索塔钢锚箱制造关键技术

索塔钢锚箱制造关键技术

1层间距及钢锚箱设置重庆东水门大桥位于重庆南岸土路，向长江延伸，通过湖广会馆与陕西西部海域相连。主桥为222.5m。5m45m。190.5m。单链式斜式钢梁桥，钢梁全长858m。该桥采用上下层布置的公轨两用桥梁型式,上层为双向4车道汽车交通,下层为双线轨道交通,其全貌见图1。东水门长江大桥桥塔为天梭形桥塔,每个塔的上塔柱区域设置了9节钢锚箱,每节钢锚箱均设置了2个拉索锚点。节段内锚点的水平距离为2m,不同节段间的竖向间距均为3.8m。钢锚箱横桥向宽度相同,均为1.2m;纵桥向与塔壁外轮廓相同。钢锚箱均采用整段式设计,全桥共有18个钢锚箱节段,最大节段吊装重量约22.1t。索塔钢锚箱零件加工质量控制、节段制作及安装质量控制主要依据TB10212—2009《铁路钢桥制造规范》及JTG/TF50—2001《公路桥涵施工技术规范》。2施工难点及对策1)锚箱单元合件由支承板、承压板、锚垫板、加劲板等组成,组成零件多、焊缝密集,且设计对其锚孔加工精度及锚垫板与拉索锚头接触部位平面度质量要求高,制作及精度控制困难。2)索塔钢锚箱首次采用了外置开放式钢-混凝土组合结构,其制作及桥位安装精度高;同时,钢锚箱为半箱型结构,结构自身刚性及稳定性较弱。因此,钢锚箱制作精度控制是确保桥位安装精度的关键。3)钢锚箱节段之间的连接方式是顶紧后用高强度螺栓连接,其顶紧要求的保证措施是通过对每节钢锚箱端面实施机加工来实现。由于钢锚箱节段构件尺寸大,且机加工精度直接影响桥位架设精度,因此,制定合理的钢锚箱节段机加工工艺是本项目的难点。4)按照制作技术条件及安装要求,钢锚箱侧拉板垂直度偏差应控制在1/1500以内,因此,如何通过厂内预拼装保证桥位安装精度及节段间匹配也是本项目难点之一。5)钢锚箱为外露的钢结构,工作环境恶劣,需按重防腐等级进行涂层防护。鉴于防腐涂层在施工中的控制环节较多,采用整体热浸锌防腐方案。鉴于热浸锌防腐方案在大型桥梁钢锚箱中的应用较少,同时热浸锌时锌池温度达450℃,其高热量将使构件产生变形,因此,热浸锌是钢锚箱制造的重点和难点控制工序。3索塔钢绞箱生产技术3.1锚垫板制作工艺对东水门长江大桥锚箱单元合件进行制作工艺设计时,考虑到承力板与承压板间为熔透焊缝,易造成承压板产生角变形,且修正困难,故确定采用先将承压板和锚垫板组装成锚板合件,然后组装承力板及加劲板,最后机加工锚孔及锚垫板外平面的制作工艺。锚箱单元合件组装流程见图2。锚箱单元合件制作工艺及注意事项:1)承压板及锚垫板上的锚孔先切出,切割锚孔时需预留10mm机加工量;2)锚垫板板厚由80mm调整为85mm,以满足外表面机加工留量要求;3)需分步组装、分步修正,严格控制焊接变形;4)考虑到锚箱单元合件与侧拉板连接焊缝的焊接和探伤作业受施工条件所限,其上锚管在节段整体组装时安装。3.2锚箱及钢锚箱的模拟预拼装东水门长江大桥索塔钢锚箱节段由顶底部侧拉板、锚箱单元合件、侧向连接板、锚管等组成,钢锚箱整体组装流程见图3。钢锚箱整体组装工艺及注意事项:1)为保证各单元件与节段间整体位置关系,钢锚箱整体组装工艺设计时,将节段纵横基线作为板件、单元件及节段整体组装的唯一基准,节段间也以该纵横基线作为唯一基准进行模拟预拼装。锚箱单元合件以纵横基线定位方法见图4。2)节段为半箱型结构,整体刚性较弱,且锚箱单元合件与侧拉板间为熔透焊缝,容易造成焊接收缩量大,因此采用型钢对构件进行加固,其具有刚性约束焊接变形的作用。钢锚箱整体加固示意见图5。3)焊接侧向连接板与侧拉板角接焊缝时,在其端部预设了5mm焊接反变形量,较好地保证了其几何精度。4)构件组装完成后,以纵横基线精确划出桥位接口部位连接孔群位置线,采用钻孔设备配合钻孔样板钻制连接孔。拼接板钻孔时,先钻一端头孔群,另一端头孔群在预拼装时配钻。3.3钢锚箱端面加工钢锚箱节段全端面机加工工艺流程:1)采用高精度TrackerⅡ型三维激光跟踪仪测量系统(API)来完成加工端面的划线和检测工作;2)节段运至机床加工位置,采用数控液压支撑调整系统对其进行找正,准确调整好节段在机床坐标系中的加工位置;3)采用大型光栅数显端面加工落地铣镗床完成钢锚箱端面的加工。节段加工时需考虑热变形影响,对加工件温度和环境温度进行测量,将其温差控制在2℃之内。3.4吊装后再检测工艺注意事项在专用胎架上分轮次完成所有钢锚箱节段的预拼装,设置专用吊机完成节段起吊,并在胎架周围设置移动式操作平台。待胎架顶面标高检测合格后,完成首节段的吊装,检测合格后,依次完成其余节段的定位和调整。整体吊装后,需对基线间距、轴线度、接口部位金属接触率及接口匹配状态等进行检测。立式预拼装工艺注意事项:1)整体检测时需考虑温度变化的影响,应选择在凌晨恒温条件下进行;2)为确保桥位架设线形,需每隔4~5个节段设置1个调整节段,并根据预拼装检测结果来指导调整节段机加工,防止产生大的累积误差。3.5热浸锌试验分析东水门长江大桥索塔钢锚箱热浸锌选择在专业厂家完成,镀锌用锌锅溶锌量达1200t,规格为17m×3.2m×3.5m。索塔钢锚箱轮廓尺寸为1.7m×(3~3.8)m×(4.6~5)m。部分钢锚箱节段需采用翻转热浸锌。为验证钢锚箱热浸锌工艺的可行性,对首个钢锚箱节段进行了热浸锌工艺试验,其热浸锌后存在如下问题:1)由于热浸锌时温度较高(约450℃),钢锚箱局部热变形较为严重,尤其是侧拉板的平整度和锚箱结构中板厚在20mm以下的板件变形特别突出,锚箱节段接口部位宽度最大收缩达18mm,且板厚为10mm的锚管固定板发生明显扭曲变形。2)修整变形会将浸锌镀层破坏。镀层修补一般采用热浸镀锌修补剂,但在钢结构防腐涂装领域内目前还没有完美的镀层修补措施。3)选择的热浸镀锌厂家为目前国内最大(锌池容量达到1200t)、工艺先进的热浸镀锌厂家,但镀层厚度偏差仍较大,且存在较多流挂、大熔滴等表面缺陷,尤其在金属接触传力部位更为突出,从而严重影响金属接触率。鉴于上述问题,确定此类大型钢构件因存在板面面积大、构件钢板厚度差异大等特性,不适合采用整体构件热浸镀锌涂装方案,由此对其结构设计和涂装工艺作如下调整:1)对锚箱过焊孔进行密封处理,调整固定板位置,使锚箱部位支撑板、加劲板及固定板形成密封防腐;2)节段