互通连续钢箱梁制造工艺

互通连续钢箱梁制造工艺MOUNTAINOVERPASSCONTUNALSTEELBOXBEAMSPRODUCETECHNICS**（**集团第二公路工程局**高速公路项目部，武汉430119）摘要：针对**互通连续钢箱梁节段结构的特点，按成组制造技术与批量流水线生产的要求，将本桥钢箱梁制造过程划分为三大工艺阶段：单元件制造阶段、节段组焊和预拼装阶段和钢箱梁工地焊接阶段，对单元件制造，钢箱梁节段制造工艺，钢箱梁试拼工艺，焊接及试验，表面处理及涂装，工地焊接等方面进行了阐述。关键词：钢箱梁制造焊接工艺中图分类号：文献标识码：Abstract:Interflowthecharacteristicofthecontinuoussteelboxbeamssegmentstructureofthejunshanmountainoverpass,accordingtothedemandsofthemanufacturingtechnologyandbatchflowlineproductioningroups,dividethisbridgeofsteelboxbeamsmanufactureprocessesintothreemajorcraftsstage:Unitpiecesoffabricationstage,segmentgroupweldandassemblestageandsteelboxbeamsbuildingsiteweldstageinadvance,makebypiecetounit,steelboxbeamssegmentmanufacturingengineering,steelboxbeamstrycraftofspelling,weldandtest,thesurfaceisdealtwithandapplyputting,respectofweldinginthebuildingsiteetc.hasbeenexplained.Keywords:steelboxBeems;Manufacture;Welding;Technics收稿日期：；修订日期：基金项目：作者简介：**1钢箱梁概况**高速公路**互通立交有两处上跨京珠高速公路，包括主线桥和A匝道2号桥，结构形式均采用钢箱梁。主线桥孔跨钢箱梁42.5+65+42.5m，全桥平面位于半径4500m的圆曲线上，竖面半径18000m的凸曲线上，桥面横坡2%。主线桥左右幅分开设置，每幅桥均为单箱三室，梁高2.25m，桥面宽2×12.5m，箱梁底宽7.5m。A匝道桥孔跨钢箱梁42.5+65+42.5m，全桥平面位于半径1300m和90m的圆曲线上，竖面半径1700m的凸曲线上，桥面横坡2%。A匝道2号桥左右幅分开设置，每幅桥均为单箱单室，左幅桥宽9.7m，箱底宽4.7m，右幅桥宽9.2m，箱底宽4.2m，梁高2m。钢箱梁截面形式见图1-1、1-2、1-3。钢箱梁的主要受力结构用钢采用Q345qD，沿桥纵向分为11个节段，标准节段长15m，每个节段内各构件采用焊接连接。图1-1A匝道左幅桥截面图图1-2A匝道右幅桥截面图图1-3主线桥截面图2钢箱梁制造程序钢箱梁制造基本程序如下：⑴根据设计图纸及技术要求，复核钢材，并协同监理在钢厂完成材料复验。⑵钢材到厂后，将首先进行焊接工艺评定，同时进行钢材的预处理及下料工作。⑶进行板单元反变形预拱度测试试验，以确定板单元胎架的预拱度。⑷板单元首制件的制造及验收。⑸板单元生产。⑹桥面钢箱梁节段的首制段制造及验收。⑺桥面钢箱梁节段的大规模制造及涂装。⑻依次进行预拼装。⑼依照吊装计划运输节段。针对钢箱梁节段结构的特点，按成组制造技术与批量流水线生产的要求，将本桥钢箱梁制造过程划分为三大工艺阶段：⑴单元件制造阶段；⑵节段组焊和预拼装阶段；⑶钢箱梁工地焊接阶段。