孫 樹 松

(中鐵山橋集團(tuán)有限公司,河北 秦皇島 066205)

虎門二橋G4-1及G4-2合同段鋼箱梁同精度匹配工藝方案

孫 樹 松

(中鐵山橋集團(tuán)有限公司,河北 秦皇島 066205)

介紹了虎門二橋鋼箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對(duì)鋼箱梁制造的精度控制和焊接采用的技術(shù)進(jìn)行了深入研究，重點(diǎn)闡述了制造難點(diǎn)、工藝措施及鋼箱梁的質(zhì)量控制，以達(dá)到兩個(gè)合同段間的精確匹配。

虎門二橋，鋼箱梁，精度控制，三維模型，匹配

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)各類鋼橋建造數(shù)量的不斷增多，為適應(yīng)地質(zhì)條件、周圍環(huán)境及設(shè)計(jì)的需要，大型鋼箱梁在其跨徑上越來(lái)越大。受其工期限制，往往需要兩家甚至幾家單位共同協(xié)作，來(lái)完成鋼箱梁的生產(chǎn)制造及拼裝架設(shè)工作。因此對(duì)于鋼箱梁的尺寸精度及其匹配度必須進(jìn)行嚴(yán)格控制。本文結(jié)合虎門二橋鋼箱梁制造的工程實(shí)踐，對(duì)此種情況下大型鋼箱梁的拼裝與焊接方法給予介紹，為類似工程提供借鑒。

1 工程概述

虎門二橋?yàn)橹骺? 688 m雙塔雙跨鋼箱梁懸索橋(如圖1所示)，跨徑布置為658 m+1 688 m+522 m，建成后將成為世界第一跨度鋼箱梁懸索橋，所有類型橋梁中主跨位居世界第二，國(guó)內(nèi)第一。

2 鋼箱梁制造方案

虎門二橋主橋鋼箱梁全寬44.7 m(不含檢修道、導(dǎo)流板)，吊索錨固在風(fēng)嘴上，主纜橫向間距42.1 m，頂板寬40.6 m，風(fēng)嘴寬2.1 m，平底板寬31.3 m，斜底板寬6.7 m，風(fēng)嘴外側(cè)設(shè)置寬1.5 m檢修道和1 m導(dǎo)流板，鋼箱梁梁高4 m(見(jiàn)圖2)。主梁分為11種類型，共176個(gè)梁段。

虎門二橋主橋鋼箱梁部分分為G4-1和G4-2兩段，由兩家單位共同制造——中鐵山橋集團(tuán)有限公司、上海振華重工集團(tuán)有限公司。為確?；㈤T二橋鋼箱梁制造精度的一致性、鋼箱梁節(jié)段連接的匹配性，必須制定嚴(yán)格的制造方案。

2.1鋼箱梁三維模型匹配

為確保鋼箱梁制造精度相同，兩家單位采用了相同的鋼箱梁斷面預(yù)拱度，應(yīng)用CAD,TEKLA兩種繪圖軟件進(jìn)行鋼箱梁節(jié)段三維建模(見(jiàn)圖3)，并對(duì)鋼箱梁節(jié)段三維模型的幾何重心、型截面控制點(diǎn)、吊索錨固點(diǎn)、U形肋截面尺寸(如圖4所示)等重要幾何要素進(jìn)行了比對(duì)[1]，使兩家單位的鋼箱梁三維模型相同，即鋼箱梁制造的幾何基礎(chǔ)相同。

2.2板單元制造方案

導(dǎo)致鋼箱梁節(jié)段制造精度差異的兩大主因：

1)下料、鉆孔的尺寸精度;

2)切割、焊接、修整時(shí)的熱變形。因此，為保證虎門二橋鋼箱梁制造精度的一致性，兩家單位同時(shí)采用了NC自動(dòng)劃線機(jī)、NC精密焰切機(jī)、數(shù)控鉆床、機(jī)械人焊機(jī)、反變形胎等先進(jìn)的制造設(shè)備，提高了鋼箱梁制造尺寸精度，減少了鋼材熱變形，使制造精度提高，并且趨同。

