康玉梅， 常彥虎，朱新華

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

0 引言

目前，斜拉橋廣泛采用的斜拉索塔端錨固方式主要有預(yù)應(yīng)力加混凝土齒塊式、鋼錨梁加鋼牛腿或混凝土牛腿式(下稱(chēng)鋼錨梁式)以及鋼錨箱式。預(yù)應(yīng)力式錨固結(jié)構(gòu)在質(zhì)量控制不好時(shí)錨固區(qū)易開(kāi)裂引起耐久性問(wèn)題；鋼錨箱式錨固結(jié)構(gòu)承載能力相對(duì)較高，但用鋼量過(guò)大，經(jīng)濟(jì)性較差。鋼錨梁式錨固結(jié)構(gòu)是一種組合式錨固形式，能夠發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)受拉能力強(qiáng)的同時(shí)，具有良好的經(jīng)濟(jì)性[1]。鋼錨梁式錨固結(jié)構(gòu)中錨梁是受力的關(guān)鍵構(gòu)件，主要承受斜拉索的平衡水平力[2-3]。因索塔內(nèi)壁結(jié)構(gòu)空間限制，且鋼錨梁承載力大，鋼錨梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般為鋼板厚度大，熔透焊縫多，結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間狹小，板件形狀不規(guī)則。工廠(chǎng)制造過(guò)程中的突出問(wèn)題有鋼錨梁結(jié)構(gòu)組焊施工難度大、底板焊接易變形、索導(dǎo)管空間角度精度控制技術(shù)要求高等。本文以臨港公鐵兩用長(zhǎng)江大橋?yàn)槔?，介紹了大型鋼錨梁制造關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)制造難點(diǎn)提出了解決方案。

1 工程概況

臨港公鐵兩用長(zhǎng)江大橋?yàn)楣F同層布置的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，是世界跨度最大的公鐵兩用鋼箱梁斜拉橋和世界最寬的公鐵兩用橋。主橋全長(zhǎng)1 077.3 m，主跨522 m，橋面寬度63.9 m，梁高5 m，橫橋向設(shè)雙向2%橫坡，橋面中間為4線(xiàn)高速鐵路，兩側(cè)各三車(chē)道城市快速路，最外側(cè)布置了人行道與非機(jī)動(dòng)車(chē)道，鋼梁節(jié)段最大重量約519.6 t[4]。橋梁總體布置見(jiàn)圖1，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖2所示。

1號(hào)斜拉索采用齒塊構(gòu)造錨固于塔壁內(nèi)側(cè)上，2號(hào)～3號(hào)斜拉索直接錨固于中、上塔柱連接段的橫梁上，4號(hào)～21號(hào)斜拉索采用鋼錨梁作為塔端錨固結(jié)構(gòu)，鋼錨梁水平放置于塔壁內(nèi)側(cè)的鋼牛腿上，每套鋼錨梁錨固兩對(duì)四組斜拉索，鋼錨梁與鋼牛腿之間采用M30的高強(qiáng)螺栓連接。

2 鋼錨梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

本橋鋼錨梁由腹板、底板、中隔板單元、錨箱、加勁板、水平板、不銹鋼板及索導(dǎo)管等部分組成，其中錨箱由錨墊板、承壓板、傳力板、箱內(nèi)(外)加勁板及索導(dǎo)管固定板組成，中隔板單元由中隔板、加勁肋組成。鋼錨梁長(zhǎng)7.36 m，寬2 m(兩腹板內(nèi)側(cè)間距)，底板寬2.804 m，中間高度1 m，兩端高度約1.8 m～2.8 m，最重的鋼錨梁約19.5 t。鋼錨梁結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，錨箱結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

3 制造重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

本橋鋼錨梁截面輪廓尺寸大，是一般鋼錨梁的2倍～3倍，單側(cè)為雙索導(dǎo)管，鋼板厚度大，錨箱部位內(nèi)腔結(jié)構(gòu)空間狹小，焊縫密集，設(shè)計(jì)合理的組裝、焊接及涂裝工藝，是保證鋼錨梁整體制造質(zhì)量及精度的重點(diǎn)，同時(shí)工廠(chǎng)制造過(guò)程中具有以下難點(diǎn)：

