临海高等级公路灌河大桥钢桥面系制造技术工艺技术研析
2017-04-12
1 工程概况
临海高等级公路灌河大桥主桥采用60.8m+117.2m+400m+117.2m+60.8m=756m双塔双索面半漂浮体系钢与混凝土组合梁斜拉桥。桥面纵坡为2.5%，中跨及部分边跨处于R=10000m的圆弧竖曲线上。主梁采用双边“工”字型边主梁结合桥面板的整体断面，宽36.5m；索塔采用H型索塔索塔两侧各布置17对斜拉索。桥型布置图见图1。
2 结构特点
全桥主梁共71个节间，每个节间由2个边主梁、1～5个钢横梁（标准节间3个钢横梁）及9个小纵梁组成。主梁采用双边“工”字型边主梁结合桥面板的整体断面，两边主梁横向中心距34.5m，全宽36.5m，梁高 3.6m（主梁中心线处），其中边主梁中心线处梁高2.7m。钢梁标准断面直观图如图2所示。
2.1 边主梁
单侧边主梁采用“工”字型截面，下翼缘水平设置，上翼缘设2%单向横坡，腹板采用直腹板。与横梁位置对应设置一道竖向加劲肋。
2.2 钢横梁
钢横梁采用“工”字型断面，全长33.48m。横梁与主梁顶底板均保持垂直，标准间距3.6m。横梁上翼缘设双向2%横坡。横梁与边主梁通过高强螺栓拼接。
2.3 锚拉板
斜拉索在钢梁上的锚固采用了锚拉板结构形式。锚拉板构造主要由拉板及加劲、锚管及加劲、锚垫板等组成。拉板焊接于边主梁上翼缘板顶面，并与边主梁腹板位置对应。锚管嵌于锚拉板上部的中间，锚管两侧通过熔透焊缝与拉板互相连接。
2.4 小纵梁
在横梁中部及距离主梁中心线 8.4m 两侧各设置一道小纵梁。采用“工”字形截面，纵梁上翼缘与横梁采用高强度螺栓拼接。
3 制造工艺技术研析
结合本桥结构特点，划分为边主梁、横梁、小纵梁、锚拉板单元（焊于主梁上）、钢锚梁、钢牛腿等构件，在公司车间对各类构件进行工厂化加工制作，各类构件截面以箱形和工字形为主，可按“下料→加工→组装→焊接→矫形→制孔→试拼装（→施焊剪力钉）→表面处理→涂装”的基本程序制造。构件制造完成后在试拼场对钢梁进行多节段连续试拼装，拼装合格后解体，进行表面处理、涂装、发运，并在架设工地完成工地焊缝的焊接及高强度螺栓连接。
本桥构件制作的关键工艺包括：钢板赶平及预处理、切割下料及加工、精确制孔、焊接质量，尤其是锚拉板与边主梁间熔透焊缝质量；锚拉板及钢锚梁角度控制。
3.1 边主梁制作技术（含锚拉板单元）
3.1.1 边主梁结构特点及制作重点分析
边主梁为工形结构，由上下翼缘板、腹板、锚拉板单元、横梁接头板、纵向加劲肋及竖向加劲板组成。相邻工形翼缘板、腹板、纵向加劲肋及与横梁连接均采用高强度螺栓连接；锚拉板与边主梁上翼缘板焊接连接。边纵梁示意如3图所示。
根据边主梁的结构特点，在杆件制造时应重点考虑以下几点：
1）锚拉板直接焊于边主梁上翼缘板上，此焊缝是全桥最关键的焊缝，直接关系到大桥的安危，必须采取可靠的工艺来保证该焊缝熔透和质量。
2）因为上翼缘板上面与锚拉板熔透焊接，下面与腹板熔透焊接，在焊接应力的作用下易造成上水平板层状撕裂，必须采取可靠的预防措施。
3）锚拉板是全桥传力系统中关键构件，其角度控制是制造的难点和重点，需采取有效技术措施加以保证。
4）边主梁两端高强螺栓连接，两端孔间距精确度是保证桥梁线形的关键。为此，制孔工艺必须充分考虑熔透焊缝及锚拉板与上翼缘板连接等各种因素的影响，以确保边主梁的制孔精度。
鉴于上述几点，比选几种制作方案后，确定了边主梁采取锚拉板单元与上翼缘板焊为一体后再进行工形组焊和后孔的方案，此方案与工形组焊后再将锚拉板单元焊于工形上的方案比较，在于此方案能够同时保证直探头和斜探头来对此焊缝进行超声波探伤，从而确保熔透焊缝的质量，也避免了工形扭曲难以控制的弊端，且后孔法更易保证制孔精度。
3.1.2 具体边主梁制作工艺（含锚拉板单元）
边主梁的制作工艺流程主要为：预处理及下料→零件机加工→接头板出孔→锚拉板单元件组焊→组工形→组焊肋板→工形立体划线制孔→试装后焊剪力钉→涂装
1）零件下料
