集聚式多錨頭錨固系統(tǒng)制造工藝研究

王欽國

(中鐵山橋(南通)有限公司,江蘇 南通 226000)

0 引言

集聚式多錨頭錨固系統(tǒng)因其具有較高的承載力和良好的抗震性能而廣泛應(yīng)用于懸索橋橋梁工程中。然而,由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性,制造過程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)較多,制造工藝的控制直接影響到錨固系統(tǒng)的質(zhì)量和性能。因此,本文主要對集聚式多錨頭錨固系統(tǒng)的制造工藝進(jìn)行研究,以期提高該系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和成本效益。

1 工程概況

楊泗港長江大橋工程主橋?yàn)槭澜缈缍茸畲蟮碾p層公路懸索橋[1-2](見圖1),主跨度1 700 m,主塔基礎(chǔ)為沉井基礎(chǔ),錨碇采用地連墻結(jié)構(gòu)形式。主纜錨固系統(tǒng)由后錨梁和前錨桿組成。后錨梁埋于錨體混凝土內(nèi),前錨桿一端連接在后錨梁上,另一端伸出錨體前錨面,與主纜相連。主纜索股散開后,先與錨體前錨面外的錨桿連接,通過錨桿將主纜索股力沿主纜散開方向繼續(xù)擴(kuò)散后,再傳給錨體后端的后錨梁,通過后錨梁的承壓面將主纜索股力傳給錨體混凝土。為了避免由于錨桿與錨體混凝土之間的黏結(jié)而導(dǎo)致錨桿周圍混凝土受拉開裂,必須在錨體混凝土澆筑前,用可靠的隔離和防腐材料蓋裹于錨桿外圍,再澆筑錨體混凝土。

楊泗港長江大橋錨固系統(tǒng)由后錨梁和錨桿組成(見圖2),錨桿接頭一端焊接在后錨梁梁體內(nèi),一端與錨桿之間采用φ24.0 mm精制螺栓連接,以單列為拼裝體。

2 方案對比

根據(jù)現(xiàn)有鉆孔方法,主要有:龍門數(shù)控出孔、磁力鉆、麻花鉆等,最終選擇采用麻花鉆鉆制底孔,專用擴(kuò)孔鉆頭孔鉆至要求孔徑,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),螺栓孔孔徑及粗糙度主要受搖臂鉆床轉(zhuǎn)速及進(jìn)給量影響。通過控制變量法,最終確定了所需的最佳經(jīng)濟(jì)參數(shù),保證質(zhì)量的同時(shí),確保了最快工期。現(xiàn)場試驗(yàn)過程如圖3所示。

3 整體制造工藝

錨桿和錨桿接頭采用先鉆孔后組焊的工藝,釘孔采用二次鉆孔方法。即錨桿和錨桿接頭的蓋腹板、拼接板半成品分別卡樣板鉆制φ21 mm孔,工型組焊修后,按照安裝狀態(tài),將錨桿、錨桿接頭與拼接板栓合,擴(kuò)鉆至φ24 mm孔,做標(biāo)記后解體,錨桿接頭焊于后錨梁梁體內(nèi)。

3.1 錨桿制作工藝

錨桿采用焊接工型斷面,由上下蓋板、腹板、支承板、傳力板組成(見圖4)。腹板由不等厚板二接一而成。

3.1.1 下料及加工

1)上、下蓋板采用先接荒料再下條料,多嘴精密切割的工藝。劃線切角,拼接端卡樣板鉆φ21 mm孔。

2)采用先接荒料再下條料,多嘴精密切割的工藝。厚板接料前銑斜面,該段長度預(yù)留二次切量。工藝:對接料→焊接→修整→探傷→多嘴精密切割下料→劃線(以拼接端為基準(zhǔn)劃頂端切槽口線、槽口內(nèi)坡口線、板邊坡口線、拼接端卡樣線)→焰切槽口、槽口內(nèi)坡口及板邊坡口→在拼接端對樣板兩邊卡樣→鉆φ21 mm孔。

3)支承板采用數(shù)控火焰切割下料,板件對樣板一邊兩頭卡樣、鉆孔。

4)傳力板采用數(shù)控火焰切割下料,倒圓弧。

3.1.2 零件組裝

1)以拼接端腹板孔為準(zhǔn),在平臺上組裝傳力板(傳力板與腹板端部連續(xù)焊縫錘擊)。

2)組裝工型:以拼接端已鉆制孔為組裝基準(zhǔn),劃針劃線,在平臺上組裝工型(重點(diǎn)控制蓋腹板定位尺寸及拼接頭寬度)。

3)組裝支承板N3,N5,以拼接端腹板孔為組裝基準(zhǔn)。

4)二次切頭。

5)發(fā)送至“與錨桿接頭栓合”工序。

錨桿現(xiàn)場施工圖如圖5所示。

3.2 后錨梁制作工藝

后錨梁由兩個(gè)槽型單元+錨桿接頭單元+隔板單元及端封板組成(見圖6)。

3.2.1 單元件制作

1)槽型單元:由上、下蓋板、腹板、水平縱肋及豎向加勁肋組成,蓋板、腹板、水平縱肋先接荒料、后下條料,采用多嘴精密切割下料,腹板上劃跨中線、縱向中心線,平臺上組對上下蓋板、腹板成槽型→組裝水平縱肋,在一側(cè)蓋板外表面劃線、組焊剪力釘(成對)。槽型單元現(xiàn)場施工如圖7所示。

