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[ 作者:王禄鹏 成宇海 洪军 刘晓光 史志强 | 来源: |] |
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! g. l. Z% E4 i【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。
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【关键词】钢箱梁
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板单元
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制造
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工艺
" D# b+ T+ F( {/ B* @2 V8 g! g一、前言
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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。
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2 o. f( J/ W* N2 Q9 F9 [, K9 O1 a二、钢箱梁板单元构件的划分
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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。—
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三、带U型加劲肋面板单元的制造
( u4 {7 w9 A; ^0 h& B" y1.U肋制造
0 {, n {+ E7 I9 Z* N6 _U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。
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2.板单元制造
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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。
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. y! w& y7 X2 o) {1 a, R; F(2)板单元的无余量精切下料
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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。
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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。
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(3)板单元胎架无码组装
5 @, N, Q; z# a: g# s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。/ \1 ~4 U' W! `+ j S# H& _* k
(4)板单元反变形焊接, U; F; {" f& 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。6 S/ X1 F6 d j: I: n/ e0 B; i
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。
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% r6 k5 l6 F' h) i% t# h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。 I# C: f8 `' j8 `( w3 F! v5 y/ K
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
, G$ o( D2 V- b" y; N+ |6 S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。
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) Z4 B" w/ t6 L2.制造控制的重点
6 E g6 u0 W B4 K. V8 m& ]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。, _$ Y' C9 X( \( i% n0 K
3.腹板组拼 L, J7 e. C5 _9 V/ ?, P
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。& k- J! z7 {$ O" w 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。
: m/ @5 V8 p+ A4.锚箱腹板焊接
8 v6 X3 {+ r* T: D8 [$ N% { O(l)腹板与板条肋的焊接
# H' f$ w- l& g* v- _; |! y+ W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。
7 g$ [( |9 Z4 g) l5 u; \7 z# l(2)熔透焊缝的焊接* D& S( ^$ y, z- k* Z5 b- q( H9 {
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。
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5.焊接变形的控制. m: H0 P7 X: M5 m! G* k; B
(l)增加腹板刚度,控制竖向及弯曲变形6 |8 Z" ^6 M' Z: U4 r
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。
6 a$ Z2 ]1 A2 x5 u7 t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。
# c- d0 R, g1 d3 A4 @- i! W(2)利用刚性约束,控制焊接角变形
! r% [/ C# k b4 ~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。