常泰长江大桥录安洲非通航孔桥箱形横梁制造关键技术研究

常泰长江大桥录安洲非通航孔桥箱形横梁制造关键技术研究

刘永良，石立鹏

（中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛，066205）

摘  要：常泰长江大桥录安洲非通航孔桥下层桥面节点处为箱形横梁，横梁的腹板、底板与下弦杆采用高强螺栓连接；箱形横梁制作的质量控制、横梁与下弦杆间的栓孔连接精度控制、横梁与桥面板间的焊缝质量控制为制作难点。针对制作难点，提出了箱形横梁的制作工艺流程和关键控制技术，阐述了箱形横梁块体倒装法制造方案。最终，通过实践验证，本文所提出的制造方案和关键技术合理有效，可为今后类似结构的制作提供重要参考。

关键词：常泰长江大桥；录安洲非通航孔桥；箱形横梁；倒装法；制作工艺；关键控制技术

1 工程概况

常泰长江大桥位于泰州大桥与江阴大桥之间，分别距离泰州大桥约 28.5km, 距离江阴大桥约30.2km。大桥集高速公路、普通公路、城际铁路“三位一体”合并过江，采用上下层布置，上层桥面布置双向6车道高速公路，下层桥面上游侧布置两线城际铁路，下游侧布置4车道普通公路。

常泰长江大桥由主航道桥、天兴洲专用航道桥、录安洲专用航道桥、录安洲非通航孔桥及南北侧引桥组成。其中，录安洲非通航孔桥采用连续钢桁梁结构形式，跨径布置为（124+124+124）m。钢桁梁采用两桁结构，“N”型桁式,主桁中心间距为35m。连续钢桁梁每跨9个节间，全桥共27个节间。标准节间长度14m，支点处节间长度为13m，梁端节间长度为12.65m和12.4m。大桥立面布置图及横断面图分别见图1、图2。

2结构特点

本桥下层桥面采用公路与轻轨并行的非对称式桥面体系，因受力考虑设计的两榀主桁杆件的板厚、尺寸不尽相同，且纵向三跨连续非对称。下层桥面为正交异性钢桥面板，横向宽度32.8m；上游轻轨范围内的桥面板为复合钢板，复合钢板宽9.1m。下层桥面共设置9道纵梁，纵梁腹板高1.4m；在节点位置设箱形横梁，在两个箱形横梁之间设置3～4道倒T形横肋。箱形横梁腹板高3m，底板宽1.6m，箱形横梁处桥面板宽3m。桥面板加劲肋采用嵌补段连接方式，单个节段内的下层桥面在桥址分三部分进行吊装，即发运块体分别为桥面块体A、桥面块体B和箱形横梁块体，如图3所示。

3杆件制作工艺及关键控制技术

3.1 箱形横梁分块

考虑结构特点，箱形横梁分为上部桥面板单元和下部槽型结构分别制作，再进行块体拼装。此处的桥面板单元分块与桥梁整体下层桥面板单元分块一致，横向分为12个板单元（如图4所示），保证桥面板焊缝的一致性；槽型结构长32.8m，分块综合考虑制作的难易程度、整体尺寸控制、桥面板单元分块、钢板尺寸、工艺装备生产能力、吊装、运输等要求，将槽型结构划分成两段，如图5所示。

3.2 板单元制作

板单元由U肋和面板组成，工艺流程为：钢板预处理→零件下料→机加工→板单元组装→焊接→矫正。

关键控制技术：

1）U肋下料时周边留机加工量；

2）采用数控铣床加工坡口；

3）采用双边数控铣床加工U肋两边缘，确保U肋展开宽度达到公差范围；

4）采用数控折弯机压型，确保U肋几何尺寸达到规定的允许偏差；

5）为保证组装精度，采用U肋自动组装定位系统组装板单元；

6）为保证焊接质量，采用板单元反变形船位焊接机器人系统进行板单元焊接；

7）采用板单元冷矫机床对板单元进行矫正，避免热矫正。

3.3 槽型结构制作

单侧横梁槽型结构由腹板、底板、隔板、纵梁接头板、加劲板组成，两侧槽型结构分别制作，再拼装成整体后参与块体拼装。制作工艺流程为：钢板预处理→零件下料→机加工→底板、腹板接料→底板、腹板单元组焊加劲肋→组装隔板→组装腹板→组装纵梁接头板→修整。

