C形焊縫+部分索力張拉調(diào)節(jié)梁段高差分析

趙軍

（中交二公局第一工程有限公司，湖北 武漢 430015）

1 C 形焊縫、索力張拉應(yīng)用概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁也逐漸開(kāi)始應(yīng)用C 形焊縫以及索力張拉來(lái)有效調(diào)節(jié)梁段高差。在面對(duì)梁段高差比較大、一字梁焊接較困難的問(wèn)題時(shí)，可以采用C 形焊縫進(jìn)行焊接，一字梁進(jìn)行定位連接。其操作過(guò)程為：先初張斜拉索，張拉完成后橋機(jī)卸載調(diào)節(jié)高差；一字梁與箱梁接觸位置改為豎向鋼板，可更好地貼合箱梁線(xiàn)形變化，便于焊接。而對(duì)于梁段剛度較小的情況，在斜拉索初張過(guò)程中，底板縫寬變化較明顯，待吊裝梁段底口嵌入已吊裝梁段時(shí)，嚴(yán)格按照監(jiān)控指令進(jìn)行索力調(diào)整，并在底板處設(shè)置限位板，防止待吊裝梁段底口嵌入已吊裝梁段或底板焊縫過(guò)寬。

2 橋梁工程實(shí)例

2.1 工程概況

某橋梁主橋?yàn)?110+185+580+185+110)m 雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。主梁采用流線(xiàn)型扁平鋼箱梁斷面，索塔采用門(mén)形主塔，斜拉索采用扇形布置，在外側(cè)通過(guò)錨拉板錨固。

主橋位于半徑25000m 的豎曲線(xiàn)上，豎曲線(xiàn)中心位于主跨中心位置，將2%的縱坡設(shè)置在橋梁兩側(cè)。主橋平面位于直線(xiàn)段。

主橋采用半漂浮體系，在索塔、輔助墩、過(guò)渡墩處設(shè)有豎向支座，將橫向抗風(fēng)支座和縱向阻尼裝置布設(shè)在索塔處。

鋼箱梁梁高4m 左右，橋梁全寬46m(含風(fēng)嘴)，橋面寬度43.5m。拉索橫向間距41.5m，將行車(chē)道范圍設(shè)置在拉索之間，將檢修道范圍設(shè)置在拉索外側(cè)，將2.5%雙向排水坡布設(shè)在橋面橫向位置[1]。南、北主塔主跨側(cè)分別設(shè)有15 對(duì)斜拉索，斜拉索索距18m。具體如圖1 所示。

圖1 主橋跨徑立面布置圖（單位：m）

2.2 鋼箱梁概況

根據(jù)制造及施工需要，將全橋鋼箱梁分成A—G共8 種類(lèi)型，共69 個(gè)節(jié)段；標(biāo)準(zhǔn)梁段總共58 個(gè)節(jié)段，長(zhǎng)度為18m，最大吊重大約為428t，一般選擇橋面吊機(jī)吊裝。梁段間工地接縫除頂板U 肋采用高強(qiáng)度螺栓連接外，其余都選擇焊接完成[2]。

首件鋼箱梁吊裝選取151#塔區(qū)2#段，節(jié)段長(zhǎng)18m，梁段設(shè)計(jì)重量428t，采取橋面吊機(jī)進(jìn)行吊裝施工。

圖2 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：m）

3 C 形焊縫

3.1 選擇試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料可以選擇CR3、CR340 進(jìn)行組合，材料厚度分別選擇0.8mm、2.1mm 以及0.65mm、2.6mm，鍍鋅層均為HD60G60G，通過(guò)C 形焊縫試樣來(lái)完成焊接工作，并對(duì)焊縫外形、金相、搭接間縫與焊縫質(zhì)量之間的關(guān)系以及剪切拉伸試驗(yàn)的相關(guān)力學(xué)性能進(jìn)行具體分析。

3.2 C 形焊縫開(kāi)口方向及圓弧直徑

研究上薄板、下厚板的情況下C 形焊縫開(kāi)口方向與焊縫力學(xué)性能之間的關(guān)系，并注意區(qū)分焊縫受上板力的方向。根據(jù)試驗(yàn)可知，在彈性變形階段，初期斜率比較小，接著荷載逐漸上升；當(dāng)處于屈服階段時(shí)，荷載稍有波動(dòng)；當(dāng)達(dá)到屈服極限數(shù)值時(shí)就會(huì)出現(xiàn)斷裂，此時(shí)荷載值最大，緊接著呈現(xiàn)直線(xiàn)下滑趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，不同開(kāi)口方向可承受最大剪切力依次為4.64kN、4.79kN，數(shù)值基本相差3%。因此，C 形焊縫開(kāi)口方向與焊縫力學(xué)性能不存在明顯關(guān)系，即表現(xiàn)出顯著的各向同性。所以，在實(shí)踐應(yīng)用時(shí)，不需要將焊縫開(kāi)口方向考慮其中[3]。

