板桁组合钢桁梁栓焊大节段制造关键技术

板桁组合钢桁梁栓焊大节段制造关键技术

张海峰穆长春

张海峰穆长春

中铁宝桥集团有限公司陕西宝鸡721006

摘要：杭瑞高速公路洞庭湖大桥主桥为上承式钢桁梁悬索桥，钢桁加劲梁采用正交异性钢桥面板与桁架组合结构，加劲梁在工厂制造成钢桁梁大节段，船运至桥位进行安装架设。本文介绍了项目概况、结构特点及难点、钢桁梁制造方案和制造关键技术，重点阐述了双节间弦杆精度控制技术、主桁架制作关键技术、钢桥面板块制作技术、钢桁梁栓焊大节段制作及预拼装技术等，以指导工艺制定和生产组织。

关键词：板桁组合结构；栓焊大节段；精度控制

Abstract:ThemainbridgeofDongtingLakebridgeonHangruihighwayissuspensionbridgewithTopmountedsteeltrussgirder.SteeltrussgirdercompositestructureconsistofOrthotropicsteeldeckandsteeltrussgirder.Inthefactory,thesteeltrussgirderhavebemadeoflargesections，whichbeshippingtothebridgesiteforinstallation.Thispaperintroducesthegeneralsituationoftheproject，thestructuralfeaturesanddifficultiesofthesteeltrussgirder,themanufacturingplanofthesteeltrussgirder,thekeymanufacturingtechnology.Thearticleprofoundlyexpoundtheaccuracycontroltechnologyofdoublesectionchordmember,Constructiontechnologyofmaintruss,Technologyofmakingsteelbridgedeckplate,Productionandpre-assemblytechnologyofsteeltrussgirderBolt-weldinglargesections，whichbeinordertoguidetheprocessandproductionorganization.

Keywords:Plate-trusscompositeStructure;Bolt-weldinglargesections;accuracycontrol

大跨径悬索桥钢加劲梁多采用钢箱梁作为承载结构，如国内已建成的舟山连岛工程西堠门大桥采用分体式钢箱加劲梁、广州珠江黄埔大桥和在建的虎门二桥采用单箱多室钢箱加劲梁。钢箱加劲梁已具有成熟的制造技术，而杭瑞洞庭湖悬索桥采用正交异性钢桥面板与桁架结构组合的钢桁加劲梁国内尚属首例，对板桁组合钢桁梁制造关键技术的研究，是钢梁制造技术的进一步拓展，以充实钢梁制造技术。

1.工程概况

杭瑞高速公路洞庭湖大桥是临湘至岳阳段关键控制性工程，位于湖南省岳阳市七里山。主桥采用跨度1480m的双塔双跨不对称上承式钢桁梁悬索桥，钢桁梁总量约4万吨。主桥钢桁梁全长约1934m,采用板桁组合结构，主要由主桁架、正交异性钢桥面板、主横桁架及下平联等部分组成。钢桁梁采用双节间大节段制作，是目前国内第一个厂内制造的板桁组合钢桁梁栓焊大节段。标准节段长为16.8m，主桁架中心距35.4m，桁高9m，重约310t，最大节段重约456t。板桁组合钢桁梁栓焊大节段组成见图1-1。

图1-1钢桁梁大节段组成示意图

2.结构特点及制造难点分析

2.1主桁架及其双节间弦杆制作精度控制难度大。弦杆采用整体节点，板件厚度变化，对接焊缝数量多，焊接变形不易控制；主桁架构件在节段内采用焊接，节段之间采用栓接，桥面板块与主桁架及桥面板块之间采用栓焊结合，精度配合控制难度大。

2.2大型正交异性钢桥面板制作精度控制是难点之一。桥面板宽度达33.5米，桥面板板厚12mm，桥面横坡受焊接变形及整体刚度的影响；U肋纵向连接采用栓接，对制造精度要求高。

