中国港珠澳大桥多角度锚箱加工工艺

丁铁花

中国港珠澳大桥多角度锚箱加工工艺

丁铁花

（中铁山桥集团有限公司，河北山海关，066205）

锚箱是斜拉桥的重要组成部分，通过锚箱将载荷传递到斜拉索上。以我国建成的港珠澳大桥为例，基于π型组焊件的三维分量新特点，从翻转、固定、角度测量等因素出发，设计制造了一套多角度翻转工作台，成功实现了多角度锚箱机加工。改进后的工艺使得加工精度提高了一倍以上，顺利通过了验收，为各种形式的斜拉桥锚箱制造开辟了新方法。

斜拉桥；锚箱；三维分量；π型组焊件；精度；变形；中国港珠澳大桥

引言

2016年4月11日20时，由中铁山桥集团有限公司承制的，世界上最长的跨海大桥——中国港珠澳大桥青州航道桥中跨合龙段MCL梁段顺利完成吊装，标志着青州航道桥成功合龙，打通了大桥从西人工岛到深水区通航孔桥的通道。

青州航道桥采用双塔双索面钢箱梁斜拉桥，主梁采用流线型扁平钢箱梁。桥跨布置为1 150米，钢箱梁小节段共85段。索塔采用双柱门形框架塔，塔高163米。其中结形撑16段、钢锚箱24对，如图1所示。青州航道桥顺利合龙，为后续桥面铺装施工奠定了坚实基础，为实现中国港珠澳大桥主体工程的全面完工迈出了重要一步。

图1　中国港珠澳大桥斜拉桥整体视图

1　锚箱结构特点与制造加工难点

锚箱是由π型组焊件焊在腹板上组成的，其结构主要包括加强板、承压板、隔板和锚板。钢箱梁的载荷通过π型传递到斜拉索，因而π型组焊件既是锚箱主要件之一，也是非常重要的受力构件之一[1-4]，其结构如图2所示。

图2　锚箱主要件——π型组焊件

π型组焊件与腹板的相对角度决定了斜拉索的施力方向，对精度的要求特别高（角度公差±0.1°），必须严格控制其制造质量。

由于中国港珠澳大桥锚箱的锚头与索塔柱有1:11.2的倾斜角度，和以往承接的其它桥梁锚头只有Y和Z轴方向的角度相比，增加了一个X轴方向的角度，成为立体锚箱（如图3所示），3个方向的角度由于锚头的位置的变化，角度也都随之改变，每个都不相同，而且该角度的加工精度直接影响钢锚箱的制造精度。

π型组焊件处于腹板外侧，属于偏心受拉状态，要求两者间的焊缝必须熔透，以确保焊接质量。

锚箱的各个件之间，由于传递拉力的特殊构造，带孔承压板与其上焊接件要磨光顶紧，除了角度的精度要求之外，还要达到表面的光洁度和平面度要求。其中的穿拉索的锚孔要求公差0～0.5 mm，表面粗糙度Ra不得大于12.5 μm。

图3　立体锚箱结构图

2　π型组焊件机加工

π型组件一般是单件加工好后组装焊接，对焊接的质量要求较高，因为变形是难以控制的因素。为了保证质量，本次采用首先粗加工、组焊，再机械精加工的办法：其承压板磨光顶紧面，以及孔和锚板的两个侧面留出余量，组焊后进行机加工。为了焊接熔透，锚板的两个侧面加焊了钢衬垫，且钢衬垫也需加工，如图4所示。

3　多角度翻转工作台设计制造

如第1章所述，现有机床设备只能加工两个角度的工件，第三个角度的出现使得加工遇到困难。由于工件量很大，工期也很紧，通过多次研究、论证，最终决定设计一套如图5所示的多角度翻转工作台，以满足加工要求。

