蘇甜

(中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島066205)

新建同江中俄鐵路大橋制造技術(shù)

蘇甜

(中鐵山橋集團(tuán)有限公司，河北秦皇島066205)

隨著鋼材強(qiáng)度、種類和質(zhì)量的日新月異，橋梁設(shè)計(jì)制造逐步向著更輕、更長、更強(qiáng)發(fā)展，散拼節(jié)點(diǎn)鋼桁梁也出現(xiàn)了大跨度的要求。此類鋼桁梁的弦桿有著長度大，截面小，螺栓孔數(shù)量多的特點(diǎn)，焊接變形及孔群精度較難控制。

鋼桁梁；焊接變形；栓孔精度

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.037

1 工程概況

新建同江中俄鐵路大橋工程施工Ⅱ標(biāo)橋址位于黑龍江省同江市與俄羅斯列寧斯闊耶市之間，大橋?qū)⑦B通向陽川至哈魚島鐵路與俄羅斯西伯利亞鐵路列寧斯闊耶支線。大橋主橋長2584m（中方境內(nèi)1896m，俄方境內(nèi)688m），中方引橋長4555.1m。這條中俄兩國東部唯一的跨界江鐵路大橋建成后，將使俄阿穆爾地區(qū)和猶太州礦山冶金企業(yè)的產(chǎn)品向東南亞和中國的運(yùn)輸距離縮短1700km，將有力地提升東北亞經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的規(guī)模和層次。

主橋上部結(jié)構(gòu)采用單線下承式簡支鋼桁梁，主橋橋跨布置：中方（16孔108m+1孔144m）+俄方（1孔132m+1孔108m+1孔60m），中方主橋全長為1896m[1]。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鋼桁梁主桁采用帶豎桿三角形桁架，只在下弦節(jié)點(diǎn)處設(shè)置橫梁，節(jié)間長度為10.5m和11m兩種。上下弦桿、斜腹桿均采用箱形截面。主桁節(jié)點(diǎn)采用散拼節(jié)點(diǎn)形式。上、下弦桿通過小節(jié)點(diǎn)，在大節(jié)點(diǎn)處采用全截面拼接，箱形腹桿與節(jié)點(diǎn)板采用兩面拼接。箱形下弦桿的下水平板在桁架內(nèi)側(cè)伸過豎板100mm，以便布置一排螺栓，與下平聯(lián)及橫梁下翼緣節(jié)點(diǎn)板連接。

3 制造重點(diǎn)及質(zhì)量控制方案分析

3.1 主桁桿件的外形尺寸控制

本橋主桁架上弦桿采用焊接箱形結(jié)構(gòu)，通過節(jié)點(diǎn)板與腹板連接，上弦桿側(cè)向與上平聯(lián)連接，螺栓連接方向較多，典型上弦桿由豎板、上水平板、下水平板、隔板、上平聯(lián)接頭板等構(gòu)成，截面尺寸為660mm×870mm，長度近22m，組裝精度、焊接收縮、扭曲變形均較難控制。

圖1 主桁上弦桿示意圖

3.1.1 鋼桁梁拱度

1）起拱方式。為了使列車能夠比較平順地通過橋梁，《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.2—2005）規(guī)定橋跨結(jié)構(gòu)需要設(shè)置上拱度。同江橋108m鋼桁梁采用的起拱方法的特點(diǎn)有：上、下弦桿及腹桿長度不變，上弦桿和斜桿組成不變的三角形；下弦桿在小節(jié)點(diǎn)處被拽彎；上弦在大節(jié)點(diǎn)處彎折，導(dǎo)致在上弦大節(jié)點(diǎn)處弦桿與節(jié)點(diǎn)板錯(cuò)孔。

2）拱度放樣。本橋斜桿與上弦桿交于大節(jié)點(diǎn)中心左右各12mm處，節(jié)間長度有10.5m和11m兩種，桁高15m。在繪圖軟件里進(jìn)行橋梁系統(tǒng)線放樣，每個(gè)上弦節(jié)點(diǎn)的伸縮引起下弦相應(yīng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生下翹，逐節(jié)點(diǎn)疊加，得到橋梁起拱后的系統(tǒng)線線形。

