淺談鋼箱梁制造線形控制技術

王敏杰 康開勝 戚海敏 馬有清 蘇成中

摘 要：本文結合漚麻坑大橋鋼箱梁的工廠制造，介紹了鋼箱梁整體拼裝過程中線形和鋼箱梁整體幾何尺寸的控制方法和經(jīng)驗。

關鍵詞：鋼箱梁;制造;線形控制

目前，我國公路建設橋梁建設用鋼顯著，尤其鋼結構箱型橋梁跨越能力強、適合工廠化組拼制造、便于運輸、安裝施工速度快和修復及更換容易、抗扭剛度大、整體性能好、施工時對環(huán)境影響小等特點，應用最為廣泛。

目前我國鋼箱梁在公路橋梁中應用越來越多，如何在工廠制造時控制好鋼箱梁的空間線形和整體幾何尺寸成為現(xiàn)實問題。本文通過工廠制造中遇到的問題和對制作過程的總結，對鋼箱梁制造線形和幾何尺寸控制技術予以介紹。

1 項目簡介

漚麻坑大橋鋼全長547m。項目橋梁第四聯(lián)采用鋼-混組合梁，左幅、右幅鋼箱梁長度各為120m。橋面位于右偏圓曲線R=1200、R=3000m上，縱斷面位于豎曲線R=25000、R=33334.132m上，橋面橫坡為2%。

2 鋼箱梁制造過程

2.1 基本概念

橋梁主梁結構在設計、制造和施工的不同階段主要涉及到以下幾個不同的線形概念

設計線形：是指橋梁在設計圖紙上的理論成橋線形。

成橋線形：是指橋梁整體施工完成后所需要達到的目標線形。

安裝線形：主梁在吊裝過程中各新安裝梁段自由端定位標高連接而成的線形。

制造線形：主梁在制造過程中零應力狀態(tài)下的線形。

2.2 制造方法

本項目采用大節(jié)段整拼制造方法，大節(jié)段整拼裝采用多節(jié)段連續(xù)匹配拼裝方案，并嚴格控制長度、寬度、對角線差等關鍵項點。保證相鄰主梁之間的順利連接，綜合考慮拼裝方案及工藝等各方面因素，整體拼裝要在專用拼裝胎架上完成。

胎架基礎要有足夠的承載力;胎架要有足夠的剛度;胎架設置定位措施，避免拼裝過程中移位;標高必須進行測平;定位墩間預留焊接收縮量;需要在胎架上以及胎架外設置縱基線和橫基線和基準點。

2.3 鋼箱梁制作步驟

鋼箱梁制作方法流程如下：胎架、地標的制造→底板單元上胎定位→橫隔板單元、支座隔板單元定位裝配→T型梁單元上胎定位→焊接腹板與隔板、底板之間的焊縫→梁段焊接、校正→安裝臨時吊耳→余量切割→臨時連接件等裝焊→裝焊栓釘→其它附件裝焊→節(jié)段分離→各種標記、標識制作與保護。

（1）劃制地樣線、胎架布置

根據(jù)技術中心提供的《節(jié)段總裝胎架布置及地樣圖》的要求，劃制地樣線。胎架與地面預埋鐵剛性連接，模板采用邊角料下料，模板安裝必須先用水準儀測好標高后再焊接模板。

（2）整體拼裝

底板單元件上胎架→橫隔板單元件定位、點焊→T型梁單元件上胎架定位、點焊→組裝支點隔板單元→組裝下一件腹板單元件→按照同樣的方法拼裝其他箱體→拼裝端頭板，安裝橋面剪力釘→整體拼裝矯正要點→節(jié)段端口余量切割→節(jié)段標記。

3 誤差來源

根據(jù)該項目生產(chǎn)制造過程中分析，可將其歸納為四大類，即荷載變化、結構材料特性及幾何差異、周圍環(huán)境影響等。影響橋梁結構整體拼裝制造產(chǎn)生誤差的敏感性參數(shù)主要包括：

（1）恒載和結構材料特性：由于材料容重以及截面尺寸誤差所造成的鋼箱梁自重誤差、鋼材材質不同所導致的彈性模量的差異、截面剛度差異以及由于鋪裝材料的容重和厚度所造成的二期恒載集度的差異等;

（2）鋼箱梁支撐邊界：小節(jié)段組拼時胎架支撐和大節(jié)段總拼時鋼墩支撐理想無應力狀態(tài)與實際鋼箱梁自重影響制造的區(qū)別;

（3）環(huán)境溫度：由于環(huán)境變化而導致的鋼箱梁結構溫度的變化;