1)鋼錨梁水平放置于塔壁內(nèi)側(cè)的鋼牛腿上，故鋼錨梁底板平面度要求高，腹板與底板為熔透焊縫，且腹板板厚大，底板上設(shè)置有大面積的孔洞、自由邊剛度較弱，鋼錨梁底板焊接變形及平面度控制是難點(diǎn)之一。

2)鋼錨梁邊、中跨側(cè)斜拉索角度不同，同側(cè)又為雙股索，錨箱傳力板與腹板斜交且為熔透焊縫，腹板又為不規(guī)則形狀，焊接收縮量不均勻，因此，錨箱組焊角度精度控制是難點(diǎn)之一。

3)鋼錨梁與鋼牛腿之間高強(qiáng)螺栓連接，制孔精度是保證鋼錨梁與鋼牛腿整體制造精度的重點(diǎn)。

4)索導(dǎo)管長(zhǎng)且管徑小，普通噴槍難以到達(dá)待涂表面位置，索導(dǎo)管內(nèi)壁防腐質(zhì)量難以保證，索導(dǎo)管內(nèi)壁除銹涂裝工藝設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制是難點(diǎn)之一。

4 制造工藝設(shè)計(jì)

4.1 制造工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)鋼錨梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制造重難點(diǎn)，采用“鋼板預(yù)處理→零件下料、機(jī)加工→錨箱、中隔板單元制作→H型→箱型→試裝→防腐涂裝”的總體制造工藝方案。即鋼板輥平噴涂車(chē)間底漆后，腹板、底板等形狀復(fù)雜的零件采用數(shù)控火焰切割機(jī)下料，水平板等矩形板采用門(mén)式火焰切割機(jī)下料。對(duì)錨箱錨墊板、承壓板用銑床加工斜(平)面，有磨光頂緊要求的零件用刨邊機(jī)加工磨光頂緊邊及焊接坡口。制作時(shí)在平臺(tái)上先組焊錨箱及中隔板單元，再分H型、箱型兩次作業(yè)組焊完成鋼錨梁，最后機(jī)加工底板平面，鉆制底板高強(qiáng)螺栓孔，鋼錨梁整體除銹涂裝后組裝索導(dǎo)管、不銹鋼板等零件。鋼錨梁制造工藝如圖5所示。

為了驗(yàn)證制作工藝的科學(xué)合理性，檢驗(yàn)鋼錨梁的制作質(zhì)量，全橋鋼錨梁及鋼牛腿在專(zhuān)用胎架上進(jìn)行整體試裝，試裝包括試拼區(qū)間的鋼錨梁、鋼牛腿、連接板等所有零部件。本橋鋼錨梁牛腿預(yù)埋板每層之間設(shè)計(jì)有20 mm間隙，即鋼錨梁與鋼牛腿整體連接后每層之間不連接，保證單層鋼錨梁及鋼牛腿整體的制造質(zhì)量即可，故本橋鋼錨梁采用單層倒裝立體試裝方案，將鋼錨梁倒置于平臺(tái)，鋼牛腿放置在鋼錨梁底板上，試裝時(shí)各桿件處于自由狀態(tài)。試裝時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)要求數(shù)量安裝沖釘及螺栓，待牛腿預(yù)埋板間距、螺栓孔同心度等項(xiàng)點(diǎn)檢測(cè)合格后組裝匹配件，解體除銹涂裝。

鋼錨梁試裝示意圖見(jiàn)圖6。

4.2 焊接工藝及坡口設(shè)計(jì)

本橋鋼錨梁腹板與底板、錨箱傳力板為熔透焊縫連接，錨箱承壓板與錨箱傳力板、加勁板為磨光頂緊坡口角焊縫連接，錨箱承壓板與腹板、錨箱錨墊板為角焊縫連接，其余均為坡口角焊縫連接。為了減小焊接變形，鋼錨梁所有焊縫均采用焊接線(xiàn)能量小的手工電弧焊或CO2氣體保護(hù)焊。受結(jié)構(gòu)空間限制，為了保證熔透焊接，滿(mǎn)足焊工操作需求，錨箱傳力板與腹板、腹板與底板之間的熔透角焊縫采用單面焊雙面成型焊接工藝，在箱內(nèi)側(cè)貼陶質(zhì)襯墊，外側(cè)焊接，以確保焊縫熔透質(zhì)量。錨箱焊縫在單元件制造時(shí)焊接完成，錨箱傳力板、加勁板與承壓板焊縫有磨光頂緊要求，先焊接磨光頂緊焊縫，再焊接其他焊縫。鋼錨梁整體組裝成H型時(shí)，焊接腹板與錨箱、中隔板單元連接焊縫，箱型時(shí)依次焊接底板與腹板、水平板與腹板、加勁板連接焊縫。焊接順序按照對(duì)稱(chēng)、同向施焊的原則進(jìn)行。

