鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接及焊后檢測

（福建省交設(shè)工程試驗檢測有限公司，福建 福州 350000）

鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用范圍非常廣泛，它具有跨度大、造型豐富和工期短等特點。在鋼結(jié)構(gòu)中，焊接是非常重要的，尤其是關(guān)鍵部位的焊接。可以說，焊接質(zhì)量的好壞直接影響到整個工程的質(zhì)量?？墒窃诂F(xiàn)場施工時，受人為和外界等因素的影響，焊接工藝施工人員在進行橋梁鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接時，其工藝質(zhì)量是無法得到有效的保障，這不僅影響了鋼結(jié)構(gòu)箱梁的安全堅固性，甚至?xí)绊懻麄€橋梁的安全可靠性。因此，為了有效地保證橋梁鋼結(jié)構(gòu)的堅固牢靠性和橋梁整體的安全可靠性，須提高鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量及焊后檢測水平。所以，加強對鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接及焊后檢測問題研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 項目介紹

安海灣特大橋橫跨晉江東石鎮(zhèn)與南安石井鎮(zhèn)之間的安海灣，橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度為33 m，凈空高度為5 m，縱坡2.36%（主橋部分），橋面橫坡2.5%，設(shè)計洪水頻率：1/300（相應(yīng)水位 4.72 m）。安海灣特大橋采用混合梁連續(xù)剛構(gòu)橋，鋼箱梁吊裝段長度為103 m，上下行分幅布置。

全橋梁寬 33.0 m。鋼箱梁單幅寬 16.25 m，底板寬度7.65 m，跨中 103 m 范圍梁高在鉛垂方向按 2 次拋物線變化，鋼箱梁梁高范圍 4.535 m～5.869 m。鋼箱梁梁段劃分：從鋼砼結(jié)合段工地連接處起沿橋梁里程樁方向分為 A、B、C、D、E、D、C、B、A 9 個梁段。梁段長度分別為 11 m、12 m、12 m、12 m、9 m、12 m、12 m、12 m、11 m。

A梁段應(yīng)分先行端和后行端進行設(shè)計，A梁段先行端縱向長度按鋼混結(jié)合處理論線進行設(shè)計，與鋼砼結(jié)合段進行工地連接，頂板、底板、腹板都通過焊接進行鏈接，頂板加勁、底板加勁、腹板加勁、縱隔板通過高強螺栓來鏈接。A梁段后行端頂、底、腹板采用工地后焊的嵌補段進行連接，A梁段后行端頂、底、腹板與鋼砼結(jié)合段各自預(yù)留 250 mm作為后焊調(diào)節(jié)的嵌補段進行連接。A梁段后行端頂、底、腹板加勁及縱隔板與鋼砼結(jié)合段采用高強螺栓連接。

2 鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接技術(shù)要求

2.1 鋼箱梁焊接

在鋼箱梁制造過程中，焊接工藝的選擇是焊接質(zhì)量保障的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[1]。該工程項目要求所有類型的焊接在實施之前都要先進行工藝評定，結(jié)合評定結(jié)果選擇合適的焊接工藝。在焊接工藝評定時注意評定試驗條件要與項目工程的構(gòu)造鏈接對應(yīng)，焊縫技術(shù)力學(xué)性能必須高于母材料標(biāo)準(zhǔn)值。除此之外，鋼箱梁焊接技術(shù)還要滿足工程項目招標(biāo)文件中所要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，符合國家相關(guān)要求和規(guī)定。在選擇焊接材料時要使用和母材料相適應(yīng)的焊條、焊劑與焊絲，符合電弧焊相關(guān)技術(shù)要求，CO2氣體保護焊的氣體純度不小于99.5%。

在該項目中，鋼箱梁梁段采用全焊結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)焊縫量大，造成的焊接變形與殘余應(yīng)力不可忽略。在鋼箱梁梁段制作時，應(yīng)在保障焊縫質(zhì)量的基礎(chǔ)上使用焊接變形小的焊接工藝，盡可能地使用CO2氣體保護焊。L梁段側(cè)面圖如圖1所示。

