青岛海湾大桥斜拉桥钢箱梁制造与加工关键技术

1、公路年月第期文章编号：（）中图分类号：文献标识码：青岛海湾大桥斜拉桥钢箱梁制造与加工关键技术荆玉才，刘元（山东高速青岛海湾大桥建设指挥部良青岛市青岛市高速公路管理处青岛市）摘要：根据青岛海湾大桥工程规模巨大、水文条件复杂、工程地质条件差、海洋腐蚀环境等特定建设条件的需要，大桥工程指挥部根据项目特点对钢箱梁制造和安装采用了大节段技术，对沧口航道桥和红岛航道桥钢箱梁制造与加工关键技术进行了总结。关键词：斜拉桥；钢箱梁；制造与加工，关键技术工程概况结构特征青岛海湾大桥沧口航道桥采用五跨连续双幅分离的双塔双稀索钢箱梁斜拉桥，桥跨全长为，其布置图如图所示。该桥主跨处于一圆弧竖曲线上，钢箱梁采用分离式双箱

2、断面，单个箱梁为扁平闭口流线形钢箱梁。全桥钢箱梁分为共种类型，个梁段，梁段长度。共划分为个大节段，最大起吊长度为，最大起吊质量为；该桥两幅索塔分离，单幅采用横向呈形的收稿日期：一一（，；，）：，：；年第期单位：图青岛海湾大桥沧口航道桥桥型布置钢一混结合索塔。双幅索塔塔柱间距为，钢塔柱位于索塔高程以上，长度为部分，其中含的钢一混结合段。一个钢塔柱共分为个节段，节段长分别为、。钢塔柱为等截面，断面尺寸为（顺桥向）（横桥向），倒角为，壁青板的厚度为，横隔板厚，加劲肋厚分别为和。红岛航道桥为的两跨连续双幅分离的独塔双索面稀索钢箱梁斜拉桥，桥跨全长为，如图所示。鲤螋。单位：咖围青岛海湾大桥红岛航道桥桥型

3、布置主跨处于一的圆弧竖曲线上，钢箱梁采用分离式双箱断面，单个箱梁为扁平闭口流线形钢箱梁。钢箱梁桥面板为弹性支撑正交异性板结构。全桥钢箱梁分为共种类型，个梁段，梁段长度。架设时，将几个梁段焊接为体后，利用大型浮吊大节段吊装，最大起吊长度为，最大质量约。主要工作内容（）钢箱梁、索塔锚固制作材料（不包括涂装材料）的采购、验收。（）钢箱梁、索塔锚固板单元制作和节段拼装。（）钢箱梁节段运输装船、大节段拼接及桥上焊接和螺栓连接。（）维修检查车设计、制作及配合安装调试。年第期荆玉才刘元良：青岛海湾大桥斜拉桥钢箱梁制造与加二关键技术（）附属设施及交通工程预埋件的制造、安装。（）钢箱梁上其余所有钢构件的连接安装

4、。（）钢箱梁、索塔锚固的涂装。（）抽湿机的采购，协助安装除湿系统。制造关键工艺方案沧口桥和红岛桥钢箱梁共个梁段，每一个梁段由顶板、水平底板（包括斜底板）、腹板、横隔板、纵隔板、锚箱、风嘴等单元组成，如图所示。钢箱梁制造与安装划分为三个阶段：板单元制造，梁段制造，工地连接。板单元在中铁山桥公司的车间内完成；梁段制造在大桥拼装工地完成；工地连接在架设现场梁段吊装就位后完成。 图青岛海湾大桥沧口航道和红岛航道桥钢箱梁梁段直观图本桥钢箱梁制造与安装采用“板单元制造一板单元运输一板块拼接一多梁段连续匹配组焊及预拼装一表面涂装一大节段制作一环缝补涂一梁段运输一工地连接一最终涂装”的程序。板单元制造技术方案

5、横隔板设计为整体式，下部直接插入底板形肋，上部和预先焊在顶板的上接板通过其肋板对接，因此在制作过程中必须严格控制尺寸精度；锚箱与腹板的熔透焊缝是全桥最关键的传力焊缝，其焊缝质量要严加控制；顶、底板一般厚度不大，与形加劲肋焊接后采用火焰修整焊接变形较为困难。板单元的制造质量直接影响梁段的几何形状、尺寸精度、内在和外观质量，在制造中应重点控制。关键工艺板单元制造按照“钢板赶平及预处理一数控精确下料一零件加工（含形加劲肋制造）一胎型组装一反变形焊接一局部修整”的顺序进行，其关键工艺如下。（）钢板赶平及预处理。（）数控精切下料。（）形加劲肋制造。（）利用旋转钻孔胎型钻制顶板形加劲肋螺栓孔。（）用高精度

6、形加劲肋自动定位板单元组装胎组装顶、底板单元。（）锚箱与腹板单元的组装和焊接。（）横隔板单元外形尺寸控制。（）对单侧有纵肋的板单元采用反变形焊接。梁段制造技术方案根据钢箱梁的结构特点，采用多节段连续匹配组装、焊接和预拼装同时完成的方案。为满足架设工期要求，专门设计制造长的梁段总拼装线，按照架梁顺序及工期要求进行匹配制造。在梁段制造中，按照底板一斜底板一横、纵隔板一中间顶板一腹板一边顶板一风嘴一临时吊点、临时匹配件一附属工程构件的顺序，实现立体阶梯形推进方式逐段组装与焊接。板块组焊在顶（底）板单元参与梁段组装前，先在专用胎架上将两块顶（底）板单元拼焊成一个吊装板块。拼接时使用预留焊接收缩量的样板

