蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋鋼錨梁鋼牛腿制造工藝及關(guān)鍵控制技術(shù)研析

陳敏

【摘 要】商合杭鐵路蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋是高低塔鋼桁梁斜拉橋，其主塔斜拉索錨固采用鋼錨梁、鋼牛腿的連接構(gòu)造，本文根據(jù)蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋鋼錨梁、鋼牛腿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況在分析了制造過(guò)程中的制造工藝及關(guān)鍵控制技術(shù)，提高了制造精度，減少焊接變形，從而保證了鋼錨梁、鋼牛腿的質(zhì)量滿足相關(guān)制作規(guī)程的要求，所采取的控制及技術(shù)措施合理、可行。

【關(guān)鍵詞】蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋 鋼錨箱 鋼牛腿 制造工藝 關(guān)鍵控制技術(shù)

1 工程概況

商合杭鐵路蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋是新建商合杭鐵路的控制性工程，是集客運(yùn)專線、城市軌道交通與市政道路于一體的重大基礎(chǔ)設(shè)施。大橋主橋采用主跨588米的為雙塔雙索面高低塔鋼箱鋼桁組合梁斜拉橋，高低塔高分別為155米、130.5米。大橋效果圖見(jiàn)圖1。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高塔由兩個(gè)索面共計(jì)21組鋼錨梁、鋼牛腿，低塔由兩個(gè)索面共計(jì)17組鋼錨梁、鋼牛腿組成，每組鋼錨梁、鋼牛腿在主跨側(cè)和邊跨側(cè)各設(shè)置兩套斜拉索錨箱構(gòu)造鋼錨梁作為斜拉索錨固結(jié)構(gòu)，設(shè)置在塔柱中。鋼錨梁為箱形結(jié)構(gòu)，由底板、腹板、端承板、錨墊板、錨下主副支撐板、加勁肋等組成（如圖4所示）。根據(jù)以往單斜拉索鋼錨梁的制造經(jīng)驗(yàn)，鋼錨梁制造的關(guān)鍵點(diǎn)是控制錨頭單元的平行度、角度及底板平面度。

3 鋼錨梁、鋼牛腿制造工藝技術(shù)

3.1 鋼錨梁制造工藝技術(shù)

鋼錨梁制造工藝及關(guān)鍵控制技術(shù)主要如圖2所示。

3.1.1 零件制作工藝及關(guān)鍵控制技術(shù)

（1）腹板：腹板是錨箱的關(guān)鍵受力零件，下料時(shí)采用數(shù)控火焰精密切割，再精確劃線加工邊緣的工藝方法，腹板拉板劃線的準(zhǔn)確度和加工精度對(duì)錨箱整體組裝精度有著直接的影響，由于用于整體組焊的定位線與邊緣加工線同時(shí)劃出（劃線時(shí)考慮焊接收縮量）。通過(guò)精確劃線，把錨墊板的角度和錨固點(diǎn)中心坐標(biāo)鎖定在偏差允許范圍內(nèi)。[1]

其制造工藝流程主要為：下料→矯正→坡口加工→劃線卡樣→鉆孔→精確劃線

腹板制作過(guò)程中的關(guān)鍵控制技術(shù)主要有：

下料時(shí)采用數(shù)控火焰精密切割，并用趕板機(jī)矯平，嚴(yán)格控制平面度。

卡樣鉆孔時(shí)以機(jī)加工邊及中軸線為基準(zhǔn)，劃線時(shí)兩端孔間距加收縮量。

精確劃線，劃線時(shí)以中軸線及機(jī)加工邊緣線為基準(zhǔn)，將錨墊板、錨座板、錨索中心線及錨頭腹板定位線一并劃出用樣沖標(biāo)記。劃線后打?qū)懛较驑?biāo)記，兩塊側(cè)面拉板要成對(duì)劃線。如圖3所示。