為了減小應(yīng)力集中，錨箱傳力板與腹板間熔透角焊縫端部打磨勻順后進(jìn)行超聲波錘擊處理，圓弧部位錘擊區(qū)域沿中間焊縫錘擊區(qū)域連續(xù)均勻過(guò)渡并外延10 mm，如圖7所示。

4.3 涂裝工藝設(shè)計(jì)

4.3.1 鋼板預(yù)處理工藝

鋼板先進(jìn)行機(jī)械輥平，然后拋丸除銹達(dá)到Sa2.5級(jí)、Rz25 μm～Rz50 μm，再?lài)娡繜o(wú)機(jī)硅酸鋅車(chē)間底漆一道25 μm。預(yù)處理合格的鋼板方可用于鋼錨梁加工制造。

4.3.2 鋼錨梁涂裝工藝

本橋鋼錨梁設(shè)置有索導(dǎo)管，且單側(cè)為雙索導(dǎo)管，索導(dǎo)管通過(guò)固定板上索孔穿入鋼錨梁錨箱，與錨箱承壓板連接，索導(dǎo)管與錨箱內(nèi)壁凈距40 mm～60 mm不等，錨箱內(nèi)腔結(jié)構(gòu)空間非常狹小，同時(shí)索管為細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，整體涂裝時(shí)錨箱內(nèi)表面及索導(dǎo)管內(nèi)外壁無(wú)法除銹涂裝，故錨箱單元內(nèi)表面、索導(dǎo)管內(nèi)外壁采用先涂裝的工藝，即錨箱單元加工完成后先對(duì)內(nèi)表面按涂裝體系要求進(jìn)行除銹涂裝，再對(duì)索導(dǎo)管內(nèi)外壁零件進(jìn)行除銹涂裝。為了保證涂裝質(zhì)量，鋼錨梁采用后涂裝的工藝，即鋼錨梁組焊成整體，底板高栓孔鉆制完成后進(jìn)行除銹涂裝，同時(shí)對(duì)索導(dǎo)管等先涂裝部位受損漆膜進(jìn)行補(bǔ)涂裝，涂裝工藝見(jiàn)表1。為了減少漆膜在鋼錨梁存儲(chǔ)、吊運(yùn)過(guò)程中的污染受損，影響漆膜外觀(guān)，鋼錨梁外表面最后一道面漆待全橋施工結(jié)束后在現(xiàn)場(chǎng)涂裝。

表1 鋼錨梁涂裝工藝

5 制造關(guān)鍵技術(shù)

5.1 底板焊接變形控制及平面度保證技術(shù)

鋼錨梁底板與牛腿接觸面范圍平面度要求高，將底板制造厚度加厚4 mm，銑床加工底板平面至理論厚度。為了減小底板焊接變形，加強(qiáng)底板自由邊剛度，底板數(shù)控切割下料時(shí)端部豁口預(yù)留100 mm不切割，中間人孔的兩端500 mm范圍下料時(shí)切出，以滿(mǎn)足腹板與底板焊接作業(yè)施工需要，其余暫不切出，同時(shí)利用反變形原理，對(duì)底板自由邊進(jìn)行預(yù)彎，見(jiàn)圖8，合理抵消部分焊接變形。鋼錨梁整體組焊完成，修整至底板平面度不大于3 mm后，對(duì)與牛腿接觸面底板進(jìn)行整體機(jī)加工，保證底板平面度，同時(shí)切出預(yù)留未切部位。

5.2 錨箱及索導(dǎo)管組裝精度控制技術(shù)

