寸滩长江大桥钢箱梁整体拼装定位精度和焊接变形控制技术

许 贺,曹 磊

（中铁山桥集团有限公司,河北 秦皇岛 066205）

寸滩长江大桥钢箱梁整体拼装定位精度和焊接变形控制技术

许 贺,曹 磊

（中铁山桥集团有限公司,河北 秦皇岛 066205）

重庆寸滩长江大桥是重庆机场专用快速路项目跨越长江的控制性工程,跨江主桥为单跨钢箱梁悬索桥,钢箱梁采用流线型扁平封闭式单箱结构。在进行钢箱梁整体拼装时,通过对关键板件的组装定位精度和焊接变形量进行控制,全桥钢箱梁段整体拼装后的各项基本尺寸均满足验收规范要求,保证了成桥梁段安装过程顺利,节段间环口匹配效果良好,为节段间工地环口焊接施工顺利进行提供了保障。

钢箱梁;整体拼装;关键板件;定位;焊接变形控制

1 工程概况

重庆寸滩长江大桥是重庆机场专用快速路项目跨越长江的控制性工程,其跨江主桥为跨径880 m的单跨钢箱梁悬索桥。钢箱梁采用流线型扁平封闭式单箱结构,梁高3.5 m,全宽42 m（包含两侧风嘴）[1],桥面设2%的双向横坡。钢箱梁顶板、底板均采用正交异性板结构体系。箱梁内设2道纵腹板,间距39.2 m。横隔板间距3.0 m。钢箱梁两侧设风嘴,风嘴内设全桥通长的开放式U形泄水槽。全桥钢箱梁沿桥纵向分成59个节段,梁段之间采用对接熔透焊缝连接。主桥总体布置和钢箱梁标准节段截面见图1。

图1 主桥总体布置图和钢箱梁标准节段截面图

主桥钢箱梁采用全焊结构,主要材质为Q345qD钢,全桥总重约16 000 t。钢箱梁整体拼装时,存在大量对接焊缝和熔透角焊缝。焊接收缩量较大,容易影响后续板件的定位精度,特别是底板、横隔板、顶板及腹板等关键板件的组装定位精度尤为重要,直接影响到梁段的整体尺寸和结构受力安全。为保证本桥钢箱梁段的整体尺寸精度,必须控制关键板件的组装定位精度,同时控制焊接收缩引起的变形量。

2 胎架和测量控制网的设计

胎架作为钢箱梁段整体拼装的外胎,是保证梁段外轮廓尺寸和部件位置准确的基础。在本桥钢箱梁段整体拼装胎架的设计过程中,考虑梁段的焊接变形和重力的影响,通过调整胎架牙板高差,在横向预设了拱度。测量控制网架设在胎架外侧,共布置6个地样,6个测量塔和2个横向基准墩,用来控制钢箱梁整体拼装制造过程中所有测量点的高程及板件横、纵基线,保证钢箱梁的整体拼装尺寸和线形。测量控制网见图2。

图2 测量控制网（单位:mm）

3 梁段整体拼装顺序

钢箱梁整体拼装采用长线拼装技术,梁段制作、匹配和预拼装在拼装胎架上同步完成。组装时采用“正装法”,以胎架为外胎,以横隔板为内胎,各板单元按纵、横基线就位,辅以加固设施以确保精度和安全,按照“底板→横隔板→中间顶板D1～D6→腹板→风嘴隔板、风嘴盖板→腹板上方的顶板D7→组焊临时吊耳和临时连接件”的顺序,实现立体阶梯形推进,逐段组装焊接。顶板单元划分见图3。

图3 顶板单元划分

4 关键板件的定位精度控制和焊接变形控制

4.1 底板定位精度及焊接收缩控制

本桥钢箱梁平底板总宽为24.1 m,斜底板单侧宽9.171 m,板厚均为10 mm,有12条纵向对接焊缝。为避免日照和高温对精度产生影响,中心底板的定位组装选择在日出前进行。平底板定位以中心底板的横、纵基线为基准,斜底板定位以中心底板的横基线和胎架两侧边标志塔线为基准。底板与胎架的连接,在梁段基准端侧的第一道胎架横梁与胎架纵梁交叉部位使用刚性马板,其它部位使用柔性马板。纵向对接焊缝组装时,需预留2.5～3 mm焊接收缩量,以保证隔板组装时U肋槽口能与底板U肋吻合,焊接顺序按照由中间向两边,同向对称焊接的原则,严格控制平底板部位的焊后高程,防止隔板无法与斜底板密贴。

