曹玉軍

（中交二航局結(jié)構(gòu)工程有限公司，湖北武漢 430000）

大跨鋼結(jié)構(gòu)箱梁橋現(xiàn)場(chǎng)焊接施工分析

曹玉軍

（中交二航局結(jié)構(gòu)工程有限公司，湖北武漢 430000）

鋼箱梁具有施工質(zhì)量輕、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，在城市立交工程中得到了廣泛的應(yīng)用。在鋼箱梁施工過程中，焊接施工是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)工程質(zhì)量有比較大的影響。以實(shí)際工程為例，首先進(jìn)行工藝評(píng)定，然后對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)箱梁橋現(xiàn)場(chǎng)焊接施工技術(shù)進(jìn)行具體分析和探討。

鋼結(jié)構(gòu)箱梁橋；焊接工藝；橫隔板

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.40

0 工程概況

某大跨鋼結(jié)構(gòu)箱梁橋在施工時(shí)，鋼箱梁梁高為1.4 m，F(xiàn)匝道鋼橋的總長(zhǎng)度為43.91 m，位于半徑900 m的豎向曲線，最高點(diǎn)樁號(hào)FK0+265。在加工鋼箱梁時(shí)，外側(cè)邊緣預(yù)拱度為19 cm。內(nèi)側(cè)邊緣的預(yù)拱度為1.8 cm，匝道鋼橋中施工長(zhǎng)度為4492 m。以此工程為例，對(duì)大跨度結(jié)構(gòu)箱梁橋現(xiàn)場(chǎng)焊接施工技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

1 工藝評(píng)定

1.1 焊接工藝評(píng)定流程

（1）在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)制作工作前，必須完成焊接工藝的評(píng)定工作，編制焊接工藝的相關(guān)依據(jù)就是焊接工藝評(píng)定。在進(jìn)行評(píng)定試驗(yàn)的過程中，所選擇的母材應(yīng)該盡量和產(chǎn)品保持一致，試板的制備應(yīng)該盡量選擇和產(chǎn)品一致的母材。

（2）擬定焊接工藝相應(yīng)的評(píng)定方案。

（3）依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙以及相關(guān)規(guī)定，對(duì)焊接工藝進(jìn)行評(píng)定驗(yàn)證，然后再編寫焊接工藝規(guī)程，編寫的依據(jù)為相應(yīng)的焊接工藝評(píng)定報(bào)告。

（4）在焊接工藝評(píng)定中，需要進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)。

（5）只有經(jīng)過監(jiān)理工程師審核通過后，相應(yīng)的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)所提供的結(jié)果才能生效。同時(shí)需要后續(xù)的生產(chǎn)過程中，進(jìn)行追蹤，檢查，然后對(duì)工藝進(jìn)行補(bǔ)充和完善。一旦發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量不穩(wěn)定或者質(zhì)量低下的產(chǎn)品出現(xiàn)，應(yīng)該立即停止使用。

（6）試驗(yàn)報(bào)告經(jīng)過相應(yīng)的審批后，需要進(jìn)行各種接頭的焊接工藝指導(dǎo)書的編寫。監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后，方可投入使用。

1.2 剪力釘焊接工藝評(píng)定

剪力釘?shù)暮附庸に囋u(píng)定流程：（1）應(yīng)該編制焊接工藝的計(jì)劃用書；（2）對(duì)焊接工藝進(jìn)行評(píng)定；（3）確定焊接工藝卡[1]。

1.3 火焰切割工藝評(píng)定

（1）在加工鋼材工作前，火焰切割工藝的評(píng)定，所用到的就是具有代表性的試件。如果在切割工作前，相關(guān)鋼材已經(jīng)做過除銹預(yù)處理同時(shí)已經(jīng)噴上車間底漆，那么進(jìn)行切割工藝的評(píng)定工作中，相關(guān)試件也需要涂抹相同的底漆。

（2）在進(jìn)行火焰切割工藝評(píng)定的過程中，如果鋼材厚度等于20mm，那么相關(guān)評(píng)定結(jié)果對(duì)厚度＜20mm的鋼材也適用，如果鋼材厚度等于40mm，那么，其工藝評(píng)定結(jié)果適用于厚度處于20mm和40mm之間的鋼材；如果鋼材厚度超過40mm，那么鋼材厚度每增加10mm，就需要進(jìn)行一次工藝評(píng)定[2]。

