大型钢桁梁桥支座梁底板焊接变形控制工艺.docx

大型钢桁梁桥支座梁底板焊接变形控制工艺付建辉(中铁九桥工程有限公司，江西 九江 332004)摘要：介绍了重庆千厮门嘉陵江大桥支座梁在工厂制造时采用隔板下料预留焊接变形补偿量和底板单元预制圆弧形反变形量的新工艺，经实践检验，该工艺相比传统的刚性固定工艺可以更好地解决大型钢桁梁桥支座梁的底板在焊接受热后平面度超差大、难于满足钢梁底面与支座垫板紧密贴合的制造难题，同时也减少了焊接接头的应力集中和刚性固定卸载后的残余变形等问题。关键词： 钢桁梁桥；支座梁；底板；焊接变形控制1 引言钢桁梁桥在我国的铁路及公路钢桥中都有着广泛的应用，其支座设计多采用球型铸钢支座，支座上表面与钢梁底面需有效的紧密贴合以保证支座的稳定承力。钢桥的支座梁在结构设计中大多采用厚板且钢梁箱体内部焊缝密集，钢梁的底板在大量的焊接受热后容易产生较大的变形，而这些变形在支座梁整体焊接成型后往往难于在后道工序中校平，会严重影响钢梁与支座间的紧密贴合。为了解决这一难题，本文以重庆千厮门嘉陵江大桥钢支座梁在工厂制造的控制经验来讨论同类型大型钢桁梁桥支座梁的焊接变形控制的工艺方法。2 工程概况千厮门嘉陵江大桥主桥为公轨两用桥梁，下层为双线轨道交通，上层为双向四车道汽车交通（城市次干道），为单塔单索面钢桁梁斜拉桥，桥跨布置88+312+240+80m，主桥长720m，主跨为312m。主梁为两片主桁钢桁梁，主桁采用焊接整体节点结构形式，在节点外用高强度螺栓拼接的结构形式，节点板最大厚度70mm（塔支座处）。我们选取渝中侧边跨的下弦支座梁B1（见图1）为例进行说明。 图1 千厮门大桥立面示意B1支座梁为焊接的整体节点式箱型杆件（见图2），主要由内外两块侧板、底板、顶板、箱内隔板、加劲板等组成。底板、隔板与加劲板三者之间所有焊缝均为全熔透，板厚分别为50mm、50mm、30mm（见图3）。图2支座梁B1整体概况示意图3 支座梁B1底板面剖视3 工艺步骤的实施与检验3.1刚性固定反变形工艺的不足对于钢支座梁底板的弯曲变形问题，我们以往一般采用反面刚性固定和减少焊接热量输入的工艺方法。这种工艺方法对于设计为箱体内的隔板、加劲板与钢梁底板为磨光顶紧不焊的结构较为有效，因为其本身焊接量相对并不大。但是在南京大胜关长江大桥以及重庆千厮门嘉陵江大桥设计中，支座梁的隔板、加劲板与底板之间均设计为大熔深焊或是全熔透焊接。在箱体内纵横交错的巨大焊接热量作用下，若采用反面刚性固定的控制工艺，即使采用小电流、分段施焊等减小焊接热量输入的工艺，反面的约束装置也难于起到有效的变形控制作用。约束装置太弱则容易随钢梁发生变形，约束装置太强则在与钢梁连接的部位出现断裂,焊缝残余应力也会增加，这对焊缝的长期受力不利（见图4）。图4大焊接量下刚性固定工艺存在不足3.2 新工艺的实施步骤与过程检验从图4中我们可以看到支座梁的底板在焊接后出现朝箱体内部上凸的弯曲变形，为了控制这一变形，我们采取以下步骤：（1）在隔板下料时预留焊接收缩后底板弯曲的变形量，其中心最大值为H（见图5）。图5 隔板下料时预留焊接反变形量由于该支座梁的底板与隔板间的结构不同于一般角焊缝的T型梁，因此目前暂没有可适用的经验公式可估算H值。为了得到这个数据，我们采用了同材质、同板厚、同等焊接工艺的方法对支座梁的底板、隔板、加劲板间的焊接进行模拟试验，最终得到H6mm。（2）在底板单元件支座位置处的内外侧板安装线上进行火焰加温，火焰温度控制在600800，将底板煨出中间圆弧状的焊接弯曲反变形（见图6），反变形量要求与隔板相配对以便于钢梁组装。图6 底板单元火焰煨制焊接反变形量（3）将预制好的底板、3块隔板、内外侧板、6块加劲板组拼成槽型（见图7）。先焊隔板与内外侧板间的立位熔透焊缝以便形成一个整体；后焊底板、隔板、加劲板间的熔透焊缝。焊接过程中采用焊接线能量小的工艺参数，尽量符合模拟试验时的要求，以求焊接变形控制在预期内。图7 组装后截面剖视示意（4）箱内焊缝焊接完成后对底板平面度进行检验，发现除局部区域由于焊缝存在个别返修的问题造成平面度超差接近2mm外，大部分区域都控制在1mm左右，经对超差的局部进行修磨处理后符合质量要求。（5）箱梁在盖板之后且在焊接内外侧板与底板的主棱角焊缝之前，为了防止在内外侧板外的底板两侧自由边因焊接受热产生较大角变形，需在如图8示意的底板下方进行火焰烘烤以预制出反制角变形量。主棱角焊缝完成后需再次对底板进行检测，若有超出要求部分可进行小的校正。图8 底板两侧自由边角变形控制示意经以上5个步骤的实施及过程质量检验后，本控制工艺流程基本实施完毕。经多根支座梁的最终的制造质量情况来看，本工艺实施后的效果十分理想。4 总结本工艺的优点及局限性通过重庆千厮门嘉陵江大桥支座梁的工厂制造以及相关焊接反变形的试验研究，我们转变了控制板件弯曲变形一惯只采用刚性固定法的观念。相比于传统的在构件上强加刚性固定的传统工艺，本工艺有以下优点：（1）通过焊前精确预制出焊接反变形量，让焊接件自由收缩变形，大大减小因刚性固定强加在焊接接头上的焊接残余应力；（2）基本上不存在焊接后的残余变形的二次校正问题；（3）刚性固定法往往将刚性构件直接段焊于钢梁表面，既不美观也易对钢梁的质量造成一定的损害，而本工艺不存在这个问题；（4）对变形的控制较为精准到位。但是，在支座梁的焊接变形控制过程中，我们也发现通过隔板下料补偿焊接变形量以及底板火焰煨制反变形量的方法也有其局限性：对于不同结构设计的焊接件，我们必须每次都要在焊前进行模拟焊接试验