7 K& ]; l0 A* H2 C
$ t& L: B5 ]# g5 ]1 Y| [ 作者：王禄鹏 成宇海 洪军 刘晓光 史志强 | 来源： |] |
|
7 _' c+ e, Z. O3 l- c0 x' E
& {6 L; x' e% M( O: w【摘要】大跨度钢箱梁的制造一般分为板单元制造、箱梁段组拼、桥位吊装三个阶段，由于板单元制造是整个工程的基础。而且板单元的数量巨大，因而在制造中
控制板单元的质量，满足精度要求．提高制造效率，满足进度要求是板单元制造的重点。本文结合南京长江第二大桥板单元的制造，系统介绍了板单元的加工方法及特点，并对制造中焊接变形的控制、板单元构件的制造精度控制等作了重点论述。
- ^4 B- B6 u" s
【关键词】钢箱梁
9 x; a5 x- Z* K, n板单元
+ [( \% ?8 i! u
制造
5 E, U W8 v1 e/ h; R2 b9 u
工艺
; e' o1 g) Z: c! Q; p( P一、前言
$ \; u1 i# N9 l* R; y" J$ l大跨度
桥梁中，钢箱梁以制造质量稳定、跨度大、架设方便而经常采用。日本的多多罗大桥和国内的江阴长江大桥、海沧桥以及在建的南京长江第二大桥均采用钢箱梁。钢箱梁的制造由于钢板
规划及运输等方面的原因，一般采用工厂、工地、桥位相结合的方式。板单元制造中，保证制造质量，提高制造效率是关键所在。本文以南京长江二桥的钢箱梁为例，介绍板单元构件的制造方法及控制要点。
/ c' q0 a# K$ J! _- ?# I
3 b, V+ D8 [5 E0 T# W
2 f9 y _ s) e
' @ g9 t# _1 o: D" k9 V/ Q/ i( X" Y5 \) b0 u7 ]
二、钢箱梁板单元构件的划分
3 s9 E8 Z M/ [( l# P南京长江第二大桥为钢箱梁斜拉桥，全长1238m。钢箱梁主梁断面为全焊扁平流线型钢箱梁，根据架设需要分为93段制造。每段箱梁顶板分为14个顶板单元，共有54根纵向加劲U肋；底板分为15个底板、斜底板单元，共有43根纵向加劲U肋；箱梁两侧为锚箱腹板，腹板外侧为风嘴。钢箱梁板件划分见图1所示。梁段之间的底板U肋在纵向定位后通过嵌补段连接，顶板U肋通过高强螺栓连接。在如此大跨度的箱梁中，要确保纵向U的间的精确定位连接，板单元的制造精度必须特别精确。—
; w# D, v: s! c7 }' w: [5 J3 @
三、带U型加劲肋面板单元的制造
/ k6 e6 j8 ?3 a6 P! G+ [1 s1.U肋制造
* [- L, s7 F: {4 z( F; c/ s3 C- dU肋制造采用双折边法。即板料在精切下料后机加工两长边坡口，使用大型压力机分两次进行压弯。主要控制 U助的开口宽度 BO＋3，两肢高低差≤2.0mm，全长扭曲≤5.0mm，端口垂直度≤1.5mm，局部不平度 2mm／m。
( |3 a4 t/ k6 S! O- X" v% [* C2.板单元制造
8 t& `. \6 F6 }
顶板、底板、斜底板单元均带有U型加劲肋，主要结构形式为正交异性板结构，由面板和纵向加劲的U肋和横向加劲的横肋组成，构造见图2、图3所示。其制造工艺基本相同。
) S. K% ]' g8 j/ e" G
1 g3 E" U. m4 h+ R: ?# O
+ e1 v' N* ]6 h, Z* \9 j1 ?& J
& k# S M+ ^1 p
/ @, g3 O% x7 n; M0 F! l- S5 I5 X
) n9 J5 r5 t' }- k
. ?& P R+ X% ?