本橋鋼塔、鋼箱梁板單元生產(chǎn)車間有兩條預(yù)處理自動(dòng)生產(chǎn)線，鋼板預(yù)處理前用趕板機(jī)趕平，使鋼板軋制內(nèi)應(yīng)力分布均勻及部分消除，矯正鋼板的塑性變形，提高鋼板平面度。鋼板經(jīng)過(guò)拋丸、噴漆、烘干，提高鋼材抗腐蝕能力，優(yōu)化鋼材表面工藝制作狀態(tài)，利于數(shù)控切割機(jī)下料。板件采用空氣等離子及火焰數(shù)控切割機(jī)下料，切割設(shè)備均具有自動(dòng)劃線、寫號(hào)功能，除能夠采用自動(dòng)定位組裝和焊接后需要二次組裝的位置線外，全部采用數(shù)控切割機(jī)床進(jìn)行劃線、寫號(hào)，取消了人工劃線、寫號(hào)，減少了影響劃線、寫號(hào)精度和準(zhǔn)確性的各種因素。U形肋板單元采用多頭機(jī)器人焊接系統(tǒng)在液壓翻轉(zhuǎn)胎上船位焊接。反變形胎有效地控制板單元焊接變形，機(jī)器人船位焊接有效地保證了U形肋的熔深及焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2.3鋼箱梁節(jié)段拼裝方案

鋼箱梁節(jié)段拼裝全部在拼裝廠房?jī)?nèi)完成。鋼箱梁制造采用統(tǒng)一的多節(jié)段連續(xù)匹配制造與預(yù)拼裝同時(shí)完成的“長(zhǎng)線法”拼裝方案。鋼箱梁節(jié)段一端為基準(zhǔn)，另一端預(yù)留配切量，待鋼箱梁節(jié)段整體焊接后根據(jù)監(jiān)控線型進(jìn)行切割[2]。

2.4鋼箱梁預(yù)拼裝方案

為確保鋼箱梁架設(shè)順利，接口對(duì)接準(zhǔn)確，鋼箱梁在拼裝場(chǎng)要進(jìn)行預(yù)拼裝，若發(fā)現(xiàn)節(jié)段尺寸有誤或預(yù)拱度不符時(shí)，可在拼裝場(chǎng)進(jìn)行尺寸修正，避免在高空調(diào)整，減少高空作業(yè)難度和加快吊裝速度，消除現(xiàn)場(chǎng)施工風(fēng)險(xiǎn)。

每輪次節(jié)段連續(xù)匹配組焊完畢后，在測(cè)量控制網(wǎng)中用全站儀精確測(cè)量采集鋼箱梁測(cè)量監(jiān)控點(diǎn)的三維坐標(biāo)。通過(guò)建模分析確定各節(jié)段的空間位置及線形偏差，然后確定節(jié)段的長(zhǎng)度、端口尺寸、間距等參數(shù)，通過(guò)配切余量調(diào)整節(jié)段間架設(shè)夾角，從而消除制造時(shí)的偏差累積，使實(shí)際制造線形與理論制造線形相擬合。同時(shí)通過(guò)端口匹配可以消除相鄰節(jié)段間的板邊錯(cuò)邊，有效控制焊縫間隙和對(duì)口精度[3]。

3 焊接工藝

本橋鋼箱梁為全焊結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)焊縫較多，導(dǎo)致發(fā)生的焊接變形和焊接殘余應(yīng)力較大。兩家單位針對(duì)設(shè)計(jì)圖指定的鋼材材質(zhì)、接頭類型和焊縫尺寸，選擇合適的焊接方法、焊接材料、坡口形式、焊接工藝、焊接措施、施焊環(huán)境等，制定了產(chǎn)品焊接工藝規(guī)程。并根據(jù)同精度制造的要求，采用了統(tǒng)一的焊接方法、焊縫斷面、焊道數(shù)量、焊接參數(shù)、施焊順序和施焊方向等焊接工藝參數(shù)；同時(shí)應(yīng)有利于組裝、焊接和焊接變形的控制，并減小焊接引起的角變形、彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形和翹曲變形，使鋼箱梁節(jié)段變形空間減小，降低同精度制造的難度。

鋼板對(duì)接接料焊縫采用埋弧自動(dòng)焊焊接。頂板單元、底板單元、邊腹板單元、中腹板單元等均采用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊，采用多頭門式焊接機(jī)器人+自動(dòng)液壓反變形胎架船位焊接(見(jiàn)圖5)，橫隔板單元采用CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊，采用橫隔板焊接機(jī)器人平位焊接(見(jiàn)圖6)。

