南京长江第四大桥钢箱梁制造工艺及关键技术研究

王 毅

(南京重大路桥建设指挥部)

0 前 言

流线型扁平钢箱梁始于英国1966年建成的塞文桥。我国在1996年建成的西陵长江大桥首次采用了采用扁平流线型加劲钢箱梁，由于其优越的抗风性能，随后此种截面形式在我国大跨径缆索支承桥梁上得到了普遍应用。

南京长江第四大桥主桥加劲梁采用扁平流线形钢箱梁，为双塔双索面悬索桥，其跨径布置为(166 +410.2)+1418 +(363.4 +118.4)=2 476 m，钢箱梁总长2 191.6 m。全桥钢箱梁划分成144 个节段，梁段长度6.43～15.6 m，梁高3.5 m，梁宽38.8 m(含风嘴)，梁段最大吊重282 t，钢箱梁标准节段横截面。钢箱梁通过腹板锚固耳板与主缆吊索连接。钢箱梁主体结构采用Q345D 低合金高强度结构钢，梁段接口之间除顶板U 型肋和板条肋间采用栓接外，其它部位均采用焊接连接，结构复杂，焊后变形及焊接残余应力较大。

1 钢箱梁制作工艺

1.1 板单元划分

根据南京长江第四大桥钢箱梁结构特点，结合国内钢材的供货现状，将每节标准梁段分为44 个单元构件，其中包括顶板单元12 块，宽度为2.4～3 m;底板单元7 块，宽度为2.4～3.2 m;斜底板单元6 块，宽度为1.702～2.447 m;横隔板单元为15 块(每片横隔板分3 块制作)，腹板单元2 块，风嘴单元2 个。板件实现单元化，避免零散部件参与箱梁整体组装，所有板单元按类型分别在板单元胎架上形成流水作业制造。

1.2 板单元制作工艺

(1)零件的下料加工

对较长矩形板件采用多嘴头门式切割机精切下料，对如隔板等形状复杂的板件采用数控切割机精切下料，对较规则的薄板次要零件采用剪切下料。钢板对接坡口采用火焰精密切割、刨边机或铣边机加工，钢板的不等厚对接过渡斜坡采用斜面铣床加工或采用刨边机加工。精确预留后续焊接的收缩量，实现了无余量切割。

(2)U 肋的加工

底板U 肋采用滚轧工艺成型，即将按U 肋宽度切割好的钢卷板通过多道滚轧工序逐渐成型，再按照U 肋长度进行切割。底板U 肋不设焊接坡口，与底板的焊接形式为角焊缝。

顶板U 肋采用折弯工艺，即采用先孔法工艺，将拼接处的螺栓群钻好后，再在折弯机上直接折弯成U 肋形状，其具体加工工艺如下:采用门切机精切下料，两长边留出刨量→在划线平台上划出横基线(长度分中线)及两长边加工线→在铣边机上机加工两长边→用滚剪倒角机对U 形肋采用机加工坡口→依据顶板U 形肋纵横基准线，卡样板钻制U 形肋端部孔群→在数控折弯机上加工U 形肋→U 形肋整体修整，顶板U 形肋划制纵横基准线。

(3)U 肋焊接

U 肋与顶板和底板的焊接质量是控制钢箱梁正交异形板质量的关键。顶板U 肋开坡口与顶板焊接，其熔透深度达到U 肋板厚的75%;底板U 肋和底板的连接采用角焊缝。由于焊接热量较大，会使板单元发生较大的变形，而火焰修正又会影响板单元的几何尺寸，因此根据板单元焊接过程中的热量输入、应力分布及变形趋势，总结焊接变形的规律，确定反变形量，设计制作焊接反变形胎架，在胎架上采用“反变形”技术控制板单元的焊接变形。

1.3 钢箱梁总拼工艺

钢箱梁的预拼采用长线法制作，即钢箱梁制作胎架的线形为除去二期恒载的桥梁线形。从钢箱梁的预拼和制作一次完成。制作时以预拼装胎架为外胎，横隔板内胎，依次将各梁段的底板单元、斜底板单元、横隔板单元、腹板单元、顶板单元、风嘴单元及其它零部件在胎架上组焊成箱体梁段整体，再模拟桥位吊装的方法进行起拱，通过计算得到配切量后进行配切，以此保证桥位吊装后的钢箱梁之间的组焊间隙。

2 钢箱梁制作的关键工艺项点及控制措施

2.1 顶板单元焊接质量控制

在顶板单元制作时，从顶板到U 肋应连续施焊至弧形切口部位，在U 肋与顶板交接处80 mm 范围内，不得起熄弧，焊缝在弧形切口端部应围焊，同时应打磨匀顺，并对40 mm长度范围内的焊缝进行超声锤击处理。横隔板接板与闭口肋和顶板间的焊缝有10 ×10 mm 的过焊孔，按照设计要求，在U 肋与顶板交接处80 mm 范围内直线运条;焊接到过焊孔时，摆动运条，堵住过焊孔，不在过焊孔处引弧和熄弧。之后从下向上进行立位施焊，焊接闭口肋段焊缝，减小该处焊缝由于引弧、熄弧产生的应力集中和缺陷。

2.2 箱梁整体组装精度及焊接质量控制

(1)在钢箱梁整体组装胎架上以胎架为外胎，以横隔板为内胎进行整体组装，采用“三纵一横”基准控制技术，即用三对测量塔(纵向)和与其垂直的一条横基线(横向)控制整个总拼过程，控制箱口几何尺寸和断面垂直度，确保梁段截面的匹配性。

(2)整体组装胎架设计时根据已有的经验，横向斜底板预设工艺补偿量，来抵消整体组焊解马后箱梁断面的收缩变形，确保2%桥面横坡。

(3)对于大量的纵向对接焊缝，采用V 形坡口形式的单面焊双面成形工艺，利用积累的数据对焊接收缩量进行修正，并跟踪检测焊接收缩量情况，及时反馈信息以完善装配过程中的工艺补偿量。为了减小桥位接口对接错边调整的难度，箱口各拐点处预留一定长度的不焊段。

2.3 合拢段长度及箱口尺寸精度的控制

合拢段长度及箱口尺寸精度是实现大桥顺利合拢的必要条件，为此在制造中合拢梁段在板块制作时两端预留一定配切量(一端拟取300 mm)，在箱梁制造完成后暂不切除，待大桥架设到合拢口时，准确量测合拢口的距离，再对合拢段依据测量统计结果进行配切，确保合拢段的长度。

3 结 语

由于在南京长江第四大桥钢箱梁的制造过程中，采用了先进的技术设备及优化工法，如专用的钢板预处理生产线、精确下料工艺、U 肋无码组装技术、反变形焊接技术、焊接自动化技术、先孔法技术、梁段组焊等，钢箱梁制造的质量及进度均得到了保证。

［1］南京长江第三大桥建设指挥部.南京长江第三大桥主桥技术总结［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］阮家顺，黄新明.武汉阳逻长江公路大桥钢箱梁制造工艺［J］.管理与技术，2009，(2).

［3］姚志安，张太科，叶觉明，等.大跨径悬索桥钢箱梁制造关键技术［J］.钢结构，2010，25(4).

［4］方大东，陈策.润扬长江公路大桥斜拉桥钢箱梁制造的关键技术及质量控制［J］.铁道标准设计，2003，(3).