楊 陽 嚴(yán)亞飛 李勝乾 李昊坤
中建鋼構(gòu)江蘇有限公司 江蘇 靖江 214532
江陰芙蓉大道橋梁為典型的鋼箱梁結(jié)構(gòu)城市高架橋梁,鋼箱梁橫斷面采用單箱三室等截面形式,頂板采用雙向2%橫坡,底板保持水平,腹板采用1∶2.5的斜率。節(jié)段間除頂板U形肋采用栓接外,其余全部采用焊接。每個節(jié)段主要由頂板單元、底板單元、腹板單元、橫隔板單元、挑臂塊體組成(圖1)。
圖1 江陰芙蓉大道橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面
橋梁線形是設(shè)計中的一項主要技術(shù)指標(biāo),貫穿于鋼箱梁制造、安裝的全過程中,需重點控制。
對策:
1)鋼箱梁制作采用長線預(yù)拼裝,每輪次的預(yù)拼裝節(jié)段不少于5個,采用節(jié)段組裝及預(yù)拼裝同時進(jìn)行的方案。
2)節(jié)段組裝設(shè)置5個停止點,分別為胎架完成、底板組焊完成、隔板組焊完成、頂板組焊完成、節(jié)段整體報檢,每個停止點采用三檢制,即自檢、互檢、專檢。
3)分部組裝過程中,以各個節(jié)段的縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn),將各節(jié)段縱橫基準(zhǔn)線的位置偏差控制在允許范圍內(nèi),以保證其匹配性。
4)鋼箱梁制作預(yù)拼裝各主要工序的監(jiān)測均在溫差較小、無日照的時段進(jìn)行。
5)節(jié)段預(yù)拼裝完成后,組裝匹配裝置,以便現(xiàn)場及時、準(zhǔn)確地復(fù)位各節(jié)段。
影響焊接變形的因素非常多,幾乎在所有的焊接結(jié)構(gòu)制造中都將焊接變形的控制作為重點。
對策:
1)分步組裝、分步焊接,預(yù)制反變形,控制焊接順序。
2)采用小間隙、小坡口焊接,選擇焊接線能量小的焊接方法。
3)在制造中積累各類焊縫的焊接收縮量實測數(shù)據(jù),以便使預(yù)留的焊接收縮量更為準(zhǔn)確。
梁段間頂板U形肋連接采用栓接方式,制孔精度控制及如何考慮不同狀況時接口連接孔的位置關(guān)系是工藝的難點。
對策:
1)U形肋兩端螺栓孔在專用鉆孔胎架上,借助整體模板,采用搖臂鉆床鉆孔,保證極邊孔距及孔間距。
2)拼接板采用先孔法,其優(yōu)點在于利用數(shù)控鉆床或胎型樣板鉆孔,質(zhì)量好,效率高,易于實現(xiàn)拼接板標(biāo)準(zhǔn)化,互換性強(qiáng),便于橋上安裝。
3)通過對首批板單元U形肋極邊孔距的收集及分析,在后續(xù)U肋制孔時考慮補(bǔ)償量。
4)在整體組裝及預(yù)拼裝過程中采用工藝拼接板對相鄰梁段的U形肋進(jìn)行栓接,以保證孔群之間的相對位置關(guān)系。工藝拼接板在相鄰梁段孔群之間要考慮工藝補(bǔ)償量。
3.1.1 頂板單元制作工藝流程
1)零件切割:頂板采用數(shù)控切割機(jī)切割下料,弧形板精度要重點控制。
2)組裝U形肋:采用U形肋裝配機(jī)進(jìn)行U形肋裝配。組裝前,先對焊縫區(qū)域進(jìn)行打磨,以縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)畫U形肋位置線,進(jìn)行對線組裝(圖2)。
3)焊接U形肋:U形肋開設(shè)50°~55°坡口,留根1 mm±0.5 mm。在船型反變形胎架上,采用CO2自動焊機(jī)施焊,焊后降至室溫松卡,并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整(圖3)。
圖2 對線組裝
圖3 焊接U形肋
3.1.2 頂板單元制作工藝要點
1)進(jìn)行組裝基準(zhǔn)線彈線時,控制所彈線寬不大于0.3 mm,誤差不大于0.5 mm。
2)采用U形肋裝配機(jī)進(jìn)行裝配,應(yīng)滿足以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):
① 基準(zhǔn)邊到第1條U形肋的邊距公差±1 mm。
② U形肋與U形肋之間距離公差:橫隔板部位±1 mm,任意位置±2 mm。
③ 基準(zhǔn)邊與縱基線的距離公差±1 mm。
④ 基準(zhǔn)頭到U形肋端頭(到橫基線的距離)公差±1 mm。
⑤ U形肋與橋面板之間的不垂直度≤1 mm,組裝間隙≤1 mm。
3)單元件焊后若平面度出現(xiàn)超差,則需要采用熱矯正的方法進(jìn)行矯正,加熱溫度控制在600~800 ℃,溫度降至室溫前不得錘擊鋼板。個別部位需要進(jìn)行錘擊矯正時應(yīng)加墊板。
本橋鋼箱梁采用正裝法,以專用胎架為建造平臺,專用胎架采用線形胎架,保證胎架有足夠的強(qiáng)度和剛度,以底板外表面為建造基面進(jìn)行建造[1-3]。
3.2.1 鋼箱梁預(yù)拼工藝流程
