步行橋鋼箱梁制作工藝技術(shù)研究

程 斌，林賢光，張 鵬

(1.武漢城市職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430064； 2.湖北省路橋集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430056)

1 鋼箱梁結(jié)構(gòu)概況

丹江口市滄浪洲生態(tài)濕地公園步行橋主橋采用(55+2×90+55) m圓形鏤空鋼桁架橋跨越主航道，引橋采用35 m簡(jiǎn)支鋼箱梁，橋梁全長(zhǎng)1 313.182 m，主橋全寬8.3 m，橋面全寬6.0 m。為滿足景觀需要，選取3跨引橋進(jìn)行加寬設(shè)計(jì)，作為觀景平臺(tái)，觀景平臺(tái)寬11 m。橋梁兩頭均采用爬梯上下。引橋上部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支焊接等高鋼箱梁。標(biāo)準(zhǔn)跨徑35 m，共28跨，含標(biāo)準(zhǔn)梁25跨及加寬梁(觀景平臺(tái))3跨。

1.1 引橋標(biāo)準(zhǔn)梁主要結(jié)構(gòu)及其分塊

35 m標(biāo)準(zhǔn)梁截面單箱三室，結(jié)構(gòu)中心線處梁高1.7 m，箱梁頂寬6.0 m，頂面設(shè)1%的雙面橫坡，底寬3.2 m。箱梁不設(shè)懸臂。箱梁橋面采用正交異性板結(jié)構(gòu)，頂板厚14 mm，頂板縱肋除最外側(cè)2道采用板肋外，其余位置均采用T肋。截面設(shè)4道腹板，兩側(cè)外腹板采用斜腹板，厚14 mm，中腹板采用直腹板，厚12 mm。鋼箱梁橫隔板一般間距2 m，板厚12 mm，端橫梁板厚20 mm，支座間距2.4 m。為了滿足公路運(yùn)輸和吊裝要求，35 m標(biāo)準(zhǔn)梁橫斷面分成兩個(gè)單元體[1](見(jiàn)圖1)，縱向分為三個(gè)節(jié)段(如圖2所示)進(jìn)行工廠制造和運(yùn)輸。

各運(yùn)輸單元體質(zhì)量見(jiàn)表1。

1.2 引橋加寬梁主要結(jié)構(gòu)及其分塊

35 m加寬梁截面單箱三室，結(jié)構(gòu)中心線處梁高1.7 m，箱梁頂寬11 m，頂面1%的雙面橫坡，底寬6.8 m。箱梁兩側(cè)設(shè)短懸臂，懸臂采用焊接工字梁結(jié)構(gòu)。箱梁橋面采用正交異性板結(jié)構(gòu)，頂板厚14 mm，頂板縱肋除最外側(cè)4道采用板肋外，其余位置均采用T肋。截面設(shè)4道腹板，兩側(cè)外腹板采用斜腹板，厚14 mm，中腹板采用直腹板，厚12 mm。鋼箱梁橫隔板一般間距2 m，板厚12 mm，端橫梁板厚24 mm，支座間距4.8 m。

表1 運(yùn)輸單元體質(zhì)量表

為了滿足公路運(yùn)輸和吊裝要求，35 m加寬梁橫斷面分成三個(gè)單元體進(jìn)行工廠制造和運(yùn)輸，具體劃分見(jiàn)圖3，縱向分為三個(gè)制造節(jié)段，具體劃分見(jiàn)圖4。

各運(yùn)輸單元體質(zhì)量見(jiàn)表2。

2 鋼箱梁的制造

鋼箱梁制造采用工廠內(nèi)單元件制造，然后上大拼胎架進(jìn)行連續(xù)拼裝成運(yùn)輸節(jié)段的制造方案[2]。單元件分為頂板單元、底板單元、腹板單元、橫隔板單元、挑臂單元。

2.1 鋼箱梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)澐?/h3>

2.1.1 頂板單元

頂板單元主要為板零件+T肋結(jié)構(gòu)(個(gè)別混合I肋結(jié)構(gòu))，(斜)底板單元主要為板零件+I肋結(jié)構(gòu)，具體單元?jiǎng)澐忠?jiàn)圖5，圖6。

表2 運(yùn)輸單元體質(zhì)量表

2.1.2 底板單元?jiǎng)澐?/p>

(斜)底板單元主要為板零件+I肋結(jié)構(gòu)，具體單元?jiǎng)澐忠?jiàn)圖7，圖8。

2.1.3 腹板單元板劃分

腹板單元件為板零件+板肋結(jié)構(gòu)。具體單元?jiǎng)澐忠?jiàn)圖9。

2.1.4 橫隔板單元構(gòu)造及隔板劃分

鋼箱梁橫隔板由隔板和人孔加強(qiáng)圈板組成，懸臂隔板為倒T形結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)段和加寬段橫隔板單元構(gòu)造見(jiàn)圖10。

