北盘江特大桥上弦杆制作技术

杨立群

（中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛066205）

北盘江特大桥上弦杆制作技术

杨立群

（中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛066205）

随着我国经济的快速发展，各种大型公路桥梁陆续地建设，结构形式日新月异，制作难度不断增加，制作精度及质量问题成为关注的焦点。以北盘江桥上弦杆为例，对双节点弦杆这种特殊结构在制作过程中容易产生的质量问题进行归纳、分析和总结，并且详细介绍了制作工艺要点及质量控制措施。

钢桁梁；斜拉桥；双整体节点；制作工艺；质量控制

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.032

1 工程概况

大桥跨越云贵两省交界的北盘江大峡谷，与云南省在建的杭瑞高速普立至宣威段相接。大桥主桥采用主跨720m钢桁架梁斜拉桥方案，在同类型桥梁中主跨跨度排位世界第二，全桥桥跨布置为80m+88m+88m+720m+88m+88m+80m，全桥长为1232m，桥面到谷底垂直高度为565m，相当于约200层楼高，主跨节间长12m，边跨节间长12m和8m，2片主桁中心距27m（见图1）。主桁架为普立特式结构，由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成，桁高为8m。主桁上弦杆、下弦杆、竖腹杆均选用闭口箱形断面；斜腹杆除在支座附件区域采用闭口箱形断面外，其余均采用“H”型断面。目前，该桥已顺利合龙。

图1 北盘江特大桥效果图

2 上弦杆结构形式及特点

北盘江桥上弦杆采用整体节点箱形结构，设置双节点和单节点2种。下面以双节点的上弦杆制作为例做介绍。

双节点上弦杆长度达16m，宽度1.5m，高度3.7m，质量约25t，由整体节点板、竖板、上下水平板、隔板、主桁腹杆接头板、主横桁梁接头板、次横梁接头板、钢锚箱等构成（见图2），每块竖板分为4段下料，需多次接料，此单杆双节点的结构形式，对孔群精度要求很高，而且孔群精度必须考虑与锚固结构的相对位置精度，给制孔精度的保证增加了难度，杆件集熔透对接、熔透角接、坡口角接等多种焊接形式于一体，并且杆件断面小、杆件长、结构不对称，焊接变形较大，增加了控制杆件栓孔精度和外形尺寸的难度[1]。

图2 双节点上弦杆示意图

3 制作工艺要点及质量控制措施

工艺方案：下料→零件加工→接料→组焊板单元→组焊箱体→组焊桥面板接头板→数控钻竖板定位孔→卡样板接钻孔→组焊箱内接头板→组焊钢锚箱→组焊箱外其他连接件。

3.1 主要零部件加工

3.1.1 竖板接成料

整体节点弦杆竖板接料大多采用节点板段与平直段分别下料，加工边缘及坡口后进行接料，竖板由2块节点板和2块直段接成（见图3），接成料控制如下：

1）在胎型或平台上接料，设置挡角，保证直度，接料直度≤2，保证平面度，控制对接坡口精度，无缝隙对接；

图3 竖板接料

3）接料后，对每根上弦杆两片竖板单元进行合摞检查。

有的竖板接成料后有机加工底边的机会，有的是足尺接成料，本桥就是足尺接成料，接料后边缘不再进行机加工。比较前者，具有一定难度，主要体现在接料直度和2个节点中心距的控制方面。当对接头垂直度偏斜1mm时，另端将上翘18mm，或导致箱体组不上，或造成杆件扭曲（见图4a）；当2片竖板水平立弯反向时，误差加倍，或导致箱体组不上，或造成杆件扭曲（见图4b）；当对接头设计为双面“V”型坡口（对称坡口）而被加工成不对称坡口时，不能实施焊缝密贴组对这2个节点中心距难以控制（见图4c）。