（3）在進(jìn)行火焰切割評(píng)定試驗(yàn)的過程中，需對(duì)熱量進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)證明一下內(nèi)容：①確保切割面不存在任何裂紋；②保證局部硬度＜350 HV；③不存在對(duì)結(jié)構(gòu)使用性能產(chǎn)生影響的威脅。

2 施工過程

2.1 三維建模

圖1為憑借Solidworks所建立的電子模型。精準(zhǔn)的計(jì)算涂抹面積以及吊裝重量，同時(shí)調(diào)整鋼構(gòu)件焊接順序。

圖1 橫隔板三維圖

2.2 工廠內(nèi)加工

（1）測(cè)量放樣工作需要具體依據(jù)鋼箱梁平向、縱向以及橫向數(shù)據(jù)進(jìn)行，必須制作專用胎架，然后焊接牢固，同時(shí)應(yīng)該及時(shí)采取預(yù)壓措施。

（2）按照放樣尺寸進(jìn)行下料。在具體施工過程中，應(yīng)該嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)的工藝要求，對(duì)切割邊緣加工余量以及焊接收縮量進(jìn)行預(yù)留。在實(shí)施氣割工作前，應(yīng)該保證切割區(qū)域不存在鐵銹以及污物，完成氣割后應(yīng)該及時(shí)對(duì)飛濺物以及熔渣進(jìn)行清除[3]。

（3）組裝制作箱梁立體單元需要在胎架上完成。首先將底板坡口朝下進(jìn)行放置，為了使臺(tái)架上的定位標(biāo)記線和底板單元的定位線互相重合，需要對(duì)胎架上的底板位置進(jìn)行調(diào)整，在這個(gè)過程中，還需特別注意底板邊緣的預(yù)拱值；箱梁立體單元的具體組裝順序?yàn)椋合鹊装搴笾懈拱?、先底板后橫隔板、先底板然后邊腹板最后頂板。

箱梁的組裝以及焊接工作要在胎架上完成，然后進(jìn)行矯正修磨，繼而開始相鄰單元的對(duì)口拼接工作。

2.3 影響精度的關(guān)鍵工藝

2.3.1 箱梁尺寸控制

文章所涉及到的箱梁結(jié)構(gòu)具體為扁平鋼箱梁，屬于全焊板系結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)鋼箱梁結(jié)構(gòu)的過程中，具有較高的幾何精度要求，同時(shí)以制作假設(shè)的特點(diǎn)為基礎(chǔ)。在制作過程中，為了盡可能的降低溫差對(duì)板單元定位精度造成影響，同時(shí)也是為了更好的控制鋼箱梁的拼裝精度，需將關(guān)鍵部位的拼裝定在日出前、晚上或陰天進(jìn)行，比如邊副板單元的定位等[4]。

2.3.2 焊接變形控制

在進(jìn)行焊接箱梁的過程中，會(huì)對(duì)箱梁板尺寸產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而會(huì)造成箱梁結(jié)構(gòu)的線性變化。為了避免焊接殘余變形情況的發(fā)生，必須依據(jù)箱梁的相關(guān)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)焊接前、焊接中以及焊接后采取合理的措施進(jìn)行控制。

（1）焊接工作前，需對(duì)收縮量進(jìn)行合理設(shè)置。通過對(duì)鋼梁結(jié)構(gòu)的幾何尺寸控制點(diǎn)以及鋼梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行研究可知，焊接橫向收縮量會(huì)因?yàn)橄噜彾螌?duì)接收縮量匹配以及寬度受到影響外，憑借一定的焊后處理措施，其他項(xiàng)點(diǎn)都可以達(dá)到相應(yīng)的焊接精度要求。對(duì)制作鋼梁段的幾何尺寸進(jìn)行控制的關(guān)鍵因素在于能否精準(zhǔn)的對(duì)焊接橫向收縮量進(jìn)行控制。

