南京大胜关长江大桥钢桁梁下弦杆制作工艺

1、南京大胜关长江大桥钢桁梁下弦杆制作工艺刘志刚:南京大胜关长江大桥钢桁梁下弦杆制作工艺南京大胜关长江大桥钢桁梁下弦杆制作工艺刘志刚(中铁宝桥集团扬州钢结构分公司,江苏扬州225107)摘要:南京大胜关长江大桥钢桁粱由3片主桁架组成,全桥采用整体节点,拱桁部分的弦杆弯折角度,斜腹杆交角和所有杆件长度均不断变化,几何尺寸极为复杂.杆件的几何精度,焊接质量和孔群精度是制作的关键控制项点.以全桥较为典型的下弦杆为例,通过对下弦杆制作时设计专用工装,预留适当焊接收缩补偿量,设置合理的反变形量,采用合理的焊接方法及焊接顺序等工艺措施,满足了下弦杆几何精度,焊接质量,孔群精度等相关标准要求.关键词:下弦杆;组

2、焊;控制措施;制造工艺themanufacturetechnologyoflowerchordforsteelgirdersofdashengguanyangtzeriverbridgeliuzhigang(yangzhousteelconstructionsubsidiaryofchinarailwaybaojibridgegroupcorporationltd,yangzhou225107,china)abstract:dashengguanyangtzeriverbridgeissteeltrussedgirderandcomposedofthreeprimarytrusses,whic

3、husesoverallnodenewstructures.thebendingangleofchord,theangleofobliqueventralpoleandthe1engthofrodsinarchtrusspartsareallchangingcontinuously,alsowithcomplexgeometricaldimension.thekeyofmanufactureliesinincludedimensionaccuracy,weldingquality,holeaccuracy.thispapertakesthetypicallowerchordasanexampl

4、e,thereasonabletechnicalmeasurestomeetthedimensionaccuracy,weldingquality,holeaccuracyandmorestandardrequirementinthemakingprocessofthelowerchordareintroduced,whichdealwithdesigningspecialprocessequipment,prereservingweldingshrinkage,settingappropriatereversedeformation,adoptingrationalweldingmethod

5、sandweldingsequenceetc.keywords:lowerchord;assemblyandwelding;methodofcontrol;manufacturetechnology1工程概述南京大胜关长江大桥是目前为止世界上行车时速300km/h级别中跨度最大,荷载最大的桥梁之一,是一座集新结构,新工艺,新技术于一体的高科技铁路大桥.主桥采用2联(284)in连续钢桁梁,6跨(1o8+192+2336+192+108)rn连续钢桁拱桥.大桥全长9273m,主桥长1615ln,是京沪高速铁路,沪汉蓉铁路的共用过江通道.钢桁梁由3片主桁架组成,平弦与拱桁组合,每2片主桁间的中心距

6、均为15.0iti,上游为两线沪蓉铁路,两线中心距4.6rn;下游为两线高速铁路,两线中心距5.0fin_.在两边桁的外侧,各外挑5.5in的悬臂托架,支撑南京市地铁轨道交通.结构总宽41.00in.全桥采用整体节点;拱桁部分的弦杆弯折角度,斜腹杆交角和所有杆件长度均不断变化,几何尺寸极为复杂.其中下弦杆为全桥较为典型的杆件,也是全桥杆件制作的关键.2下弦杆结构简介南京大胜关长江大桥下弦杆为箱形截面,主要由顶板单元,腹板单元,底板单元,桥面板单元,横梁单元,横肋单元,横联单元,隔板,端封板等组成.标准杆件断面尺寸为1.4mm1.426in,长度为12l5.72m,见图1.其几何尺寸,端部焊接质

7、量,孔群精度要求均很高.3关键项点及工艺控制根据下弦杆的构造特点及其制作精度要求,在制作时需控制以下几个关键项点.3.1几何尺寸精度控制由于构件相互连接处公差配合要求精度高,特别是整体节点构件与插入构件公差配合精度的控制尤为困难.而且下弦杆板厚较大,杆件长,大,焊接质量要求高,焊接变形大,构件精度不易控制.采取作者:刘志刚,男,1979年出生,工程师.email:lzgsx163.corn收稿日期:20090917steelconstruction.2010(5),vo1.25,no.13359加工制作图1典型下弦杆结构及组成如下控制措施:1)认真分析下弦杆件的焊接变形规律,并通过焊接变形试验

8、确定焊接变形量的大小,以确定采取反变形措施.节点板预弯见图2.图2节点板预弯示意2).采用理论计算与模拟试验相结合的方法确定各焊缝预留的焊接收缩量,并在生产过程中跟踪测量,及时修正.板单元预留焊接收缩补偿量见表1.表l板单元预留焊接收缩补偿量值3)对零件下料,坡口加工,杆件整体组装等生产过程严格把关,并采用合理的焊接方法,优化焊接顺序,在专用胎型上焊接等措施,控制焊接变形.3.2端部焊接质量控制下弦杆节点板和顶板焊接的开槽部位,下弦杆与横肋下翼缘焊接的两端部位等结构细节处理不当时,极易产生裂纹,对其焊接质量的控制是焊接工艺的重中之重.故采取如下措施:1)根据接头形式,分类进行焊接工艺试验,确定

