異形鋼拱鋼基座加工研配技術(shù)研究

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)工程項目現(xiàn)已遍布在人們生活的各個角落，其中以鋼結(jié)構(gòu)交通通行設(shè)施尤為突出。在鋼結(jié)構(gòu)交通設(shè)施中，一些造型奇特的橋梁更是成為當(dāng)?shù)貥?biāo)志性的打卡地?zé)狳c(diǎn)，而這些異形橋梁的生產(chǎn)往往具備一定的難度。為此，以某一鋼拱橋為例，對其結(jié)構(gòu)最復(fù)雜部位即鋼拱鋼基座的加工研配進(jìn)行分析，具體對鋼基座制作工藝中的材料選材要求、下料精度要求、拼裝要求、焊接要求和單元件制作要求等方面進(jìn)行闡述，并對邊拱箱形構(gòu)件的制作順序和鋼基座整體裝配順序進(jìn)行分析，為類似工程提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：鋼拱;鋼基座;研配;加工;制作順序

中圖分類號：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）30-0087-04

Abstract： Steel structure engineering projects are now spread across every corner of our lives， among which steel structure transportation facilities are particularly prominent. Among steel structure transportation facilities， some oddly shaped bridges have become local landmark check-in hotspots， and the production of these special-shaped bridges is often difficult. To this end， taking a certain steel arch bridge as an example， the processing and development of the most complex part of its structure （namely the steel base of the steel arch） is analyzed. The material selection requirements， blanking accuracy requirements， assembly requirements， welding requirements， and single component production requirements in the steel base manufacturing process are elaborated. The production sequence of side arch box members and the overall assembly sequence of the steel base are analyzed， providing reference significance for similar projects.

Keywords： steel arch; steel base; grinding and matching; processing; production sequence

鋼結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)已成為城市建筑工程及交通設(shè)施的首選工程方式，橋梁工程中的鋼箱梁即為其中的一個典型。鋼箱梁工程在生產(chǎn)過程中，主要分為加工制作和現(xiàn)場安裝兩大方向，而加工制作又是現(xiàn)場安裝的基礎(chǔ)，只有加工制作符合設(shè)計要求，現(xiàn)場才能完成高精度的安裝工作。凌志強(qiáng)等[1]對斜拉橋異形鋼拱塔的加工制作技術(shù)進(jìn)行了研究，他們以宜興荊邑大橋鋼拱塔為基礎(chǔ)，闡述了鋼拱塔的制作是斜拉橋施工控制的重點(diǎn)項目之一，并在施工中針對拱塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)定位、整體線形及端口控制采取了一系列制造工藝與措施，以供國內(nèi)外同類工程施工借鑒與不斷完善。張友為[2]對空間變截面拱式鋼塔加工技術(shù)進(jìn)行了研究，從空間變截面拱式鋼塔加工的重點(diǎn)和難點(diǎn)分析入手，詳細(xì)闡述了鋼塔的加工工藝流程和操作要點(diǎn)，使鋼斜塔的加工精度得到了良好的控制。劉丹[3]以錦州市云南飛街小凌河大橋為例，介紹了鋼拱塔制作工藝方案，主要包括：板單元和鋼拱塔節(jié)段制作的關(guān)鍵工藝、重要措施、控制要點(diǎn)及鋼拱塔節(jié)段預(yù)拼裝過程中采取的工藝方案及精度、尺寸、變形控制要點(diǎn)。李興亮等[4]以某一中承式鋼拱橋為例，詳細(xì)地介紹了鋼拱肋的加工制作關(guān)鍵技術(shù)，尤其是鋼拱肋節(jié)段的組裝技術(shù)，其鋪設(shè)先后順序為大腹板、隔板、頂?shù)装?、吊耳?jié)點(diǎn)、小腹板、斜腹板及其縱肋等。并在最后給出組裝過程中的關(guān)鍵技術(shù)要求，一為線形控制的關(guān)鍵手段即控制零件的精度及地胎的精度，二為焊接控制的關(guān)鍵手段即保持待焊區(qū)域的干凈與整潔、引弧板和熄弧板的設(shè)置與選擇，以及焊接工藝的評定。王金龍[5]以某50 m跨度簡支鋼拱橋為例，介紹了該工程鋼拱橋單元桿件焊接、節(jié)段組拼、成橋拼裝和防腐處理等關(guān)鍵工藝，以及鋼拱橋制造過程中的質(zhì)量控制措施。

結(jié)合以上學(xué)者對鋼拱橋、鋼拱塔的加工制作經(jīng)驗，以某一鋼拱橋施工為例，介紹了異形鋼拱鋼基座加工制作工藝要求，并對鋼拱鋼基座的研配進(jìn)行了詳細(xì)的描述，為類似項目提供借鑒。