圖1 L梁段側(cè)面圖

頂板、底板與腹板對接焊縫都是I級熔透焊縫，在焊接工藝選擇時注意焊接變形的控制，盡可能地采用變形小的坡口。

頂板板單元在制作加工時，下料前采用鋼板矯正機矯正，去除鋼板內(nèi)殘余應(yīng)力，U 肋建議采用熱軋制造，U 肋必須達到設(shè)計規(guī)定的角度，直線度、扭曲度要求。

"U”形加勁肋需要先進行工藝試驗，然后在進行冷加工制作。在制作時圓角邊緣要完好，不能出現(xiàn)裂紋。在進行焊接前需要先對內(nèi)側(cè)進行涂裝，同時手工自由切割處也要做好打磨，確保表面平整。邊緣焊縫和對接焊縫需要打磨平整。另外，對于一些臨時使用螺栓孔洞的，施工完成以后還要用螺栓進行封堵。

橫隔板和頂板、"U”形加勁肋之間的組裝間隙要小于1.0 mm，兩者之間使用角焊縫焊接方式，從頂板到U肋使用連續(xù)焊到弧形缺口端部。在U肋和頂板交接處80 mm內(nèi)不能起息弧。橫隔板和U肋之間的焊縫在和弧形缺口50 mm范圍內(nèi)在橫隔板上久5 mm的雙面坡，按1∶8進行平順過渡。同時弧形缺口端部圍焊時需要進行打磨，確保勻順。

2.2 鋼箱梁梁段組拼焊接

鋼箱梁加工單位應(yīng)該學(xué)習(xí)和吸收國外類似橋梁加工的經(jīng)驗，針對該項目提出切實可靠的鋼箱梁組拼方案。該項目組拼方案內(nèi)橫隔板和頂板、U肋都不能使用仰角焊接。

鋼箱梁段之間的焊接需要在邊跨合龍完成后進行，并對先行端鋼砼結(jié)合段和后行端鋼砼結(jié)合段懸臂端口的位移和斷面傾角進行實測，并在拼裝現(xiàn)場對梁段進行稱重，并重新計算吊裝后線形，以方便根據(jù)實測數(shù)據(jù)在梁段之間的焊接時對線性進行調(diào)整，以保證合適的吊裝線形。

整體組焊完成后，按精度要求檢測梁段幾何尺寸，然后進行涂裝等后續(xù)作業(yè)。在進行吊裝梁拼裝時，應(yīng)將考慮鋼梁自重問題以及焊接收縮等所造成的問題，提高拼裝精度。

在進行鋼砼結(jié)合段焊接操作時，應(yīng)在鋼梁確定位置后，先把高強螺栓擰緊，然后再進行兩端接口頂、底、腹板、嵌補段的焊接。A梁段和鋼砼結(jié)合段在工地連接之后，頂板、底板和腹板都使用焊接連接；橫隔板使用實腹式構(gòu)造，板厚為12 mm，和縱隔板、底板、腹板、上橫肋之間均以焊接方式進行連接。

2.3 箱梁普通鋼筋焊接

箱梁底板上、下層的定位鋼筋下端必須與最下面的鋼筋焊接牢固；鋼筋與預(yù)應(yīng)力管道沖突時，只能小范圍挪動，不得切斷或去除鋼筋。

如果鋼筋長度大于設(shè)定長度，在施工中可以考慮使用焊接、綁扎等模式進行接長。在進行接長操作時要避開鋼筋應(yīng)力較大的位置，根據(jù)施工技術(shù)要求進行錯接操作。

