钢箱梁桥梁用梯形闭口加劲肋的辊弯成型技术

李 烨 习天辉

（1.武钢集团江北公司 湖北 武汉：430415；2.武钢股份制造部 湖北 武汉：430080）

随着交通运输的迅猛发展，传统的混泥土箱梁桥已不能满足实际要求，钢箱梁桥梁的应用日益普遍，已成为世界上大、中跨度的现代钢桥常用的结构形式［1］。纵向梯形闭口加劲肋作为钢箱梁板件的联结组成部分，为箱梁提供有效截面，增强桥面的总体承载力，尤其对控制桥面板的竖向挠度起到决定性作用。梯形闭口加劲肋因其具有刚度大、屈曲稳定性好的优良力学特性而在正交异性桥面系中得到广泛采用［2］。从较早建造的广东虎门大桥、宜昌长江大桥、武汉军山长江大桥、厦门海仓大桥，到后来的杭州湾跨海大桥、柳州红光大桥及部分城市高架桥等，均采用了钢箱梁建造桥梁［3］，在桥梁建设中，梯形闭口加劲肋的用量越来越大。梯形闭口加劲肋其形状虽然简单，但规格较多，精度要求高，生产难度大。规范其规格尺寸、研究出优质高效的生产方法以满足交通运输建设的需要，已迫在眉睫。

本文综述了钢箱梁桥梁用梯形闭口加劲肋在辊弯成型过程中的工艺控制技术，提出了钢箱梁桥梁用梯形闭口加劲肋的常用规格和技术要求的建议。

1 梯形闭口加劲肋的生产工艺

作为冷弯型钢的梯形闭口加劲肋，其基本生产工艺有两种，一种是冲压成型，一种是辊弯成型。

冲压成型是将剪切好的平板先采用刨边机刨边后，再通过压力机冲压或折弯成所需的断面形状。该生产方法的优点是生产批量不受限制、闭口肋边浪较少，缺点是生产效率低、模具费用高、产品长度受限制、产品表面易划伤、原料变化时质量难以控制。

辊弯成型是将钢卷带通过连续的多道次轧辊逐步弯曲成所需的断面形状，在成型的同时采用专用的刨边装置对产品刨边处理，其主要优点是生产效率高、生产成本低、控制质量的手段灵活、定尺长度调整方便，不足之处在于该成型方法易出现边浪等缺陷。本文仅对连续辊弯冷弯成型的生产技术进行阐述。

辊弯成型梯形闭口加劲肋的生产工艺流程为：原料验收→纵剪剪切→带钢检验→带钢卷取→轧机上料→头尾对焊→活套贮料→辊弯成型、刨边→飞锯定尺锯切→端头整形→检验。

2 梯形闭口加劲肋辊弯成型技术

在梯形闭口加劲肋的辊弯试生产过程中，常见的问题主要有开口尺寸超标、边缘浪形（边波）、弯曲及扭曲值超标、两腿高度差超标等，质量控制的难点为边缘浪形、弯曲及扭曲值超标。主要的质量控制办法如下。

2.1 钢卷原料及纵剪带钢的质量要求

钢卷原料及纵剪带钢的质量直接关系到梯形闭口加劲肋产品的质量。原料钢卷的板形瓢曲、边浪、内应力不均可直接导致闭口肋出现边缘浪形，纵剪带钢的镰刀弯、同板差大、内应力不均等也可导致闭口肋产品出现弯曲、扭曲等质量问题。辊弯成型过程中，产品在纵向为了协调一致，有镰刀弯的带钢会使成型产品的边部在对应的镰刀弯外侧生产边浪，有边浪和扭曲的带钢会将边浪和扭曲直接带到闭口肋产品上。因此必须对原料钢卷和纵剪钢带的质量严加控制。

梯形闭口加劲肋所用的钢卷原料必须符合下述要求：在钢卷的纵向方向任意1米的范围内，边缘波浪数不得超过2个，且每个波浪的波幅不得超过4mm；纵向镰刀弯每米不大于1mm，横向不平度每米不大于5mm，横向厚度同板差不大于公称厚度的0.5%。同时要求热轧钢卷的内应力分布较均匀，其它应满足GB／T 709技术要求。