在制造过程中采用综合控制精度措施。控制下料切割精度，工装胎具制作精度，单元件的制作精度，结构划线和安装精度，梁段匹配制造成型精度，并严格控制焊接变形，以确保桥型正确性和一致性。对整个桥体进行计算机三维放样，放样中考虑箱梁架设预拱值，建立其三维模型；在梁段总装时，采用以单元件为单位的梁段总成与预拼装一体化建造方案；梁段总成时，以底板基面正造，以胎架为外模，以横隔板为内模，确保梁段成型精度。工地连接严格控制焊接程序，适时监控桥体线型，确保成桥线型达到设计规范要求。3单元件制造3.1钢箱梁单元件划分根据三种钢箱梁结构形式，以匝道桥标准梁段为例对梁段进行单元件划分。标准梁段结构形式如图3-1。图3-1左幅桥单元件划分示意图3.2钢材预处理、放样及下料3.2.1钢材预处理钢板在下料前,根据不同的板厚分别采用九辊和十一辊校平机进行校平，保证钢板平面度，消除钢板轧制内应力。钢材进厂经辊平后，其表面应采用喷丸喷砂除锈，将表面油污、氧化皮和铁锈以及其它杂物清除干净，再用干净的压缩空气或毛刷将灰尘清理干净，并喷涂车间底漆。零件下料1、放样采用计算机三维放样技术，对钢箱梁各构件进行准确放样，绘制各构件零件详图，作为绘制下料套料图及数控编程的依据。放样时按工艺要求预留制作和安装焊接收缩补偿量、加工余量及线形调整量。放样流程见图3-2。图3-2放样流程图2、下料下料前核对钢材的牌号、规格、材质等相关资料，检查钢材表面质量。下料严格按工艺套料图进行，保证主要构件受力方向与钢材轧制方向一致。钢板及大型零件的起吊转运采用磁力吊具，U型肋、扁钢加劲板等采用专用吊具起吊，保证钢板及下料后零件的平整度。3.3单元件制造各单元件拼板在专用胎架上进行，焊接方法采用埋弧自动焊接工艺。单元件结构焊接采用CO2气体保护自动焊，以减少焊接变形，保证各构件焊接质量及外表成型美观。纵肋制造1、T形纵肋制造为有效的控制底板上T形纵肋的焊接变形量并降低矫正难度，先组焊成工字钢再分成两个T形纵肋，然后矫正其直线度和平面度。2、U形纵肋制造钢箱梁U形肋采用辊式冷压成型法加工，U形加劲肋成型后，圆角外边缘不得有裂纹。U形肋制造完成后在相应位置组焊U形肋隔板和端板。用于匝道桥的U型肋，其外形成一定的曲线，最大矢高处约为170mm，因此对曲线的U型肋采取火工进行弯曲。弯制程序及弯制工装如下：①在专用弯制平台上，划出U型肋弯制的曲线地样；②在U型肋内按400～500mm间距装入内卡模与外模扣紧；③在有工装板处用火工加热，加热时注意温度应控制在900～1000℃，严禁采用水冷，加热处用200mm宽的锲形板垫平，在外力的作用下使得U型肋产生局部弯曲，在U肋上逐点进行；=4\*GB3④弯曲后的U肋让其自然冷却，检查线型与地标点的吻合情况。⑤对U型肋检查，合格后进行标识，再转入存放。顶（底）板单元制造顶（底）板单元件结构示意图见图3-3、3-4。图3-3底板单元件结构示意图图3-4顶板单元件结构示意图顶（底）板单元件制作工艺流程如下：零件检验（板材拼接）→划线切边→纵肋装配→矫正→标记存放。⑴零件检验检查来料（零件号、外形尺寸、对角线、坡口、材质及炉批号）。板材拼接采用单面焊，接头背面加陶瓷衬垫，先用CO2打底（约1/3～1/2板厚），然后采用埋弧自动焊填充盖面，焊后矫正变形。钢板对接接头，其纵横两方向的对接焊缝，应避免十字形交叉。=2\*GB2⑵划线划线工作在专用划线平台上完成。按平台上的标记点配合钢带绘制单元件纵横向定位线、结构装配检查线及端口检查线。⑶纵肋（U型肋、T型肋）装配U肋组焊在专用胎架上进行，如图3-5所示。胎架弧形支撑面弦高由试验确定。图3-5U型肋组焊图顶板与U形肋的装配：①将顶板平置于平台上，以板中心为基准，划出纵肋位置线，然后对线安装纵肋，隔板相邻两纵肋中心距±1.5mm。②将安装了纵肋的顶板置于胎架上，并用螺旋压紧器将其固定在胎架上。③采用CO2焊焊接纵肋与顶板之间的连接焊缝。