1 工程介紹

該項目主航道橋結(jié)構(gòu)為中承式鋼箱拱橋，跨徑布置為（70+260+70） m，邊中跨比接近1/4。中跨矢高65 m，矢跨比為1/4。主拱肋采用懸鏈線設(shè)計，拱軸系數(shù)1.5，邊跨拱肋設(shè)10 m平直段，拱肋段半拱長度60 m，矢高為24.598 m，拱軸系數(shù)為2.0。主航道橋為提籃拱構(gòu)造，邊、中跨拱肋及邊主梁共面設(shè)計，均采用1∶5坡率向橋中線傾斜。拱肋為提籃拱結(jié)構(gòu)，拱頂橫向中心距16 m，橫向按1∶5坡率外傾斜。為兼顧美觀和方便加工，拱肋采用等寬變高鋼箱截面設(shè)計，鋼箱拱橫向內(nèi)寬3.2 m。拱肋通過變高適應(yīng)其受力逐漸增加的要求，拱頂高2.6 m，拱腳加高至4.2 m，內(nèi)設(shè)縱向加勁肋。鋼箱拱肋壁厚從拱頂至拱腳按受力要求變厚，變厚范圍32～60 mm。橋梁整體效果圖如圖1所示。

2.1 材料選材要求

在鋼拱的加工制作中，一般需要主材和輔材2種材料，以及具有構(gòu)造特點(diǎn)橋梁的其他材料。針對該工程需要的主材有Q345qD材質(zhì)鋼材、藥芯焊絲及實心焊絲等相關(guān)焊材材料、鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝油漆。輔材及其他材料包含焊釘、高強(qiáng)螺栓、斜拉索等。鋼拱主材與輔材的選材應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的規(guī)定，并在規(guī)定的環(huán)境范圍內(nèi)進(jìn)行主材的加工及輔材的使用，確保橋梁項目的質(zhì)量終生負(fù)責(zé)制得到保障。

2.2 下料精度要求

下料是整個加工過程的開始，下料的精度達(dá)不到要求時，將會產(chǎn)生錯縫、拼縫不嚴(yán)等質(zhì)量問題，影響下一道工序的進(jìn)行，所以下料前需要進(jìn)行一系列的準(zhǔn)備工作來確保下料工作的順利進(jìn)行。在下料過程中還應(yīng)注意制孔要求，基座中的穿筋孔為避免火焰切割收弧時對母材的傷害，下料時先切割成比直徑小5 mm的孔，后通過搖臂鉆擴(kuò)至設(shè)計直徑。若火焰一次切割成孔，需保證切割面垂直度和切割面粗糙度達(dá)到切割質(zhì)量要求，火焰切割孔徑偏差為±2 mm。

下料的精度主要從主要零件、附屬小件等方面保證，例如首件切割要空行程運(yùn)行，并對零件輪廓的邊長和對角線進(jìn)行測量，滿足對應(yīng)零件的偏差要求。鋼拱頂?shù)装?、腹板、隔板等大零件，需?biāo)出定位基準(zhǔn)線及基準(zhǔn)邊，如圖2所示，與圖紙核對無誤后方可下料;下料編程時，編程基準(zhǔn)需與零件實際切割基準(zhǔn)一致。切割后每件零件均需進(jìn)行自檢和專檢。加勁板、連接板等附屬小件，需首件報檢合格方可批量開料，在切割過程中進(jìn)行自查抽檢。

2.3 拼裝要求

在拼裝過程中，應(yīng)嚴(yán)格按排版圖接料，為減小焊接應(yīng)力，板材坡口嚴(yán)格按照排版圖要求切割，板材拼接順序為縱向段先橫縫后縱縫，橫向段先縱縫后橫縫。壁板接料長度不小于1 000 mm，寬度不得小于600 mm，橫向接料焊縫中心線距孔邊緣不宜小于100 mm。要求平齊的對接接頭表面必須精修，在對接接頭中，焊縫表面余高嚴(yán)禁超過3 mm。焊接中不應(yīng)有斷弧，如有斷弧應(yīng)將?；√幣俪?∶5斜坡，并搭接50 mm再引弧施焊，焊后搭接處應(yīng)修磨圓順。組裝時應(yīng)將相鄰焊縫錯開，錯開的最小距離應(yīng)符合圖3所示的最小距離。

2.4 焊接要求

焊接工作宜在室內(nèi)進(jìn)行，環(huán)境濕度應(yīng)不小于80%，環(huán)境溫度不應(yīng)低于5 ℃，母材溫度不應(yīng)低于0 ℃。主要桿件應(yīng)在組裝后24 h內(nèi)焊接，如超時應(yīng)根據(jù)不同情況在焊接部位進(jìn)行清理或去濕處理后方可施焊。