4.2 横隔板定位精度及焊接收缩控制

本桥隔板设计采用了分块式隔板形式,在顶板上设置接板,在板单元制作时接板与顶板焊接成块体,整体拼装时接板与下部隔板的上水平加劲板采用双面角焊缝形式连接,避免了仰焊作业。由于钢箱梁宽度大,在板单元制作过程中,对隔板进行了合理的分块,横隔板单元划分见图4。

图4 横隔板单元划分

隔板组装及焊接的关键控制点为:隔板组装位置精度、隔板垂直精度和焊接收缩。针对本桥的结构特点,做出了如下措施:

（1）横隔板为梁段整体拼装的内胎,下部隔板的定位精度直接影响梁段的整体尺寸精度,如隔板组装位置不准确,将与顶板上的接板出现板厚偏心的情况,影响结构受力。因此,必须严格控制梁段基准端侧的首块下部隔板的组装位置及其它下部隔板的间距,隔板的组装线全部以梁段基准头侧的底板横基线为基准进行返线。

（2）由于钢箱梁两侧腹板间距大,且下部隔板的高度较高,在没有进行顶板和腹板定位的情况下,梁段中部的隔板A和隔板B刚性较小,定位时使用丝杠调整垂直度,保证偏差在2 mm以内,然后使用角钢进行双面支撑固定。

（3）隔板定位组装及焊接顺序为:隔板A→隔板B→隔板C。隔板A与隔板B间为立位对接焊缝形式,隔板B与隔板C为熔透角焊缝形式。隔板A组装定位完成后,从中间向两边对称焊接隔板A与底板间角焊缝。隔板B定位完成后,采用刚性较大的加长马板[2],对隔板A与隔板B间立位对接焊缝进行强制约束,以控制焊接收缩量。同时,为减少焊接收缩和变形,要求操作人员对焊缝上部先进行少量焊接,再分段立向施焊[3],在对称焊接完立位对接焊缝后,从中间向两侧对称焊接隔板B与底板间角焊缝。隔板C定位完成后,先对称焊接隔板B与隔板C的熔透角焊缝,然后焊接隔板C与底板间角焊缝。隔板的加劲板嵌补件组装前,先对隔板整体平面度进行修整,在复核垂直度和高程合格后,方可组焊嵌补段及角部加劲。

4.3 顶板的定位精度及焊接收缩控制

顶板组装及焊接的关键控制点为:顶板与底板在梁段基准端侧的相对位置、顶板接板与下部隔板的组装精度、顶板高程及焊接收缩。因组装定位顶板单元D1～D6时,两侧腹板尚未组焊,梁段整体刚性较小,为保证顶板在箱体上的相对位置准确,做出了如下措施:

（1）顶板组装顺序为:顶板D1～D6由梁段中心向两边依次组装,顶板D7在腹板组焊后进行组装。

（2）中心顶板单元D1的定位组装选择在日出前或阴天进行。中心顶板D1的横向定位以胎架两侧中心标志塔线为基准,用经纬仪校正顶板纵基线与标志塔线的重合度,控制偏差在0～0.5 mm。为避免误差累计,顶板D2～D6的横向定位均以桥面中心线为基准,由桥面中心向两边依次组装。顶板纵向定位均以梁段基准端侧的底板横基线为基准,采用吊铅垂的方法确定顶、底板单元在梁段基准端侧的相对位置,控制精度在±1 mm。为减小顶板接板与下部隔板定位的板厚偏心量,组装顶板前,先在隔板上部单侧设置专用的“几”字形定位马板。顶板定位时,将接板与定位马板顶紧密贴,使用水准仪测量顶板高程并进行修正,高程数据合格后,对接板与下部隔板的上水平加劲板进行定位焊,然后使用角钢在舱内设置十字支撑[4],确保顶板定位后不会因为温差及梁段整体刚性小等影响产生纵向错动,见图5。