9 z9 o8 E7 @! B! F8 T# b1 P- R（2）板单元的无余量精切下料
' v+ Q8 g# e' L4 a1 b
根据工艺试验所得的参数，考虑制造过程中火焰切割、焊接、热矫正等对板件尺寸的影响，对板件的外形尺寸确定适当的工艺预留量。精密切割下料并切割出板件周边的焊接坡口。
1 o# b$ o# |6 A/ M! a
下料时控制料件长度尺寸L±1.0，坡口角度控制在 0～+2℃，板边直线度≤2.0mm。
' E) i) E, `% T5 u6 |' r（3）板单元胎架无码组装
$ X% } A) z0 j; j正交异性桥面板直接承受汽车轮载作用，在制造时应避免加码等对运营造成疲劳隐患的组装方法，因而板单元使用专用无码组拼胎架组拼，见图5所示。
组拼作业主要控制U肋位置及U肋与面板的间隙，间隙要求≤1.0mm，U助间距在面板两端头及横隔板部位≤1.0mm，其余部位≤2.0mm。, J q+ f, b& F# M
（4）板单元反变形焊接9 C. I- `# I* r0 o9 f/ ^' e) z5 q
U肋与面板角焊缝焊接后，由于焊接热影响，面板会出现焊接角变形。焊接变形的产生不仅影响板单元的制造精度，而且若通过火焰矫正使其达到平面度要求，则需增加相当多的工作量。因而在制造中采用焊接反变形技术。
+ @: n" O& m9 j通过对焊后变形数据的实测，确定变形量，在施焊前对面板施加适当的反变形，以基本消除板单元在焊接中产生的角变形。焊接反变形胎架见图6所示。
3 U: A, @3 t. i: ^, M6 P) U
5 ]9 b; M% F- B) P" X. y
8 v `& G/ T$ f; |3 m/ V& g
面板焊接采用效率高、输入线能量少、焊接变形小的CO2气体保护自动焊。焊接时采用船位焊接，保证焊缝的熔深及外观成型。
9 L8 r: g% } F6 r+ h- c由于反变形技术的应用，板单元焊接后角变形大为减小，经过820mm板厚的顶板单元的实测，未使用反变形时总角变形为40mm，使用反变形后总角变形仅为6mm，可很容易地矫正平整。
四、带锚箱的腹板的制造
/ j3 m K1 W/ S8 z4 ~钢箱梁上的荷载均通过腹板外侧的锚箱传递给斜拉索和桥塔，因而锚箱腹板是钢箱梁最重要的受力构件。全桥共有80对柱状锚箱，其角度和纵锚板长度因箱段的位置而变化。锚箱腹板由腹板、承压板、纵锚板、腹板板条肋等组成。锚箱结构如图7所示。
0 d. z8 W8 [/ D# [" t1 S
) M r: \5 a' w: m, k
7 ]# {: d: w. M2．制造控制的重点
1 f- M! h' h; G5 a. k( z其包括：①部件组拼精度控制；②焊缝焊接质量控制；③腹板焊接变形控制。6 n" k0 K7 M% g: }
3.腹板组拼4 ?/ F }- v* O) E
首先组焊锚箱合件。组焊时使用定位胎架进行组装，采用平角位置对称施焊，确保焊缝质量和焊接不产生大的不对称变形。
5 z; Q9 S! G5 G$ K. u6 C腹板组焊板条肋后，依据纵、横基准线精确定出锚箱的组装位置及组装角度，并据此在平台上组装锚箱。
0 l: Q2 `% x- {( g8 ~4.锚箱腹板焊接
4 j2 a8 b1 o! j( ?# D5 _（l）腹板与板条肋的焊接 0 {- |5 ?/ ?: E) v
腹板与板条肋焊接使用埋弧自动焊，焊丝使用H08Mn2E，焊剂使用SJ10lq，焊接时采用船位焊。
, t: u9 }: V: x, x2 c; T0 _0 a5 A（2）熔透焊缝的焊接$ m5 M( v! E" f) C
承压板与纵锚板、锚箱与腹板间均为熔透焊缝，采用开双面U型坡口焊接，坡口及焊道布置见图9所示。焊接时采用手工多道焊，焊条采用SHJ507Ni焊条。焊前预热100～150℃，层温控制在100～150℃。一侧焊后另一侧进行清根处理，确保熔透。
( w0 Y: _$ V* l, b
5．焊接变形的控制
% N, z" U/ Y* c; g: S+ C" i（l）增加腹板刚度，控制竖向及弯曲变形
6 q, G; H( Q) }8 j1 j6 V2 Z$ b腹板与锚箱焊缝为大坡口熔透焊缝，焊接后在腹板锚箱位置产生局部凹凸和翘曲变形，经实测在锚箱腹板背侧竖向弯曲变形最大达16mm。
$ Q- q1 C) ~" f( u+ a2 Q- S采取在腹板背侧的板条肋上增加临时连接件，使腹板上板条肋连为整体，以增大腹板的抗弯刚度，控制焊接竖向弯曲变形在6mm以内。0 f* f5 w. E$ r0 m
（2）利用刚性约束，控制焊接角变形
2 T) X' a! S; p+ N, A由于屡次的焊接热过程使得焊接角变形异常严重。采用在腹板锚箱背面加装约束马板的措施，施焊前先将马板点固于锚箱背侧，增加腹板上锚箱部位的刚性约束，制约腹板角变形的产生。马板见图10所示。腹板使用马板后焊接角变形原先的最大18mm减小为6mm，减少了矫正的工量，保证了几何尺寸的精确性。
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