图4 竖板接料问题示意

3.1.2 上、下水平板及隔板加工

焰切后零部件的尺寸允许偏差及切割变形有时达不到要求，通过精确地划线，及采用机械加工的工艺使其达到技术要求[2]。控制杆件宽度的隔板、上下水平板，必要时还要通过测量竖板厚度进行配刨加工（见图5）。

加工公差有别，划线及加工应保证：

1）上水平板宽度加工公差，下水平板宽度加工公差；

2）隔板宽度加工公差；

3）边、头垂直度。

控制下水平板公差有利于组箱体扣盖，控制上水平板公差是控制箱体内宽的基础，有利于拼装时斜杆顺利插入。

图5 公差配合

3.1.3 各接头板半品钻孔

样板钻制，一般采用先刨焊接边，与样板边对齐卡样工艺。样板上预留适当焊接收缩量。

3.2 杆件组焊修

组装工序是重要控制环节，相关规范规定，四面拼接的杆件，其高度、宽度允许偏差±1㎜，这些严格的技术要求，是为了保证相邻杆件及连接件打入冲钉并施拧高强度螺栓后，连接杆件板面之间达到密贴，用0.3㎜的塞尺插入时，插入深度面积之和不得大于总面积的30%，如果缝隙超差，将削减摩擦面传递受力。

3.2.1 组装精度控制

1）水平基准。杆件在胎型上或平台上组装，胎型上平面或平台相当于组装水平基准面。杆件与桥位安装状态一致为好（竖板孔垂直于水平）。

2）横向基准。以杆件端头为基准，设置定位挡块，保证两竖板节点中心不错位及大节点端外侧宽度。

3）几何尺寸控制。箱型杆件的宽度为隔板及2块竖板的厚度所控制，高度为隔板及2块水平板的厚度所控制。组装桁梁桥杆件不提倡留间隙的方式，而是在顶紧的状态下组装。

3.2.2 组装顺序

合理的组装顺序是杆件外形尺寸的基础，杆件采用了倒位置组装（见图6）。

1）组装隔板，上水平板置于胎位上，与胎型纵向中心线标志对线，隔板依次就位。控制隔板纵向直度≤1mm。方位与刨边时所做标记一致。

2）组装槽形，竖板基准头与胎型端挡座密贴，两侧竖板与隔板密贴，组成槽体。焊接隔板前不应移动或翻身。

3）组焊箱形下盖板扣盖组成箱体，控制箱体宽度两端、高度、箱口斜对角线差≤2mm。

4）组焊桥面接头板，控制箱体水平弯曲≤3mm，且不能出现像内水平弯曲，控制箱体扭曲≤3mm。

图6 组装顺序

3.2.3 焊接质量控制

焊接质量是制作工艺中关键性工作之一。焊接方法的选择要依据结构形式、材料、构件的重要程度、质量、现场条件等方面来确定。厚板结构和高强度钢的焊接要考虑预热及焊接道间温度，避免快速冷却导致出现裂纹[3]。根据焊接实验编制焊接工艺规程指导生产，并实行首制件跟踪，及时调整工艺方法，从而进一步保证焊接质量。

3.2.4 焊接变形控制及矫正措施

对于工厂来说，焊接变形的问题还是依赖于制造过程中的控制和焊后的矫正。过程中的控制，就是从零件加工精度、组焊顺序、卡具胎型、施焊方法及规范上力图减小焊接变形。对于不能克服的变形通过机械和火焰加以矫正[4]。火焰矫正是工厂矫正变形的主要方法。火焰矫正的加热方式有线、点、三角形加热3种，对于加热温度、加热速度、加热部位等方面的控制则是依据作业者的经验。