7、控制焊缝两侧相邻形加劲肋的中心距，且预置反变形，以保证焊后板块的尺寸精度和平面度。梁段匹配组焊和预拼装梁段制造采用匹配组装、焊接和预拼装同时完成的工艺。关键一是梁段拼装胎架应按设计给定的线形设置，并考虑横向预设拱度；二是控制板单元制造长度，并精确预留焊接收缩量，保证成品梁段制造长度的误差控制在规定的允许偏差之内。大节段制造根据安装架设方案，梁段制造后，在拼装场梁段焊接成大节段。重要措施（）总拼装胎架设计应符合要求，必须有底板单元定位的纵、横基准线，基准点和桥梁中心线，设置胎架外独立的基准线、基准点，形成测量控制监测网，以供随时对胎架进行检测。（）在组装过程中，应对横隔板的组装定位精度予以特别控

8、制，以确保横隔板通过肋板与上接板的准确对接。（）顶板形加劲肋及其拼接板采用先孔法制造，为保证梁段预拼时相邻接口能精确匹配，梁段组年第期装时顶板形加劲肋及板式加劲肋用工艺拼接板定位，确保相邻梁段间螺栓孔的间距，以实现工地的顺利连接和拼接板的互换性，缩短桥上的作业周期。桥上工地连接钢箱梁的工地连接系指成品梁段吊装就位后，在形成整体钢箱梁过程中完成的焊接及相关作业。主要包括梁段问环缝的焊接、顶板形加劲肋及板式加劲肋的栓接等。钢箱梁制造中的关键工艺及装备专用的钢板预处理生产线有两条钢材预处理自动生产线，完全能满足本桥钢箱梁制造所用钢板及型钢的预处理。所用钢板均进行预处理，其过程为：赶平；抛丸除锈；喷漆

9、；烘干。由于钢板在抛丸除锈前先赶平，能消除钢板的残余变形（尤其是局部硬弯）和减少轧制内应力，从而减少了制造过程中的变形。因此，这是保证板件平面度的必要工序。在预处理时，采用磁力吊上下料，避免虎头卡吊装使钢板产生局部塑性变形。数控切割下料工艺对于形状复杂的零件优先采用数控切割机精确下料，采用合理的切割顺序及增加必要的补偿量来保证其几何形状和尺寸精度。对于矩形板件，切割时双枪对称，同时将坡口一并切出。精确预留后续焊接的收缩量，实现无余量切割。在切割机上配置跟踪器，在切割过程中当钢板受热变形时，割嘴能始终与钢板保持一致的距离，从而保证了板件的几何尺寸。使用澳大利亚制造的数控水下等离子切钻机，不仅可以

10、有效地控制切割变形，显著提高切割效率，而且能快速准确地钻制出板件上的螺栓孔。形加劲肋的制造采用一套双台联动数控折弯机，用于形加劲肋的压型及较大尺寸板件的折弯。该设备与预处理线、刨铣边机、坡口加工机配套，形成形加劲肋的生产能力。形加劲肋制造的质量和效率都非常高。高精度的板单元组装胎自制的板单元组装胎，采用机床轨道的形式，具有自动定位的功能。板单元组装时钢板靠挡角定位；形加劲肋纵向靠螺栓孔定位装置定位，横向靠卡固装置定位，可保证形加劲肋中心距偏差控制在之内。反变形焊接技术对于单侧有纵肋的板单元，采用反变形焊接是一种较为理想的控制焊接变形的方法。通过生产实践表明，板单元在反变形胎上焊后基本能够达到相

11、关技术规范的要求，只要稍加火焰修整，板单元的平面度完全符合规范规定的内控标准。焊接自动化技术在钢箱梁制造中优先采用自动和半自动焊（约占全部焊缝的），板单元的纵、横向对接焊缝采用埋弧自动焊（约占全部焊缝的）。采用焊接自动化技术，可以稳定地控制焊接质量，减小人工的技能差别的影响，缩短生产周期，降低制造成本。先孔法技术本桥设计中，梁段间顶板形加劲肋和板式加劲肋连接采用高强度螺栓。根据桥制造的成功经验，本桥仍采用先孔法，就是将拼接处的螺栓孔在组装前全部一次按设计孔径钻足。其优点在于利用数控钻床或胎型样板钻孑，质量好，效率高，易于实现拼接板标准化，互换性强，便于桥上安装。先孔法技术关键点如下。（）通过精确预留焊接收缩量、控制焊接方向和焊接顺序，从而使板单元焊后的极边孔距控制在允许偏差范围之内。（）形加劲肋连接孔用旋转钻孔胎钻制，拼接板孔用数控钻床或机器样板钻制。（）形加劲肋与板件采用高精度自动定位组装胎组装，确保其组装精度。梁段组焊和预拼装并行技术采用梁段组焊和预拼装并行技术，就是在设置有桥梁设计吊装线形的整体组装胎架上将梁段组装和预拼装同时完成的工艺方法。它的特点是桥梁线形好，工艺过程简单，缩短制造周期，提高节段间的连接精度。本工艺是采用先孔法技术的重要条件，该工艺已成功用于几座大桥钢