颍河大桥钢结构加工制作技术及问题探讨(刘志昂)

1、颍河大桥钢结构加工制作技术及问题探讨刘志昂 （中铁二十四局安徽工程有限公司 合肥 230011）摘要：结合阜阳颖河大桥钢结构（下承式系杆+钢箱梁结构体系）工程的制造实践，针对钢箱梁的结构特点，加工制作的难点，重点以及实际施工条件，介绍了钢箱梁制造过程中的重点工艺技术及质量保证措施。关键词：下承式体系 钢箱梁制造预拼装 工艺技术 质量控制1、工程概况 根据阜阳最新总体规划，阜阳市规划打造“二环九射加方格网”的城市路网结构，形成功能合理，规模适当，衔接顺畅，稳定可靠的四级城市道路网络体系。阜阳向阳路颖河大桥（以下简称阜阳颖河大桥）项目是东二环中的节点工程，采用了下承式系杆+钢箱梁结构体系，主桥跨径

2、布置为（47+148+47）米，主桥全长242米，桥面为双向八车道、两侧为非机动车道和人行道，为三跨梁拱组合体系桥梁。拱圈为双片钢箱拱。桥梁从立面上看为飞燕式造型，从横断面上看，配合风撑效果，呈门式造型。桥梁结构上，主跨与两侧边跨构成三跨连续梁拱组合受力体系，其中，主跨本身，为下承式系杆拱桥，系杆为刚性与柔性组合系杆。本桥立面布置见图1所示。  图1 阜阳颖河桥1/2桥型立面布置图（以1/2为例）1.1  钢箱梁结构形式 钢箱梁总长242m，边跨主墩处钢箱梁高5.5米，通过16米二次抛物线过渡段，向边墩方向过渡至2.5米梁高。横桥向为单箱八室结构，其中外侧两室宽度为2.0米

3、，与主跨钢纵梁对接，其他6室宽度分别为5.7米，5.1米。 钢项梁顶板处采用U肋加劲，与主跨U肋对接。主跨钢纵梁截面高度2.5m，宽2.0m，顶底板均采用I型加劲肋，加劲肋高度为170mm,厚14mm。系梁钢箱梁一般构造示意图见图2所示。图2 系梁钢箱梁一般构造示意图 1.2  系梁钢箱梁分段的划分 系梁钢箱梁根据现场吊装要求，将其划分为19个节段，分别为节段Z1-1节段Z1-19。每个节段均为2件钢箱梁，见图3所示： 图3 6m节间钢桥面标准节段示意图（以1/2为例）1.3  桥面钢箱梁分段间的连接   

4、0; 分段间顶、底板均采用焊接，顶、底板上U型肋、纵向腹板上加劲板通过制作嵌补段进行连接，纵向腹板连接采用焊接。 1.4  桥面与系梁钢箱梁间的连接 钢箱梁间顶、底板均采用焊接，中跨大横梁隔板与系梁上连接板采用栓接。 2 、加工制作的重点及难点分析2.1因桥面钢箱梁宽度达42m，顶、底板制作时需预先划分成许多大小不等的板单元，各板单元的制作精度（板面的平整度、U形肋的开档尺寸等）直接影响钢箱梁的质量，因此，板单元制作的精度是本工程控制的一大重点。 2.2由于顶板下口沿宽度方向分布了54根U形肋，U形肋中心开档尺寸为600900不等；底板上口沿宽

5、度方向分布了104根I型肋，I形肋中心开档尺寸为300900不等，在保证各板单元加工精度后，还需保证各板单元拼接后的整体精度（板面的整体平整度、U形肋及I型肋的开档尺寸等），这是本工程的一大难点。 2.3单块横隔板总宽为33m，被5块纵向腹板分割成六块，最小宽度为5.08m，最大宽度为5.69m（上口分布了53个U形槽口），横隔板上还设置了竖向及水平方向的加劲板，横隔板切割的精度以及装焊后的加工精度是本工程控制的一大难点。 2.4钢箱梁在加工制作过程中，顶板单元的拼缝焊接导致箱体的变形，如何控制该变形是本工程需控制的一大重点。 2.5桥面钢箱梁分段与分段连接，顶、