過(guò)往研究數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)激光焊縫強(qiáng)度為22.5mm時(shí)基本與點(diǎn)焊強(qiáng)度等同。將焊縫長(zhǎng)度22.5mm 維持不變，進(jìn)而確定C 形焊縫圓弧直徑與焊縫力學(xué)性能之間的關(guān)系。焊縫圓弧直徑分別為5.5mm、6.0mm，兩種焊縫可承受最大剪切力分別為4.79kN、4.25kN。試驗(yàn)結(jié)果顯示，5.5mm 的圓弧直徑力值高12.7%，兩個(gè)不同圓弧直徑的焊縫位移分別為3.0mm、3.05mm，幾乎一模一樣。通過(guò)比較得知，22.5mm 保持不變，通過(guò)C 形激光焊縫從薄板到厚板進(jìn)行焊接工作，圓弧直徑為5.5mm 的力學(xué)性能更好。所以，將C 形焊縫方向統(tǒng)一，圓弧直徑控制在5.5mm 即可。

3.3 不同間隙與焊縫力學(xué)性能之間的關(guān)系

相關(guān)研究表明，從薄板向厚板焊接0.65mm+2.6mm 組合間隙大于0.3mm，或者0.8mm+2.1mm 組合間隙大于0.4mm 的時(shí)候，焊縫收弧處就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法連接的現(xiàn)象。所以，從薄板向厚板焊接時(shí)，最大間隙應(yīng)分別為0.3mm、0.4mm。根據(jù)幾組不同間隙料片組合發(fā)現(xiàn)，無(wú)論材料組合如何，從薄板到厚板焊接時(shí)，間縫為0.15mm 的剪切力最大，且外形質(zhì)量最好；從厚板到薄板焊接時(shí)，0.65mm+2.6mm 的間隙為0.3mm，和0.8mm+2.1mm 的 間 隙 為0.4mm 與 間 隙 為0.15mm 時(shí)平均最大拉剪力幾乎保持一致。

由此可見(jiàn)，從薄板到厚板進(jìn)行焊接工作時(shí)，0.15mm 為最佳間隙，此時(shí)力學(xué)性能最佳。但是從厚板到薄板進(jìn)行焊接工作時(shí)，相比之下，其激光功率要高于其他焊接方式，且焊接速度也比較慢[4]。

3.4 研究不等間隙焊縫力學(xué)性能

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需要將生產(chǎn)變動(dòng)容差性充分考慮其中，但容易受零件變形、加工精度等因素影響，因此無(wú)法保證零件間隙保持一致。所以，研究不等間隙焊縫力學(xué)性能，能促進(jìn)其推廣應(yīng)用。研究0～0.3mm 和0～0.4mm 過(guò)渡間隙，結(jié)果顯示，不同組合間隙C 形焊縫剪切力依次為5.2kN、8.1kN，最佳剪切力數(shù)值以及焊縫成形基本一致。由此可見(jiàn)，不等間隙中間值與最佳間隙0.15mm 基本一樣，所以不等間隙C 形焊縫幾乎可以與最佳間隙等同。主要是因?yàn)?～0.3mm 中心間隙為0.15mm，而0～0.4mm 中心間隙為0.2mm，幾乎與最佳間隙0.15mm 相差無(wú)幾，同時(shí)與板寬持平方向的C 形焊縫長(zhǎng)度比較小，其也更靠近于C 形曲線(xiàn)中心。從上述試驗(yàn)可以看出，零件間隙與最佳間隙存在微小變化時(shí)，往往不會(huì)影響焊縫性能。

4 部分索力張拉調(diào)節(jié)梁段高差

4.1 橋面吊機(jī)調(diào)試

橋面吊機(jī)完成安裝后，需要全面檢查。符合標(biāo)準(zhǔn)后，為了驗(yàn)證橋面吊機(jī)的主要技術(shù)性能，對(duì)其進(jìn)行荷載試驗(yàn)。