（2）底板：底板也是鋼錨梁中重要的零件之一，該零件主要控制的是四個(gè)橢圓孔的相對(duì)位置尺寸，由于數(shù)控切割機(jī)不能實(shí)現(xiàn)帶有傾角的四個(gè)橢圓孔同時(shí)切割，為此采用精確劃線后分別編程切割的方法。

（3）其余零件。鋼錨箱其余零件相對(duì)簡(jiǎn)單，文中不再一一敘述。

3.1.2 錨頭單元組焊工藝及關(guān)鍵控制技術(shù)

錨頭單元件由承壓板、錨頭隔板、錨座板組成。錨頭單元重點(diǎn)控制錨座板的平面度。如圖4所示。錨頭單元整體組焊后機(jī)加工端面，確保了錨座板的平面度。其加工尺寸精度是靠數(shù)控鏜床本身的精度控制的，是可靠的。

錨頭單元的主要制造流程為：劃線→組裝→焊接→修整→無(wú)損檢測(cè)→二次組裝→焊接→修整→劃線→機(jī)加工錨頭單元組焊時(shí)的關(guān)鍵控制技術(shù)主要有：

劃線時(shí)在平臺(tái)上精確劃線組裝，兩錨頭腹板間用卡具定位，同時(shí)確保腹板、錨座板的與側(cè)面拉板連接邊在同一個(gè)平面內(nèi)。

組裝為精確組裝錨座板與錨頭腹板，保錨頭腹板與錨座板垂直度，用樣板檢測(cè)垂直度合格后方可焊接。

焊接時(shí)必須采用CO2氣體保護(hù)焊對(duì)稱施焊，錨墊板與側(cè)面拉板間的熔透坡口角焊縫采用反變形以減少變形。

錨頭單元組焊修完成后，立體劃線，利用銑床加工錨座板外平面及兩側(cè)承壓板，以保證錨座板與錨墊板的密貼及錨頭寬度。

3.1.3 整體制造工藝及關(guān)鍵控制技術(shù)

（1）腹板與錨頭組裝：將腹板置于平臺(tái)上，嚴(yán)格按腹板單件制作時(shí)所劃線組裝。為確保焊縫質(zhì)量，錨頭單元先行焊在側(cè)面拉板上。用直探頭與斜探頭探傷檢測(cè)焊縫質(zhì)量。注意兩側(cè)錨座板角度不同。

（2）組裝底板單元：將底板置于平臺(tái)上，精確劃線，將修整滿足要求的腹板與錨頭箱體部分及端承板、內(nèi)隔板組裝到底板上。保證錨頭單元橢圓孔中心與底板橢圓孔中心同在錨索中心線上。

（3）組裝鋼錨箱頂板及外側(cè)加勁板。

（4）組裝其他組焊件及錨墊板：為確保施焊空間，依次組焊錨梁加勁板。

（5）機(jī)加工鋼錨梁底面：為保證鋼錨梁錨點(diǎn)的幾何尺寸精度，對(duì)鋼錨梁底面與牛腿結(jié)合部利用鏜床對(duì)底面進(jìn)行機(jī)加工，這樣可以有效的控制四個(gè)錨點(diǎn)的相對(duì)高度及后期與牛腿結(jié)合部位的平面度。如圖5所示。

整體組焊是鋼錨梁制作的關(guān)鍵工序，制造時(shí)重點(diǎn)控制的項(xiàng)點(diǎn)是：錨頭單元的錨墊板與側(cè)面拉板軸線夾角即腹板角度、錨墊板錨孔坐標(biāo)即錨固點(diǎn)坐標(biāo)值和箱體斜方尺寸。為此采取了以下關(guān)鍵控制技術(shù)：

組裝時(shí)保證側(cè)面拉板邊緣與胎型定位擋角密貼，其間隙控制在不大于0.5mm，用平尺檢測(cè)錨座板邊緣及腹板邊緣與側(cè)面拉板上的腹板角度標(biāo)記線使其重合，其誤差控制在不大于0.5mm。

