁段的組焊按照底板→腹板→中間頂板→邊頂板的順序，逐段組裝與焊接。組裝時重點(diǎn)控制橋梁的線形、鋼板梁構(gòu)件尺寸允許誤差等。

2.1 板塊二拼組焊

組裝梁段之前，應(yīng)該先在專用胎模架把二或三塊頂（底）板單元小件拼焊成一件吊裝構(gòu)件。采取預(yù)設(shè)焊接收縮量的標(biāo)準(zhǔn)件控制焊縫兩側(cè)鄰近加勁肋的間距，且預(yù)置反變形，使焊后板塊的尺寸和平整度滿足設(shè)計要求。由于采用上述方案，能減少50%需在總拼裝胎模架上對接的焊縫量。這樣，不但能縮短制造時間，而且容易控制鋼板梁的外形尺寸。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)措施

①總拼裝胎模架需滿足《技術(shù)規(guī)范》要求，胎模架應(yīng)該有定位底板單元的縱、橫基準(zhǔn)線、基準(zhǔn)點(diǎn)和橋梁中心線，胎模架外設(shè)置專用的基準(zhǔn)線、基準(zhǔn)點(diǎn)，便于對胎模架進(jìn)行復(fù)測校正。

②每一梁段的第一塊板單元上胎定位及制造中的測量工作均應(yīng)避開溫度的影響。

③提倡推廣使用陶質(zhì)襯墊單面焊的焊接工藝。

④選用合理的焊接步驟和反變形、約束工藝等技術(shù)措施控制焊接變形。

以板單元為零件在拼裝基地實(shí)行多梁段連續(xù)適配組焊和預(yù)拼裝，即梁段組焊和預(yù)拼裝在胎模架上一次完成。組裝采用“正裝法”，以胎架為外模架，以腹板為內(nèi)模架，各板單元按縱、橫基線定位，并靠加固設(shè)施來保障構(gòu)件尺寸符合要求。為使梁段對接焊縫錯開，將腹板、縱肋等端部焊縫預(yù)留200～300mm 暫不焊接，待橋上安裝后與環(huán)縫一起施焊。按照底板→腹板→頂板的一般性步驟組拼梁段，進(jìn)行逐段組裝與焊接。

圖12 橫梁單元結(jié)構(gòu)圖

2.3 總拼裝胎模架

總拼裝胎模架應(yīng)達(dá)到下列要求：

①胎模架縱斷面上線形各點(diǎn)標(biāo)高按設(shè)計給定的縱坡及預(yù)拱度設(shè)置；橫斷面考慮焊接變形和重力的作用，設(shè)置適當(dāng)?shù)纳瞎岸取?/p>

②胎模架基礎(chǔ)承載力必須滿足要求，確保在制造作業(yè)過程中不發(fā)生沉降。胎模架要有足夠的剛度，不得因鋼板梁梁段拼裝時載荷增加而產(chǎn)生變形，導(dǎo)致鋼板梁梁段變形或鋼板梁節(jié)段產(chǎn)生較大的安裝應(yīng)力。

③拼接組裝施工中，應(yīng)由胎模架上各基準(zhǔn)點(diǎn)控制所有被安裝部件的位置及高程誤差均符合要求，使鋼板梁段的外形尺寸精度符合設(shè)計要求。

④每一批次梁段完成且移開后，重新對胎模架進(jìn)行復(fù)核檢測，如實(shí)記錄檢測結(jié)果，確認(rèn)合格后才能進(jìn)行下一批次的組拼。

車間制作總拼裝胎模架，見圖14。

圖14 組裝胎模架圖

2.4 梁段制造

每橋鋼板梁實(shí)際拼裝為各個節(jié)段全部在同一胎架上進(jìn)行預(yù)拼裝，按照由中間向兩邊逐步組裝的順序依次進(jìn)行，各塊體之間采用臨時匹配的形式控制尺寸精度和整體線形。

①塊體線形是整體節(jié)段基礎(chǔ)控制點(diǎn)，也是全橋線形的理論控制線，所以根據(jù)橫、縱基線首先組焊定位底板。見圖15。

圖15 塊體線性

②組焊腹板單元。

腹板組裝定位時，以底板的基準(zhǔn)線確定腹板的位置，用全站儀檢查各邊腹板的線型直順，合格后固定并焊接。全部組裝完畢后焊接見圖16。

圖16 組焊腹板單元

③組焊橫梁、挑臂單元。見圖17。

圖17 組焊橫梁、挑臂單元

橫梁組裝時，注意復(fù)測兩相鄰箱室腹板間間距，確保橫梁組裝后梁段塊體的整體尺寸；挑臂單元組裝時，應(yīng)確保縱橋向間距及端部高程是否符合要求。

④組焊頂板單元。

為縮短總拼裝時間加快施工進(jìn)度，在頂板部件用于組裝梁段之前，先在定型模架上把二塊頂板部件拼焊成一個吊裝構(gòu)件。

⑤組焊吊耳。

根據(jù)橫縱基線，立體劃吊耳板組裝線，組裝、焊接吊耳板單元。

⑥長度二次配切，組焊工地臨時匹配件。

待梁段組焊完成，根據(jù)梁段的制造長度，配切頂、底板、腹板非基準(zhǔn)端坡口。組焊工地臨時匹配件：匹配件為拼裝場內(nèi)梁段間預(yù)拼裝定位構(gòu)件，關(guān)系到施工現(xiàn)場橋上吊裝定位精度，需要控制匹配件安裝誤差。然后拆散解體下胎模架、涂裝、發(fā)運(yùn)工地。

3 結(jié)束語

組裝與焊接應(yīng)注意梁段焊接，優(yōu)先選用自動或半自動CO2焊工藝，拼焊頂板時，必須精確預(yù)留腹板上下對接橫縫收縮量，控制鋼箱梁箱體高度。

通過上述技術(shù)措施及工藝控制，鋼梁頂/底/腹板單元的對接熔透焊縫，其焊縫質(zhì)量得到嚴(yán)格控制，梁段制造及梁段拼裝按照由中間向兩邊逐步組裝的順序依次進(jìn)行，各構(gòu)件塊體之間采用臨時匹配的形式控制尺寸誤差和整體線形，經(jīng)過檢測全部合格，有效保證了50m 鋼箱梁制造及安裝施工質(zhì)量。