芜湖长江公铁大桥钢锚梁钢牛腿制造工艺及关键控制技术研析

陈敏

【摘 要】商合杭铁路芜湖长江公铁大桥是高低塔钢桁梁斜拉桥，其主塔斜拉索锚固采用钢锚梁、钢牛腿的连接构造，本文根据芜湖长江公铁大桥钢锚梁、钢牛腿的结构特点，结合生产实际情况在分析了制造过程中的制造工艺及关键控制技术，提高了制造精度，减少焊接变形，从而保证了钢锚梁、钢牛腿的质量满足相关制作规程的要求，所采取的控制及技术措施合理、可行。

【关键词】芜湖长江公铁大桥 钢锚箱 钢牛腿 制造工艺 关键控制技术

1 工程概况

商合杭铁路芜湖长江公铁大桥是新建商合杭铁路的控制性工程，是集客运专线、城市轨道交通与市政道路于一体的重大基础设施。大桥主桥采用主跨588米的为双塔双索面高低塔钢箱钢桁组合梁斜拉桥，高低塔高分别为155米、130.5米。大桥效果图见图1。

2 结构特点

高塔由两个索面共计21组钢锚梁、钢牛腿，低塔由两个索面共计17组钢锚梁、钢牛腿组成，每组钢锚梁、钢牛腿在主跨侧和边跨侧各设置两套斜拉索锚箱构造钢锚梁作为斜拉索锚固结构，设置在塔柱中。钢锚梁为箱形结构，由底板、腹板、端承板、锚垫板、锚下主副支撑板、加劲肋等组成（如图4所示）。根据以往单斜拉索钢锚梁的制造经验，钢锚梁制造的关键点是控制锚头单元的平行度、角度及底板平面度。

3 钢锚梁、钢牛腿制造工艺技术

3.1 钢锚梁制造工艺技术

钢锚梁制造工艺及关键控制技术主要如图2所示。

3.1.1 零件制作工艺及关键控制技术

（1）腹板：腹板是锚箱的关键受力零件，下料时采用数控火焰精密切割，再精确划线加工边缘的工艺方法，腹板拉板划线的准确度和加工精度对锚箱整体组装精度有着直接的影响，由于用于整体组焊的定位线与边缘加工线同时划出（划线时考虑焊接收缩量）。通过精确划线，把锚垫板的角度和锚固点中心坐标锁定在偏差允许范围内。[1]

其制造工艺流程主要为：下料→矫正→坡口加工→划线卡样→钻孔→精确划线

腹板制作过程中的关键控制技术主要有：

下料时采用数控火焰精密切割，并用赶板机矫平，严格控制平面度。

卡样钻孔时以机加工边及中轴线为基准，划线时两端孔间距加收缩量。

精确划线，划线时以中轴线及机加工边缘线为基准，将锚垫板、锚座板、锚索中心线及锚头腹板定位线一并划出用样冲标记。划线后打写方向标记，两块侧面拉板要成对划线。如图3所示。

（2）底板：底板也是钢锚梁中重要的零件之一，该零件主要控制的是四个椭圆孔的相对位置尺寸，由于数控切割机不能实现带有倾角的四个椭圆孔同时切割，为此采用精确划线后分别编程切割的方法。

（3）其余零件。钢锚箱其余零件相对简单，文中不再一一叙述。

3.1.2 锚头单元组焊工艺及关键控制技术

锚头单元件由承压板、锚头隔板、锚座板组成。锚头单元重点控制锚座板的平面度。如图4所示。锚头单元整体组焊后机加工端面，确保了锚座板的平面度。其加工尺寸精度是靠数控镗床本身的精度控制的，是可靠的。

锚头单元的主要制造流程为：划线→组装→焊接→修整→无损检测→二次组装→焊接→修整→划线→机加工锚头单元组焊时的关键控制技术主要有：

划线时在平台上精确划线组装，两锚头腹板间用卡具定位，同时确保腹板、锚座板的与侧面拉板连接边在同一个平面内。

组装为精确组装锚座板与锚头腹板，保锚头腹板与锚座板垂直度，用样板检测垂直度合格后方可焊接。

焊接时必须采用CO2气体保护焊对称施焊，锚垫板与侧面拉板间的熔透坡口角焊缝采用反变形以减少变形。

锚头单元组焊修完成后，立体划线，利用铣床加工锚座板外平面及两侧承压板，以保证锚座板与锚垫板的密贴及锚头宽度。

3.1.3 整体制造工艺及关键控制技术

（1）腹板与锚头组装：将腹板置于平台上，严格按腹板单件制作时所划线组装。为确保焊缝质量，锚头单元先行焊在侧面拉板上。用直探头与斜探头探伤检测焊缝质量。注意两侧锚座板角度不同。