9、焊接方法,焊接设备,焊接材料,焊接工艺参数,焊接顺序,坡口形式等.a.4条主焊缝必须同向施焊.b.顶板侧2条主焊缝对称施焊.c.焊接整体节点处熔透角焊缝过程中,注意整体节点板的变形,火焰修整应配合焊接.必要时,节点板部位,箱口内侧加设控制宽度的工艺板.d.检测箱体宽度,高度,斜对角线,扭曲,水平弯曲,立向弯曲等项点符合制造标准才可进入下道工序.2)根据焊接试验结果编制合理可行的焊接工艺.设计保证焊接质量和便于控制焊接变形的工艺装备,确保焊接工艺的有效实现和焊接变形的有效控制.3)编制关键焊缝的质量控制计划.从原材料的复验,下料,拼装,焊接和探伤等生产过程严格把关.3.3制孔精度控制下弦杆件孔精

10、度的控制不仅影响架梁能否顺利进行,更重要的是关系该桥的整体线型.各空间方向孔群多,其连接关系复杂,各方向相互间孔的精度控制十分困难.对于下弦杆将采取如下措施:1)以后孔法工艺为主,先孔法为辅的制孔工艺,避免焊接变形的影响,提高制孔精度.2)采用高精度的精密划线工艺和精密制孔工艺.3)设计高精度的制孔工艺装备,包括钻孔样板,钻孔胎架等.4主要零部件制造工艺4.1隔板隔板是保证弦杆断面尺寸的重要部件,相当于弦杆组装内胎.对隔板边缘进行机加工,保证隔板宽度,高度及斜对角线差符合工艺规定.隔板及工艺流程如图3所示.钢板预处理+隔板数控切割下矫正l机加工周边检查+半成品a工艺流程|b一隔板图3隔板及工艺

11、流程b60钢结构2010年第5期第25卷总第133期刘志刚:南京大胜关长江大桥钢桁梁下弦杆制作工艺4.2腹板单元腹板单元由节点板,腹板平直段,加劲肋组成.1)节点板制作工艺.节点板及工艺流程见图4.2)腹板制作工艺.腹板及工艺流程见图5一图8.钢板预处理点板数控切割下j机加工对接边坡口节点板板块对接检查+半成品ba一工艺流程;b一节点板图4节点板及工艺流程aba工艺流程.b一腹板图5腹板及工艺流程4.3顶板单元在顶板制作过程中严格控制槽口宽度公差,严格控图6腹板纵肋组装划线图7腹板纵肋船位焊接图8腹板纵肋矫正制槽口与纵向基线的偏差,对槽口坡口尺寸严格控制并拍照留存.顶板及工艺流程见图9,顶板槽

12、口见图10.臣亟四数控精密切割下料i矫正并倒棱l+l划线(加工线ji基准线)l机加工(焊接边,坡vl,过渡斜坡)i组装加劲肋ll焊接+l检查ll参加构件组装la一工艺流程.b一顶板图9顶板及工艺流程bstee】c0nstruction.2010(5),vo1.25,no.13361器加工制作图10琐板槽口5下弦杆组焊工艺及流程在下弦杆专用组装胎型上首先铺设顶板,对线并临时固定后,以节点中心线和纵向基准线为基准组装竖板单元,然后组装隔板和端封板,外卡装置确保隔板与竖板密贴.下弦杆槽型组装胎架断面见图l1.图11下弦杆槽型组装胎架断面示意焊接下弦杆的箱内焊缝,包括隔板焊缝和棱角箱内加强焊缝,节点部

13、位熔透焊缝.在平台上将弦杆摆正检测并修整箱内焊接引起的焊接变形,进行适当的反变形,以便于组装和控制焊接变形.在平台上组装底板单元,组装完后不但要检测箱口尺寸,还要检测节点板的对称度.焊接4条主棱角焊缝(坡口角焊缝)的根部打底焊道,埋弧自动焊接底板主焊缝盖面;杆件翻转9o.,埋弧自动焊接腹板焊缝盖面;杆件翻转180.,埋弧自动焊接另一侧腹板焊缝盖面.修正焊接变形,在专用划线平台上划出下弦杆的节点中心线,纵向基准线,精密钻孔模具对向线,横梁(肋)接头组装位置线.在专用钻孔胎架上用精密钻孔模具定位,通过摇臂钻床钻出下弦杆的两端孔群和节点板孔群.将下弦杆摆放在平台上,以节点板孔群为基准,用角式定位样板

