滬杭高鐵112m鋼桁架橋梁的加工工藝研究

齊鎮(zhèn) 趙麗麗 顧建 韓蕾 馬寧

1 工程概況

滬杭高速鐵路沿線某橋梁工程采用鋼桁架橋梁，橋梁長度112m，鋼橋采用下承式鋼桁梁設計，主要包括橋門架、上下縱聯(lián)、橫梁、縱梁、上下弦桿等結(jié)構(gòu)。本橋設計承載動載時速為350 km/h，建成后將成為中國境內(nèi)承載速度最高鐵路鋼橋之一。

桁架平面結(jié)構(gòu)圖

工程技術(shù)人員通過深化設計，解決了橋梁結(jié)構(gòu)豎向變形（下?lián)希┑膯栴}。并通過優(yōu)化加工工藝，完成了鋼桁架橋梁桿件的加工制作，通過實踐驗證，鋼桁架桿件各項性能指標偏差均滿足設計及規(guī)范的要求。

2 112m鋼桁架橋梁的制作工藝的難點與解決方案

2.1 預起拱深化設計

橋梁在恒載加載及自重作用下，橋梁將出現(xiàn)下?lián)蠁栴}，結(jié)構(gòu)豎向變形將如上圖。為解決橋梁安裝后下?lián)蠁栴}，在設計時本鋼桁梁預設上拱度，主桁架梁的預起拱設計是深化設計的重點和難點。

結(jié)構(gòu)豎向變形圖

全橋在荷載（不計動力系數(shù)）作用下，跨中最大撓度f=108.5mm，與跨度L比值f/L=1/1032，小于容許值L/900，滿足規(guī)范要求。上拱度按照恒載撓度與靜活荷載撓度的1/2設置上拱度。上拱度的設置采用伸長上弦桿節(jié)間長度的辦法實現(xiàn)，伸長值在上弦拼接中體現(xiàn)（增大拼接板中間兩排孔之間的距離），斜桿依舊交匯在上弦節(jié)點中心處，需在上弦桿拼接時在拼接縫處將上弦節(jié)間距離伸長15mm(弦桿外形尺寸依舊照未起拱前制作),伸長后上弦相鄰的節(jié)點中心線間距離為11215mm。上平聯(lián)節(jié)間距離相應伸長。見上弦桿伸長原理示意圖。

根據(jù)結(jié)構(gòu)計算，與起拱相關(guān)的參數(shù)見下表及圖示。

上弦桿伸長原理示意圖

因此，起拱后上弦節(jié)間伸長距離分別 為 7.6mm、 15.2mm、 15.1mm、15.0mm，制作時統(tǒng)一取7.5mm和15.0mm。

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，可以進行1：1比例的放樣，得出加工圖紙。深化設計時，要以建筑和結(jié)構(gòu)設計為依據(jù)，還要綜合考慮加工、運輸、現(xiàn)場安裝順序等因素，合理拆分構(gòu)件和搭配節(jié)點。根據(jù)平面布置圖（如下圖），進一步設計單根桿件，形成構(gòu)件組焊圖，最后細化到板件下料圖。并將所有材料信息、編號等標注在圖紙上，然后進入加工階段。

平面布置圖

起拱相關(guān)的參數(shù)及圖示表

2.2 桿件的制作工藝要點

2.2.1 放樣、下料

材料領用前需確認材料標識，材料不平直、銹蝕、有油污影響放樣或切割質(zhì)量時，應矯正、清理后再放樣下料。必要時需進行滾平處理。主要零件下料時應注意鋼材軋制方向與其主要應力方向一致。放樣的允許偏差應符合下表的規(guī)定。

放樣的允許偏差表

2.2.2 零件的矯正與彎曲

零件矯正宜采用冷矯，零件冷矯時的環(huán)境溫度不宜低于－12℃，矯正后的鋼材表面不應有明顯的凹痕或損傷。采用熱矯時，加熱溫度應控制在600℃～800℃；溫度降至室溫前，不得錘擊鋼材和用水急冷。

主要零件冷作彎曲時，環(huán)境溫度不宜低于－5℃，內(nèi)側(cè)彎曲半徑不得小于板厚的15倍；小于者必須熱煨，熱煨溫度應控制在900℃～1000℃。彎曲后的零件邊緣不得產(chǎn)生裂紋。

2.2.3 組裝要點

蓋、腹板接料長度不宜小于1000 mm，寬度不得小于200 mm，橫向接料焊縫軸線距孔中心線不宜小于100 mm。

腹板接料焊縫可為T字型，T字型交叉點間距不得小于200 mm；腹板縱向接料焊縫宜布置在受壓區(qū)。

節(jié)點板需要接寬，接料焊縫應距其他焊縫、節(jié)點板圓弧起點、高強螺栓拼接板邊緣部位100mm以上；節(jié)點板時應避免縱、橫向同時接料。

桿件組裝時應將相鄰焊縫錯開，錯開的最小距離應符合下圖的規(guī)定。

焊縫錯開的最小距離（mm）圖

2.3 箱型弦桿制孔方案

桿件螺栓孔主要為M24，螺栓孔要求應成正圓柱形，孔壁表面粗糙度Ra不得大于25 μm，孔緣無損傷不平，無刺屑。螺栓孔徑允許偏差為Ф26+0.70螺栓孔距允許偏差應符合下表的規(guī)定。

