论文《特大桥钢梁制造技术研究》-仁创编译转载

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　　摘要：六广河特大桥钢梁采用工型边主梁、横梁、小纵梁，通过摩擦型高强度螺栓连接形成，其制造技术较为复杂，对钢梁加工工艺要求较高。阐述了钢梁加工过程中的几个关键问题，包括编制六广河特大桥钢梁制造和验收细则、使用精密切割工艺、80mm厚钢板焊接技术、超声锤击、试拼装技术、节间解体，为钢梁的工厂预制提供参考。

　　关键词：斜拉桥;钢梁制造;焊接;钻孔;试拼装

　　六广河特大桥为整幅设计，主梁为工型钢梁，桥梁为纵横梁体系，结构复杂，且构件之间均为栓接，对孔位、尺寸精度要求较高。因此，需要对钢梁制作过程中的切割、焊接、制孔等步骤进行控制，以确保制作质量符合要求。

　　1工程概况

　　六广河特大桥位于黔西县太来乡大寨村。主桥上部结构为5×40m先简支后连续预应力混凝土T梁+(243+580+243)m双塔双索面叠合梁斜拉桥，全桥长1280m，桥面行车道为双向四车道。大桥主梁使用双工型钢梁结构，并且和混凝土板之间形成同步受力结构，工型钢梁结构和横梁结构的节点，使用高强度的螺栓进行加固，结构上支架为预制桥梁面板。现浇膨胀混凝土结构的湿接缝和钢梁结构的抗剪螺栓形成一个组合桥梁体系，主桥梁宽度为27.7m，桥梁高度为3.32m，两个工型钢梁之间的间距大小为25.2m。钢纵梁节段标准长度为12m。工型钢纵梁与工型钢纵梁、横梁与工型钢纵梁、横梁与小纵梁间均采用摩擦型高强螺栓连接。桥梁面板设置在工型钢梁结构的侧方区域，与钢梁的上部抗剪螺栓结构形成一个整体，相互之间组合形成支撑梁结构体系。剪力钉结构需要和桥梁的主梁结构形成对应，在排列方式上不能和桥梁面板的普通钢筋以及结构的预应力产生矛盾。

　　2钢梁制造工艺

　　由于主梁杆件结构复杂，制造难度大、制造工期紧、攻关课题多，为工厂制造提出了更高的要求。项目委托中铁九桥工程有限公司进行钢梁制作，其对钢梁的制作具有丰富的经验，拥有成套的钢梁运架设备，具备独立承揽钢桥梁的制造、运输和架设的能力。焊接、钻孔、试拼装等为制作钢梁过程中的关键工序。以下对关键工序进行详细阐述。

　　2.1编制六广河特大桥钢梁制造和验收细则

　　根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50—2011)[1]、《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG/D64—2015)[2]、《钢结构设计规范》(GB50017—2003)[3]，制定了钢梁制造的细则，在尺寸方面提出较高的精度要求，使各部位的受力满足设计要求。

　　2.2使用精密切割工艺

　　精密切割工艺与传统的火焰切割下料后再机械加工的工艺相比，具有节省工时、减少钢板损耗、降低制造费用、缩短制造周期等优点，同时，由于操作机械化程度高、切割质量稳定，适合各种复杂形状和厚板的加工，在钢结构制造大批量生产中具有显著的经济效益，因此，在本桥钢梁的制作中，优先采用精密切割工艺，精密切割边缘表面质量要求见表1

　　2.3钻孔

　　在钢梁钻孔工作中，钻孔工作质量直接关系到桥梁的线形结构，以及桥梁架设钢梁之间的连接程度，同时，也是整个桥梁工程施工质量的重要保障。由于桥梁线形变化程度不同，因此，在钻孔工作中必须保证钻孔尺寸大小的精确度。(1)钢梁杆钻孔是六广河特大桥钢梁施工中的重要环节，整个工艺流程包含了平台表面的精确划线，整体覆盖式钻孔施工以及组合样板钻孔施工。依照钻杆的结构条件不同，需要提升孔洞的具体设计精确度。在样板的设计工作中，需要依照不同的结构条件采取相应的调整策略，充分保证整个工作流程的顺利开展。(2)为有效提高钻孔相对设计位置的精确度，在样板的长度中心附近区域设置相应的标识线，通过此操作方法，可以有效防止出现对角线连接误差问题。(3)为有效防止组织焊接工作中出现焊接长度方向的不良输出问题，需要对覆盖式钻孔样板的程度进行有效的调整，需要预留一定的焊接收缩量，以提高整个焊接工作质量。(4)杆件钻孔工艺流程：①划线平台设计采用10m×20m的精密划线平台。②专用钢主梁及横梁钻孔胎架设计利用冲钉和定位孔定位，在标准的胎架上布模钻孔，对胎架进行定期检测。