所有的板對接焊縫均應(yīng)順應(yīng)力方向打磨勻順，焊縫雙面打磨，打磨方式為先粗磨后精磨，粗磨時磨光機(jī)前進(jìn)及后退方向為焊縫方向，精磨時磨光機(jī)運(yùn)動方向垂直于焊縫方向，嚴(yán)禁用百葉輪打磨，打磨后余高不高于母材0.5 mm，不低于母材0.3 mm，粗糙度不高于Ra=50 μm。變板厚對接焊縫只需打磨外側(cè)焊縫余高，內(nèi)側(cè)焊縫余高不再打磨。對接焊縫正面焊完后背面用碳弧氣刨清根，并將熔渣清除干凈。多道焊接時，應(yīng)將前道熔渣清除干凈，經(jīng)確認(rèn)無裂紋等缺陷后再繼續(xù)施焊。桿件焊接后，兩端的引熄弧板必須用氣割切掉，并磨平切口，不得損傷桿件。

2.5 單元件制作要求

首先，構(gòu)件嚴(yán)禁隨意開孔，壁板面板下料完成后，要進(jìn)行尺寸再復(fù)核，確保實際下料尺寸滿足工藝偏差要求;其次，按照詳圖要求，對面板內(nèi)側(cè)隔板位置、縱肋位置處進(jìn)焊前打磨;最后劃出面板的板單元中心線和板單元定位基準(zhǔn)線，根據(jù)板單元中心線和板單元定位基準(zhǔn)線，劃出縱肋定位線（縱肋焊接邊的邊線），按照此線定位縱肋。所有現(xiàn)場件均需研配，按圖紙要求開坡口;現(xiàn)場焊接口位置需禁涂，為方便涂裝車間識別。構(gòu)件研配下胎前，需對現(xiàn)場焊接位置進(jìn)行標(biāo)識，焊縫兩側(cè)100 mm范圍內(nèi)禁涂。

3 鋼基座加工研配

鋼拱鋼基座根據(jù)2個邊拱1個中基座的構(gòu)造特點(diǎn)，將整個鋼基座制作分為4個節(jié)段，分別為2個邊拱基座、1個中基座及基座底埋件（不作研究），中基座、邊拱基座如圖4所示。

3.1 邊拱基座箱形構(gòu)件制作順序

1）按地胎定位點(diǎn)鋪設(shè)下腹板，下腹板加勁焊接并檢驗合格。

2）立隔板并將T肋嵌補(bǔ)段安裝定位。

3）T肋與內(nèi)弧側(cè)蓋板進(jìn)行研配，保證T肋嵌補(bǔ)段與蓋板T肋對齊，研配后將外側(cè)蓋板去除;隔板與T肋嵌補(bǔ)段焊縫加強(qiáng)，并對2道隔板外弧側(cè)拉連接撐;2道隔板與T肋嵌補(bǔ)段下胎進(jìn)行焊接，將焊縫焊接完成并檢驗合格;隔板進(jìn)行上胎裝配;對已研配的T肋與內(nèi)弧側(cè)蓋板焊接并檢驗合格，安裝內(nèi)弧側(cè)蓋板并焊接主焊縫。

4）外弧側(cè)I肋與蓋板焊接并檢驗合格，安裝外弧側(cè)蓋板并焊縫主焊縫。

5）焊接隔板與下腹板、內(nèi)外弧蓋板焊縫。外側(cè)蓋板與隔板焊縫檢驗合格后，焊接T肋對接位置焊縫。焊接I肋與隔板焊縫。

6）I肋與上側(cè)腹板焊接并檢驗合格，安裝上側(cè)腹板并焊接主焊縫。

邊拱基座箱形構(gòu)件制作順序如圖5所示。

3.2 基座整體裝配順序

1）按地胎定位點(diǎn)鋪設(shè)下腹板，下腹板加勁焊接并檢驗合格。

2）立隔板并定位焊接。

3）將邊拱及中支撐對應(yīng)基座位置的兩側(cè)蓋板，按要求裝配。

4）將基座主焊縫及其他焊縫焊接并檢驗合格，將邊拱中支撐之中的隔板及加勁按圖紙裝配。

5）基座內(nèi)部焊縫焊接完成并檢驗合格后，蓋上側(cè)腹板，并焊接主焊縫及內(nèi)部焊縫。

基座整體裝配順序如圖6所示。

4 結(jié)論

通過該項目鋼拱鋼基座加工研配技術(shù)的研究，解決了類似鋼拱結(jié)構(gòu)鋼基座加工生產(chǎn)難題，保證了后期安裝施工的精度，主要得到以下結(jié)論。

1）在鋼拱鋼基座的整個生產(chǎn)加工過程中，要對原材的選材、下料的精度、焊接的加工等各方面按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求進(jìn)行生產(chǎn)，對工藝中的要求要嚴(yán)格執(zhí)行。

2）在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)下，要合理進(jìn)行制作順序的安排，避免后配件先生產(chǎn)，前配件后生產(chǎn)問題的發(fā)生。

3）在整體裝配時，要做到隨裝配隨檢驗，在檢驗合格之后方可進(jìn)行下一道工序。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：盧大勇（1992-），男，工程師。研究方向為鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程。