6、底，腹板均采用焊接，钢箱梁腹板与横隔板间采用栓接，因分段宽度较大、高度较高，分段间截面尺寸的吻合以及焊缝间隙的一致性，是本工程加工制作过程中的难点；另外系梁与横隔板间对接高强度螺栓孔的穿孔精度是本工程控制的一大个重点。 3 、加工制作的总体思路3.1  桥面钢箱梁部分      钢箱梁制造时，首先进行板单元的划分（以节段Z1-1为例），根据截面形式同时结合材料板宽限制等因素，将顶板划分为11个板单元，宽度为24003300mm不等；将顶板划分为11个板单元，宽度为24003800mm不等。纵向腹板各自为一个板单元，

7、共计5个；每档横隔板被纵向腹板分割成六块，每块为一个板单元。为了便于制作，各板单元均分别进行编号，其编号原则为：所有节段板单元均以该节段字母开头，底板单元以桥面中心线为准，单元板后缀为D，从Z1-1到Z1-2方向依次为H1-1DH1-11D；顶板单元以桥面中心线为准，单元板后缀为T,从Z1-1到Z1-2依次为H1-1TH1-11T；所有节段顶、底板单元划分位置均相同。各节段板单元划分后，分别预先进行各节段板单元（顶、底板单元、纵向腹板单元、横隔板单元）的小合拢装焊，合格后分区段在整体组装胎架上采用正造法轮次进行中合拢装焊。而后各节段分别与相对应钢箱形梁进行预拼。 图4  此

8、剖面为桥尾向桥中看4 、加工制作的关键技术及保证措施4.1  材料      钢箱梁所用钢材材质均为Q345QD，必须符合设计文件的要求和现行标准的规定，除有材料质量证明书外，还应进行复验，复验合格后方能使用。因本工程结构的特殊性，钢箱梁的板厚必须严格控制，以免加工过程中出现板边差影向构件的加工质量以及高强度螺栓的连接质量。  4.1.1  钢材的矫平      由于本工程加工制作精度要求高，任何的积累误差都会影响到质量控制，为此钢板进厂后先采用钢板矫平机

9、对钢板进行矫平，达到每平米平整度不大于1.5mm，矫平的目的是消除钢板的残余变形和减少轧制内应力，从而可以减少制造过程中的变形。  4.1.2  钢材的预处理 采用专用钢板预处理生产线对钢板进行除锈，喷车间底漆和烘干，保证钢材的除锈质量达到Sa2.5级，所有钢板均进行预处理，其过程为：矫平抛丸、除锈喷漆烘干 4.2  下料、切割、刨边 构件放样采用计算机放样技术，放样时必须将工艺需要的各种补偿余量加入整体尺寸中，为了保证切割质量，厚板切割前先进行表面渗碳硬度试验。      钢材切割优先采用数控精密切割设

10、备进行设割，选用高纯度98.0%以上的丙稀气加99.99%的液氧气体，可保证切割端面光滑、平直、无缺口、挂渣，坡口采用专用进口切割机进行切割.   吊杆区钢箱梁上90厚连接系杆吊耳均采用刨边机加工。   腹板、箱形构件的上、下盖板的加工宽度尺寸确定，除考虑焊接收缩量等因素外，还应考虑与其组装的翼板或腹板的板厚偏差，以确保构件的截面尺寸精度。   边缘的刨铣加工深度不应小于3mm(当边缘硬度不超过HV350时，其加工可不受此限制)，加工面粗糙度不高于25m，顶紧传力面加工粗糙度不应高于12.5m，顶紧加工面与板面的垂

11、直度偏差，应小于板厚的1%，且不得大于0.3 mm。 4.3  系梁钢箱梁加工难点及重点的控制措施      4.3.1  板单元件几何尺寸精度的保证      为保证板单元件拼装时拼接板与杆件间的间隙符合规范要求，保证板单元端口尺寸的一致性，制作时同一接口采用同批次同厚度材料下料，端口采用机加工工装隔板进行控制，大大减小了对接口的板厚错变量。   图5箱梁组装 4.3.2  板单元件焊接变形的控制板单元件焊接变形的控制是钢箱