　　2.480mm厚钢板焊接技术

　　钢主梁为工型杆件，主体结构由80mm厚板组成，顶板与腹板之间在锚拉板区域为全熔透角焊缝，其余部分为大坡口角焊缝，且腹板上焊接有多道纵横向的加劲板，如何控制焊接变型，保证钢主梁纵横向孔位精度为本次制造的难点。通过控制焊接线能量和层间温度，以减少热影响区的韧性下降，选用优化后的埋弧自动焊丝、烧结型焊剂和手工焊条，并严格管理、精心操作，使焊缝达到高韧化。厚板的焊接大量采用厚板熔透焊缝、深坡口焊缝等。焊接过程中需要注意以下几点：(1)构件及厚部件要求在焊前必须预热，预热能减缓焊后的冷却速度，降低焊接残余应力，降低裂纹发生率。预热应根据工作地点的环境温度、钢材材质和厚度，选择相应的预热温度。焊接预热温度如表2所示。(2)组装焊接前必须彻底清除待焊区域的铁锈、氧化铁皮、油污、水分等有害物，使其表面显露出金属光泽。钢主梁杆件顶板锚拉板处使用熔透焊，为保证焊缝熔透，反面翻身后采取碳弧气刨清根措施，且正反面焊缝的焊接方向相反，避免出现旁弯。(3)焊接前应检查并确认所使用的设备工作状态正常，仪表器具良好、齐全可靠后方可施焊。还应抽验焊接时的实际电流、电压与设备上的指示是否一致，否则应督促检查、更换。(4)焊接工作需要保证在室内环境开展，室内环境的相对湿度不能超过80%，焊接工作中环境温度不能低于5℃。在焊接过程中，如果外部环境温度没有得到有效控制，超出焊接工作的标准工作要求时，必须采取相应的调整措施，对环境条件进行有效转变，然后再进行后续的焊接工作。拼装工作采取纵向施工的方法，为最大限度地降低焊接工作后产生的形变问题，需要采取必要的热输入防护措施来保证焊接工作的精确度，所有焊缝焊接方向需保持一致。(5)采用埋弧自动焊平位焊接钢主梁的主焊缝。(6)桥梁的横梁纵梁等接头区域需要通过人工手动焊接的方法进行操作。(7)每一道焊接工作流程完成后，必须通过探伤检验等相关工作合格后，才可以正式进入下一个工作环节，以有效保证焊接工作的整体质量。

　　2.5超声锤击

　　根据设计文件的要求，为消除焊接残余应力，提高结构抗疲劳承载力，对承压板与锚拉板之间、承压板与锚拉板加劲肋之间、锚拉板与边主梁上翼缘之间的焊缝均需要先进行打磨匀顺，再进行超声波锤击处理。

　　2.6试拼装技术

　　在批量生产前应先制作数个节段进行试拼装，以检验工厂制造工艺和拼装的正确性，经检验合格后方可正式投产，以此确保制作的钢梁符合要求。经检验合格的杆件运至拼装平面总拼，由主梁、纵梁和横梁、连接板、锚拉板等进行总拼。关键控制要点包括主桁线形、节点间距、主桁高度、接口匹配精度等。(1)拼装准备。拼装场面积为80m×180m，采用60t大型龙门起重机，跨度36m、轨道长180m，并使用20t、30t、60t的运梁台车，拼装台座根据六广河特大桥的钢梁试拼装节间图纸要求进行改造，并符合以下要求：①台座的尺寸应经过精确测量，台座要有足够的刚度和足够的承载力，不得发生沉陷、变位、变形。②台座的平面位置和座顶的高程应在测量网的控制下。③台座上要设置纵、横基线。台座外设置独立的基线、基点，以便随时对台座进行检测。④胎架设置实桥高程，模拟纵向高程变化状态。(2)拼装工艺如下：①大拼胎架上按线放置五个节间的主梁。依次吊装五根主梁，用冲钉、普通螺栓紧固连接，测量并调节好主梁中心距，相对固定。②依次拼装横梁，用冲钉定位，普通螺栓栓接。(3)依次安装小纵梁，用冲钉定位，普通螺栓栓接。测量、调整，检查过孔率、板面接触间隙、测量桁高、宽、长、对角线等尺寸，并经报验合格后进行节间解体。解开节间所有冲钉及普通螺栓，分别将拼装好的节间杆件解体，并编号、涂装、存放发运。

　　3结语

　　通过对以上工序的严格控制，经检测，各杆件的几何尺寸、栓孔通过率、试拼装误差等均达到要求，试件验收合格，说明本文研究的钢梁加工工序具有一定价值，可为同类工程提供参考。

　　参考文献：

　　[1]中交第一公路工程局有限公司.公路桥涵施工技术规范：JTG/TF50—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

　　[2]中交公路规划设计院有限公司.公路钢结构桥梁设计规范：JTG/D64—2015[S].北京：人民交通出版社有限公司，2015.

　　[3]中华人民共和国建设部.钢结构设计规范：GB50017—2003[S].北京：北京钢铁设计研究总院，2003.

　　作者：王捷 翟战胜 单位：贵州路桥集团有限公司 湖州交通规划设计院

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