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[ 作者:王禄鹏 成宇海 洪军 刘晓光 史志强 | 来源: |] |
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6 ?) V3 p% U2 `' c: p【摘要】大跨度钢箱梁的制造一般分为板单元制造、箱梁段组拼、桥位吊装三个阶段,由于板单元制造是整个工程的基础。而且板单元的数量巨大,因而在制造中
控制板单元的质量,满足精度要求.提高制造效率,满足进度要求是板单元制造的重点。本文结合南京长江第二大桥板单元的制造,系统介绍了板单元的加工方法及特点,并对制造中焊接变形的控制、板单元构件的制造精度控制等作了重点论述。
. Y" h0 f% q: g' a【关键词】钢箱梁
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板单元
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制造
3 Y/ B: f% L8 G) ]# ?! J工艺
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一、前言
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大跨度
桥梁中,钢箱梁以制造质量稳定、跨度大、架设方便而经常采用。日本的多多罗大桥和国内的江阴长江大桥、海沧桥以及在建的南京长江第二大桥均采用钢箱梁。钢箱梁的制造由于钢板
规划及运输等方面的原因,一般采用工厂、工地、桥位相结合的方式。板单元制造中,保证制造质量,提高制造效率是关键所在。本文以南京长江二桥的钢箱梁为例,介绍板单元构件的制造方法及控制要点。
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7 o1 D: B$ _! G# Y n( ]二、钢箱梁板单元构件的划分
, L$ \3 \6 \; s* ^( j+ o南京长江第二大桥为钢箱梁斜拉桥,全长1238m。钢箱梁主梁断面为全焊扁平流线型钢箱梁,根据架设需要分为93段制造。每段箱梁顶板分为14个顶板单元,共有54根纵向加劲U肋;底板分为15个底板、斜底板单元,共有43根纵向加劲U肋;箱梁两侧为锚箱腹板,腹板外侧为风嘴。钢箱梁板件划分见图1所示。梁段之间的底板U肋在纵向定位后通过嵌补段连接,顶板U肋通过高强螺栓连接。在如此大跨度的箱梁中,要确保纵向U的间的精确定位连接,板单元的制造精度必须特别精确。—
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三、带U型加劲肋面板单元的制造
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1.U肋制造
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U肋制造采用双折边法。即板料在精切下料后机加工两长边坡口,使用大型压力机分两次进行压弯。主要控制 U助的开口宽度 BO+3,两肢高低差≤2.0mm,全长扭曲≤5.0mm,端口垂直度≤1.5mm,局部不平度 2mm/m。
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2.板单元制造
( i# r0 I# m& [# g) ]顶板、底板、斜底板单元均带有U型加劲肋,主要结构形式为正交异性板结构,由面板和纵向加劲的U肋和横向加劲的横肋组成,构造见图2、图3所示。其制造工艺基本相同。
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2 J6 c; X' v8 N, p; s8 u2 X2 J(2)板单元的无余量精切下料
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根据工艺试验所得的参数,考虑制造过程中火焰切割、焊接、热矫正等对板件尺寸的影响,对板件的外形尺寸确定适当的工艺预留量。精密切割下料并切割出板件周边的焊接坡口。
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下料时控制料件长度尺寸L±1.0,坡口角度控制在 0~+2℃,板边直线度≤2.0mm。
, {9 l* U+ t. l: H7 B; m9 ~(3)板单元胎架无码组装
