滬通長江大橋主桁上弦桿制造及關鍵工藝技術研析
2017-04-12
1工程概況
滬通長江大橋主航道橋采用（142+462+1092+462+142）m雙塔三索面斜拉橋，全長2296m。采用三片主桁結構，桁式采用“N”形桁。標準段主梁邊桁桁高16.0m，中桁桁高16.08m，桁寬2×17.5m，每個主桁節(jié)點均設橫聯(lián)。標準段公路橋面采用正交異性整體鋼橋面板結構，鐵路橋面采用整體鋼箱結構。橋型布置如圖1所示。
2 結構特點
該橋采用整節(jié)段架設方案，整節(jié)段內(nèi)部桿件之間全部采用焊接，整節(jié)段之間公路鋼橋面板、鐵路橋面頂?shù)装骞さ剡B接均采用焊接，整節(jié)段間的上弦桿豎板和底板、下弦桿豎板、斜腹桿工地連接均采用高強度螺栓連接。標準整節(jié)段采用兩節(jié)段為一個全焊節(jié)段，規(guī)格為28m×36.2m×18.15m，整節(jié)段最大吊重約達1744t。
主桁采用全焊接的整體節(jié)點構造，腹桿與節(jié)點板的連接均采用焊接。索梁錨固采用錨拉板構造，斜拉索錨箱置于兩片錨拉板間，錨拉板焊接于主桁弦桿頂面。
主桁上弦桿件采用箱形截面。上弦桿內(nèi)寬1000m，內(nèi)高1400mm，箱內(nèi)在弦桿中心線處設置一道板肋加勁用于加勁水平板伸出肢，箱外在距離弦桿中心線0.9m處設置一道板肋；索梁錨固范圍，用于與錨拉板相連的上水平板采用具有Z向性能的Z35鋼材；腹板高度中心處設一道板肋加勁。結合段弦桿頂板布置圓柱頭剪力焊釘，用于連接混凝土橋面板。
索梁錨固結構采用設在上弦節(jié)點頂面的雙腹拉板式鋼錨箱，兩側拉板的水平間距與上弦節(jié)點板等寬。錨拉板之間焊接兩片承壓板，承壓板端部設置錨墊板。
3上弦桿制造工藝技術研析
主桁上弦桿是主航道橋桿件中結構最為復雜的桿件，為雙節(jié)點結構，桿件橫向與上層橋面板塊焊接，下方與腹桿焊接，兩個節(jié)點上方分別設有錨箱。上弦桿主要由上下水平板、豎板、隔板、節(jié)點板、肋板、橫梁接頭板、錨箱等組成，選取邊桁上弦桿為例說明其制造工藝。如圖2所示。
3.1制作工藝流程
制造總體流程按照零件制造→單元件制作→箱體制作→組焊橫梁接頭板→栓孔鉆制→組焊錨箱的工藝順序進行，簡要如下：
3.1.1主要板單元制造工藝流程
?。?）豎板單元（如圖3所示）制造工流程藝：數(shù)控切割→矯平→劃線→銑斜坡、對接邊緣及坡口→接料→探傷→矯平→銑頂邊及坡口→組肋板→焊接→修整。
?。?）上水平板單元（如圖4所示）制造工藝流程：精密切割→矯平→劃線→銑斜坡→組錨板→焊接→探傷→修整→組肋板→焊接→修整。
?。?）下水平板單元制造工藝流程：精密切割→矯平→銑兩邊及坡口→組肋板→焊接→修整。
3.1.2上弦桿整體組焊工藝流程
?。?）組槽型：置上水平板→組隔板→組兩側豎板單元成槽型→焊接槽型→修整。
?。?）組箱型：焊接、探傷→修整→組接頭板→焊接、探傷→修整→數(shù)控鉆孔。
（3）組□ 10x100錨箱：焊接、修整→焰切腹桿接頭及其坡口→切手孔→倒棱。
以上流程如圖5所示。
3.2關鍵工藝技術控制措施研析
3.2.1隔板精度控制
隔板是控制桿件斷面尺寸、防止扭曲變形的重要零件，相當于弦桿組焊內(nèi)胎，其加工精度必須嚴格控制。
機加工周邊嚴格控制寬度、高度，尤其要保證垂直度。[1]以槽口為基準用樣板劃線機加工四邊，以保證槽口位置。同桿件的隔板同時加工，在同一邊緣做標記。
3.2.2豎板單元制作精度控制
豎板單元由節(jié)點板、豎板及縱肋組成，其制作按照零件下料機加工→接料→組焊縱肋三個步驟進行，其控制關鍵在于節(jié)點板精度控制與接料直度控制。