2.2 鋼箱梁連續(xù)拼裝

2.2.1 專(zhuān)用胎架的制作

節(jié)段長(zhǎng)度為35 m，采用連續(xù)反拼制造，設(shè)置約36 m的拼裝專(zhuān)用胎架[3]。

2.2.2 鋼箱梁整體組裝

1)頂板單元件組焊。

根據(jù)縱橫基準(zhǔn)線將頂板單元件對(duì)合地標(biāo)點(diǎn)定位，再?gòu)闹虚g往兩邊將其余頂板單元件對(duì)合地標(biāo)點(diǎn)定位并與大拼胎架剛性固定。采用單面焊雙面成型工焊接頂板單元件間的對(duì)接焊縫，注意單元體工地接縫預(yù)留不焊。

2)中箱室橫隔板單元的定位。

吊裝中箱室橫隔板單元，吊裝時(shí)各橫隔板單元件的位置應(yīng)正確，對(duì)合底板上預(yù)先畫(huà)好的橫隔板定位線裝配，裝配時(shí)嚴(yán)格控制橫隔板的標(biāo)高及垂直度，確保滿足相關(guān)的精度要求。

3)中腹板單元組焊。

將中腹板單元吊到橫隔板兩端，注意端口控制線應(yīng)與相應(yīng)地標(biāo)點(diǎn)對(duì)齊后焊接相應(yīng)焊縫。注意中腹板外側(cè)加勁板影響單元體工地拼裝，工地組焊根據(jù)地標(biāo)統(tǒng)一檢查頂板中心線，以消除累計(jì)誤差。

4)邊隔板單元的定位。

吊裝邊隔板單元件，吊裝時(shí)各橫隔板單元件的位置應(yīng)正確，對(duì)合底板上預(yù)先畫(huà)好的橫隔板定位線裝配，裝配時(shí)嚴(yán)格控制橫隔板的標(biāo)高及垂直度，確保滿足相關(guān)的精度要求。

5)斜底板單元定位。

將斜底板單元吊到梁兩端，注意端口控制線應(yīng)與相應(yīng)地標(biāo)點(diǎn)對(duì)齊后點(diǎn)焊固定。

6)底板單元定位。

將底板單元吊到橫隔板之上，注意端口控制線應(yīng)與相應(yīng)地標(biāo)點(diǎn)對(duì)齊后焊接底板單元之間的對(duì)接，其次焊接底板、斜底板與隔板之間的焊接。根據(jù)地標(biāo)統(tǒng)一檢查底板中心線，以消除累計(jì)誤差。

7)懸臂隔壁的組焊。

吊裝懸臂隔板單元件，根據(jù)頂板單元上隔板線進(jìn)行組焊懸臂隔板。

8)邊腹板的組焊。

吊裝邊腹板至梁兩端，注意端口控制線應(yīng)與相應(yīng)地標(biāo)點(diǎn)對(duì)齊后檢查無(wú)誤再焊接。

9)裝飾板的組焊。

將裝飾板吊至懸臂隔板之間組焊，節(jié)段間需要現(xiàn)場(chǎng)焊接的預(yù)留不焊。

10)檢查并矯正后焊接相鄰節(jié)段間臨時(shí)定位裝置，見(jiàn)圖11。

11)根據(jù)前幾步，已經(jīng)組拼并完成鋼箱梁節(jié)段各單元件之間的定位焊，形成一個(gè)剛性固定的整體結(jié)構(gòu)。在保證結(jié)構(gòu)整體尺寸的情況下，采取分段、對(duì)稱(chēng)施焊的焊接工藝。

焊接順序：施焊順序安排的目的為減少焊接變形、控制鋼箱梁節(jié)段形位尺寸，減少鋼箱梁構(gòu)件應(yīng)力集中。施焊順序的原則，橫向以橋跨中心為基準(zhǔn)向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)施焊，縱向以梁段幾何中心為基準(zhǔn)向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)施焊。焊接順序圖見(jiàn)圖12。

安排4名～8名焊工同時(shí)以對(duì)稱(chēng)中心線為基準(zhǔn)，進(jìn)行對(duì)稱(chēng)焊接首先焊接腹板單元與底板的焊縫，再焊接頂板單元與腹板焊縫，再焊接隔板單元與底板的焊縫，再焊接隔板單元與腹板的焊縫，最后焊接隔板單元與頂板的焊縫。

焊接變形及控制：焊接完成一個(gè)框架單元，進(jìn)行自檢，對(duì)局部變形進(jìn)行矯正，方可進(jìn)行后續(xù)焊接施工。由于兩隔板間除腹板外無(wú)其他縱向連接結(jié)構(gòu)，所以根據(jù)首件的焊接收縮及變形情況，可施加工藝支撐，進(jìn)行變形控制。工藝支撐設(shè)置在兩腹板之間，作為臨時(shí)固定結(jié)構(gòu)。整體焊接完成，專(zhuān)檢人員進(jìn)行尺寸檢查和線形檢查，根據(jù)施工圖放樣，對(duì)變形部位進(jìn)行矯正處理[4]。