3）節(jié)點(diǎn)板錯(cuò)孔制作。起拱后若弦桿與節(jié)點(diǎn)板錯(cuò)孔較小，則錯(cuò)孔量忽略不計(jì)，節(jié)點(diǎn)板孔群按理論制作。根據(jù)本橋起拱后的系統(tǒng)線放樣線形對比節(jié)點(diǎn)板孔群理論尺寸，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)孔量較大，不利栓孔連接。因此，應(yīng)按照實(shí)際放樣線形，將系統(tǒng)線偏移來確定節(jié)點(diǎn)板孔群位置，采用平板數(shù)控鉆床出實(shí)樣，同種節(jié)點(diǎn)板合摞卡實(shí)樣鉆孔。

3.1.2 嚴(yán)格控制零件尺寸加工精度

1）下料：板材經(jīng)過預(yù)處理線完成預(yù)處理后，對于不規(guī)則形狀零件，采用數(shù)控切割機(jī)下料。下料時(shí)對主要邊緣和焊接邊等預(yù)留機(jī)加工量。隔板作為桿件的組裝內(nèi)胎，尺寸精度要求較高，采用等離子數(shù)控切割機(jī)下料能滿足其尺寸要求，據(jù)車間反饋的測量數(shù)據(jù)，隔板的長寬尺寸偏差均能≤1mm，一般控制在±0.5mm以內(nèi)，確保邊頭垂直度≤1mm。

2）機(jī)加工：（1）機(jī)加工上平聯(lián)接頭板與上弦桿的焊接邊，且預(yù)留焊接收縮量；（2）以豎板中心線為基準(zhǔn)劃線、機(jī)加工豎板焊接邊及坡口；（3）組箱體時(shí)插入式的下水平板機(jī)加工兩焊接邊及坡口。

3.1.3 嚴(yán)格控制公差匹配

1）《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（Q/CR 9211—2015）[2]里桁梁桿件成品允許偏差：高度±1.0mm、寬度±1.0mm、長度±5.0mm、箱形桿件對角線≤2.0mm、扭曲≤3.0mm，該規(guī)范還要求彎曲≤5.0mm(桿件長度＜16m)，本橋主桁桿件基本約長22m，且為細(xì)長柔性桿件，因此彎曲的偏差要求可相應(yīng)放寬。

2）為保證以上各項(xiàng)偏差要求，下面詳細(xì)描述各板件間公差匹配情況：（1）箱形桿件組裝允許偏差為0～+1.5mm，為焊接預(yù)留收縮量；（2）隔板作為桿件的組裝內(nèi)胎，其寬度及高度下料偏差為0～+1.0mm；（3）測量豎板厚度，據(jù)車間反饋測厚記錄，豎板鋼板進(jìn)廠的厚度偏差約為±0.2mm；（4）對照桿件寬度允許偏差±1.0mm、隔板的寬度下料偏差0～+1.0mm以及相應(yīng)豎板的厚度偏差±0.2mm，確定插入式下水平板的機(jī)加工偏差為-0.5～0mm。

3.1.4 上弦桿整體組焊修

上弦桿組裝采用倒裝法，在專用的胎型上，組裝下水平板與隔板→組裝豎板單元→組焊箱形。控制要點(diǎn)有：（1）同一桿件上的兩塊豎板應(yīng)避免出現(xiàn)反向立彎。（2）上弦桿為結(jié)構(gòu)截面對稱、焊縫布置對稱的焊接結(jié)構(gòu)，采用先裝配成整體，然后再按一定的焊接順序，使結(jié)構(gòu)在整體剛性較大的情況下焊接，能有效地減少彎曲變形。箱形主角焊縫長達(dá)22m，采用焊縫同方向?qū)ΨQ焊接，能有效控制扭曲變形。（3）每步組焊完成后進(jìn)行火焰修整，坡口焊縫采用邊焊邊修的工藝，避免焊接變形積累。（4）重點(diǎn)控制箱口及栓孔連接部位的外形尺寸精度。