板材经过预处理线完成预处理后，采用数控切割机下料。下料时对主要边缘和焊接边等预留机加工量，翼缘板及腹板预留二次切头量。
下料重点为上、下翼缘板：采用火焰切割机。为了防止上翼缘板因焊接产生层状撕裂，在下料前先对焊接锚拉板的部位进行超声波探伤。
2）零件机加工
锚拉板：划线确保焊接边与轴线角度α精度、高度h允许偏差，机加工完焊接边后将搭桥切除。
横梁接头板：横梁接头板下料赶平后，采用平板数控钻床出孔，然后以孔为基准划线刨边及两头，栓孔至机加工边预留焊接收缩量
3）锚拉板单元件制作
锚拉板单元焊接于主纵梁上盖板顶面，主梁腹板上焊接加劲板，此结构传力途径明确，必须严格控制锚拉板单元焊接质量，尤其是与主梁上盖板顶面的焊缝质量。
将锚拉板单元与上盖板先行组焊，此方案目的在于能够同时采用直探头和斜探头来对此焊缝进行超声波探伤，确保熔透。
①锚管与承锚板组焊：首先锚拉板与锚管单元组焊，在与锚圈组焊。然后焊接锚拉板加劲板，再焊接锚管加劲板。如图4所示。
②与上盖板焊接：
上盖板纵横向分中划十字中心线，用锚拉板上系统线对上盖板线组焊，并用胎型固定保锚拉板垂直度。检测样板检测锚拉板系统线角度。如图5所示。 4）工形组装与焊接
盖腹板对中组装，采取合理的焊接工艺及焊接顺序，保证焊接质量。
以锚拉板系统线为基准划竖向加劲板以及横梁接头板位置线。纵肋对中组焊。
5）工形制孔
肋板栓孔采用先孔法在半品时钻制，工形两端栓孔的钻制则采用后孔法，即在肋板组焊完成后，以锚拉板为基准立体划线卡样板钻两端腹板孔，再利用L型样板接钻盖板孔，从而保证制孔精度。
①以锚拉板为基准立体划线卡覆盖式机械组合样板钻制两端腹板孔。
②利用L型样板接钻盖板孔。
3.2 钢横梁结构特点及制作重点分析
3.2.1 横梁制作
横梁由上下翼缘板、腹板、水平加劲板及竖向加劲板组成，上、下翼缘板宽600mm～700mm，梁高约3350mm，梁长约33480mm。腹板两端设高强度螺栓孔与主纵梁栓接，竖向加劲板设栓孔与三道小纵梁相连。如图6所示。
标准横梁的制作流程主要为：预处理→零件下料→零件机加工→组焊工形→组焊加劲板→制孔→试装后焊剪力钉→涂装
（1）下料
上下翼缘板及腹板按照设计尺寸各分为三段下荒料，机加工后在平台上进行对接焊，焊缝探伤合格并打磨后再利用数控切割机切割出成料。
（2）矫正及机加工及压弯
下料后赶平严格控制平面度，细长板件调直；平板数控钻床或卡覆盖式机械样板钻制加劲肋孔，再以栓孔为基准机加工有孔加劲肋焊边。
翼缘板按设计图中的圆弧半径，利用数控折弯机压弯。
（3）接料
对压弯后的上下翼缘板进行接料
（4）组装及焊接
首先在简易胎上以梁中心线为基准组装、焊接工形，探伤并修整合格后精确划线，再组焊加劲肋，修整至合格。
（5）板栓孔采用后孔法，即在组焊修整后，以横梁中心线为基准，利用激光经纬仪划线卡机械样板钻孔；由于竖向加劲肋焊接收缩量比较容易掌握，故采用先孔法，即在半品时利用平板数控钻床钻制。
钻制横梁腹板栓孔时，首先将横梁正位放置制作基准线：以纵向中心线为水平基准，横梁垂直中心线为竖向基准，用水平仪检测水平基准线至上盖板尺寸共三点即：中心、两侧小纵梁连接竖向加劲板位置点，严格高度差在允许偏差范围内。
3.3 小纵梁的加工制作
小纵梁的制作流程主要为：预处理→精切下料→矫正→腹板机加工→胎型组装→焊接→修整→数控钻床钻孔→焊接剪力钉。
4 结论
临海高等级公路灌河大桥桥面系杆件的制造，是总结和改进了以往生产类似结构的制造经验，在制造过程中加强了对于加工和组装精度的控制，设计了专用工装平台，同时制定了合理的焊接顺序和焊接参数，这些都是对控制桥面系杆件的精度、减小焊接和修整变形、提高生产效率及标准化生产等起到重要作用。实际生产表明，桥面系杆件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]GB/T714-2000 桥梁用结构钢[S].
[2]TB10212-2009铁路钢桥制造规范[S].