（1）節(jié)點板精度控制。節(jié)點板寬度較大，先完成鋼板接料并探傷后再整體程切下料以保證節(jié)點板外形。接料位置注意避開桿件主要焊縫位置。
[2]下料矯平后精確劃線，包括斜豎桿軸線、加勁弦桿件軸線、水平中心線及對接端機加工線。如圖6所示。
以豎桿軸線為基準機加工對接端頭過渡斜坡及對接坡口。豎板機加工上邊緣及對接頭坡口。
（2）接料直度控制。節(jié)點板與豎板對接，使縱向各基準點成一條直線后，劃線、機加工上邊緣及其坡口，確保直線度。如圖7所示。
3.2.3上水平板單元制作
上水平板單元由上水平板、錨板、縱肋組成，上水平板一邊與鋼橋面板在整節(jié)段拼裝時需縱向?qū)雍笧橐粋€整體，上水平板與錨板間的熔透焊縫是上弦桿甚至全橋最重要的焊縫；縱肋分為箱內(nèi)縱肋和箱外縱肋，其中箱內(nèi)縱肋兩端設置高強度螺栓孔，箱外縱肋留嵌補段在橋上焊接連接。
（1）零件精度控制。上水平板精切下料，下料時寬度、長度均預留切割量。劃線加工兩邊的不等厚對接斜坡，劃斜坡線時需寬度預留的切割量?？v肋精切下料后，卡鉆孔樣板鉆制兩端栓孔，極邊孔距需合理預留焊接收縮量。錨板程切下料后，劃線加工焊接邊的坡口。
?。?）板單元組焊。組焊肋板并修整后，組焊錨板，并對錨板與上水平板熔透焊縫進行超聲波探傷無損檢測。
3.2.4箱體制作
箱體采用胎型倒位組裝。即將上水平板單元放在胎型平臺上，依次組裝隔板及豎板單元件成槽型。焊接修整后，組裝上水平板成箱型，在完成箱體鉆孔后再組焊錨箱零件。
（1）組裝方案優(yōu)點：上水平板置于胎型平臺上，相當于組裝水平基準面；通過對隔板寬度和高度的控制，有效控制箱體的寬度和高度。
?。?）關鍵控制措施：因錨板已經(jīng)先焊在上水平板，因此拼裝平臺需考慮留出錨板的位置空間；
以上水平板的縱肋栓孔和縱向軸線為基準劃線組裝隔板，注意栓孔極邊孔距預留量合理均分，對線組對豎板成槽型；注意隔板的相同邊緣標記位于同側，并保證上水平板、豎板與隔板的密貼；四條主焊縫在平臺上同向?qū)ΨQ焊接，防止扭曲變形。
3.2.5栓孔鉆制
上弦桿箱體栓孔采用龍門數(shù)控鉆床鉆制各孔群定位孔，然后卡小型機械樣板鉆制其余栓孔的方法。
理論上龍門數(shù)控鉆床可一次性鉆制箱體所有栓孔，為提高工效，僅用龍門數(shù)控鉆床鉆制箱體三個面上各孔群的定位栓孔，然后分別用小型機械樣板定位鉆制余孔。[3]
采用龍門數(shù)控鉆孔可避免兩豎板縱向、橫向錯位，保證兩豎板栓孔的同心度。
箱外各類接頭板可以在箱體鉆孔前完成組焊，從而徹底避免焊接接頭板時對箱體直線度及栓孔極邊孔距的影響。
3.2.6組焊錨箱零件
桿件已下水平板及豎板栓孔為基準，在上水平板表面劃出縱向軸線及節(jié)點中心線，然后在錨板內(nèi)側劃出錨箱系統(tǒng)線，組裝并焊接錨箱零件。
重點控制錨箱錨點的位置、錨墊板及錨管角度、錨箱熔透焊縫的焊接質(zhì)量。
錨箱組焊完成后，劃線焰切上水平板與橋面對接邊及其對接坡口，確保上水平板寬度，劃線焰切節(jié)點板的腹桿接頭及其對接坡口。
4結語
針對滬通長江大橋上弦桿制造特點和制造難點，同時結合以往數(shù)座桁梁橋制造的成功經(jīng)驗，通過以上工藝技術的研究及關鍵環(huán)節(jié)控制和生產(chǎn)過程中的不斷完善，有效地控制了上弦桿桿件各部位的尺寸精度，組裝位置及角度，保證了桿件的質(zhì)量。實際生產(chǎn)表明，滬通長江大橋上弦桿的制造工藝能夠滿足設計規(guī)范要求，達到了預期目標。
參考文獻：
[1]Q/CR9211-2015《鐵路鋼橋制造規(guī)范》[S].
[2]張瑤，仇艷萍，魏云祥.組裝整體節(jié)點弦桿的工藝措施[J].鋼結構，2001（05）.
[3]宋紅飛.京滬高鐵濟南黃河橋鋼桁梁制作難點分析與對策[J].鋼結構，2012.（10）.