拼裝場(chǎng)和橋上頂板、底板單元間對(duì)接焊縫，節(jié)段間頂板、底板對(duì)接焊縫均采用半自動(dòng)焊打底+埋弧自動(dòng)焊填充、蓋面。其他焊縫優(yōu)先采用自動(dòng)焊，不能采用自動(dòng)焊的采用CO2氣保護(hù)半自動(dòng)焊。CO2氣體保護(hù)半自動(dòng)焊使用數(shù)字逆變CO2/MAG焊機(jī)和第四代焊接數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，通過(guò)焊接數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)焊機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高焊接質(zhì)量和管理水平[4]。

4 兩合同段相鄰節(jié)段實(shí)物匹配

兩合同段相鄰節(jié)段的實(shí)物匹配，既能實(shí)現(xiàn)相鄰節(jié)段的對(duì)接口的匹配，也能檢驗(yàn)鋼箱梁同精度制造工藝的可行性，對(duì)后續(xù)鋼箱梁節(jié)段的同精度制造有指導(dǎo)性意義，可以據(jù)此對(duì)專項(xiàng)方案進(jìn)行微調(diào)，使得鋼箱梁制造精度更加貼近。

節(jié)段實(shí)物匹配時(shí)，在固定節(jié)段橫縱隔板交叉處設(shè)定位墩，在拼裝節(jié)段橫縱隔板交叉處設(shè)調(diào)控滑移墩(見(jiàn)圖7)。定位墩在水平面內(nèi)固定，僅能進(jìn)行鉛垂方向調(diào)控；調(diào)控滑移墩可同時(shí)進(jìn)行空間三向調(diào)控[5]。

匹配時(shí)將拼裝節(jié)段滑移至指定位置，然后調(diào)整節(jié)段接口端面，使頂板、底板上表面平齊，滿足制造驗(yàn)收規(guī)則要求。然后完成匹配端口的配切，使節(jié)段長(zhǎng)度、吊點(diǎn)間距滿足設(shè)計(jì)要求。所有匹配數(shù)據(jù)應(yīng)有詳細(xì)記錄，包括截面基本幾何尺寸、板面平面度、鋼箱梁坡度、吊點(diǎn)間距等。匹配后兩家單位應(yīng)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，并對(duì)已經(jīng)生產(chǎn)的其他節(jié)段、板單元進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定方案進(jìn)一步調(diào)整的方向。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)鋼箱梁制造實(shí)踐檢驗(yàn)，板單元制作、鋼箱梁組焊、總拼等工藝先進(jìn)合理。焊縫外觀質(zhì)量良好，內(nèi)在質(zhì)量穩(wěn)定。梁段制造質(zhì)量?jī)?yōu)良，安裝順利，匹配度及其他各檢測(cè)項(xiàng)點(diǎn)全部滿足規(guī)范要求。本工程的順利完工，可以為國(guó)內(nèi)外類似工程提供參考。

[1] 何永祥,潘志廣,黃世超.BIM技術(shù)在施工圖繪制中的應(yīng)用研究[J].土木建筑工程信息技術(shù),2013(2):15-20.

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[3] 胡廣瑞.大型公路鋼箱梁整體拼裝制造線形和尺寸的控制[J].鋼結(jié)構(gòu),2006(5):74-75.

[4] 楊永強(qiáng),劉振剛,徐向軍.歐洲焊接標(biāo)準(zhǔn)在挪威公路橋中的應(yīng)用[J].金屬加工,2010(18):69-71.

[5] 呂 雨,謝蘭敏.淺談鋼箱梁施工的線形控制技術(shù)[J].安徽建筑,2009(6):91-92.

HumenⅡBridgeG4-1contractandG4-2contractsectionsameprecisionmanufacturingprocessschemeofsteelboxgirder

SunShusong

(ChinaRailwayShanhaiguanBridgeGroup.,Ltd,Qinhuangdao066205,China)

This paper introduces the structural characteristics of Humen Ⅱ bridge steel box girder, and the fabrication of steel box girders for precision control and welding technology for the in-depth study, focusing on the quality control of manufacturing difficulties, technological measures and steel, in order to achieve the accurate matching between the two contract section.

Humen Ⅱ bridge, steel box girder, precision control, 3D model, matching

U448.213

A

1009-6825(2017)26-0153-03

2017-07-06

孫樹松(1986- )，男，工程師