1）钢板平面度矫正是制造中的一个关键点，平面度满足要求，对栓焊结构依靠摩擦面传递受力有重要意义；

2）主要零部件加工精度，如对隔板垂直度的控制；

3）接料、槽型组装、扣盖、火焰矫正，均在平台上或胎型上进行，防止或减少受热过程中因杆件自重影响而产生的变形；

4）焊接采用合理的焊接方法、焊接顺序，4条主焊缝同向对称施焊，提高主焊缝探伤一次合格率，减少返修；

5）节点板主焊缝外侧，施焊中配合火焰加热，适当预制反变形；

6）杆件的修整，要求每完成一个组焊过程，必须修整一次，合格后方可进行下一个组焊过程；

7）使用专用翻转胎具、吊具，保证杆件在翻身、吊运时平稳安全，防止因翻身、吊运不当造成杆件的变形。

3.3 杆件制孔工艺

制孔是整体节点结构很需要动脑筋的加工工艺，也是制造工艺的关键一环，制孔精度直接关系到桥梁架设线形。一方面要保证产品的安装精度要求；另一方面要考虑工艺的可靠性、合理性、经济性等因素。制孔对象一般有杆件的制孔和其他连接件的制孔；对于构造简单的焊接收缩量能准确掌握的连接件，采用先钻孔后组焊的方法，即先孔法；对于焊接收缩量不能准确掌握且结构复杂的箱形杆件，一般多采用先组焊，待杆件整个完成后立体划线钻孔、样板钻孔或龙门数控钻孔，即后孔法。

杆件正位置在龙门数控钻床上钻制竖板定位孔，以控制两侧竖板第一个孔群纵向、横向相对错位及孔群中心线与杆件中心线的横向偏移；大型机械样板接钻另端竖板孔群定位孔，控制极边孔群允许偏差；用小型机械样板分别接钻各孔群余孔，控制相邻孔距（见图7）。以竖板孔定位，对杆件纵向中心线卡“U”型样板钻制水平板栓孔，保证上、下水平板栓孔相对错位。

图7 钻孔、接钻孔示意

3.4 组焊钢锚箱单元及其他接头板

在平台上组焊钢锚箱单元；以节点竖向中心线及已钻竖板孔为基准，组焊主桁斜杆、竖杆接头板、主横桁梁及次横梁接头板；立体划钢锚箱组装位置线，锚固点位置有折角，为了快速、准确划线，降低难度，可采用“划线检测样板”进行操作；组焊箱外接头板（见图8）。

图8 其他件组装示意

4 结语

通过以上制作工艺及质量控制措施，有效地控制了杆件的外形尺寸、焊接变形、制孔精度，说明该工艺的合理性，为同类型结构提供了可靠的制作经验。

【1】张瑶，仇艳萍，魏云祥.组装整体节点弦杆的工艺措施[J].钢结构，2001,16(5):22-24.

【2】刘志刚.南京大胜关长江大桥钢桁梁下弦杆制作工艺[J].钢结构，2010,25(5):59-62.

【3】宋红飞.京沪高铁济南黄河桥钢桁梁制造难点分析与对策[J].钢结构，2012,27(10):61-64.

【4】李硕，马增岗.重庆东水门长江大桥钢桁梁制作技术[J].桥梁，2015 (3):71-74.

Manufacturing Technology of the Upper Chord of Beipan River Grand Bridge

YANG Li-qun
(ChinaRailwayShanhaiguanBridgeGroupCo.Ltd.,Qinhuangdao 066205,China)

Withtherapiddevelopmentofeconomyinourcountry,theconstructionofvariouslarge-scalehighwaysandbridges,thechanging structureandincreasingdifficultyinproduction,precisionandqualityhavebeenthefocus.TakingtheupperchordofBeipanriver bridge asan example,thispaper sorts,analyzes,and summarizesthe probable qualityproblemsofthespecial structure—the chord with double nodes in the processofproduction.Andthetechnologicalpointsandqualitycontrolmeasuresareintroduced.

steeltrussgirder;cable-stayedbridge;doubleintegralnodes;productiontechnology;qualitycontrol

U445.47+2

B

1007-9467（2016）10-0072-04

2016-09-21

杨立群（1982～），男，河北秦皇岛人，工程师，从事钢结构制造与研究。