纵剪带钢的质量要求为：宽度公差为±0.5mm，带钢纵向镰刀弯小于0.5mm／m，带钢不得有边浪等边部缺陷，纵剪带钢要注明左右，以便按照同一方向对带钢进行头尾对焊、活套贮料。

2.2 边缘浪形的控制

带钢通过连续轧辊逐步冷弯成梯形闭口加劲肋，最易出现的质量问题就是边缘浪形。边缘浪形也称边浪或边波，由弹性或弹塑性翘曲引起。梯形闭口加劲肋产生边缘浪形的主要原因是原料带钢板型不良、辊弯工艺不当。

钢卷原料的板型不良、内应力不均匀、纵剪不当均可导致纵剪带钢产生边浪或镰刀弯，从而导致冷弯成型产品出现边缘浪形。如3.1所述，通过钢卷原料及纵剪带钢质量的控制，可避免产生边缘浪形。

其次，成型工艺对产品边缘浪形有重要的影响。辊式冷弯成型根据产品成型底线的变化一般可分为底线水平法、底线下山法和边缘线水平法［4］。由于梯形闭口加劲肋产品具有两肋较高、壁厚较薄的特点，冷弯成型过程中像这种边部尺寸大、厚度小的产品，边部的纵向刚度小，大的边部拉伸不可避免，边浪就容易产生。边缘浪形由弹性或弹塑性翘曲引起，在成型的初始阶段，因为边部被迫在竖直方向和横向移动，闭口肋的边部不可避免的发生纵向拉伸。当边部进入辊缝时，产生了附加的伸长。然而，当它从辊缝出来时，因为产品的每部分的纵向长度应相等从而保持产品的平直性，伸长的边部必须收缩。当局部的边部拉伸过大时，伸长的边部平滑地收缩就很困难或不可能了。在某些情况下，在辊缝的出口处，作用在边部的压应力超过了临界值，结果发生了翘曲，及产生边缘浪形。闭口肋在成型的过程中，闭口肋的边部受较大的拉应力，因局部拉伸而不能收缩，将出现边缘浪形。为了使边缘的延伸率不大于该材质的弹性延伸率极限，可适当增加变形道次，缓和变形角度，从而减少边部的移动量，使产品的纵向应变的横向分布变得较均匀。但对于机架数量一定的轧机，增加变形架次不现实，可采用底线下山法或边缘水平法成型，降低产品边缘升起高度，减少边缘的拉伸，从而减少梯形闭口加劲肋的边缘浪形。在实际生产中，为了避免边缘水平法带来的梯形闭口加劲肋底部过渡延伸，一般将成型底线下山法和边缘水平法有机地结合，更有效地克服梯形闭口加劲肋的边缘浪形。

2.3 弯曲及扭曲的控制

纵向弯曲和扭曲是窄的冷弯型钢产品最常见的缺陷，这种缺陷由纵向薄膜应变的横向分布不均引起，即由金属板带的纵向伸长和收缩的不均引起。纵向弯曲和扭曲的大小和方向随着薄膜应变的分布模式的改变而改变。

生产实践表明，影响梯形闭口加劲肋产生弯曲、扭曲超标的主要原因有原料、成型工艺和操作等方面的问题。如上所述，因为原料钢卷的应力不均、不平度较大或镰刀弯，致使纵剪钢带产生镰刀弯或板形扭曲，该钢带轧制成梯形闭口加劲肋后，就很可能会出现弯曲或扭曲［5］。即使纵剪带钢质量较好，如果成型底线使用不当，在成型的过程中，产品的边部因为竖直方向和横向移动而被迫拉伸，产品出轧辊后伸长的边部不能收缩到与产品的底部在纵向保持一致，产品就出现上下弯曲；如果操作不当，如平辊的压力过大或过小，平辊两端的压下不均，均使产品的纵向应变在横向的分布不均，导致产品出现弯曲或扭曲超标。对于已有镰刀弯的带钢，可采用单边压下的方式使较短的一边适当延伸，以达到两边缘等长的目的，从而改进产品的侧向弯曲。