图4　π型组焊件机加工图

图5　多角度翻转工作台

多角度翻转工作台的设计需解决的难点，主要包括工作台的翻转、固定、角度测量。

部分工件重达数千公斤，跨度在1米～2米之间，翻转工作台的重量和规模均需远远超过这些工件，方可达到使用要求。此外，翻转后的受力面是一斜面，而受力点却是若干点，如果设计不好，很容易造成无法翻转，或者翻转不准确、不稳定。

针对工作台的固定问题，采用了40 mm厚的两块大板，一块用T型螺栓固定在机床床面上，另一块用于翻转。由于翻转板太重，为了减少压力、实现灵活翻转，在底部增加一盘推力球轴承。翻转时，采用3点定位，端头用2个支座穿轴，另一个端点用丝杠丝母调节角度。

测量翻转角度时，用百分表检测坐标数值，可提高精度，并实现角度的精确控制。

调整角度是通过旋转丝杆，使得丝母向上运动，工作台被顶起而与丝母形成斜面。由于水平方向会发生一定的偏移，因此在设计前，螺扣会卡死，无法转动。而设计改进后，丝母两侧的轴在槽里随力转动，保证了旋转灵活，不被卡死。角度调好后，用压活螺栓固定即可。

工作台设计完成后，即可进行π型组焊件机加工。工艺共分三步：

（1）钳工按图纸找正，立体划线；

（2）按图纸调整原来工作台的角度，按线找正，镗承压板的孔，随之铣面。

（3）再次调整翻转工作台的角度，按线找正，铣锚板的钢衬垫。

4　加工效果验收

加工结果表明：各项技术指标均符合要求，角度误差在±0.1°以内；承压板的厚度公差在±2 mm以内；锚板钢衬余量至少3 mm，长度公差在0～2 mm之间，相比不经过加工而直接焊接成型的情况，精度提高了一倍以上。

经检查，所有锚头全部合格，顺利通过了中国港珠澳大桥监理的质量验收，在后续的组装焊接过程中质量稳定。

5　结束语

自在我公司承接国内外斜拉桥锚箱加工项目以来，在中国港珠澳大桥中首次遇到多角度立体锚箱设计生产工作。在制造过程中，通过深入细致分析锚箱结构特点，合理安排设计制作工艺，利用精确机械加工手段，达到了焊接要求和质量，使锚箱的加工精度得以保证，提高了生产效率，大幅减少了焊接变形导致的额外纠正工作，为今后多种形式的斜拉桥的锚箱制造开辟了新途径。

[1]王禄鹏, 刘晓光. 大跨度钢箱梁斜拉桥全焊锚箱的制造及变形控制[J]. 钢结构, 2002, 17(3): 27-29.

[2]机械设计手册编委会. 机械设计手册: 第2卷[M]. 北京: 机械工业出版社, 1991.

[3]金属机械加工工艺人员手册修订组. 金属机械加工工艺人员手册[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1981.

[4]铁道部. 铁路钢桥的制造规范: TB 10212-2009[S].

Processing Technology of Multi-angle Anchor Box in Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge of China

DING Tie-hua
(China Raiway Shanhaiguan Bridge Group Co., Ltd., Shanhaiguan, Hebei, 066205, China)

Anchor box, as an important part of cable-stayed bridge, its process design develops vigorously with the increasing technic and economic advantages of cable-stayed bridge. An example of newly built Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge of China is taken to analyze design and manufacture of a suite of multiangle roll-over table, which is based on new characteristics of 3D component of π-type welding part, and factors such as flipping, fixing and angle measurement, aiming at process of a multi-angle anchor box. Improved processing technology increases one time or more the precision, successfully passing the related acceptances, and opening up a new route for manufacture of various forms of anchor box for cable-stayed bridge.

Cable-stayed Bridge. Anchor Box; 3D Component; π-type Welding Part; Precision; Deformation; Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge of China

TH162

A

2095-8412 (2016) 05-976-03工业技术创新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.040

丁铁花(1969-)，女，河北秦皇岛人，大学本科，工程师。主要研究方向：机械制造工艺与设备。

E-mail: dingtieh@aliyun.com