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正交异性桥面板直接承受汽车轮载作用,在制造时应避免加码等对运营造成疲劳隐患的组装方法,因而板单元使用专用无码组拼胎架组拼,见图5所示。
组拼作业主要控制U肋位置及U肋与面板的间隙,间隙要求≤1.0mm,U助间距在面板两端头及横隔板部位≤1.0mm,其余部位≤2.0mm。, ~/ h. T) Q& S: a2 Z0 `& k
(4)板单元反变形焊接
/ y( u% n' L$ ?1 aU肋与面板角焊缝焊接后,由于焊接热影响,面板会出现焊接角变形。焊接变形的产生不仅影响板单元的制造精度,而且若通过火焰矫正使其达到平面度要求,则需增加相当多的工作量。因而在制造中采用焊接反变形技术。
4 C- h- o' I0 ~/ O' R通过对焊后变形数据的实测,确定变形量,在施焊前对面板施加适当的反变形,以基本消除板单元在焊接中产生的角变形。焊接反变形胎架见图6所示。
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$ H% ?4 w, F% j5 D, d3 |/ ^, h, C6 ~, P面板焊接采用效率高、输入线能量少、焊接变形小的CO2气体保护自动焊。焊接时采用船位焊接,保证焊缝的熔深及外观成型。% b: o2 P! l; y, z: v
由于反变形技术的应用,板单元焊接后角变形大为减小,经过820mm板厚的顶板单元的实测,未使用反变形时总角变形为40mm,使用反变形后总角变形仅为6mm,可很容易地矫正平整。
四、带锚箱的腹板的制造
) ~0 n: E. A$ l- S# o/ h0 j钢箱梁上的荷载均通过腹板外侧的锚箱传递给斜拉索和桥塔,因而锚箱腹板是钢箱梁最重要的受力构件。全桥共有80对柱状锚箱,其角度和纵锚板长度因箱段的位置而变化。锚箱腹板由腹板、承压板、纵锚板、腹板板条肋等组成。锚箱结构如图7所示。
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) j' t. H1 u: H2.制造控制的重点
8 L( `" e6 S) R: U其包括:①部件组拼精度控制;②焊缝焊接质量控制;③腹板焊接变形控制。
+ P @8 V' o4 n5 w3.腹板组拼! a2 o. s% c5 |; L5 y# T% t* x0 G' V
首先组焊锚箱合件。组焊时使用定位胎架进行组装,采用平角位置对称施焊,确保焊缝质量和焊接不产生大的不对称变形。
; K' ^" M# f/ e/ O" Z7 j腹板组焊板条肋后,依据纵、横基准线精确定出锚箱的组装位置及组装角度,并据此在平台上组装锚箱。2 E9 u& h' M5 m; J" ]; j
4.锚箱腹板焊接2 Y: i; _* ]& p8 J/ t' D3 d. o
(l)腹板与板条肋的焊接 ( _( D9 X2 M( f
腹板与板条肋焊接使用埋弧自动焊,焊丝使用H08Mn2E,焊剂使用SJ10lq,焊接时采用船位焊。$ f9 `" ]% W x0 n/ g, ~
(2)熔透焊缝的焊接) S0 k9 Q% q1 C8 n' J5 I G- x
承压板与纵锚板、锚箱与腹板间均为熔透焊缝,采用开双面U型坡口焊接,坡口及焊道布置见图9所示。焊接时采用手工多道焊,焊条采用SHJ507Ni焊条。焊前预热100~150℃,层温控制在100~150℃。一侧焊后另一侧进行清根处理,确保熔透。
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5.焊接变形的控制
) s5 M9 X" d! O3 E1 r(l)增加腹板刚度,控制竖向及弯曲变形
6 F! @2 _8 d# T& d) \腹板与锚箱焊缝为大坡口熔透焊缝,焊接后在腹板锚箱位置产生局部凹凸和翘曲变形,经实测在锚箱腹板背侧竖向弯曲变形最大达16mm。, h) s& N# K5 w$ @
采取在腹板背侧的板条肋上增加临时连接件,使腹板上板条肋连为整体,以增大腹板的抗弯刚度,控制焊接竖向弯曲变形在6mm以内。
- c L% h) i0 b- O# y(2)利用刚性约束,控制焊接角变形5 U$ L4 s% J; g- R# G _) e* a
由于屡次的焊接热过程使得焊接角变形异常严重。采用在腹板锚箱背面加装约束马板的措施,施焊前先将马板点固于锚箱背侧,增加腹板上锚箱部位的刚性约束,制约腹板角变形的产生。马板见图10所示。腹板使用马板后焊接角变形原先的最大18mm减小为6mm,减少了矫正的工量,保证了几何尺寸的精确性。