马鞍山大桥钢箱梁整体空腹式隔板制造技术

丁秀丽

1 工程概况及结构简介

马鞍山长江公路大桥位于安徽省马鞍山市境内，连接马鞍山和巢湖两市，大桥上游距芜湖长江大桥约27 km，下游距南京三桥约46 km。其主桥左汊桥为主跨2×1 080 m三塔两跨钢箱梁悬索桥，具体见图1。

左汊桥主梁为扁平流线形钢箱梁，全宽38.5 m(含风嘴)。线路中心处标准段梁高3.5 m，主梁横向沿线路中心线设2.0%的双向横坡。标准段箱梁顶、底板都采用U形加劲肋，主梁纵向每隔3.2 m设一道横隔板，横隔板采用空腹式桁架结构，由∠100×80×10 mm角钢通过与节点板焊接形成。横断面形式见图2。

2 隔板的特点和难点

传统的钢箱梁隔板大都采用搭接式隔板，即隔板由顶底板的接板和中心板三部分组成。接板组装在各自的板块上，整体总拼时，与中心板搭接焊接成整体。这种隔板形式的优点是精度易于控制，焊接质量能保证，缺点是隔板受力偏心。随着科学和技术的进步，结构设计师经过多次尝试，钢箱梁的隔板经过上下全搭接到只有上部搭接，后又有上部对接一系列结构的改革，到马鞍山钢箱梁隔板设计时，直接采用整体式隔板，取消了接板。采用此形式的优点是整体性好，传力均匀，缺点是要求来料宽，U肋槽口精度高，焊接收缩不好控制，与顶板焊接质量不好保证。因此，在隔板制作中，如何保证U肋槽口组装精度，如何控制焊接质量是马鞍山钢箱梁隔板制作的难点。

马鞍山钢箱梁隔板的另一个特点是采用了空腹式结构，这种结构可以减轻上部结构重量，改善主梁内的通风状况，增大了箱内透空率，改善箱内作业环境，有利于制造与后期维护，体现以人为本的设计理念。但是由于零件多，焊缝密集，整体组装复杂，而且在制作过程中，刚度差，搬运和翻身过程中变形大，平面度不好控制，因此空腹式隔板的组装也是一个难点。

3 隔板制作技术

钢箱梁宽度大，单元间纵向对接缝较多，焊接变形对钢箱梁宽度影响较大，因此，必须对隔板单元制作和组拼进行控制。

根据隔板的结构，有两种制作工艺可以被采用，一种是把隔板分成上下两块，上部分跟顶板单元一起组成合件，总拼时跟下部分隔板对接。采用这种工艺的优点是避免了仰焊，可以保证焊接质量;缺点是对接有可能出现偏心，影响隔板的受力。另外一种是整体制作，优点是隔板整体性好，隔板受力均匀，缺点是U肋槽口精度不好控制，需要仰焊，焊接质量不好保证。从隔板的受力要求、平面度、组装精度以及组装时的刚度等方面考虑，最后决定采用第二种制作工艺。

3.1 单元制作技术

马鞍山隔板总宽34.9 m，根据结构的特点，考虑到材料的利用率，将隔板分成四块，其中中间隔板两块，边隔板两块。中间隔板又分成若干单元，见图3。

3.1.1 边横隔板单元的制作

1)对钢板进行预处理，释放内应力;

2)在划线平台上，划水平和竖基准线;

3)在简易平台上按线组焊横、竖加劲肋;

4)修整加劲板合格后，在横隔板划线平台上修整水平和竖基线;

5)在数控焰割机上，以修整后的水平和竖基线为基准，切割隔板周边及U肋槽口;

6)修整由于切割引起的板边波浪;7)打号，待总拼时使用。

3.1.2 中间横隔板单元的制作

1)中间横隔板面板分为四块，采用数控或门切下料，注意暂不切割周边U肋槽口。

2)对中间横板面板各块划纵、横基线，在平台上按线将四块横隔板面板组焊为整体。

3)修整焊接变形，并修整基线。

4)在简易胎架内以基线为基准组焊人孔加强圈、角钢加劲肋等零件。

5)在数控焰割机上，以修整后的纵、横基线为基准，切割隔板周边U肋槽口。

6)修整由于切割引起的板边波浪。

3.2 单元精度控制措施

1)采用合理的分块方式。

2)下料前对钢板进行预处理，释放轧制和运输过程中的内应力，减少应力集中。

3)零件是组成隔板板块的元素，提高零件的下料精度对将来空腹式隔板的组装精度的控制有了基本的保证，因此所有零件均采用精密数控下料。

4)基准线的共同享用，组装和切割周边都采用同一基准线量取，防止误差累计。

5)选用合理组装顺序，采用简易工装，控制部件的组装精度。

6)采用合理的焊接顺序和焊接方法，减少焊接变形。

7)为了减少组装加劲肋时对U肋槽口尺寸的影响，采用后切槽口的方法，即先组装加劲板，修整完毕后再数控精密切割周边U肋槽口，在周边预留工艺量并均匀分布于各个U肋槽口，保证槽口尺寸。