2.3 嵌補(bǔ)段制造

鋼箱梁嵌補(bǔ)段分I肋嵌補(bǔ)段、T肋嵌補(bǔ)段。嵌補(bǔ)段理論長(zhǎng)度為400 mm，制造時(shí)下料長(zhǎng)度方向允許誤差±2 mm余量，根據(jù)試拼的實(shí)際情況進(jìn)行配切，并開(kāi)坡口。嵌補(bǔ)段與加勁板對(duì)接焊縫均為熔透焊縫。

2.4 匹配件制造

鋼箱梁連續(xù)拼裝滿足要求后，節(jié)段間應(yīng)設(shè)臨時(shí)匹配件，為了便于工地安裝。匹配件示意圖見(jiàn)圖13。

2.5 吊耳制造

單個(gè)吊裝節(jié)段最大質(zhì)量約168 t，大節(jié)段吊裝選用吊耳應(yīng)承受32 t吊重。吊耳示意圖見(jiàn)圖14。

3 工地橋位拼裝及焊接

3.1 鋼箱梁節(jié)段拼裝及焊接

3.1.1 將橫向2個(gè)小節(jié)段拼裝成大節(jié)段

安排2名～4名焊工，對(duì)稱(chēng)施焊小節(jié)段對(duì)接焊縫及隔板與腹板及隔板與頂、底板預(yù)留的100 mm角焊縫。焊接順序如下，先在底板對(duì)接處下方貼陶瓷襯墊，上方焊接，單面焊接雙面成型①。然后焊接隔板與腹板角焊縫及隔板與頂、底板預(yù)留的100 mm角焊縫②。最后焊接頂板焊縫，在頂板對(duì)接處下方貼陶瓷襯墊，上方焊接，單面焊接雙面成型③，檢查合格后焊接挑臂處工地焊縫。焊接順序圖見(jiàn)圖15。

3.1.2 大節(jié)段連續(xù)拼裝

將大節(jié)段吊裝至橋位拼裝胎架，用螺栓擰緊匹配件將兩個(gè)大節(jié)段固定。首先在底板對(duì)接處貼陶瓷襯墊，單面焊接雙面成型，安排兩名焊工從中心往兩側(cè)對(duì)稱(chēng)施焊；其次是腹板的焊縫，箱體內(nèi)側(cè)貼陶瓷襯墊，單面焊雙面成型；安排2名～4名焊工，以對(duì)稱(chēng)中心為基準(zhǔn)，對(duì)稱(chēng)焊接兩側(cè)腹板的對(duì)接焊縫；頂板對(duì)接，箱體內(nèi)側(cè)貼陶瓷襯墊，外側(cè)焊接，單面焊接雙面成型的順序依次焊接[5]。

完成連續(xù)拼裝焊接，并拆卸匹配件及吊耳。拆除吊耳，不得敲擊，必須采用火焰切割，并預(yù)留2 mm切根，以防止傷及頂板。然后用砂輪打磨切根。吊耳切除圖如圖16所示。

3.1.3 工地節(jié)段焊接工藝參數(shù)

工地焊接除定位焊及修補(bǔ)焊外，均采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊。

工地節(jié)段焊接除角焊縫外，對(duì)接焊縫均采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊，單面焊雙面成型的焊接工藝。背面貼陶瓷襯墊[6]。焊接坡口形式，坡口角度45°,根部間隙6 mm，見(jiàn)圖17。

3.2 嵌補(bǔ)段安裝及焊接

鋼箱梁各節(jié)段間的工地接縫如圖18所示(以頂板與頂板對(duì)接為例)，在完成頂板焊接并焊縫檢測(cè)合格后，對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行局部防腐處理，同時(shí)確保加勁肋焊接區(qū)域的清潔，根據(jù)橋上焊接實(shí)際情況確定主梁縱向加勁肋嵌補(bǔ)段的長(zhǎng)度，加工焊接坡口后安裝并完成焊接，包括加勁肋端部200 mm與頂板預(yù)留不焊的部位的焊接。以I肋嵌補(bǔ)段為例，說(shuō)明其工地焊接及其坡口形式，見(jiàn)圖18。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼箱梁制造關(guān)鍵技術(shù)主要在于焊接質(zhì)量、焊接變形及鋼箱梁總體拼裝控制,通過(guò)制定一套適合該工程特點(diǎn)的施工技術(shù)方案和質(zhì)量保證措施對(duì)類(lèi)似鋼箱梁工廠的制作起到一定的參考和借鑒意義。