1)底板單元件定位(圖4):以底單元件縱基線反畫橋梁中心線,使用橋梁中心線對地樣中心線,進(jìn)行中心底單元件的橫向定位,同時,以單元件上的橫基線進(jìn)行縱向定位。中心底板定位檢驗合格后,以中心底板的縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn),由中間向兩邊依次定位其余底板單元件。
圖4 底板單元件定位
2)中間橫隔板組焊(圖5):橫隔板的安裝應(yīng)重點控制板面平面度、橫隔板間距及與箱梁底板的角度值,組裝時嚴(yán)格對定位基線,并用吊線錘控制隔板與底板傾斜值,采用組裝拉桿固定。
3)中間直腹板就位(圖6):直腹板單元定位需以底板的縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn),并監(jiān)測腹板與底板的垂直度。
圖5 中間橫隔板組焊
圖6 中間直腹板就位
4)兩側(cè)隔板及斜腹板依次就位(圖7):安裝兩側(cè)隔板需由中間向兩邊交叉安裝隔板單元件,單元定位需以底板的縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn),并監(jiān)測隔板相對底板的沖勢值;安裝兩側(cè)斜腹板需保證兩側(cè)腹板與隔板密貼,并檢查箱梁上口、下口的尺寸大小,控制腹板與底板的錯臺量、腹板到橋梁中心線的半寬值。
5)中間頂板單元就位(圖8):上頂板單元件之前,先檢測隔板上表面標(biāo)高是否符合驗收要求。對于頂板縱向定位,首先驗證單元件制作時返到頂板上的組裝定位基準(zhǔn)線,同時用全站儀校正該基準(zhǔn)線與橋梁中心線的垂直度;頂板定位時采用吊線錘方法保證每個梁段端口的垂直度(要考慮由于制造線形產(chǎn)生的傾斜量)。
圖7 兩側(cè)隔板及斜腹板就位
圖8 中間頂板單元就位
6)兩側(cè)頂板單元依次就位(圖9):以胎架中心標(biāo)志塔上的基線以及單元件上的縱基線為準(zhǔn)進(jìn)行中心頂板的橫向定位,然后向兩側(cè)推進(jìn)。
7)挑臂塊體就位(圖10):
① 橫向定位:以挑臂塊體的縱基線為準(zhǔn)進(jìn)行挑臂塊體單元橫向定位,縱基線到橋軸線的定位尺寸=理論尺寸+焊接收縮量+工藝調(diào)整量。
② 縱向定位:以挑臂塊體上的橫基線為基準(zhǔn)進(jìn)行縱向定位,同時校對梁段兩側(cè)橫基線的相對錯位量。
圖9 兩側(cè)頂板單元依次就位
圖10 挑臂塊體就位
8)節(jié)段預(yù)拼裝(圖11):
① 待每個梁段所有焊接、修整完成后,進(jìn)行橋梁線形的復(fù)測(要求日出前測量)及環(huán)口的匹配修整。配切梁長及頂、底板的坡口。
② 梁段間臨時連接件的組裝應(yīng)在梁段環(huán)縫切割后進(jìn)行。
③ 節(jié)段預(yù)拼裝檢測合格后,采用全站儀、鋼帶等儀器工具,按工藝要求繪制節(jié)段縱向定位線、端口橫向檢查線及節(jié)段橋上吊裝標(biāo)高測量點等各類標(biāo)記,以便節(jié)段在存放、吊裝過程中易于辨別。節(jié)段預(yù)拼裝完成,臨時匹配裝置,測控點、吊耳等布置好。
9)構(gòu)件解體下胎(圖12):待每個梁段檢驗合格后,進(jìn)行解體下胎。
3.2.2 鋼箱梁預(yù)拼工藝要點
圖11 節(jié)段預(yù)拼裝
圖12 構(gòu)件解體下胎
1)單元件組裝定位:為控制鋼箱梁的組裝精度,減小溫差影響,橋梁中心線處底(頂)單元件、腹板、橫隔單元件和頂單元件的定位組裝需在無日照影響時進(jìn)行,鋼箱梁尺寸設(shè)計基準(zhǔn)溫度為15 ℃。各主要尺寸要根據(jù)環(huán)境溫度與設(shè)計基準(zhǔn)溫度的溫差來進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,補(bǔ)償?shù)臄?shù)值根據(jù)鋼材的線膨脹系數(shù)1.2×10-5K-1來計算[4-6]。
2)鋼箱梁焊接應(yīng)分步進(jìn)行,遵循先內(nèi)后外、先下后上、由中心向兩邊的施焊原則。
3)基線至基線的距離要準(zhǔn)確預(yù)留各項余量,相鄰吊裝段間橫基線間距=理論尺寸+焊接收縮量。
4)梁段整體組裝時,單元件在梁上橫向接寬使用預(yù)變形工藝。工藝方法為:在接板對接縫的位置墊高外推2 mm,貼陶瓷襯墊,焊接(打底、CO2填充、撤墊、自動焊蓋面),修整。
5)鋼箱梁預(yù)拼裝完成后要設(shè)置現(xiàn)場定位板,以方便現(xiàn)場準(zhǔn)確定位;此外,梁段上還需設(shè)置測量控制點,既可用于監(jiān)控總拼裝精度,也可用于現(xiàn)場橋位各節(jié)段定位監(jiān)控。
江陰芙蓉大道快速化改造工程為典型的鋼結(jié)構(gòu)城市高架橋梁,其特點是制作精度要求高、焊接工程量大、焊接難度大。本文從橋梁線形控制、焊接變形控制及鋼箱梁制作工藝等方面對其進(jìn)行研究總結(jié),為今后同類型工程的實施提供一定的參考。