4.1.1 試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作

提前準(zhǔn)備單塊重約9.36t 的混凝土預(yù)制塊24 塊，尺寸為6m×1.5m×0.4m。

對(duì)橋面吊機(jī)的后錨點(diǎn)、前支撐點(diǎn)、液壓千斤頂、鋼絞線(xiàn)等主要部位逐一進(jìn)行檢查，沒(méi)有問(wèn)題后，啟動(dòng)橋面吊機(jī)，進(jìn)行提梁前的最終檢查。

4.1.2 空載試驗(yàn)

在吊裝前對(duì)吊機(jī)進(jìn)行空載試驗(yàn)，起重機(jī)頂升液壓系統(tǒng)工作正常，抬起、下降過(guò)程平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)傾斜情況，調(diào)平平穩(wěn)、準(zhǔn)確；兩臺(tái)吊機(jī)同步啟動(dòng)，起重機(jī)兩個(gè)吊鉤上升下降速度一致，符合相關(guān)要求；檢查卷?yè)P(yáng)機(jī)四臺(tái)聯(lián)動(dòng)、兩臺(tái)聯(lián)動(dòng)、單獨(dú)動(dòng)作及各卷?yè)P(yáng)機(jī)緊急剎車(chē)情況，都符合相關(guān)要求；起升高度限位器及制動(dòng)器靈敏可靠[5]。

4.2 鋼箱梁吊裝

2022 年3 月4 日8 時(shí)40 分，鋼 箱 梁 運(yùn) 輸 至 現(xiàn) 場(chǎng)，到場(chǎng)后先由浮吊將12 塊配重塊分別吊裝至梁面，再將鋼箱梁運(yùn)輸?shù)綐蛳碌跹b位置，然后安裝吊具，吊具安裝完成后進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)。

4.2.1 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)主要為了驗(yàn)證起重機(jī)在1.1 倍額定荷載下各機(jī)構(gòu)是否工作正常。

在配重塊加載完成后鋼箱梁的總荷載達(dá)到484.16t，操縱橋面吊機(jī)，兩邊同步將梁吊起至0.5m高，操作完畢后，再進(jìn)行最大速度的起升、下降等動(dòng)作。經(jīng)檢驗(yàn)，液壓提升千斤頂、主動(dòng)放繩器、荷載檢測(cè)裝置、起升限位裝置均工作正常。

4.2.2 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證橋面吊機(jī)在1.25 倍荷載下結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定。

在動(dòng)載試驗(yàn)完成后，再在鋼箱梁上繼續(xù)增加配重，使用浮吊將其余18 塊預(yù)制塊分別加載在兩片鋼箱梁上，使總重達(dá)到540.32t。放置完成后，操縱橋面吊機(jī)，將梁提離地面100mm，靜止10min，經(jīng)檢查，在此過(guò)程中橋面吊機(jī)各機(jī)構(gòu)制動(dòng)正常，橋面吊機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

在靜載試驗(yàn)完成后，再將鋼箱梁放置到駁船上，將配重塊全部調(diào)離梁頂后，再將鋼箱梁提升至預(yù)定位置，18 時(shí)30 分，鋼箱梁提升到位。

在鋼箱梁提升過(guò)程中由第三方檢測(cè)單位全程對(duì)橋面吊機(jī)的后錨點(diǎn)及橋面吊機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，在1.25 倍梁段重量荷載作用下，邊跨吊機(jī)后錨點(diǎn)應(yīng)變不超過(guò)400με，即最大拉應(yīng)力不超過(guò)80MPa，將0.25 倍梁段重量卸載后，邊跨吊機(jī)后錨點(diǎn)應(yīng)變不超過(guò)350με，即最大拉應(yīng)力不超過(guò)70MPa。中跨右幅吊機(jī)后錨點(diǎn)在1.25 倍梁段重量荷載作用下，邊跨吊機(jī)后錨點(diǎn)應(yīng)變不超過(guò)350με，即最大拉應(yīng)力不超過(guò)70MPa，將0.25 倍梁段重量卸載后，邊跨吊機(jī)后錨點(diǎn)應(yīng)變不超過(guò)300με，即最大拉應(yīng)力不超過(guò)60MPa。