2.4 坡口质量的控制

由于桥梁钢箱梁制造的工艺需要，梯形闭口加劲肋的边部必须刨坡口。辊弯成型梯形闭口加劲肋的坡口可在线刨，也可下线刨。为了提高生产效率，可采用如图1所示的在线刨坡口装置，该装置包括刨刀架、刀具、毛刺挡板和支撑轧辊，可实现辊弯成型与刨坡口同时进行。刨刀架具有进退和上下调节的功能；刀具根据产品坡口的要求角度和成型工艺可调整刨削角度；刨削刀具的瓦口要磨削适当，确保毛刺的流向。使用刨边挡板，可以确保产品表面不致划伤。该装置可使梯形闭口加劲肋的刨边能高效优质地进行，铁屑排出顺利，产品表面无划伤。

图1 刨坡口装置示意图

2.5 端头整形

梯形闭口加劲肋作为一种冷弯开口型钢，定尺锯断后存在端头变形现象，具体表现在沿型钢轧制方向，前端头开口收缩变小，而后端头开口张开扩大。这是由于辊弯冷弯成型的内应力造成的，在轧机上一般难以避免。端头的变形，给产品的后续对接、焊接等使用带来居多的不便。

可对飞锯的夹具进行适当的改造，在飞锯锯切时，让前夹具将产品的小头适当胀大，后夹具将产品的大头适当压小。产品锯断后经过一定的回弹，产品的小头开口可以得到一定的改善。要彻底解决产品的大头，还必须用压大端头装置（如图2）进行整形，通过上、下夹具及侧夹具的挤压，使开口过大的大头一端压制到标准范围内。

图2 压大端头装置示意图

3 梯形闭口加劲肋的常用规格及技术要求的建议

桥梁专家在研究梯形闭口加劲肋时，对相同跨径条件下纵肋的设计与计算结果表明：倒梯形纵肋受力及经济性能最为优越，其横截面形状如图3所示，一般地，肋的开口宽度A通常取0.28m～0.34m，当肋的截面尺寸符合B＝A－2H／4.5的关系时，肋的承载及经济性能达到最优［6］。梯形闭口加劲肋有50多个规格，常用的规格见表1，各规格的截面参数见表2。

图3 梯形闭口加劲肋的横截面图

表1 梯形闭口加劲肋的常用规格表

根据使用情况，梯形闭口加劲肋的一般技术要求为：梯形闭口加劲肋横断面形状的尺寸公差如图3，其基本几何尺寸见表1；两肋的高度差不大于2.5mm；梯形闭口加劲肋的纵向弯曲（竖弯、侧弯）值和扭转值每米不大于1mm，全长不大于定尺长度的0.1%；定尺长度的偏差：普通定尺为＋0～＋30mm、精定尺为±1.5mm；产品的材质为Q345qC；其余要求参照GB／T6723执行。

表2 常用的梯形闭口加劲肋的截面参数表

4 结束语

辊弯成型是梯形闭口加劲肋生产的一种高效生产方法，多年的生产实践证明，要想更好地提高产品质量，必须在加强原料钢卷质量控制的同时，不断地改进生产工艺，更多地采用专用设备，以便更好地改善产品质量。鉴于目前梯形闭口加劲肋品规过多，对生产组织和工艺改进带来一些不便，提出了钢箱梁桥梁用梯形闭口加劲肋的常用规格和技术要求的建议，通过选取并采用几个典型的品规，形成统一设计规范。

［1］ 狄 谨.正交异性钢箱梁U型肋加劲板极限承载力试验［J］.人民公路学报，2009，22（2）：59－64.

［2］ 陈荣伟.正交异性钢桥面梯形闭口加劲肋厚度的优化［J］.铁道建筑，2009，（10）.

［3］ 李铁强，李 兵.长江上的几座新建特大桥［J］.辽宁省交通高等专科学校学报，2002，（1）：3－6.

［4］ 王先进.冷弯型钢生产及应用［M］.北京：冶金工业出版社，1994：188.

［5］ 乔治哈姆斯著，刘继英，艾正青译.冷弯成型技术手册［M］.北京：化学工业出版社，1984：377.

［6］ 杨建军，周志刚，刘小燕.梯形肋厚度对钢桥面铺装承载性能的影响［J］.交通科学与工程，2007，（2）：12－16.