④松开压紧器并矫正变形。T型肋装配在胎架上对线装配。将底板吊上胎架平台上定位，摆放T型肋，并将端头对齐，对线安装点焊。T型肋装配从底板一端向另一端进行装配，保证相对位置精度要求。在翻转胎架上采用CO2气体保护自动焊进行焊接。⑷单元件矫正单元件矫正。检查单元件线型，局部采用火焰矫正，矫正温度控制在600℃～800℃，自然冷却，严禁过烧、锤击和水冷。⑸单元件检查及标记将单元件吊到专用检验平台上，检查单元件长度、宽度、线型、焊接质量等。合格单元件标记后转入存放。隔板单元制造隔板单元件示意见3-6。图3-6横隔板单元件结构示意图隔板允许拼接，拼接缝位置在圆弧外，且距纵肋焊缝100mm以上。其中支座处隔板原则上使用整钢板，不对接。隔板下料采用数控切割，任意两缺口中心距不大于2mm。隔板拼接在专用胎模内进行，以保证形状及尺寸精度。隔板拼接缝采用CO2气体保护焊接，焊接时采取刚性固定，防止变形。对接焊时使用引弧板，焊后调平。相邻两边的垂直度（或倾斜度）不超过2mm。隔板内翼缘板分成两段下料并煨弯，在隔板制造完成后与其组焊成隔板单元件。完整隔板的组焊参见示意图3-7，注意焊接时注意控制隔板缺口定位尺寸。图3-7隔板组焊示意图隔板单元件制作工艺流程：零件检验（板材拼接）→隔板定位→人孔加强筋装焊→单元检查及标记腹板单元制造腹板单元包括腹板和扁钢，其结构形式见图3-8。图3-8腹板单元件结构示意图腹板周边切割后，在平台上划线、安装纵肋，隔板处纵肋与底边的距离±1.5mm。纵肋焊接在平台上进行，采用CO2气体保护焊，焊后矫正变形。腹板单元件制作工艺流程：零件检验→划线→扁钢装焊→检验、标识将扁钢吊上专用胎架，检查线型，调整定位好后，周边用夹具将其与胎架固定，再按各标记点连线绘制扁钢定位线、检查线。对单元件进行检查，检查单元件长度、宽度、工字梁位置精度及腹板线型、焊缝进行无损检测等。合格单元件进行标识后转入存放。挑臂单元制造挑臂单元包括顶板、隔板、U肋、侧板等，其结构形式见图3-9。图3-9挑臂单元件结构示意图挑臂单元件制作工艺流程：零件检验→顶板定位→装焊U肋、扁钢→装配隔板→装焊侧板→检验、标识零件检验后，将顶板吊上专用胎架，检查顶板线型，调整定位好后，周边用夹具将其与胎架固定，再按各标记点连线绘制加劲肋装配线和单元件定位线、检查线。U型肋装配在在胎架上对线装配。摆放U型肋，并将端头对齐，从U型肋一端向另一端进行装配，保证位置精度要求。焊接从U型肋一端向另一端进行。4钢箱梁梁段组装及预拼装4.1钢箱梁梁段组装与预拼装原则梁段制作及预拼在总装胎架上完成。总装在厂内进行。场地内共设2条梁段制作及预拼生产线，分别设置“3+1”匹配胎架。在大规模生产之前，必须强调进行首制节段（首轮节段）的制造及试验。钢箱梁组装采用正装法，即桥底板朝下、面板朝上的常用组装方法。首先组装钢桥的底板，然后依次组装横隔板、腹板，最后组装面板。4.2总装胎架制作⑴胎架结构形式胎架基础采用型钢框架平台，框架纵、横梁焊接成整体并与厂房内混凝土平台预埋件焊接形成刚体。胎架由角钢组成，根据梁段的重量、结构形式、外形轮廓、梁段制作预变形、设计线型、成桥预拱值及钢箱梁转运等因素进行胎架的设计和制作，结构有足够的刚度，满足承载钢箱梁及施工荷载的要求，确保不随梁段拼装重量的增加而变形。胎架横梁设计成高度可调整形式，以便在每轮钢箱梁制作前，根据每轮胎架的设计高度调整模板高度，满足每轮梁段纵坡值、预拱值变化的要求。在底板角点处设有角点位置控制模板，以便角点处单元件准确定位。⑵梁段组装以胎架为“外部胎形”，以横隔板、端口角点控制装置及U型肋定位装置为“内部胎形”控制梁段形状、空间尺寸的正确性。图3.17a图3.17a(3)定位标识设置胎架区用全钻仪配合，在地面上划出供各单元件定位的（纵、横向）标记线、梁段中心线、角定位控制线等。