预制钢箱梁节段桥位拼装工艺及焊接变形

预制钢箱梁节段桥位拼装工艺及焊接变形【摘要】本文结合南京长江二桥钢箱梁节段桥位施工，介绍预制钢箱梁节段接口匹配工艺及接口环缝焊接变形的规律，通过采取工艺措施确保大桥整体线形满足设计要求。【关键词】钢箱梁节段 接口匹配 焊接变形一、概述南京长江二桥主桥为双塔双索面全焊钢箱梁斜拉桥，主跨628m，钢箱梁施工采用节段制造及预拼，运抵桥位后吊装、匹配及桥上环缝焊接。预制钢箱梁节段按长度和结构分为十二种类型，共 93个梁段，钢箱梁横断面宽38.2m，中心高3.5m，标准梁段长 15m，重量276t，全桥钢箱梁长1238m，总重23万t，材料采用16Mnq钢。根据钢箱梁的施工特点，并考虑钢板规格及运输等影响因素，采用异地造桥的总体模式，划分三个阶段，即在厂内、汕头工地制作板块及各种零部件；靖江工地进行钢箱梁组焊及节段预拼，桥位进行预制钢箱梁节段匹配及接口焊接、栓接。桥上拼装作业内容包括：排架区钢箱梁接口匹配，悬臂吊装钢箱梁接口匹配，焊前接口精匹配，其他件装焊、栓接，焊接变形及线型控制等。钢箱梁吊装顺序：钢梁吊装分为两个阶段，第一阶段是排架区梁段的吊装，通过350t浮吊完成吊装作业；第二阶段是悬臂吊装（包括边跨合龙和跨中合龙），通过桥面吊机完成吊装作业。见图1所示吊装分区。桥位施工总体工艺流程：钢箱梁节段运输及吊装、接口匹配（高程控制、中轴线控制、焊接顺序选择）；接口精匹配，焊前准备，高强螺栓初拧；接口环焊缝焊接，探伤，高强螺栓终拧；嵌补段拼装焊接；接口涂装。二、钢箱梁节段接口匹配l钢箱梁预拼装接口匹配钢箱梁纽焊结束之后，在总体预拼胎架上710段箱梁进行实桥立体预拼装：完成制造线形（拱度、桥轴线、预拼长度）及接口匹配（安装角式匹配件、止推板、对位螺杆底座、划检查线），预拼钢箱梁节段在胎架上设置6个支承点，分布在箱梁两端横隔板上，见图2。2排架区梁段的吊装接口匹配根据吊装顺序，排架区匹配梁段包括：塔下N（S）A1N（S）J1共14段；边跨N（S）A20N（S）A16共10段，梁段摆放在排架上，支承点在纵隔板与横隔板的交叉点位置（见图2）与预拼状态基本一致，因预制节段经过运输和吊装，外形尺寸总有所变化，以一定的量值反映在标高、桥轴线和接口匹配上，为确保架设线形和环缝焊接，在接口匹配时遵循以下工艺程序，从箱梁横断面竖向刚性强的地方至刚性弱的地方依次完成匹配为原则：在主控点标高和桥轴线满足要求的前提下，保证外腹板上顶面平齐（刚性最强处），顶板止推板和角式匹配件密贴；以图3顺序连接角式匹配件的螺栓和冲钉；紧固接口对拉螺杆，核查接口检查线，依据桥轴线偏位控制在2mm内。在排架区梁段匹配中，主控点标高与接口匹配往往存在矛盾，原因为：吊装主控点标高偏差不大于15mm，严于预拼拱度控制标高（不大于 6mm）偏差，而且标高测点不在同一位置；运输及吊装影响等。为了保证主控点标高和桥轴线满足设计要求，在必保顶板匹配的前提下，底板的缝口可适当调整，但不大于15mm。3.悬臂吊装接口匹配悬臂吊装接口匹配施工程序：调整梁段斜率、高度，使顶板中轴线区域基本平齐，连接中轴线两侧匹配件的螺栓和冲钉；调整梁段高度，使顶板纵隔板处止推板平齐，同时测量吊装梁段的前点标高，使其满足设计要求；检查梁段底板的缝隙是否接近预拼状况（匹配件密贴或焊接间隙不大于15mm；若主控点标高与接口底板匹配存在矛盾，在兼顾线型和焊接缝隙的前提下相互勾借）；用千斤顶使待匹配箱口主腹板平齐，通过边顶板处对拉螺杆根据桥轴线情况调整检查线；复测标高合格后，接口其他匹配件按图3所示顺序连接完成，装焊腹板剪力键，测量桥轴线。依据线型情况决定环缝焊接顺序。悬臂吊装接口匹配应注意以下几点：匹配梁段上不得放置除吊机以外的其他施工荷载；所有匹配件连接完成后，不允许采用桥面吊机强行提升梁段达到调整标高的目的；匹配时应根据前梁斜拉索第二次张拉后测得的主梁轴线偏差，在偏向侧的接口匹配件上放置2mm垫片，因顶、底板焊接收缩差引起远端挠头，底板及斜底板上的匹配件间放置2mm垫片。悬臂吊装，因2个匹配梁段处于两种受力状态，横断面在外腹极处平齐的条件下，接口除匹配件地方外仍存在较大的高低偏差（最大25mm），见图4。在焊接之前接口精匹配，要求保证接口面板高低差不大于0.5mm，由于存在图 4所示悬臂吊装接口匹配情况，给后序精匹配带来很多困难。在接口匹配完成之后，通过吊机卸载使吊装梁段的部分重量转换到腹板剪力键上，可减小接口高低偏差，但会影响远端主控点标高，最终未能采用。为减小内应力，对桥式纵隔板，将位于接口隔仓内的圆管与节点板之间的焊缝在精匹配之前气刨开，通过千斤顶压平接口，并用马板固定的方法使接口完成精匹配，待吊机前移吊装下一个梁段后，再焊接圆管与节点板之间的焊缝。三、桥位接口焊接变形在保证预拼线型及吊装匹配线型的前提下，环缝焊接是桥位施工中对线型影响较大的因素。为了有效控制焊接变形和主桥线型，对环缝焊前（打点距离300mm）和焊后进行跟踪量测，经过数据统计和分析，环缝在各种焊接间隙范围内的焊接收缩平均值见表1。从图示数据可以看出，顶板在焊前U型肋高强螺栓已经初拧，相对约束较底板大得多，其收缩量普遍比底板小1.02.0mm，两侧外腹板、斜底板焊接间隙不同将导致焊接收缩的差异，引起梁段远端标高和桥轴线的变化，经过焊前和焊后观测，线型变化量与几何量值相接近，为有效控制焊接变形采取以下措施：运用反变形的原理在接口匹配件之间预加钢垫片；根据远端标高选择先焊顶板或先焊底板；根据桥轴线偏位选择先焊上游侧外腹板、斜底板或先焊下游