大跨度钢箱梁板单元构件制造.doc

大跨度钢箱梁板单元构件制造 作者：王禄鹏 成宇海 洪军 刘晓光 史志强|来源：|时间：2006-3-2 9:06:28 【摘要】大跨度钢箱梁的制造一般分为板单元制造、箱梁段组拼、桥位吊装三个阶段，由于板单元制造是整个工程的基础。而且板单元的数量巨大，因而在制造中控制板单元的质量，满足精度要求提高制造效率，满足进度要求是板单元制造的重点。本文结合南京长江第二大桥板单元的制造，系统介绍了板单元的加工方法及特点，并对制造中焊接变形的控制、板单元构件的制造精度控制等作了重点论述。【关键词】钢箱梁 板单元 制造 工艺一、前言大跨度桥梁中，钢箱梁以制造质量稳定、跨度大、架设方便而经常采用。日本的多多罗大桥和国内的江阴长江大桥、海沧桥以及在建的南京长江第二大桥均采用钢箱梁。钢箱梁的制造由于钢板规划及运输等方面的原因，一般采用工厂、工地、桥位相结合的方式。板单元制造中，保证制造质量，提高制造效率是关键所在。本文以南京长江二桥的钢箱梁为例，介绍板单元构件的制造方法及控制要点。二、钢箱梁板单元构件的划分南京长江第二大桥为钢箱梁斜拉桥，全长1238m。钢箱梁主梁断面为全焊扁平流线型钢箱梁，根据架设需要分为93段制造。每段箱梁顶板分为14个顶板单元，共有54根纵向加劲U肋；底板分为15个底板、斜底板单元，共有43根纵向加劲U肋；箱梁两侧为锚箱腹板，腹板外侧为风嘴。钢箱梁板件划分见图1所示。梁段之间的底板U肋在纵向定位后通过嵌补段连接，顶板U肋通过高强螺栓连接。在如此大跨度的箱梁中，要确保纵向U的间的精确定位连接，板单元的制造精度必须特别精确。三、带U型加劲肋面板单元的制造1.U肋制造U肋制造采用双折边法。即板料在精切下料后机加工两长边坡口，使用大型压力机分两次进行压弯。主要控制 U助的开口宽度 BO3，两肢高低差2.0mm，全长扭曲5.0mm，端口垂直度1.5mm，局部不平度 2mmm。2.板单元制造顶板、底板、斜底板单元均带有U型加劲肋，主要结构形式为正交异性板结构，由面板和纵向加劲的U肋和横向加劲的横肋组成，构造见图2、图3所示。其制造工艺基本相同。（l）板单元制造工艺流程（图4）（2）板单元的无余量精切下料根据工艺试验所得的参数，考虑制造过程中火焰切割、焊接、热矫正等对板件尺寸的影响，对板件的外形尺寸确定适当的工艺预留量。精密切割下料并切割出板件周边的焊接坡口。下料时控制料件长度尺寸L1.0，坡口角度控制在 0+2，板边直线度2.0mm。（3）板单元胎架无码组装正交异性桥面板直接承受汽车轮载作用，在制造时应避免加码等对运营造成疲劳隐患的组装方法，因而板单元使用专用无码组拼胎架组拼，见图5所示。组拼作业主要控制U肋位置及U肋与面板的间隙，间隙要求1.0mm，U助间距在面板两端头及横隔板部位1.0mm，其余部位2.0mm。（4）板单元反变形焊接U肋与面板角焊缝焊接后，由于焊接热影响，面板会出现焊接角变形。焊接变形的产生不仅影响板单元的制造精度，而且若通过火焰矫正使其达到平面度要求，则需增加相当多的工作量。因而在制造中采用焊接反变形技术。通过对焊后变形数据的实测，确定变形量，在施焊前对面板施加适当的反变形，以基本消除板单元在焊接中产生的角变形。焊接反变形胎架见图6所示。面板焊接采用效率高、输入线能量少、焊接变形小的CO2气体保护自动焊。焊接时采用船位焊接，保证焊缝的熔深及外观成型。由于反变形技术的应用，板单元焊接后角变形大为减小，经过820mm板厚的顶板单元的实测，未使用反变形时总角变形为40mm，使用反变形后总角变形仅为6mm，可很容易地矫正平整。四、带锚箱的腹板的制造钢箱梁上的荷载均通过腹板外侧的锚箱传递给斜拉索和桥塔，因而锚箱腹板是钢箱梁最重要的受力构件。