8)减少翻身作业，避免变形。中间隔板在未组装节点板和角钢时，刚度很差。

9)采用控制火焰温度和密集型梅花点进行火焰调直，保证单元件平面度。

4 整体组装技术及精度控制

马鞍山钢箱梁隔板采用的是整体式隔板，因此隔板组装主要控制的是顶底板U形肋槽口的精度，如何让U形肋槽口与板块U肋位置吻合，从底板单元在胎架上摆放就开始考虑这个问题。钢箱梁总拼时，首先利用中测量塔将中间底板单元在胎架上定位，然后根据相邻底板单元基线距离，从中间向两端依次摆放底板单元和斜底板单元，检测合格后，用马板固定，进行底板对接缝的焊接、探伤和修整。检测各项指标都合格后，按底板上的隔板位置线组装隔板，用基准线和固定约束焊接的方法精密控制了底板U肋的位置，为隔板的精确组装提供了保证，组装隔板使用先中间隔板，后边隔板的组装方法，组装过程中辅以顶拉工具控制隔板位置精度和垂直度等项点，检测合格后，先进行中间横隔板和边横隔板间对接焊缝，使得隔板在横向能自由收缩，后焊其他焊缝。为了防止中间隔板和边隔板对接时，对隔板上端U形肋槽口的影响，专门设计了定位胎具(见图4)，控制槽口发生变形，影响顶板单元的组装。

5 焊接精度控制

5.1 焊接部位及焊接方法

隔板与顶、底板及U肋间采用角焊缝，与腹板间采用开坡口熔透焊，隔板间对接采用单面坡口双面成型工艺。采用的焊接方法均为CO2气体保护焊。CO2气体保护焊具有焊接效率高、抗锈能力强、焊接变形小、冷裂倾向小、熔池可见性好以及适用于全位置焊接等优点。所以隔板总拼时都使用CO2气体保护焊。焊接位置是全方位的，包括平焊、立焊、仰焊。其中，隔板与顶板间仰焊是焊接中难度最大、技术要求最高的一种焊接位置，且由于仰视操作，不利于观察熔池形状的大小，操作难度大。要保证焊接质量、难度很大。采取的措施是选用直径小的焊条，短弧焊接，为了易于控制焊缝成型，焊接电流和电压要小。

5.2 焊接精度控制措施

1)选用合理的坡口形式。马鞍山大桥钢箱梁标准横隔板板厚为10 mm，对接采用单面V形坡口焊缝，背面贴陶质衬垫。这种坡口形式是一种可以保证焊接质量的好方案。

2)焊接加劲肋时在刚性平台约束下焊接。由于横隔板较薄，极易产生焊接变形，因此采取对称、分散、同方向的焊接方法，先焊接加劲肋的平位角焊缝，然后焊接加劲肋之间的立位角焊缝。

3)采用合理的焊接工艺参数。

4)施焊横隔板竖向对接焊缝时，背面贴完陶质衬垫后还应增加工艺马板，控制对接弯折变形。

5)采用合理的立位对接焊接顺序。由于立位对接焊缝长度长，要求焊接时操作人员对焊缝进行分段焊接，避免一次焊接后产生大量的能量不能释放，从而增大焊接变形。

6)隔板与顶底板及U肋之间角焊缝焊接，为控制及减小焊接变形，角焊缝焊接顺序为由中间向两边进行对称施焊。

6 结语

整体式空腹式隔板是一种新型的结构，我们对它的制作技术把握的还不够全面，经验还不够丰富，只能结合先前制作搭接式隔板的经验，初步制定出制作工艺，影响精度控制的因素很多，这里已尽可能把这些因素考虑周全，在后续生产中，对首批杆件进行跟踪记录，总结经验，如果有特殊状况，需对工艺进行调整，以达到最终的精度要求。

［1］ 姚志安.大跨径悬索桥钢箱梁制造关键技术［J］.钢结构，2010(4):36-37.

［2］ 林忠英.仰焊操作技术浅谈［J］.职业，2010(3):17-18.

［3］ TB 10212-98，铁路钢桥制造规范［S］.

［4］ 张 强.湛江海湾大桥斜拉桥设计新技术［J］.桥梁建设，2007(S2):50-51.