中铁九桥工程有限公司 江西九江 332004
摘要：随着中国交通事业的发展，桥梁设计等级逐步提高，桥梁的跨径也大幅增加，钢结构具有强度搞、塑性和韧性好、重量轻、施工周期短的优点，在桥梁中广泛使用。而扁平钢箱梁因其具有工厂化制造、经济性较强、抗风能力强等特点被大跨径悬索桥作为加劲梁的首选形式，因此其制造关键技术值得总结和探讨。本文以南宁英华大桥主桥超宽扁平钢箱梁为例，重点阐述了钢箱梁单元件制作工艺、焊接工艺、整体预拼装工艺，强调制作过程的尺寸精度控制和焊接变形控制措施。该桥的顺利施工和合拢为类似工程提供了借鉴。
关键词：桥梁；钢箱梁；预拼装；焊接
1 工程概况
英华大桥南宁英华大桥东起柳沙半岛英华路，西接大沙田凤亭路，是连接柳沙半岛与江南片区的重要跨江桥梁。英华大桥主线全长1017.763m，其中主桥为长度（45+410+45）m的双塔地锚式悬索桥。全桥仅单根主缆，主跨在成桥状态下的垂跨比为1：9。
英华大桥起点采用3.5%纵坡顺接凤亭路，在主桥段两端各150m设置2.49%的双向纵坡，主桥中间部分200m节段处于R=3995m的圆弧竖曲线上，大桥终点以3.376%的纵坡接至英华路与柳沙半岛环线交叉路口。
本桥钢箱梁主要焊接接头形式有对接接头和角接接头两种，即：U形肋与顶板的坡口角接，横隔板立位对接及上下三块间的角接，板型加劲肋与单元件面板的角接，横隔板、腹板与顶、底板间的坡口角接，顶、底板的对接焊缝，斜顶板与顶板自然坡口熔透角焊缝等。
2 钢箱梁结构特点、工艺难点
1、本桥钢箱梁板宽37.7m，高3.5m，断面尺寸大，每一节段涵盖顶、底、腹板、横隔、风嘴、吊点、支座加劲等种类多、数量多的单元件。如何将数十件板单元拼成整节段，控制钢箱梁几何尺寸精度，并确保相邻钢梁之间准确无误匹配，确保顺利架设是本桥的一大难点
2、本桥钢箱梁为全焊钢结构，钢箱梁结构复杂，内部存在大量的对接接头、熔透或坡口角接接头、T型角接接头等多种接头形式，以及相对应手工电弧焊、CO2气体保护和埋弧自动焊等焊接种类和平焊、横焊、立焊和仰焊等焊接工位，焊缝要求级别高。桥址将进行将节段预拼装、架设，现场焊接的工作量较大，焊接环境复杂。钢箱梁的腹板作为主要传力构件，箱梁桥面板，以及该处的箱梁桥面板与纵腹板、横隔板的连接等都是重要的传力焊缝，焊接质量的好坏至关重要。因此，如何保证钢箱梁的焊接质量是本工程的又一难点。
3 总体制造方案
根据本桥扁平钢箱梁结构特点，桥址地理环境，结合工厂施工条件，采用工厂制造板单元、涂装，运输至桥址进行拼装成整节段，最后吊装架设、焊接成桥的制造方案。
3.1单元件制造要点
本桥钢箱梁断面尺寸较大，在满足技术规范的前提下，综合考虑工厂批量生产、运输等等因素，将每个梁段划分为若干单元，并尽量减少分块数量，减少焊接变形。同时，使每一类型单元构件都可在专用胎架上形成批量流水作业，有利单元构件生产的规范化和质量控制。梁段单元构件划分见下图4。
本桥钢箱梁单件分为底板单元、横隔板单元、纵腹板单元、顶板单元等。此类板单元制作工艺和经验已相对成熟，在此仅重点介绍制作过程中的关键控制点。
1、钢板预处理
钢板进厂复验合格后，方可投入生产。下料前先对钢板的材质、炉批号进行移植，再经通过矫平消除钢板的轧制变形（尤其是局部硬弯）和内应力，从而减小制造中的变形。
2、异形隔板单元的制造关键点控制
① 异形隔板分为由上、中、下三块组成，全部采用数控下料，先切割人孔，管线孔，最后切割周边，保证其制造精度。另外，考虑到单元件密集加劲肋焊缝、整节段预拼装时横对接焊缝等对其的影响，需在长度方向预留合适的工艺余量并均匀分布于各个U肋槽口，同时保证槽口尺寸。
② 本桥横向宽度大，预拼装将会产生横向下挠，故需设置横向预拱度。因此，隔板需增加预设拱度后，放样下料。根据计算和经验，本桥横向最大预设拱度25~30mm（按照25mm放样），首轮制造完成后总结规律，确定合理拱度。
③ 横隔板由上、中、下及加劲组成，在组拼平台上一次性组拼完毕正反两面的水平及竖向肋板，须拼装时需保证上端U肋槽口和底端板肋槽口吻合。组装时按照自中间向两边，先内后外的顺序组装，严格控制外形尺寸。