全桥共有80对柱状锚箱，其角度和纵锚板长度因箱段的位置而变化。锚箱腹板由腹板、承压板、纵锚板、腹板板条肋等组成。锚箱结构如图7所示。1.制造工艺流程（图8）2制造控制的重点其包括：部件组拼精度控制；焊缝焊接质量控制；腹板焊接变形控制。3.腹板组拼首先组焊锚箱合件。组焊时使用定位胎架进行组装，采用平角位置对称施焊，确保焊缝质量和焊接不产生大的不对称变形。腹板组焊板条肋后，依据纵、横基准线精确定出锚箱的组装位置及组装角度，并据此在平台上组装锚箱。4.锚箱腹板焊接（l）腹板与板条肋的焊接 腹板与板条肋焊接使用埋弧自动焊，焊丝使用H08Mn2E，焊剂使用SJ10lq，焊接时采用船位焊。（2）熔透焊缝的焊接承压板与纵锚板、锚箱与腹板间均为熔透焊缝，采用开双面U型坡口焊接，坡口及焊道布置见图9所示。焊接时采用手工多道焊，焊条采用SHJ507Ni焊条。焊前预热100150，层温控制在100150。一侧焊后另一侧进行清根处理，确保熔透。5焊接变形的控制（l）增加腹板刚度，控制竖向及弯曲变形腹板与锚箱焊缝为大坡口熔透焊缝，焊接后在腹板锚箱位置产生局部凹凸和翘曲变形，经实测在锚箱腹板背侧竖向弯曲变形最大达16mm。采取在腹板背侧的板条肋上增加临时连接件，使腹板上板条肋连为整体，以增大腹板的抗弯刚度，控制焊接竖向弯曲变形在6mm以内。（2）利用刚性约束，控制焊接角变形由于屡次的焊接热过程使得焊接角变形异常严重。采用在腹板锚箱背面加装约束马板的措施，施焊前先将马板点固于锚箱背侧，增加腹板上锚箱部位的刚性约束，制约腹板角变形的产生。马板见图10所示。腹板使用马板后焊接角变形原先的最大18mm减小为6mm，减少了矫正的工量，保证了几何尺寸的精确性。五、带单侧加劲肋的横隔板的制造 横隔板作为钢箱梁组拼的内胎，且纵向与U肋要精确配合，加工精度要求特别高。但横隔板构造上仅竖板的一侧有板式加劲助，料件超长超大。除锚箱处的横隔板外，其余横隔板仅厚10mm，属于薄板结构，易产生焊接蕈状变形。为保证质量，将横隔板整体分为一个中间板块、两个边侧板块制造。横隔板构造见图11所示。l.制造工艺流程（图12）2.料件组排将竖板置于平台上按组装位置线，组装加劲肋等件。组拼时控制加劲板条肋与竖板的缝隙小于 0.5mm，垂直度小于1.0mm。3.焊接由于加劲的偏于腹板一侧，焊后易在竖板上产生蕈状变形，因而焊接时需将横隔板固接于平台上，施加约束，以控制焊接变形的产生。焊接采用线能量小，焊接效率高的CO2气体保护半自动焊。4.矫正由于采用了约束变形措施，焊接后仅有局部蕈状变形，使用火焰矫正。保证板面的平面度3mmm，板边直线度lmm（局部2mm）。5.精密切割经矫形后的横隔板，依据纵横基准线定位于切割胎架上，采用数控火焰切割机精切周边。六、桁架式纵隔板的制造工艺桁架式纵隔板在钢箱梁的横隔板间起纵向加强作用。每段钢箱梁有8块纵隔板，构造上采用钢管作为斜杆与板件共同受力。构造见图13所示。由于桁架式纵隔板为板系与杆系混合结构，几何尺寸定位较为困难，因而使用定位胎架作为组拼的控制手段。焊接时将定位胎架作为变形控制胎架，以约束焊接变形。焊接采用线能量小，焊接效率高的CO2气体保护半自动焊。由于胎架的控制，焊后基本无变形。七、风嘴制造风嘴为一侧开口的不规则四边形结构，风嘴构造见图14所示。由于风嘴处于箱梁外侧，对成桥后桥梁外观线形的影响很大，因而，风嘴外形尺寸的控制是制造工艺的控制重点。风嘴的顶板、腹板、底板单件组装板条助，焊接矫正完成后，参与整体组拼。风嘴组挤在平台上进行，以隔板作为内部定位基准，组焊其余各件。对于风嘴端部隔板间距较大的位