在胎架以外的钢柱上设置各单元件的高度定位基准标记线（即标高样杆）。梁段组装过程中，由各基准线控制各单元件和构件的空间位置，以保证钢箱梁整体尺寸精度。图3.17a图3.17a钢箱梁节段制作流程如下：底板单元到位→纵向腹板单元件、横隔板和弦臂腹板到位并组焊→顶板组装→组装相邻节段底板→组装相邻节段腹板、隔板和弦臂腹板等→组装顶板→钢箱梁段制作尺寸检查→焊接底板、顶板、腹板、隔板间的连接焊缝→组焊底板附近的加劲板→整体组装尺寸和焊缝质量检验→拆除弦臂→涂装→运输。钢箱梁节段拼装步骤：=1\*GB3①底板单元件定位将底板单元件吊上胎架，对齐地标线型和高程标记，调整定位好后，用压马压紧与胎架固定。底板单元拼焊接完毕后，检查焊缝，并在底板上划出腹板、横隔板和弦臂腹板装配线。=3\*GB3③纵向腹板和横隔板单元件定位焊接纵向腹板和横隔板单元件安装次序由里到外，先装中间一室隔板，再装两侧腹板，再装两侧室隔板，再装两外侧腹板。将两侧腹板单元件定位。腹板单元件工字梁位置定位线对合底板位置定位线。以确保能精确定位。采用CO2气体保护焊焊接腹板、隔板与底板间的焊缝。横隔板单元件的定位，横隔板中心线对合梁段底板中心线，焊接横隔板与底板的焊缝，用高度标杆确定高度中心线。同时安装梁段端口U型肋控制装置，用来控制梁段端口U型肋位置尺寸。④面板单元件定位焊接将面板单元对线安装，面板纵肋朝下扣入，以纵向中心线、两端横向装配线定位。安装时，上部使用重物加压，保证面板与腹板、横隔板密贴。焊接面板与横隔板间的角焊缝。若面板由两个以上单元件组成，将另外一块面板单元件对线安装，焊接面板与横隔板间的角焊缝。焊接面板与隔板、腹板焊缝，同时对接焊面板单元。⑤挑臂单元件定位焊接进行两侧挑臂面板和挑臂隔板与面板、腹板的装焊。4.4梁段预拼匹配制造梁段匹配制造在“3+1”梁段制作专用胎架上进行,梁段匹配制作完成后的第4个梁段与下一轮的3个梁段进行预拼。本桥试拼与梁段制造同步进行，即在胎架上先组焊第一节段，再以第一节段为基准组焊第二节段，再以第二节段为基准组焊第三节段，以此类推。桥梁的线形由胎架上预设的线形保证。预拼装时，按设计要求的预拼线形组拼，梁段间预留焊接间隙（还需记入焊接收缩量），相邻梁段面匹配应满足公差要求。梁段在设有拱度值的制作胎架上进行匹配制造。梁段组装时，相邻梁段相对位置与成桥时空间相对位置一致，因此，梁段预拼主要是检查匹配相邻梁段之间的端口及整体线型,避免工地装焊时梁段间出现较大间隙和较大错边量，使工地装焊工作顺利进行。制作梁段与预置梁段的预拼不仅要检查间隙、调整错边量，还需匹配端口尺寸，进行必要的修正和调整。5焊接及试验5.1焊接工艺评定试验工程开工前，为保证本工程焊接质量，根据设计文件的要求，按《铁路桥涵施工技术规范》（TB10212-98）的规定，按规范的要求对拟采用的焊接工艺进行试验评定。所有试件焊接后均经焊缝外观检查和内部超声波探伤。焊缝外观成型应良好，无气孔、夹碴、咬边、尺寸不足等缺陷。5.2焊接方法焊接方法根据设计要求及本桥的实际施工情况和焊接工艺评定试验进行确定，本钢箱梁制造工程采用的焊接方法如下表：序号焊接项目埋弧自动焊CO2自动焊CO2半自动焊CO2陶质衬垫焊手工电弧焊1拼板接料√√2箱梁T形肋角焊缝√3箱梁横肋角焊缝√4箱梁横肋对接焊缝缝√5腹板加劲肋角焊缝缝√√6纵隔板纵肋角焊缝缝√7箱梁顶、底板纵缝缝对接√√√8工地环焊缝对接√√√√9工地纵向加劲肋对对接√10定位焊缝√√5.4焊缝检验所有焊缝在焊缝金金属冷却后进进行外观检查查，不能有裂裂纹、未熔合合、焊瘤、夹夹渣、未填满满弧坑及漏焊焊等缺陷。焊焊缝施焊24小时，经外外观检验合格格后，再进行行无损检验。对对于厚度大于于30mm的高高强度钢板焊焊接接头在施施焊48小时后进行行无损检验。顶板、底板、腹板拼接缝每5条制作一块产品试板，进行接头拉伸、弯曲和焊缝冲击试验。6表面处理及