槽型结构在组装过程中，下料、机加工、组装为关键工序，其关键控制技术如下：

1）零件下料：底板火焰切割完成后划横、纵向中心线，通过专用胎形压弯；腹板采用数控精切下料，并机加工上下边，以控制梁高；腹板长度方向预留焊接收缩量；

2）机加工：隔板采用数控精切下料后，机加工两侧边，确保隔板宽度，以控制横梁两块腹板间距；

3）组装：采用正位组装，以底板横纵基线为基准、以隔板为内胎，组装两块腹板单元，保证腹板与底板和隔板严格密贴后，焊接主角焊缝，控制横梁两端梁高。

3.4 槽型结构块体制作

单个横梁槽型结构组焊完成后，在拼装平台上组装槽型块体，块体拼装工艺流程为：组装→焊接→修整→钻孔。

槽型结构块体拼装中，组装前拼装平台的设置和块体钻孔为关键工序，其关键控制技术如下：

1）组装：拼装平台在底板对接处预留10～18mm预拱度，确保槽型块体焊接后底板预拱度符合规范和工艺要求；

2）钻孔：底板拱度检查合格后方可钻孔，采用龙门数控钻腹板孔，以便精确控制极边孔距精度，保证箱形横梁与下弦杆连接栓孔重合率，并以腹板孔为基准划线卡U形样板接钻底板孔群。

4箱形横梁块体拼装方案及关键控制技术

4.1 拼装方案比选

箱形横梁块体拼装是桥面块体拼装的一部分，为保证节段间匹配性，桥面块体采用多节段（4+1节段）连续匹配拼装的总体方案，桥面块体拼装在专用拼装胎架上进行。

本桥下层桥面在节点处为箱形横梁、其他位置均为倒“T”形横肋，如采用常规的正装法拼装，需在横肋和纵梁处设置高支架，胎架较高且结构比较复杂、检修工作量较大，横梁、纵梁与桥面板间的焊缝为仰焊，焊缝质量会有所降低；优点是块体拼接结束后可以直接解体下胎，进行后续涂装施工。

如采用倒装法进行拼装，可以利用桥面板作为拼装底板，胎架设置简单，较正装法胎架减少了大量高支架的设置，胎架较低易于施工、检查和调整，确保了桥面块体组装精度，横梁、纵梁与桥面板间的焊缝为平位焊，避免了仰焊，确保了焊缝质量，从胎架制作到块体拼装、焊接施工等操作均简单便捷；缺点是拼装结束后需将块体翻身，翻身过程中需注意对块体的保护，有一定的操作难度。

综合考虑两种拼装方案的优缺点，选定倒装法进行块体拼装。

4.2 块体拼装

节点处的箱形横梁和桥面块体A、B在拼装完成后解体下胎完成块体制作，拼装流程为：桥面板接宽→定位中心板单元→由中心向两侧组装板单元→对称施焊桥面板纵缝→纵梁定位→横肋定位→槽型结构块体定位→焊接桥面与横纵梁焊缝→解体下胎。

桥面块体拼装时，桥面板几何尺寸精度、螺栓孔连接精度、焊接参与应力和焊接变形的消除等是块体制造的重点控制项点，为此，桥面板接宽、定位中心板单元、定位横梁横肋、焊接为关键工序，其关键控制技术如下：

1）桥面板接宽：下层桥面横向宽32.8m，共分成了12块板单元，为降低桥面板接宽焊缝对整体桥面块体拼装的影响，需先在二拼一专用胎架上将板单元接宽后再参与桥面块体拼装，同时，二拼一专用胎架要设置反变形量，以抵消焊接收缩；

2）板单元定位：为确保板单元定位精度，以胎架和板单元上的横、纵基线为基准定位板单元；

3）横肋、箱形横梁的腹板、底板均与下弦杆采用高强螺栓连接，为确保栓孔重合率，在定位时使用工艺拼板将其与胎架连接牢固，同时保证冲钉和螺栓的使用数量满足规范要求；

4）焊接：为降低焊接残余应力和焊接变形，保证块体焊后尺寸，要合理安排焊接顺序，由中心向两侧对称施焊，依次焊接纵梁、中间横肋、箱形横梁与桥面板间的焊缝。

5结束语

常泰长江大桥录安洲非通航孔桥桥面超宽，下层桥面节点处箱形横梁的腹板、底板与下弦杆采用高强螺栓连接，箱形横梁块体拼装尺寸的控制难度很大。本文通过分析制作难点，研究了箱形横梁的制作工艺流程，通过方案比选确定了箱形横梁块体倒装法拼装方案，提出了制作工艺中的关键控制技术。通过实践验证，本文所提出的制造方案和关键技术合理有效，可为今后类似结构的制作提供重要参考。

参考文献

[1]  韩小义.港珠澳大桥正交异性钢桥面板制作技术[J].桥梁建设.2015，45（5）：105-111.

[2]  张津，杨永强.超宽截面大跨度钢箱梁制造技术[C].工业建筑2018年全国学术年会论文集（上册）.2018.

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