④ 隔板单元件焊缝密集，焊接采用线能量小的药芯CO2气体保护焊进行，焊接顺序为：中间→两边→四周，竖向焊缝焊接方向一致，纵向焊缝焊接方向从中往两侧对称。
⑤ 隔板单元焊接完成后，采用控制火焰温度和密集梅花点的方式进行火焰矫正，保证单元件平面度。
3、U形肋的加工
U形肋刚度大， U肋预制时需确保直线度、旁弯、挠度、断面尺寸等满足要求。与顶板面板拼装时需保证密贴，防止造成焊后永久形变。因此U形肋在钢板矫平、预处理、加工坡口后折弯机弯制，其质量应严格按本桥制造规则进行验收。
4、顶板单元拼装工艺
① 在无马组拼胎架上组装U形肋，板条肋划线组装，出胎前以胎架上所设线为基准在板块上划出纵横基准线、接板位置线。
② 为了控制焊接变形，板块的焊接设计制作专用的回转式焊接反变形胎架，根据不同的板块宽度、厚度，横向设置不同的反变形量（本桥2400mm宽顶板，反变形量预设80mm），再通过实验得出变形规律，总结变形规律，达到正式批量生产的目的。板块置于胎架上后对四周自由边利用丝杠压紧刚性固定，减小波浪变形。同时，回转胎架将U肋的焊接工位变为船型焊，有利于焊缝成型和保证熔深，提高生产效率。
③ 施焊时采用线能量较小的CO2气体保护自动焊同向、从中往两侧对称施焊，以尽量减小焊接变形。焊接时重点控制焊丝角度、工艺参数，保证熔深、焊缝外观成型，避免咬边等缺陷。
④ 采用冷矫正和火焰矫正的方法，矫正板块焊接翘曲变形，重点矫正边缘的波浪变形，满足对接对平面度的要求。
3.2 整节段预拼装工艺要点
本桥钢箱梁横截面大，标准段单重188吨。因此采用正装法进行预拼装，以预拼装胎架为外胎，以横隔板腹板为内胎。预拼装控制要点如下：
1、胎架定位
本桥采用5+1匹配拼装，每一轮次钢梁约40*60m，尺寸大、精度要求高，测量难度增加。需制造专业预拼装胎架，胎架顶面牙板与钢梁隔板位置对齐，定位高度与需根据每一轮次钢梁线形（考虑预拱度），利用经纬仪、水准仪作出精确定位。同时，作出纵横基准线。
2、底板拼焊
① 以纵横基线为基准，纵向从一端起、横向从中往两侧铺设底板，利用经纬仪、水准仪测量和校准，用马板固定。底板铺设时，横向宽度对接焊缝单道预留2mm收缩余量，两侧依次累加。并确保每道焊缝6-10mm焊接间隙，纵向每相邻梁段间拉开50mm间隙拼装。
② 每铺设完成3个节段的底板后，对第1个节段的底板进行焊接。
③ 因底板板厚为12mm，且肋板密集，采用线能量小、焊接工位适合的CO2气体保护焊单面焊双面成型焊接工艺。
④ 焊接按照从中往两侧、从一端朝另一端的焊接顺序进行施焊，以减少焊接变形。焊后按照采取火焰梅花点式矫正。
3、横隔、纵腹拼装
为保证横隔、纵腹的顺利拼装，按照从中间往两侧的顺序依次拼装。拼装过程中，需设置斜撑对横隔板、纵腹板临时支撑以保证施工安全。
4、顶板拼装、箱体焊接
① 按照底板拼装要求和顺序进行拼装。
② 箱体拼装验收后进行焊接。焊接顺序为：横隔板与纵腹板立面焊缝→横隔板与底板焊缝→横隔板与顶板焊缝→纵腹板与底板焊缝→纵腹板与顶板焊缝→顶板对接焊缝。
5、箱体配切
箱体焊后端口尺寸验收完成后，梁段长度方向理论尺寸L+2mm（环缝收缩量）*环缝数量进行配切，以应对安装后环焊缝的焊接收缩。
4 结语
实践表明，南宁英华大桥主桥钢箱梁制造过程中，通过对单元件制造、焊接质量、焊接变形和预拼装等关键点进行精确控制，施工过程顺利，最终圆满合拢通车，达到了预期效果，对同类钢箱梁制造有很好的指导意义。
参考文献
[1]田智杰.夏门BRT一期工程高架桥钢箱梁制造技术[J].钢结构，2008,50-53，5.
[2]徐传忠.大跨度桥梁钢箱梁制造技术研究与应用[D].华南理工大学，2012年.
[3]娄健.钢箱梁斜拉桥横向预拱度的设置[N].合肥工业大学学报，2013-12-26（6）.
论文作者:陈兵山,罗干南
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/20
标签：横隔论文; 腹板论文; 顶板论文; 英华论文; 底板论文; 单元论文; 横向论文; 《基层建设》2018年第15期论文;