黃岡公鐵兩用長江大橋主桁桿件外形尺寸控制工藝
2017-04-12
1 工程概況
黃岡公鐵兩用長江大橋是位于湖北省黃岡市跨越長江兩岸的一座（81+243+567+243+81）米雙塔雙索面斜拉橋，為武漢至黃岡城際鐵路樞紐的控制性工程。該橋鋼梁上下弦桿件均采用平行四邊形截面，鈍角為110.3532°，桿件內(nèi)寬1300mm，豎直高1800mm。有區(qū)別于普通矩形截面形式的鋼箱梁，平行四邊行的截面形式給桿件的組拼、焊接、制孔及變形控制都帶來很大的難度，也無法套用普通箱形桿件的制造工藝。我們在黃岡橋弦桿的試制中由于采用了一般的箱梁的焊接變形控制工藝，結(jié)果造成桿件成型后箱口尺寸、扭曲度及旁彎都超標(biāo)較大，給后續(xù)的矯正工序帶來很大的難度。本文將重點(diǎn)闡述解決這些難題的控制工藝。
2 控制桿件外形尺寸的關(guān)鍵工藝
2.1 采用最佳的組拼工藝
由于桿件的內(nèi)隔板均開有人孔，因此無論何種形式的組拼工藝原則上都可以滿足焊接的需求，但是如何保證操作工人最大的舒適度和尊重設(shè)計要求是我們需要深思熟慮的。由于只有將桿件的底板平放才可以保證隔板的順利組裝，因此最終放棄了將胎架預(yù)置斜度以保證側(cè)板豎直的參考方案，而是采用先拼內(nèi)側(cè)腹板然后隔板從端頭逐塊穿入的創(chuàng)新工藝，避免了因內(nèi)側(cè)腹板的加勁肋斜穿隔板時發(fā)生的干涉。
下面我們以下弦桿的組拼為例進(jìn)行示意（見圖1），組裝流程共分五個步驟：放置底板→拼裝內(nèi)側(cè)腹板→從端頭逐塊穿入隔板并定位→拼裝外側(cè)腹板→蓋上頂板
圖1 下弦桿組裝流程示意
該工藝相比兄弟單位采用的底板放斜、側(cè)板豎直的組裝工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：
?。?）避免了修割端隔板槽口，不僅完全尊重原設(shè)計意圖，還避免了增加補(bǔ)強(qiáng)板對鋼梁外表完美性的破壞。
（2）桿件底板的平放有利于焊工的站位，在焊接重要焊縫（比如槽口圍焊縫）時平位操作更便利，焊縫的質(zhì)量更有保障。
2.2 用專門的剛性胎架進(jìn)行組裝
組裝胎架是桿件外形尺寸的外胎，其剛度和適用性直接影響到鋼梁的尺寸控制。胎架的設(shè)計主要依據(jù)桿件的拼裝工藝而定，結(jié)合本橋弦桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和拼裝時的安全考慮，設(shè)計了可活動的角度定位板和支撐（見圖2）。
圖2 黃岡橋弦桿拼裝胎架
圖3 鄭黃橋弦桿拼裝胎架
相比鄭黃橋弦桿的拼裝胎架（見圖3），本胎架在完全滿足桿件組裝工藝和安全要求外還擁有以下優(yōu)點(diǎn)：
?。?）結(jié)構(gòu)更加簡單實(shí)用，人員的操作空間也更好，簡化了繁瑣的操作。
?。?）避免了挖深坑對車間場地的破壞。
2.3 在端隔板銑邊時預(yù)留焊接反變形量
黃岡橋弦桿在試制時我們發(fā)現(xiàn)桿件在焊接后箱口尺寸發(fā)生較大變化，但均呈現(xiàn)出箱口的大對角線相對理論值偏大、小對角線尺寸相對理論值偏小的現(xiàn)象，因此我們將端隔板的四周機(jī)加工工藝進(jìn)行了更改。如下圖4所示，隔板在機(jī)加工后大對角線在原基礎(chǔ)上放小了1.5mm，而小對角線則放大了1.5mm。
圖4 隔板銑邊時預(yù)留反變形量
經(jīng)過一段時間的跟蹤統(tǒng)計，這一措施效果非常明顯，基本解決了箱口尺寸偏差的現(xiàn)象。
2.4 采用合理的焊接順序
經(jīng)統(tǒng)計，我們發(fā)現(xiàn)黃岡橋弦桿在焊接之后的扭曲變形較普通矩形箱梁要大，因此合理的焊接順序和方向非常重要。
首先，規(guī)定桿件的主棱角焊縫在焊接時必須朝同一方向，并且一次性焊完。
其次，采用多道、多次焊接的方式，避免一次性的線性熱量輸入過大造成桿件變形。普通箱型桿件一般只翻身兩次即可完成所有主棱角焊縫的焊接，而在黃岡橋弦桿制造的過程中我們通過四次翻身并采用小電流施焊，這大大地減少了因焊接造成的變形（見圖5）。
3 結(jié)束語
我國建造的公鐵兩用鋼桁梁橋由于公路橋面往往比鐵路橋面要寬，其截面表現(xiàn)為上寬下窄的倒梯型結(jié)構(gòu)，因此弦桿也越來越多地采用了平行四邊形的設(shè)計。平行四邊形截面的桿件每道工序的制造難度都比矩型截面箱梁要大很多，焊接變形也更難控制，研究它的制造工藝工法對今后類似鋼梁的制造有很大的借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
[1]朱新華，錢葉祥.鄭州黃河公鐵兩用橋鋼桁梁典型構(gòu)件制作技術(shù)[J].加工制作，2010，25（5）：56-70.
[2]張海峰.鋼桁梁制作中工藝裝備的設(shè)計與探討[J].加工制作，2010，125（34）：56-59.
作者簡介：付建輝（1982，10-），男，工程師，畢業(yè)于華東交通大學(xué)工程機(jī)械專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工作單位：中鐵九橋工程有限公司，研究方向：橋梁鋼結(jié)構(gòu)制造及施工、橋梁機(jī)械設(shè)計。