2.3吊装大节段整体制造精度控制难度大。组成钢桁梁吊装大节段的单元件和构件数量多，连接关系复杂，受高处作业条件的限制，精度控制难度极大。

3.制造方案

洞庭湖大桥钢桁梁大节段制造按照：零件下料加工→杆件制作→桁片单元制作、桥面板块制作→除锈涂装→节段整体组装及预拼装→装船运输→桥位栓焊的制作工艺进行，见图3-1示意。

图3-1钢桁梁大节段制造方案示意图

4.关键制造技术

4.1双节间弦杆精度控制技术

4.1.1板件对接

组成弦杆的顶板、底板和腹板，由于构件板厚变化，在节点板处设置了对接接头，因此双节间弦杆的板件对接焊缝数量是单节间弦杆的3倍，在长度方向预留焊接收缩量的大小，关系到弦杆制作完成后节点间距，连接接头等精度偏差。经过对试制件制作数据的分析，最终调整了预留焊接收缩工艺量。板件对接工艺留量示意见图4-1。

图4-1板件对接示意图

4.1.2弦杆孔群连接精度控制技术

弦杆有多向连接关系、且连接关系复杂，孔群精度将会直接影响钢桁梁大节段组装精度及预拼装线形。为了确保达到孔群精度要求，采用以数控技术为主，划线配合高精密制孔模板为辅的制孔技术：

1）弦杆两端连接孔群、节点处连接孔群、横梁接头孔群，横向桁架接头，均采用“后孔法”工艺，避免焊接变形、矫正变形的影响，提高制孔精度。

2）弦杆两端连接孔群、节点处连接孔群，采用数控钻床钻孔；同时，利用专用划线平台全站仪划线工艺，对超长极边孔群设置了钻孔校准线，预防数控钻床意外出错。

3）采用统一的高精度钻头，确保孔径公差满足标准要求使偏差离散性小。

4.2主桁架制作关键技术

由于主桁桁片是钢桁梁节段组成的关键构件之一，它的制作精度决定着节段整体组装的精度，也是节段之间连接的关键，因此，制定合理可行的工艺和控制措施尤为重要。

4.2.1定位组装技术

设计桁片专用组装胎架，以弦杆已制孔群和工装定位孔组装、定位弦杆，控制桁片桁高满足工艺留量；以工装顶面的水平面为基准和水准仪测量为辅，控制桁片组装平面度和扭曲。

4.2.2变形控制技术

设置约束装置减小焊接收缩量。

组装前桁高尺寸预留工艺量，用于抵消焊接收缩，通过实际测量，几何尺寸精度满足标准要求。

为避免仰位焊接，实现桁架两侧焊接对称施焊，以减少焊接变形。设计桁片翻身工装，实现翻身焊接。

图4-2桁片翻身及焊接

4.3桥面板块制作关键技术

4.3.1桥面板块构造

桥面板块由纵梁、横梁、横肋和正交异性桥面板组成，桥面横梁横桥向通长布置，横梁之间纵梁腹板通长布置，盖板分段与横肋盖板对接焊接。结构特点是对接焊缝多，变形控制难度大；桥面宽度34.8米，横向收缩和横坡控制难度大；横向刚度偏小，吊装及一期恒载作用下，桥面板的变形问题，会对整体组装造成影响。桥面板块构造见图4-3。

图4-3桥面板块结构简图

4.3.2桥面板块制造关键技术

焊接变形控制技术

倒“T形”横梁变形控制：倒“T形”横梁分段制作，矫正焊接变形，然后在组装胎架上进行接长，接长时严格控制组装直线度和对接口错台。

桥面板单元变形控制：板单元采用反变形胎架进行预加反变形，专用多极门式焊机焊接，控制焊接热输入量，减小焊接变形。

桥面板块整体变形控制：在专用组装胎架上预设横向拱度，桥面板单元安装后，先进行两两之间纵向焊缝的焊接，然后进行相邻板单元之间纵向焊缝的焊接，最后焊接横梁与桥面板之间的焊缝。