（4）施工臨時荷載：由于施工需要而設置的焊接設置以及材料的堆放而引起的荷載集度以及位置的變化，橋面臨時所設的生活區(qū)設置等。

在制造階段所引起與結構本身有關的例如荷載及材料特性等都將直接影響所設置的制造線形，故有必要對于此類誤差進行制造線形的修正。

4 制造線形及幾何尺寸控制

拼裝在專用胎架上進行，胎架設置箱梁、連接梁定位裝置及縱向橫向基線，拼裝除控制長度、寬度及對角線差外，還需注意利用牙板調(diào)整好鋼梁預拱度。三維制圖放樣統(tǒng)籌考慮平面曲線、立面曲線、縱坡、橫坡及預拱度;采用成熟的焊接技術、焊工培訓持證上崗、加強過程控制，嚴格工藝紀律，提高梁段制造及組裝的焊接質量。采用反變形總裝胎架、采用預拼裝專用調(diào)節(jié)鋼墩、采用專用檢測鋼帶、激光經(jīng)緯儀、全站儀等檢測手段，保證梁段組裝及預拼裝線型與成橋線型一致。

4.1 整體拼裝胎架的設計

（1）總拼胎架的混凝土支撐梁

胎架基礎支撐梁按照順橋向布置，依據(jù)鋼箱梁的單節(jié)段最大重量、鋼箱梁總拼后整體重量和實際的土壤承載力設計混凝土梁，在最大承載情況下最大沉降不得超過3mm。支撐梁的長度要與鋼箱梁的長度等長或者略長于鋼箱梁。

（2）胎架鋼結構支撐體系

橫梁、縱梁和牙板構成共同組成鋼箱梁總拼胎架。橫梁通過支墩與地梁的預埋板連接，所有的支撐橫梁必須布置在鋼箱梁的橫隔板位置。縱梁主要控制胎架水平剛度和穩(wěn)定。牙板起承載鋼箱梁重量的作用。牙板通常采用上下兩塊搭接的形式，搭接高度應大于100mm，這樣便于高程的調(diào)整。

4.2 測量控制網(wǎng)的設計

在鋼箱梁總拼胎架的四周布置測量控制網(wǎng)。高程控制網(wǎng)用水平儀測量監(jiān)控，直線度和橫向尺寸用經(jīng)緯儀測量控制。

4.3 焊接收縮對鋼箱梁制造線形、幾何尺寸的影響和控制辦法

（1）預留焊接收縮量的考慮

全熔透對接焊縫，t≦20mm時，焊縫的收縮量平均值約為2.5mm。全熔透角焊縫，在焊接過程中背面需要進行碳弧氣刨清根，因此在考慮焊縫收縮量時，不僅要考慮返修，而且要在普通對接焊縫的基礎上乘以1.4～2.0以保證留有足夠的焊縫收縮量。

（2）焊接順序的選定

按照由中間向兩邊，由下而上的原則。

①橫隔板的立位對接

上下搭接：完成定位后要進行立位對焊，橫隔板與底板的接板用活馬板支撐，橫隔板在焊接過程中可以橫向自由收縮。

整體構造：橫隔板定位后立位對接焊縫要采用剛度較大的加長馬板強制約束焊接收縮，先對橫隔板靠近上部的1/3部位進行焊接，然后再焊接其下相鄰的1/3部分，最后焊余下部分，退焊方法可以減小焊接收縮量，退焊分段越多，焊接收縮量越小。

②頂板單元的縱向對接

先將相鄰的兩塊板單元進行預拼裝，完成焊接后再吊放到梁段上組裝。

搭接構造：頂板單元定位后縱向對接縫預留焊接收縮量焊接并用活馬板支撐，不允許焊接。

整體橫隔板結構：先將頂板單元吊裝到橫隔板上，確保與橫隔板密貼。焊縫兩側劃檢查線將板單元頂起，使U形肋兩側與橫隔板有不小于3mm的間隙，在兩條檢測線間增加焊縫收縮量然后馬板定位和焊接。完成縱向對接焊縫的焊接后，再將板單元放到位，完成與橫隔板的焊接。

5 結論

在已經(jīng)完工的漚麻坑大橋鋼箱梁，在制造過程中采用了上述的線形控制方法，滿足《公路橋涵施工技術規(guī)范》以及滿足鋼箱梁驗收規(guī)范。

參考文獻：

[1]冼尚鈞.大節(jié)段鋼箱梁線形控制關鍵技術研究[D].華南理工大學

[2]曾維弦.大型鋼箱梁制造線形和尺寸精度控制技術[J].現(xiàn)代制造

作者簡介：

王敏杰（1987-），男，陜西省西安市，本科，武漢大學，工程師，工程管理。