3.2 主桁桿件的鉆孔精度控制

本橋各部分桿件均采用螺栓連接，孔群多且連接關(guān)系復(fù)雜，以上弦桿為例，每根上弦桿至少有14個(gè)孔群，桿件長度超過龍門數(shù)控鉆床的加工范圍。桿件組焊修整收縮量大，較難控制，因此采用后孔法鉆制上弦桿孔群[3]。下面著重從兩方面進(jìn)行主桁桿件的鉆孔精度控制。

3.2.1 實(shí)物樣板的設(shè)計(jì)制作

1）上弦桿孔群主要包括兩端大節(jié)點(diǎn)處的四面拼接孔群，穿過小節(jié)點(diǎn)處的豎板拼接孔群，上平聯(lián)接頭板上的孔群。龍門數(shù)控鉆床只能鉆制一端及小節(jié)點(diǎn)處豎板的定位孔，考慮到另一端豎板孔群若由立體劃線卡小樣板鉆孔，孔群間的相對位置可能達(dá)不到允許偏差要求，而大的覆蓋式樣板孔群精度能夠保證但不夠經(jīng)濟(jì)，故此，考慮工藝的可靠性、合理性、經(jīng)濟(jì)性等因素，最后確定設(shè)計(jì)覆蓋一端及小節(jié)點(diǎn)孔群的豎板樣板。

2）在平聯(lián)接頭板樣板上，機(jī)加工平聯(lián)接頭板上對應(yīng)焊接邊，保證對邊卡樣鉆孔時(shí)的卡樣精度；平聯(lián)接頭板因?yàn)榘寮?shù)量多，采用先孔法能較好提高工作效率，因此應(yīng)在樣板上預(yù)留孔至焊接邊的收縮量。

3.2.2 箱體鉆孔

（1）桿件修整檢查合格后，用龍門數(shù)控鉆床鉆制上弦桿一端及小節(jié)點(diǎn)處豎板定位孔，用定位孔卡覆蓋式樣板鉆制此部分其他孔。（2）立體劃線，包括上下水平板及豎板中心線、水平圍線，用小節(jié)點(diǎn)處豎板已鉆孔群，及豎板中心線，卡覆蓋式樣板鉆制桿件另一端豎板孔群，注意保證兩豎板孔群的同心度。（3）用豎板已鉆孔群卡U型樣板鉆制上下水平板孔群，保證孔群相對位置關(guān)系。（4）以孔為基準(zhǔn)劃上平聯(lián)接頭板組裝位置線，成對組焊上平聯(lián)接頭板。

4 結(jié)語

新建同江中俄鐵路大橋主橋16孔108m簡支鋼桁梁制作質(zhì)量滿足《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（Q/CR 9211—2015）的要求。鋼桁梁幾何尺寸及制孔精度經(jīng)廠內(nèi)預(yù)拼裝滿足要求，工地架設(shè)順利，證明了該橋制造工藝方案及其難點(diǎn)解決措施的合理性，為以后大跨度散拼節(jié)點(diǎn)鋼桁梁的制造積累了經(jīng)驗(yàn)。

【1】張海榮.中俄鐵路鋼桁梁橋設(shè)計(jì)活載標(biāo)準(zhǔn)對比研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(12)∶55.

【2】Q/CR 9211—2015鐵路鋼橋制造規(guī)范[S].

【3】宋紅飛.京滬高鐵濟(jì)南黃河橋鋼桁梁制作難點(diǎn)分析與對策[J].鋼結(jié)構(gòu)，2012(10)∶61-64.

Manufacturing Technology of New-built Tongjiang Railway Bridge Between China and Russia

SU Tian
（China Railway Shanhaiguan Bridge GroupCo.Ltd.，Qinhuangdao 066205,China）

As the steel's strength,variety and quality are changing with each passingday,the bridge design and manufacture gradually tend to be lighter,longer,and stronger.There is the requirement of large span for the scattered joint steel truss girder.Such truss girder has the characteristics oflong length,small section,and a lot of holes,soit's difficult to controlits welding deformation and precision of the holes.

steel truss girder;welding deformation;precision of the hole

F752

A

1007-9467（2016）09-0088-02

2016-09-18

蘇甜（1983～），女，河北秦皇島人，工程師，從事鋼結(jié)構(gòu)制造研究。