12、梁结构制造的基本要求，也是板单元件制造的关键点，板单元小合拢焊接完成后有规律的轻微焊接变形可通过机械矫正措施解决，因此，板单元件焊接变形的控制是钢箱梁制造的重点也是关键点。  4.3.3  钢箱梁分段间栓接精度的控制      这种特殊的全栓接钢箱梁的制造钻孔精度是保证结构整体受力及整体成桥线型精度的关键所在。首先将钢箱箱梁无节点板一端采用高精度数控机床制作专用钻模（螺栓孔径及孔距偏差控制在5丝之内）进行套钻钻孔（分段间连接板与之相同）。而后将钢箱梁分段采用分轮次循环预拼装的方法，将分段间的连接板采用工装销轴螺栓进行固定，合

13、格后采用磁座钻进行钢箱梁分段节点板端螺栓孔的全位置一次性配钻出孔。图6转模孔径检测图7 螺栓孔的验收 4.4  桥面钢箱梁加工难点及重点的控制措施 4.4.1  板单元精度控制      板单元制作时，整体铺板，采用钢带统一划线、安装U形肋（U型肋内部应预先进行涂装），同时采用样板检测，合格后各板单元分别在专用反变形焊接胎架上进行施焊，确保其精度。图8 板单元的组装与焊接      4.4.2  底板的整体平整度及U肋开档尺寸控制  &

14、#160;   为了有效的控制底板板单元间U形肋的开档尺寸，中合拢前可将相邻两块板单元预先拼接（预放 一定的焊接收缩量以及角变形，待焊了几块后也可掌握拼板间实际的焊接收缩及角变形量），而后再进行拼装（各板单元间纵缝按实际焊接收缩量进行加放），适当矫正，从而控制住底板U形肋的开档尺寸以及板面的平整度。       4.4.3  横隔板单元精度的控制      横隔板下料时采用数控火焰切割，切割后采用专用样板进行检查，加劲板与横隔板焊接时采用 CO2气保焊配以

15、小电流、小电压的焊接方法进行施焊，有效减少焊接变形，控制横隔板单元的质量。       4.4.4  桥面钢箱梁角变形的控制      顶板单元纵缝焊接会造成一定的焊接角变形，此焊接角变形的解决方法是：在确保胎架制作精度的基础上，另外在胎架上另外增设垫板，制作出一反变形，以抵消顶板焊接所造成的变形。    4.4.5  桥面钢箱梁分段间的接口保证措施 （1）桥面钢箱梁制造时，采用几个分段一起整体拼装，组装及焊接均采用相同的方法进行，另外

16、在分段接口处预留一段不焊，待分段组对合格后进行施焊，确保分段间对接的平齐。  （2）两分段接口处一端正作，另一端加放余量进行配切，确保接口焊缝间隙。  （3）分段间横隔板的螺栓孔，正作端预先钻孔，另一端可在相邻分段制作合格后采用现场连接板进行配钻，确保横隔板与系梁栓接的质量。      4.4.6  桥面钢箱梁与系梁钢箱梁间接口保证措施      （1）桥面钢箱梁在装焊过程中，两侧开口处适当加设临时支撑予以加强，确保与系梁钢箱梁间连接的开档尺寸。  （2）桥面钢箱梁两侧预留配切余量，待箱体焊接、矫正合格后再进行切割，确保与系梁钢箱梁间接口的焊缝间隙。   (3）桥面钢箱梁与系梁钢箱梁相连接的横隔板，安装时先进行初定位，待预拼时再精确定位，而后施焊，同时采用现场连接板将其螺栓孔进行套钻（系梁连接板已经制孔，现场连接板也预先制孔，桥面钢箱梁边侧连接板后钻），以保证横隔板连接的精度。图9成型箱梁5、结  语      通过阜阳向阳路颖河大桥钢结构工程的制造实践，在总结了以往大型公