（2）焊接過程中的控制要點(diǎn)。在具體焊接施工過程中，焊接頂一記底板的時(shí)候，應(yīng)該使用實(shí)心焊絲CO2氣體進(jìn)行保護(hù)焊打底，然后再應(yīng)用埋弧自動(dòng)焊填充蓋面的單面焊雙面成型技術(shù)。在進(jìn)行焊道打底的過程中，很容易出現(xiàn)焊接不良問題，諸如馬板根部出現(xiàn)收縮孔、反面成型不良以及弧坑裂紋等。在具體施工過程中，需要嚴(yán)格對(duì)焊道的相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行控制，在焊接熄弧處的過程中，為了能有效地解決此類根部熔合不良的問題，需憑借回焊20mm或者加快接頭速度，同時(shí)仔細(xì)考察焊接間隙是否有過大或者過小的現(xiàn)象，采用向前推活拉的方式加以解決。另外，完成首道埋弧自動(dòng)焊縫后，再將襯墊去除，旨在對(duì)受熱下墜的焊縫金屬進(jìn)行推托[5]。為了能夠盡量縮小焊接變形，首道焊道完成焊接后，焊縫溫度降低到一定程度后將馬板進(jìn)行拆除。在鋼箱梁具體的焊接施工進(jìn)行中，為了可隨時(shí)對(duì)焊接變形以及焊接收縮量進(jìn)行控制，必須嚴(yán)格依照相應(yīng)的焊接順序進(jìn)行焊接。完成首個(gè)區(qū)域全部構(gòu)件的焊接拼裝后，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，形成報(bào)告。在具體施工過程中，各個(gè)階段的焊接需要在20℃或20℃相近溫度條件下進(jìn)行，如果不能滿足溫度條件，則需進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算，確定標(biāo)高值。

（3）焊接完成后對(duì)變形進(jìn)行矯正。如果T型鋼梁焊接后發(fā)生變形，應(yīng)該使用火焰進(jìn)行矯正，如果是因?yàn)榻呛缚p而造成的變形，通常采用的矯正辦法為：憑借中性火焰，順著焊縫對(duì)應(yīng)的背面凸起部位進(jìn)行加熱，加熱的方向始終保持線狀。

2.3.3 焊接變形監(jiān)測(cè)

為了對(duì)焊接變形措施是否有效進(jìn)行驗(yàn)證，完成鋼箱梁加工后，需檢驗(yàn)焊接變形情況，在規(guī)定允許范圍內(nèi)，確保外形尺寸焊接變形量檢驗(yàn)測(cè)量標(biāo)距取300mm，在檢測(cè)過程中，為了盡可能的降低溫差對(duì)測(cè)量精度造成影響，需將測(cè)量時(shí)間恒定。表1為不同部位的焊接變形測(cè)試結(jié)果。由檢測(cè)數(shù)據(jù)可得知2點(diǎn)。

表1 根部間隙對(duì)焊接橫向收縮的影響

（1）焊接條件一致，如果根部間隙有所增加，那么橫向收縮量也會(huì)隨之增加，兩者呈線性正相關(guān)關(guān)系。所以，為了能夠合理控制橫向收縮量，應(yīng)該適當(dāng)?shù)膶?duì)根部間隙進(jìn)行控制。

（2）焊接條件一致，如果板厚度有所增加，那么橫向收縮量也會(huì)隨之增加，但是板厚度對(duì)橫向收縮量的影響較根部間隙對(duì)橫向收縮量的影響要小。

3 焊接施工時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）焊縫完成焊接工作后，應(yīng)及時(shí)對(duì)焊縫兩側(cè)以及表面的飛濺物進(jìn)行清理，然后將其打磨光滑后，方可繼續(xù)進(jìn)行焊接工作。

（2）在進(jìn)行焊接的過程中，焊縫之外的母材上不能隨意引弧，如果進(jìn)行的是自動(dòng)焊接，必須應(yīng)用引弧板以及熄弧板。

（3）采取機(jī)械切除或者火焰切除的方法將碼板進(jìn)行切除，切除的過程中應(yīng)該注意，需要多留出（3～5）mm，在不傷及主材的基礎(chǔ)上，用磨光機(jī)將多余的部分進(jìn)行修磨，直至光滑。

4 結(jié)束語

綜上所述，大跨鋼結(jié)構(gòu)箱梁工程在施工過程中分段跨度比較大、預(yù)拱度比較高，因此需在施工前科學(xué)地制定焊接工藝，并計(jì)算伸縮量，在進(jìn)行施工時(shí)要嚴(yán)格進(jìn)行控制，保證工程施工精度可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為類似大跨鋼結(jié)構(gòu)箱梁施工提供了參考。

［1］李星榮，魏才昂，丁峙崐，等.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第二版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］孫同策.預(yù)制拼接連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與施工探討［D］.石家莊：河北工業(yè)大學(xué)，2002.

［3］于之翠.大跨結(jié)構(gòu)鋼箱梁焊接變形預(yù)測(cè)與控制的應(yīng)用研究［D］.秦皇島：燕山大學(xué)，2013.

［4］王凌波，朱季，宋一凡，等.基于實(shí)測(cè)溫差模式的大節(jié)段吊裝鋼箱梁焊接時(shí)機(jī)研究［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2016（12）：85-92.

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〔編輯 利 文〕