4.3 梁段頂板軸線(xiàn)偏位、高差調(diào)整

3 月5 日晚由項(xiàng)目部組織監(jiān)控單位及G05 標(biāo)一起對(duì)S2、Z2 軸 線(xiàn) 進(jìn) 行 調(diào) 整，3 月6 日 晚 進(jìn) 行Z2 梁 段 精 調(diào)定位，并由項(xiàng)目部、監(jiān)控單位、JL3 總監(jiān)辦、G05 標(biāo)、JL6總監(jiān)辦、管理中心聯(lián)合進(jìn)行驗(yàn)收，3 月7 日晚再次對(duì)S2梁段精調(diào)定位，調(diào)整完成后移交G05 標(biāo)進(jìn)行臨時(shí)鎖定。

梁段間鎖定后進(jìn)行焊縫打磨處理，下一步進(jìn)行環(huán)縫焊接工作。

5 施工安全保證措施

5.1 通航安全保證措施

第一，與海事部門(mén)、航道部門(mén)密切聯(lián)系，對(duì)通航情況進(jìn)行統(tǒng)一管理。第二，提前向當(dāng)?shù)馗蹌?wù)局、航道管理局上報(bào)航道占用、臨時(shí)改變航道及大型預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸、安裝計(jì)劃，就相關(guān)事宜及申請(qǐng)巡邏艇護(hù)航等，達(dá)成一致。第三，建立責(zé)任制，分解船舶航行安全責(zé)任，層層落實(shí)，嚴(yán)格進(jìn)行檢查考評(píng)。第四，會(huì)議及協(xié)調(diào)制度：定期與海事、港航監(jiān)督部門(mén)協(xié)商溝通；每月召開(kāi)一次水上交通安全會(huì)議，總結(jié)船舶航行管理經(jīng)驗(yàn)，找差距求改進(jìn)，不斷完善各項(xiàng)安全保障措施；定期召開(kāi)氣象、海況預(yù)報(bào)分析會(huì)、現(xiàn)場(chǎng)船機(jī)布置總體協(xié)調(diào)會(huì)。第五，標(biāo)準(zhǔn)化管理：系統(tǒng)編制通航安全及船舶管理制度、標(biāo)準(zhǔn)，安全管理計(jì)劃，操作手冊(cè)等，嚴(yán)格實(shí)施，確保各船舶全面遵守施工作業(yè)紀(jì)律，保持通航預(yù)留航道暢通、安全，施工船舶航行和作業(yè)時(shí)按有關(guān)規(guī)定懸掛、顯示信號(hào)等。

5.2 場(chǎng)地布置及現(xiàn)場(chǎng)安全控制

對(duì)施工過(guò)程中可能影響安全生產(chǎn)的因素進(jìn)行控制，確保施工生產(chǎn)按安全生產(chǎn)的規(guī)章制度、操作規(guī)程和順序要求進(jìn)行。

5.2.1 開(kāi)工前的準(zhǔn)備工作

落實(shí)施工機(jī)械設(shè)備、安全設(shè)施設(shè)備及防護(hù)用品進(jìn)場(chǎng)的計(jì)劃；落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工人員；辦理職工意外傷害保險(xiǎn)。

5.2.2 持證上崗

施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的管理人員、特種作業(yè)人員必須持證上崗。對(duì)電工、焊工、塔吊、施工升降機(jī)械的裝拆工人還應(yīng)進(jìn)行培訓(xùn)、考核，持相關(guān)證件上崗。由項(xiàng)目部生產(chǎn)副經(jīng)理和財(cái)務(wù)資源部門(mén)負(fù)責(zé)確認(rèn)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在調(diào)節(jié)梁段高差時(shí)，可以選擇C 形焊縫以及調(diào)節(jié)索力張拉數(shù)值來(lái)達(dá)到理想的效果。通過(guò)對(duì)某工程橋梁C 形焊縫的試驗(yàn)研究，明確最佳間縫為0.15mm，同時(shí)，零件間隙存在微小變化時(shí)，幾乎難以對(duì)焊縫性能產(chǎn)生不良影響。通過(guò)調(diào)節(jié)工程橋梁的部分索力張拉，進(jìn)一步改善橋梁的梁段高差，從而保障橋梁工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行。另外，也需要做好施工安全保證措施，從而安全高效地完成橋梁工程，進(jìn)而保證我國(guó)橋梁建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)于我國(guó)橋梁工程而言，焊縫的選擇以及索力的調(diào)節(jié)，都能夠在一定程度上促進(jìn)其向良好的方向發(fā)展，希望能夠?yàn)槠渌麡蛄汗こ處?lái)一定的借鑒價(jià)值。