2)錨桿接頭單元:錨桿接頭采用工型斷面,由上下蓋板、腹板組成。外形相似、長度各異。

蓋板采用數(shù)控火焰切割下料→寫標(biāo)記→劃縱向中心線、坡口加工線→加工兩邊坡口→卡樣板鉆制φ21 mm孔。

腹板采用數(shù)控火焰切割下料→寫標(biāo)記→樣板邊對板件兩邊卡樣,鉆制φ21 mm孔。

組裝工型:以已鉆制孔為基準(zhǔn),劃針劃線,在平臺上組裝工型(重點(diǎn)控制蓋腹板定位尺寸及拼接頭寬度)。焊修后發(fā)送至“與錨桿栓合擴(kuò)鉆孔”工序。錨桿接頭單元示意圖見圖8。

3.2.2 錨桿與錨桿接頭栓合擴(kuò)鉆孔

錨桿+錨桿接頭+拼接板按照安裝狀態(tài)栓合,異徑?jīng)_釘定位,M20螺栓緊固。栓合后對各桿件做標(biāo)記、打鋼印(見圖9)。

劃線、做后錨梁中心線標(biāo)識:在錨桿接頭蓋板(兩側(cè))圖示位置做后錨梁縱向中心線標(biāo)識并打樣沖(見圖10)。相同的錨桿接頭號可互換,不同的錨桿接頭號長度各異不可互換。

擴(kuò)孔搗絲:在安裝狀態(tài)下,將半成品鉆制的φ21 mm孔擴(kuò)鉆為φ24.0 mm鉚接釘孔。應(yīng)先擴(kuò)沒有螺栓、沖釘?shù)目?搗換螺栓后再擴(kuò)其余釘孔。

解體:錨桿接頭返后錨梁對號入座進(jìn)行箱體組裝。拼接板栓合在錨桿拼接端進(jìn)入試拼裝(見圖11)。

3.2.3 組裝整體

在胎型上放樣組整體;要求胎型表面平整;劃針劃線。

1)劃線:將槽型單元Z腹板非水平面?zhèn)瓤v向中心線、跨中線返至平面?zhèn)?由跨中向兩端劃錨桿接頭位置線,另側(cè)槽型單元Y劃跨中線,縱向中心線(見圖12)。在胎位上放線。

2)組裝錨桿接頭:錨桿接頭線與后錨梁縱向中心線對線,由跨中向兩側(cè)組對,錨桿接頭位置組對及測量(見圖13)。

3)組裝隔板單元:由兩個(gè)錨桿接頭中心線分中組對(見圖14)。

4)組裝另側(cè)槽型單元,控制兩側(cè)槽型縱向中心線及跨中線對正,控制兩端箱口尺寸及對角線差值在合格范圍。

5)劃線、切箱體兩頭,組焊端封板。

4 整體試拼裝

錨固鋼結(jié)構(gòu)桿件制造完成后,按照制造規(guī)則要求進(jìn)行試拼裝(見圖15)。試裝以驗(yàn)證施工圖紙的正確性、檢驗(yàn)制造工藝的合理性、工藝裝備的精確性;檢查構(gòu)件拼接處有無相互抵觸情況,有無不易施擰螺栓之處。通過試裝發(fā)現(xiàn)問題時(shí),即可在試裝場地進(jìn)行尺寸修正和調(diào)整,避免在高空調(diào)整,減少高空作業(yè)難度和加快安裝速度,確保橋址的順利架設(shè)。

試拼裝模擬橋位安裝狀態(tài),以列為拼裝單元,采用平面試拼裝方法(見圖16),各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)均滿足制作規(guī)則要求。

5 使用情況

楊泗港長江公路大橋錨固系統(tǒng)2017年9月24日完成了南岸錨碇澆筑(見圖17),大橋共兩根主纜,單根設(shè)計(jì)拉力為6.5萬t,所承受的拉力足以吊起一艘航空母艦。作為大橋的重要受力結(jié)構(gòu)之一,南錨碇和北錨碇將要拉住全橋的重量。在錨固系統(tǒng)安裝過程中,采用了精制螺栓進(jìn)行連接,與以往采用高強(qiáng)螺栓連接相比,能使其在結(jié)構(gòu)上受力能力更強(qiáng),還能更好地將索股拉力傳遞至錨碇混凝土,滿足楊泗港長江大橋一跨過江設(shè)計(jì)索股受力需要[3-4]。

同時(shí)大橋于2019年10月8日通車運(yùn)營(見圖18),各項(xiàng)功能正常使用,將有效緩解武漢市東西向過江交通壓力,升級區(qū)域道路交通系統(tǒng),提升城市交通功能。

6 結(jié)論

本文主要對集聚式多錨頭錨固系統(tǒng)的制造工藝進(jìn)行研究,通過對其制程、關(guān)鍵技術(shù)及工藝控制要點(diǎn)進(jìn)行分析,對精制螺栓連接提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。通過對該制造工藝的研究,旨在提高錨固系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,降低成本,為工程實(shí)踐提供有效的技術(shù)支撐。然而,由于集聚式多錨頭錨固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性,制造過程中仍然存在許多技術(shù)難題需要進(jìn)一步研究和探索。因此,在未來的研究中,需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)力度,探索新的制造工藝和方法,以滿足工程實(shí)踐的需求[5-6]。