14、组装节点板间的接头板.同时修整焊接变形,并根据设计要求和锤击工艺对节点板的焊缝进行锤击.焰切弦杆接口的手孔及节点板两端预留工艺量,并进行打磨.组装横梁横肋接头,组装桥面板.用精密钻孔模具定位,通过磁力钻床钻出横梁横肋接头的连接孔.组焊顺序示意见图12.,图12箱体组焊顺序示意1)组焊槽型.a.倒位组装.b.焊接槽内焊缝.c.焊接顶板与竖板间箱内侧贴角焊缝.d.焊接节点板部位问熔透角焊缝.2)组焊箱型1.a.焊接4条主棱角焊缝(坡口角焊缝)的根部打底焊道.b.埋弧自动焊接底板主焊缝盖面.3)组焊箱型2.a.杆件翻转90.b.埋弧自动焊接另一侧焊缝盖面.4)组焊箱型3.a.杆件翻转180.b.埋弧

15、自动焊接另一侧焊缝盖面.c.焊接修整完成后杆件钻孔.5)组焊附属件1.a.杆件翻转90.b.正位焊接竖杆接头板及箱外隔板焊缝.6)组焊附属件2.a.杆件翻转90.b.焊接一侧的横梁(肋)接头单元.7)组焊附属件3.a.杆件翻转180.b.焊接另一侧横梁(肋)接头单元.8)组焊附属件4.a.杆件翻转90.b.以孔为基准组焊边块桥面板单元,码板定位c气体保护焊打底,埋弧自动焊盖面.c.超声波锤击.6下弦杆制作效果下弦杆制作设计了专用组装胎架,划线平台,焊接胎架,钻孔胎架,采取了预留适当碑接收缩补偿量,设置合理的反变形量,通过工装进行约束,抑制塑性变形,采用了合理的焊接方法及焊接顺序等控制焊接变形,

16、保证了几何精度,焊接质量,孔群精度(下转第22页)62钢结构2010年第5期第25卷总第133期科研开发面处内外壁的应力示意.从中可以得出:1)对于内法兰节点,靠近法兰盘的钢管截面(aa),钢管内外壁的应力大小接近,且在两块加劲肋板之间出现应力集中;靠近加劲肋板高度的钢管截面(d-d,ee),钢管外壁的应力集中现象较明显,且主要在钢管与加劲肋板相交的地方出现应力集中,其他位置应力较小,而钢管内壁则应力分布较为均匀;对距离加劲肋板高度处较远的钢管截面(ff),钢管内外壁的应力分布较均匀,大小接近,加劲肋板的影响逐渐减弱.2)对于内法兰节点,靠近法兰盘的钢管截面(aa),钢管外壁的应力要比内壁大,

17、且在与加劲肋板相交处出现应力集中;靠近加劲肋板高度处的钢管截面(d-d),钢管内外壁应力集中现象较为明显,外壁在钢管与加劲肋板相交处出现应力集中,而内壁则在两块加劲肋板之间出现应力集中,内外壁应力集中出现的区域正好相反,因此出现应力交替增大的现象;对距离加劲肋板高度处较远的钢管截面(ee,f-f),钢管内外壁的应力分布逐渐趋向均匀,大小也接近,加劲肋板的影响逐渐减弱.5结论1)实际设计时,内,外法兰连接节点的设计荷载分别为200kn和580kn,远低于节点试验及有限元分析的破坏荷载,因此该类法兰节点的设计是安全的.2)通过内,外法兰的受力特点比较,内,外法兰极限承载力与设计荷载的比值分别为3.

18、22和3.03.内法兰的安全储备更高,说明内法兰同样具有很高的安全裕度,并不比外法兰逊色.3)从内,外法兰钢管不同截面处内外壁应力分布图可以得到,靠近法兰盘的钢管截面(aa)和靠近加劲肋板高度处的钢管截面(d-d),钢管内外壁应力集中现象较明显;而距离加劲肋板高度处较远的钢管截面(ee,ff),内外壁的应力分布逐渐趋向均匀,加劲肋板的影响逐渐减弱.4)内法兰极限拉伸承载力均值为644kn,外法兰均值为1758kn;内,外法兰节点有限元模拟与法兰节点试验较为吻合,内,外法兰破坏荷载分别为639kn和1739kn.本文所得到的法兰应力集中部位的确定及变化趋势可作为法兰设计的参考.参考文献1周卫,何敏娟,马人乐,等.500kv变电所架构柔性法兰的试验研究j.电力建设,2004,25(1):2426.23薛伟辰,黄永嘉,王贵年.500kv吴淞口大跨越塔柔性法兰原型试验研究口.工业建筑,2004,34(3):6870.3高湛,余欢,李华.500kv变电构架中刚,柔性法兰的有限元分析rj.电力建设,2008,29(2):3236.4曾程.刚性法兰连接节点有限元分析j.电网与水力发电进展,2008,24(2):3133.5