图5 接板专用定位马板和顶板定位支撑

（3）本桥的顶板板厚为14 mm和16 mm,为控制焊后尺寸,纵向对接焊缝组对时均预留了2.5～3 mm焊接收缩量。两块中心顶板D1定位完成后,先焊接纵向对接焊缝,再由梁段中心向两边对称焊接接板与下部隔板的上水平加劲板间角焊缝。顶板D2～D6由桥面中心向两边依次组焊,先同向对称焊接纵向对接焊缝,再依次由梁段中心向两边对称焊接接板与下部隔板的上水平加劲板间角焊缝。最后组焊接板嵌补段,为减少接板嵌补段的焊接收缩对梁段整体尺寸产生影响,控制焊接顺序为:嵌补段先与接板一边焊接,再与下部隔板及顶板进行焊接,最后与接板另一边焊接。

4.4 腹板定位精度及焊接收缩控制

腹板作为钢箱梁最重要的承力构件,位置尺寸精度直接关系到整个梁段的结构受力安全。本桥腹板组装及焊接的关键控制点为:腹板中心距、腹板平整度、两侧腹板吊耳孔高差和吊点纵向错位。

腹板的定位组装时间选择在日出前或阴天进行。纵向定位以桥梁中心线上确定的定位点为基准,用经纬仪重点控制两侧吊耳板中心线与桥梁中心线的垂直关系,保证两侧吊点纵向错位≤2 mm。横向定位以胎架两侧边标志塔线为基准,控制腹板到桥面中心线的半宽尺寸偏差为+2～+3 mm,以满足后续板件的焊接收缩。腹板定位过程中,通过使用丝杠和千斤顶配合调整腹板平面度、高程和半宽尺寸,数据全部合格后,使用马板对腹板与隔板C间的角焊缝进行强制约束,先对称焊接腹板与底板间角焊缝,再焊接隔板与腹板间角焊缝。顶板D7组装后,测量腹板高程、两侧腹板吊耳孔高差以及腹板到桥面中心线的半宽尺寸,修正合格后方可施焊。

5 结语

合格的梁段尺寸是保证梁段顺利安装及节段间环口良好匹配的前提。通过采用上述关键板件的定位精度控制和焊接变形控制方法,寸滩长江大桥59个钢箱梁段的各项基本尺寸均满足验收规范要求。成桥吊装合龙后,对全桥58道环口进行测量检查,顶、底板的对接焊缝间隙均在6～9 mm范围内,为节段间工地环口焊接施工顺利进行提供了保障。

[1]唐贺强,曹洪武,万田保.重庆寸滩长江大桥主桥设计[J].桥梁建设,2013,43(03):71-76.

[2]胡广瑞.大型公路钢箱梁整体拼装制造线形和尺寸的控制[J].钢结构,2006(5):74-76.

[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研究[J].钢结构,2010(4):59-62.

[4]刘申,宋仁进.公路钢箱梁顶板定位安装精度控制技术[J].钢结构,2011(3):51-54.

新疆青河县投入9 500万元推进重点农村公路建设项目

今年,新疆青河县加大投入力度,实施农村公路新建项目、老路改建提档升级项目,切实改善农牧民出行条件。

青河县县城通往阿热勒乡塔斯托别村农村公路9.95 km,2003年铺油。由于经济发展水平快,车辆增加,老路使用时间久,路面坑洼多,已经满足不了现在的运载需要。2017年,青河县以提升农村公路通畅深度、安全水平和路域环境为抓手,加快县乡连通路、资源开发路、旅游景区路、山区扶贫路的建设,形成各镇乡内畅外通、科学合理的路网格局,为贫困村的产业发展提供安全、持久、便捷、畅通的交通运输服务,切实提高老百姓的幸福指数。

青河县交通运输局今年计划实施农村公路33个项目,改建农村公路20个项目,共185 km,危桥改造项目13个,总共380 m,总投资9 500万元,主要是改善当地群众出行安全,带动当地经济发展。

U445

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1009-7716（2017）07-0114-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.033

2017-3-20

许贺（1983-）,男,山西大同人,工程师,从事钢结构桥梁制造工作。