沪通长江大桥主桁上弦杆制造及关键工艺技术研析
2017-04-12
1工程概况
沪通长江大桥主航道桥采用（142+462+1092+462+142）m双塔三索面斜拉桥，全长2296m。采用三片主桁结构，桁式采用“N”形桁。标准段主梁边桁桁高16.0m，中桁桁高16.08m，桁宽2×17.5m，每个主桁节点均设横联。标准段公路桥面采用正交异性整体钢桥面板结构，铁路桥面采用整体钢箱结构。桥型布置如图1所示。
2 结构特点
该桥采用整节段架设方案，整节段内部杆件之间全部采用焊接，整节段之间公路钢桥面板、铁路桥面顶底板工地连接均采用焊接，整节段间的上弦杆竖板和底板、下弦杆竖板、斜腹杆工地连接均采用高强度螺栓连接。标准整节段采用两节段为一个全焊节段，规格为28m×36.2m×18.15m，整节段最大吊重约达1744t。
主桁采用全焊接的整体节点构造，腹杆与节点板的连接均采用焊接。索梁锚固采用锚拉板构造，斜拉索锚箱置于两片锚拉板间，锚拉板焊接于主桁弦杆顶面。
主桁上弦杆件采用箱形截面。上弦杆内宽1000m，内高1400mm，箱内在弦杆中心线处设置一道板肋加劲用于加劲水平板伸出肢，箱外在距离弦杆中心线0.9m处设置一道板肋；索梁锚固范围，用于与锚拉板相连的上水平板采用具有Z向性能的Z35钢材；腹板高度中心处设一道板肋加劲。结合段弦杆顶板布置圆柱头剪力焊钉，用于连接混凝土桥面板。
索梁锚固结构采用设在上弦节点顶面的双腹拉板式钢锚箱，两侧拉板的水平间距与上弦节点板等宽。锚拉板之间焊接两片承压板，承压板端部设置锚垫板。
3上弦杆制造工艺技术研析
主桁上弦杆是主航道桥杆件中结构最为复杂的杆件，为双节点结构，杆件横向与上层桥面板块焊接，下方与腹杆焊接，两个节点上方分别设有锚箱。上弦杆主要由上下水平板、竖板、隔板、节点板、肋板、横梁接头板、锚箱等组成，选取边桁上弦杆为例说明其制造工艺。如图2所示。
3.1制作工艺流程
制造总体流程按照零件制造→单元件制作→箱体制作→组焊横梁接头板→栓孔钻制→组焊锚箱的工艺顺序进行，简要如下：
3.1.1主要板单元制造工艺流程
（1）竖板单元（如图3所示）制造工流程艺：数控切割→矫平→划线→铣斜坡、对接边缘及坡口→接料→探伤→矫平→铣顶边及坡口→组肋板→焊接→修整。
（2）上水平板单元（如图4所示）制造工艺流程：精密切割→矫平→划线→铣斜坡→组锚板→焊接→探伤→修整→组肋板→焊接→修整。
（3）下水平板单元制造工艺流程：精密切割→矫平→铣两边及坡口→组肋板→焊接→修整。
3.1.2上弦杆整体组焊工艺流程
（1）组槽型：置上水平板→组隔板→组两侧竖板单元成槽型→焊接槽型→修整。
（2）组箱型：焊接、探伤→修整→组接头板→焊接、探伤→修整→数控钻孔。
（3）组□ 10x100锚箱：焊接、修整→焰切腹杆接头及其坡口→切手孔→倒棱。
以上流程如图5所示。
3.2关键工艺技术控制措施研析
3.2.1隔板精度控制
隔板是控制杆件断面尺寸、防止扭曲变形的重要零件，相当于弦杆组焊内胎，其加工精度必须严格控制。
机加工周边严格控制宽度、高度，尤其要保证垂直度。[1]以槽口为基准用样板划线机加工四边，以保证槽口位置。同杆件的隔板同时加工，在同一边缘做标记。
3.2.2竖板单元制作精度控制
竖板单元由节点板、竖板及纵肋组成，其制作按照零件下料机加工→接料→组焊纵肋三个步骤进行，其控制关键在于节点板精度控制与接料直度控制。
（1）节点板精度控制。节点板宽度较大，先完成钢板接料并探伤后再整体程切下料以保证节点板外形。接料位置注意避开杆件主要焊缝位置。