（2）组装底板单元：将底板置于平台上，精确划线，将修整满足要求的腹板与锚头箱体部分及端承板、内隔板组装到底板上。保证锚头单元椭圆孔中心与底板椭圆孔中心同在锚索中心线上。

（3）组装钢锚箱顶板及外侧加劲板。

（4）组装其他组焊件及锚垫板：为确保施焊空间，依次组焊锚梁加劲板。

（5）机加工钢锚梁底面：为保证钢锚梁锚点的几何尺寸精度，对钢锚梁底面与牛腿结合部利用镗床对底面进行机加工，这样可以有效的控制四个锚点的相对高度及后期与牛腿结合部位的平面度。如图5所示。

整体组焊是钢锚梁制作的关键工序，制造时重点控制的项点是：锚头单元的锚垫板与侧面拉板轴线夹角即腹板角度、锚垫板锚孔坐标即锚固点坐标值和箱体斜方尺寸。为此采取了以下关键控制技术：

组装时保证侧面拉板边缘与胎型定位挡角密贴，其间隙控制在不大于0.5mm，用平尺检测锚座板边缘及腹板边缘与侧面拉板上的腹板角度标记线使其重合，其误差控制在不大于0.5mm。

由于定位焊后的锚箱整体刚度较小，焊接时将锚头腹板与侧面拉板的焊缝用CO2保护焊对称施焊3～4道打底焊后翻身出胎，在焊接平台上完成焊缝的焊接。

合理的组装和焊接顺序能够最大程度的减小焊接变形和焊接残余应力的产生，由于锚箱焊缝均采用坡口较大的熔透焊接，焊接变形和焊后残余应力不可忽视，因此在焊接过程中处采用变形较小的CO2保护焊对称施焊外，还要边焊接边修整以减小焊接变形和焊后残余应力的产生。

3.2 钢牛腿制造工艺和关键控制技术

钢牛腿是钢锚梁的支撑结构，每个钢锚梁直接支撑在钢牛腿盖板上。钢牛腿由牛腿盖板、牛腿底板、牛腿支撑板、加劲肋、塔壁预埋板及横向限位挡块等构造组成。如图6所示。制造时主要控制牛腿顶板平面度及牛腿预埋板平面度。[2]

钢牛腿制作的主要工艺流程为：板材预处理→精切下料→零件加工→组焊预埋钢板单元、托架单元→组焊托架与座板→焊接连接接件→焊剪力钉

3.2.1 零件制造

（1）下料：对于不规则零件采用数控切割下料，下料时注意预留机加工量。

（2）加工四氟板嵌入槽：座板、加劲板等板件焊接边、垫块表面等均采用机加工。严格控制预埋钢板长度公差。

（3）钻孔：牛腿顶板、预埋钢板均采用数控钻孔。

3.2.2 组焊板单元

（1）组焊预埋钢板单元。以椭圆长轴为基准划加劲板位置线，然后组焊加劲板以及剪力钉（托架相对位置剪力钉暂时不焊，待两者组焊完成后焊接）。修整时要确保预埋钢板平面度。如图7所示。

（2）组焊牛腿顶、底板单元。组焊加劲板以及内撑板时必须都以座板孔为基准划线组焊。

3.2.3 整体制作（如图8所示）

（1）组焊预埋壁板与顶底板单元。以预埋钢板椭圆孔位置为基准精确划线组装顶底板单元。补焊剪力钉。

（2）組焊其余组焊件及拉索护管。以椭圆孔长短轴为基准划线组装连接板及四氟板镶嵌板、整体组焊修后机加工两头。

4 结语

本文中商合杭铁路芜湖长江公铁大桥钢锚梁、钢牛腿的制造，是总结和改进了以往生产钢锚梁的制造经验，在制造过程中加强了对零件下料、加工和组装时的精度控制，制定了合理的焊接顺序和焊接参数，这些都是对控制几何尺寸精度、减小焊接和修整变形、提高单元生产及整体组装效率起到重要作用。实际生产表明，钢锚梁、钢牛腿的制造工艺能够满足设计规范要求，达到了预期目标。

参考文献：

[1]姚远.跨海大桥钢锚梁及钢牛腿制造工艺研析[J].山西建筑.2013（15）：150-151.

[2]张平.鸭绿江大桥钢锚梁及钢牛腿制作精度控制技术[J].钢结构.2014，29（7）：64-66.