几何尺寸控制技术

为保证桥面板块在钢桁梁大节段组装、桥位安装时，能够与相应弦杆和相邻桥面的顺利连接，采取了以下工艺措施：

a为了避免桥面对接焊缝及U肋槽口焊缝对横梁上口尺寸的收缩影响，将横梁两端采取后孔工艺。

b设计、制作标准统一的拼装胎架，保证横梁间距的精度。

c采用“三纵一横”测量网控制测量定位拼装工艺，确保全桥基准精确、统一。

d采用横梁设置反拱工艺，确保了桥面板焊后平面度或桥面横坡精度。

4.4钢桁梁大节段制造技术

4.4.1钢桁梁大节段制作工艺概述

借鉴以往大型钢箱梁总拼及预拼装的制造经验，结合钢桁梁结构特点，钢桁梁整体组装和预拼装在同一个胎架上进行，充分利用主桁架和横向桁架形成的稳定承载结构，按照制造线形进行全桥节段匹配预拼装，控制接口连接、预拼装线形和钢桁梁长度，同时配制相邻节段桥面板U肋和板肋的拼接板，为桥位连接做好准备。

4.4.2钢桁梁大节段制作关键技术

线形控制技术

a拱度控制

拱度控制以主桁接口拼接板控制为主，工装控制和标高测量控制为辅助进行控制。

b桥轴线控制

桥轴线控制以工装控制为主，以地样线控制和全站仪测量控制为辅助进行控制。

尺寸精度控制技术

a桁间距控制

以工装上的定位孔和横向桁架下横梁控制桁片下端位置，通过横向桁架斜腹杆和全站仪控制桁片顶端偏差。下端定位工装见图4-4，横向桁架斜腹杆连接控制见图4-5。

图4-4下端定位工装（单侧）

图4-5桁片定位、承载结构

b桥面横坡控制

通过ANSYS建模计算钢桁梁节段在自重作用下的挠度变形，钢桁梁节段自重引起的横向挠度约6mm，预设桥轴线处拱度。钢桁梁节段自重作用下的变形量见图4-6。

图4-6钢桁梁节段自重作用下的变形量

4.4.3钢桁梁大节段预拼装关键技术

钢桁梁大节段组焊和预拼装同时进行。在钢桁梁节段拼装过程中，依次完成主桁架和桥面板块的预拼装，其中关键技术主要包括：

预拼装方案和工装方案以作业合理可行、简捷经济为原则。

严格按照方案的安装顺序进行预拼装。

主桁架接口弦杆连接时，先连弦杆腹板拼接板，待腹板面连接完成且几何尺寸检测合格后再去补连弦杆盖板拼接板。

节段组装及预拼装应从一端向另一端顺序进行，每拼完一个节段应全面检查相关几何尺寸。

每轮次钢桁梁大节段预拼装完成后，按照制造规则要求进行全面检测；同时预拼装检测时，应避开日照的影响。

钢桁梁大节段组焊和预拼装实例见图4-7。

图4-7钢桁梁大节段整体组焊及预拼装

5.结束语

板桁组合结构钢桁梁结构新颖，构件采用焊接和高强螺栓进行连接，钢桁梁大节段连接关系复杂，工厂制造难度很大。针对结构特点和制造难点，通过制定合理的制造方案和工艺措施，能够满足制造精度要求。板桁组合钢桁梁大节段工厂组焊过程中，设计制作合理可靠的工装胎架，创新地利用桁架的自承载能力，减少了工装的投入，提高了生产效率、降低了制造成本。

参考文献

[1]铁路钢桥制造规范,Q/CR9211-2015).

[2]公路桥涵施工技术规范,JTG/TF50-2011.

[3]郭红艳，江恒心，陈兵山.铜陵桥整体桁片制作及焊接工艺研究，钢结构，2015年第4期.

作者简介

张海峰，男，1978年出生，高级工程师。Email：290340390@qq.com。