[2]下料矫平后精确划线，包括斜竖杆轴线、加劲弦杆件轴线、水平中心线及对接端机加工线。如图6所示。
以竖杆轴线为基准机加工对接端头过渡斜坡及对接坡口。竖板机加工上边缘及对接头坡口。
（2）接料直度控制。节点板与竖板对接，使纵向各基准点成一条直线后，划线、机加工上边缘及其坡口，确保直线度。如图7所示。
3.2.3上水平板单元制作
上水平板单元由上水平板、锚板、纵肋组成，上水平板一边与钢桥面板在整节段拼装时需纵向对接焊为一个整体，上水平板与锚板间的熔透焊缝是上弦杆甚至全桥最重要的焊缝；纵肋分为箱内纵肋和箱外纵肋，其中箱内纵肋两端设置高强度螺栓孔，箱外纵肋留嵌补段在桥上焊接连接。
（1）零件精度控制。上水平板精切下料，下料时宽度、长度均预留切割量。划线加工两边的不等厚对接斜坡，划斜坡线时需宽度预留的切割量。纵肋精切下料后，卡钻孔样板钻制两端栓孔，极边孔距需合理预留焊接收缩量。锚板程切下料后，划线加工焊接边的坡口。
（2）板单元组焊。组焊肋板并修整后，组焊锚板，并对锚板与上水平板熔透焊缝进行超声波探伤无损检测。
3.2.4箱体制作
箱体采用胎型倒位组装。即将上水平板单元放在胎型平台上，依次组装隔板及竖板单元件成槽型。焊接修整后，组装上水平板成箱型，在完成箱体钻孔后再组焊锚箱零件。
（1）组装方案优点：上水平板置于胎型平台上，相当于组装水平基准面；通过对隔板宽度和高度的控制，有效控制箱体的宽度和高度。
（2）关键控制措施：因锚板已经先焊在上水平板，因此拼装平台需考虑留出锚板的位置空间；
以上水平板的纵肋栓孔和纵向轴线为基准划线组装隔板，注意栓孔极边孔距预留量合理均分，对线组对竖板成槽型；注意隔板的相同边缘标记位于同侧，并保证上水平板、竖板与隔板的密贴；四条主焊缝在平台上同向对称焊接，防止扭曲变形。
3.2.5栓孔钻制
上弦杆箱体栓孔采用龙门数控钻床钻制各孔群定位孔，然后卡小型机械样板钻制其余栓孔的方法。
理论上龙门数控钻床可一次性钻制箱体所有栓孔，为提高工效，仅用龙门数控钻床钻制箱体三个面上各孔群的定位栓孔，然后分别用小型机械样板定位钻制余孔。[3]
采用龙门数控钻孔可避免两竖板纵向、横向错位，保证两竖板栓孔的同心度。
箱外各类接头板可以在箱体钻孔前完成组焊，从而彻底避免焊接接头板时对箱体直线度及栓孔极边孔距的影响。
3.2.6组焊锚箱零件
杆件已下水平板及竖板栓孔为基准，在上水平板表面划出纵向轴线及节点中心线，然后在锚板内侧划出锚箱系统线，组装并焊接锚箱零件。
重点控制锚箱锚点的位置、锚垫板及锚管角度、锚箱熔透焊缝的焊接质量。
锚箱组焊完成后，划线焰切上水平板与桥面对接边及其对接坡口，确保上水平板宽度，划线焰切节点板的腹杆接头及其对接坡口。
4结语
针对沪通长江大桥上弦杆制造特点和制造难点，同时结合以往数座桁梁桥制造的成功经验，通过以上工艺技术的研究及关键环节控制和生产过程中的不断完善，有效地控制了上弦杆杆件各部位的尺寸精度，组装位置及角度，保证了杆件的质量。实际生产表明，沪通长江大桥上弦杆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]Q/CR9211-2015《铁路钢桥制造规范》[S].
[2]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（05）.
[3]宋红飞.京沪高铁济南黄河桥钢桁梁制作难点分析与对策[J].钢结构，2012.（10）.