在對受力主鋼筋進行接長操作時，要注意錯開布置，注意控制長度區(qū)域范圍內(nèi)接頭受力鋼筋面積占比。在該項目中，要求使用綁扎操作時，受力鋼筋截面小于總面積的25%；使用焊接、連接器等模式時，受力鋼筋截面要小于總面積的一半。另外，使用綁扎操作時，搭接長度必須大于或者等于40倍鋼筋植筋；使用焊接操作時必須使用雙面焊，且焊縫長度要控制在最少5倍的鋼筋直徑。

該項目在進行柱鋼筋接長操作時使用的是電渣壓力焊。在焊接前需要對鋼筋保護膜與接長位置進行清理，進行鋼筋安裝時應(yīng)上下同力，要求接頭彎折角度小于或者等于4 °，軸線偏移要控制在1/10的鋼筋直徑范圍內(nèi)，且要控制在0～2 mm。在焊接操作完成之后，還要按照規(guī)定對彎折、偏心、燒傷等問題進行檢查。如果發(fā)現(xiàn)焊接不能達到要求時就需要進行切除重焊。

3 鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接質(zhì)量控制

鋼箱梁焊接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到鋼箱梁的受力安全與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。所以，要提高鋼結(jié)構(gòu)項目的整體質(zhì)量，就必須加強對焊接操作的管理，重視焊接變形控制，采取合理的焊接工藝，制定完善的質(zhì)量控制措施。

3.1 盡量采用平焊與單面焊

在鋼結(jié)構(gòu)箱梁節(jié)段拼裝焊接操作中，受重力影響，在進行頂板、底板下部仰焊時焊水不能堆積在一起，所以焊接質(zhì)量無法保障。尤其是在底部下部空間較小位置操作時，受空間限制人工不能進行下部仰焊，通常采用瓷片做下墊將仰焊變?yōu)槠胶?。平焊與單面焊的焊接質(zhì)量更高，所造成的焊接變形量和殘余應(yīng)力也更小。因此，在該工程項目中，鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接時，盡量采用平焊和單面焊，少使用仰焊。

3.2 焊接過程變形控制

焊接過程的變形控制包括頂?shù)装鍖雍负褪湛s變形控制、T形肋和頂?shù)装迤驴诮墙雍缚p變形控制。

3.2.1 頂?shù)装鍖雍负褪湛s變形控制

頂?shù)装鍖邮褂玫氖荂O2氣體保護焊和埋弧自動焊結(jié)合的方式。在采用CO2氣體保護焊時，要注意弧板處的根部縮孔與弧坑裂紋，避免出現(xiàn)反面成型差、間隙不均勻等問題。在焊接操作過程中要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進行操作，息弧處要加快接頭速度，或者回焊要在20 mm以上。對于焊接間隙過大或者過小的問題可以使用前推或者拉的運條方式來解決。在焊接第一道埋弧自動焊結(jié)束后還需要去除內(nèi)襯，避免焊縫金屬滴下影響焊道厚度。在第一道打底焊道焊接結(jié)束且焊縫溫度降低之后再去除引弧板，避免焊接變形。對接焊輔助調(diào)解裝置如圖2所示。

3.2.2 T形肋和頂?shù)装迤驴诮墙雍缚p變形控制

在本建設(shè)項目中，根據(jù)頂板和底板的厚度，按照焊縫有效厚度不小于0.8倍T形肋板厚度來操作，同時在焊接時要注意不能出現(xiàn)燒穿的問題，焊接結(jié)束后還要對焊縫進行超聲波檢測。在該項目中采用了如圖3所示的焊接反變形胎架。

在焊接操作時，工件在上述反變形胎架的支撐下進行焊接，整體板塊使用同向焊接模式，通過焊槍角度調(diào)整和焊絲推送確保坡口根部熔合性良好，保證焊縫表面成型質(zhì)量。

橫隔板使用整體隔板模式，在長度方向使用立位對接模式，寬度方向使用仰橫位對接接頭模式。立位于仰橫位對接橫隔板厚度為12 mm，使用單面焊雙面成型模式。橫隔板三維圖如圖4所示。