由于定位焊后的錨箱整體剛度較小，焊接時(shí)將錨頭腹板與側(cè)面拉板的焊縫用CO2保護(hù)焊對(duì)稱施焊3～4道打底焊后翻身出胎，在焊接平臺(tái)上完成焊縫的焊接。

合理的組裝和焊接順序能夠最大程度的減小焊接變形和焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生，由于錨箱焊縫均采用坡口較大的熔透焊接，焊接變形和焊后殘余應(yīng)力不可忽視，因此在焊接過(guò)程中處采用變形較小的CO2保護(hù)焊對(duì)稱施焊外，還要邊焊接邊修整以減小焊接變形和焊后殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。

3.2 鋼牛腿制造工藝和關(guān)鍵控制技術(shù)

鋼牛腿是鋼錨梁的支撐結(jié)構(gòu)，每個(gè)鋼錨梁直接支撐在鋼牛腿蓋板上。鋼牛腿由牛腿蓋板、牛腿底板、牛腿支撐板、加勁肋、塔壁預(yù)埋板及橫向限位擋塊等構(gòu)造組成。如圖6所示。制造時(shí)主要控制牛腿頂板平面度及牛腿預(yù)埋板平面度。[2]

鋼牛腿制作的主要工藝流程為：板材預(yù)處理→精切下料→零件加工→組焊預(yù)埋鋼板單元、托架單元→組焊托架與座板→焊接連接接件→焊剪力釘

3.2.1 零件制造

（1）下料：對(duì)于不規(guī)則零件采用數(shù)控切割下料，下料時(shí)注意預(yù)留機(jī)加工量。

（2）加工四氟板嵌入槽：座板、加勁板等板件焊接邊、墊塊表面等均采用機(jī)加工。嚴(yán)格控制預(yù)埋鋼板長(zhǎng)度公差。

（3）鉆孔：牛腿頂板、預(yù)埋鋼板均采用數(shù)控鉆孔。

3.2.2 組焊板單元

（1）組焊預(yù)埋鋼板單元。以橢圓長(zhǎng)軸為基準(zhǔn)劃加勁板位置線，然后組焊加勁板以及剪力釘（托架相對(duì)位置剪力釘暫時(shí)不焊，待兩者組焊完成后焊接）。修整時(shí)要確保預(yù)埋鋼板平面度。如圖7所示。

（2）組焊牛腿頂、底板單元。組焊加勁板以及內(nèi)撐板時(shí)必須都以座板孔為基準(zhǔn)劃線組焊。

3.2.3 整體制作（如圖8所示）

（1）組焊預(yù)埋壁板與頂?shù)装鍐卧Ｒ灶A(yù)埋鋼板橢圓孔位置為基準(zhǔn)精確劃線組裝頂?shù)装鍐卧?。補(bǔ)焊剪力釘。

（2）組焊其余組焊件及拉索護(hù)管。以橢圓孔長(zhǎng)短軸為基準(zhǔn)劃線組裝連接板及四氟板鑲嵌板、整體組焊修后機(jī)加工兩頭。

4 結(jié)語(yǔ)

本文中商合杭鐵路蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋鋼錨梁、鋼牛腿的制造，是總結(jié)和改進(jìn)了以往生產(chǎn)鋼錨梁的制造經(jīng)驗(yàn)，在制造過(guò)程中加強(qiáng)了對(duì)零件下料、加工和組裝時(shí)的精度控制，制定了合理的焊接順序和焊接參數(shù)，這些都是對(duì)控制幾何尺寸精度、減小焊接和修整變形、提高單元生產(chǎn)及整體組裝效率起到重要作用。實(shí)際生產(chǎn)表明，鋼錨梁、鋼牛腿的制造工藝能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚遠(yuǎn).跨海大橋鋼錨梁及鋼牛腿制造工藝研析[J].山西建筑.2013（15）：150-151.

[2]張平.鴨綠江大橋鋼錨梁及鋼牛腿制作精度控制技術(shù)[J].鋼結(jié)構(gòu).2014，29（7）：64-66.