螺栓孔距允許偏差表

節(jié)點鋼桁梁橋中，多采用箱型弦桿，節(jié)點連接處采用拼接板高強螺栓連接。高速鐵路鋼橋跨度大、載荷重，弦桿是橋梁最重要的承載構(gòu)件。因此螺栓孔劃線定位、鉆孔是加工桿件的難點。經(jīng)過分析，決定采用立體劃線解決難點。

2.3.1 立體劃線工藝原理

箱型桿件外形如下圖，箱型組焊完后，進入劃線施工工序，將桿件放置在平臺上。劃線時，首先需要在箱型桿件的一側(cè)，畫出基準位置線，利用投影劃線原理和經(jīng)緯線立體劃線的方法，將基準線引到其他三個面，孔群位置也能通過基準線精確地復制到箱體的另一側(cè)，從而保證縱、橫向孔群的同心度和垂直度。

使用鉆孔模具鉆孔可有效保證鉆孔質(zhì)量。將鉆孔模板按照劃線位置固定在桿件上，然后鉆孔，就可以高效的完成鉆孔工作。鉆孔后孔群之間的距離和錯位完全可以保證在允許偏差范圍內(nèi)。

弦桿外形圖

2.3.2 立體劃線及鉆孔施工工藝流程

2.3.3 弦桿立體劃線步驟

2.3.3.1 首先測量兩端箱口水平、豎直、對角線尺寸（如下圖）L1=L1’,L2=L2’,L3=L3’，將兩端箱口中心線劃出（如下圖）。

弦桿箱口尺寸測量圖

2.3.3.2 按照箱口中心線的位置，對左側(cè)豎板畫經(jīng)緯線（如下圖），經(jīng)線與緯線的到邊緣的距離與孔群邊距相同，經(jīng)緯線劃出后，要反復測量間距及對角線距離，以確定經(jīng)緯線的垂直度。

弦桿豎板經(jīng)緯線圖

2.3.3.3 將一側(cè)豎板的緯線投影引到上水平板位置（如下圖）。首先根據(jù)箱口中心線劃出蓋板的中心線。在中心線上任選兩點，使用劃規(guī)、劃針做出垂直于中心線的基線。根據(jù)基線，以及豎板緯線的位置，劃出其余經(jīng)緯線。每畫一條線，都要測量與基線和中心線的距離和位置。保證緯線和經(jīng)線之間垂直，緯線之間、經(jīng)線之間的平行。畫完后要測量劃線的對角線尺寸，L=L’。

弦桿上水平板經(jīng)緯線圖

2.3.3.4 按照上水平板緯線位置和箱口中心線，引出右豎板經(jīng)緯線。

2.3.3.5 最后在下水平板的平面上，將兩側(cè)豎板線的緯線相連，然后垂直劃出經(jīng)線，完成整個箱體的立體畫線。

根據(jù)箱體四個平面的經(jīng)線和緯線，按照孔的中心距，劃出四個面孔的位置線。

2.3.4 卡模板鉆孔

將桿件鉆孔對應的模板，依次固定在箱體四個平面上，如下圖。

卡模板圖

卡模板前對桿件規(guī)格尺寸、平整度、外表質(zhì)量仔細檢查無誤。并檢查模板的平直度、孔位、孔徑、基準位置正確方可使用。

卡樣時將模板板放在桿件上，將基準位置對準，用卡具卡固，然后使用鉆孔設備鉆孔。 鉆完孔后，松卡之前，檢查沒有未鉆之孔后再松開卡具。

3.總結(jié)

通過驗證、研發(fā)方案和工藝切實可行,所有桿件一次性順利安裝，現(xiàn)場穿孔率100%，現(xiàn)場無尺寸偏差和質(zhì)量問題。本工程技術(shù)創(chuàng)新點有以下幾點：

3.1 通過深化設計方案，采用將上弦桿伸長的方法，達到橋梁預起拱效果，解決橋梁安裝后恒載作用下，結(jié)構(gòu)豎的豎向下?lián)系膯栴}。

3.2 通過優(yōu)化加工工藝，提高了工作效率，保證了桿件的加工質(zhì)量。

3.3 研發(fā)了立體劃線方案，通過劃線、卡樣板、鉆孔的工藝工序，有效保證了箱型弦桿鉆孔的加工精度和位置精度。

通過對滬杭高鐵112m鋼桁架橋加工工藝的研究，形成的加工工藝為以后同類型橋梁制作提供了借鑒經(jīng)驗，隨著我國交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，鋼橋的加工的新工藝及新方法還需要更深入的研究。