4 鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接質(zhì)量保障措施及焊后檢測

4.1 場內(nèi)制作和無損檢測

主梁制造梁段間工廠連接使用的是以焊接為主的栓焊組合方式：頂板、腹板及其加勁肋、底板及其加勁肋均采用焊接，以增加主梁密閉性，外表光滑美觀。頂板 U 肋采用栓 接，以避免仰焊。焊接工作要按照工藝要求來進行，焊條、焊接需要先進行烘干，CO2氣體不能低于99.5%。焊接操作時要按照由中間向四周、先豎后橫的順序進行。對稱焊縫需要2個焊工同時進行，在操作上需要先進行受拉區(qū)域焊接后進行受壓區(qū)域焊接。主體內(nèi)部焊接時需進行對稱焊，并按照先豎角縫、后平角焊；先縱向后橫向的順序進行。在進行腹板和頂?shù)装搴附訒r應(yīng)保證密貼，組裝焊間隙要小于5 mm。

圖2 對接焊輔助調(diào)解裝置

圖3 焊接反變形胎架

鋼箱梁的無損檢測方式有多種，如射線檢測、磁粉檢測以及超聲波檢測等[2]。無損檢測也是鋼箱梁焊接質(zhì)量檢測的有效方式。在進行射線檢測前，需要先對焊縫的外觀質(zhì)量進行檢查，按照GB 3323—87標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，驗收等級為ABII級。射線對人體的傷害較大，所以在進行射線檢測時一定要做好防護設(shè)施，在專職安全監(jiān)督下進行操作。磁粉檢測時要保證觸頭的干凈，與檢測面的接觸良好。同時還要防止電弧與局部過熱問題。超聲波檢測是鋼箱梁無損檢測中最主要、最常用的一種檢測方式[3]。在進行超聲波無損檢測時，要注意設(shè)備的效驗、缺陷類別的區(qū)分、位置與長度的確定、非缺陷回波的分析。在超聲波無損檢測過程中，操作人員應(yīng)結(jié)合實際情況來確定回波聲程，對波屏上的回波進行分析和判斷，做好探傷工作。

4.2 現(xiàn)場安裝與檢測

鋼箱梁的現(xiàn)場安裝包括施工測量、拼接吊裝控制、焊接控制（無損檢測）和安全控制4個部分。

施工測量控制主要對橋梁線行、支座位置等進行檢測，確定實際坐標(biāo)，并將其與設(shè)計坐標(biāo)進行對比和調(diào)整。按照現(xiàn)場箱梁位置建立測量控制網(wǎng)，對箱梁的中心位置、支座位置和尺寸等進行檢測。

在拼接吊裝控制時，需要先確定吊裝順序，再確定吊裝方案。鋼箱梁段到達現(xiàn)場后，在地面胎架上進行位置調(diào)整，確定無誤后就開始進行焊接操作。拼接吊裝要按照已經(jīng)制定的方案進行，合攏時按照自上而下的順序垂直進檔，避免梁體變形。吊裝控制會對后面的焊接質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。

在焊接控制中，合攏段斷口梯段退位方向和對接借口方向要相反，同時，在一端要留調(diào)整余量，在合攏結(jié)束后可以進行精確調(diào)整。合攏口的焊接需要2組焊工同時進行。焊接工藝的檢測和場內(nèi)相同。

安全控制貫穿于鋼箱梁工程的整個過程，在吊裝環(huán)節(jié)還應(yīng)配置專職安全員，閑雜人員不能進入。

圖4 橫隔板三維圖

5 結(jié)論

焊接工作貫穿于鋼箱梁制造和安裝的整個過程，對鋼箱梁整體工程質(zhì)量具有直接影響。因此，建設(shè)施工單位應(yīng)重視鋼箱梁焊接及焊后檢測工作，為整體項目的順利實施提供保障。