錨箱是鋼錨梁索力傳遞的關(guān)鍵構(gòu)件，其組裝精度直接影響拉索角度。根據(jù)錨箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，錨箱采用“零件→合件→槽型→錨箱”的組裝工藝順序，如圖9所示。為了保證錨墊板與承壓板密貼，控制斜拉索錨座的角度，錨墊板、承壓板零件下料后用銑床加工斜(平)面，其中錨墊板雙面機(jī)加工，承壓板機(jī)加工與錨墊板密貼面。對(duì)有磨光頂緊連接要求的零件頂緊傳力面進(jìn)行機(jī)加工，以滿(mǎn)足表面粗糙度要求。組裝時(shí)先將錨墊板、承壓板組焊成合件，箱內(nèi)加勁板組焊成合件，再將錨墊板合件、傳力板、箱內(nèi)加勁板合件、箱外加勁板組焊成整體，其中箱內(nèi)加勁板合件從中心向兩端依次組焊，控制頂緊傳力面的組裝間隙，最后組焊索導(dǎo)管固定板及兩側(cè)加勁板。錨箱單元組裝時(shí)以索孔為基準(zhǔn)定位組裝錨墊板、承壓板及索導(dǎo)管固定板，保證索孔的空間角度，在鋼錨梁整體組裝時(shí)以承壓板、索導(dǎo)管固定板上索孔及基線(xiàn)為基準(zhǔn)組裝索導(dǎo)管，控制索導(dǎo)管的組裝精度。

另外，鋼錨梁腹板為不規(guī)則形狀，錨箱傳力板與腹板斜交且為熔透焊縫，受構(gòu)造空間限制，錨箱傳力板與腹板采用單面焊雙面成型焊接工藝，鋼板厚、坡口深，焊縫填充量大，焊接變形大，焊接收縮量不均勻。根據(jù)錨箱傳力板與腹板的熔透焊縫焊接變形規(guī)律，在鋼錨梁腹板下料時(shí)預(yù)留焊接收縮量，同時(shí)錨箱組裝角度預(yù)設(shè)焊接反變形工藝量，如圖10所示，腹板上斜拉索軸線(xiàn)為錨箱中心線(xiàn)，對(duì)斜拉索軸線(xiàn)上、下兩端設(shè)置工藝量，且上、下工藝量值不相等，通過(guò)不等值的工藝量對(duì)斜拉索軸線(xiàn)角度預(yù)設(shè)工藝量，合理抵消焊接變形，保證錨箱組焊角度，控制鋼錨梁的焊接變形。

5.3 制孔精度保證技術(shù)

鋼錨梁底板高強(qiáng)螺栓孔的制孔精度是控制鋼錨梁與鋼牛腿整體制作質(zhì)量精度的關(guān)鍵之一。為了保證質(zhì)量，減少焊接、矯正等變形影響，采用后孔法鉆制鋼錨梁底板兩端的高強(qiáng)螺栓孔，即鋼錨梁完成整體組焊，進(jìn)行全面修整，各項(xiàng)點(diǎn)檢測(cè)合格后，整體翻轉(zhuǎn)至底板朝上狀態(tài)擺放，以基線(xiàn)為基準(zhǔn)采用數(shù)控機(jī)床鉆制兩端螺栓孔，保證孔群的整體幾何尺寸精度。

5.4 索導(dǎo)管除銹涂裝工藝設(shè)計(jì)及質(zhì)量保證技術(shù)

索導(dǎo)管內(nèi)壁的防腐質(zhì)量是鋼橋梁防腐涂裝的一個(gè)死角，由于空間狹小，普通噴槍難以到達(dá)待涂表面位置。故索導(dǎo)管內(nèi)壁采用內(nèi)置式自動(dòng)噴砂槍、噴漆槍進(jìn)行除銹涂裝。自動(dòng)噴砂(漆)槍采用合理的行進(jìn)速度及噴嘴旋轉(zhuǎn)速度，獲得良好的除銹涂裝質(zhì)量，同時(shí)提高涂裝作業(yè)效率。該工藝解決了索導(dǎo)管內(nèi)壁除銹涂裝質(zhì)量不易保證的難題，提高了自動(dòng)化程度，確保了索導(dǎo)管涂裝耐久性。索導(dǎo)管內(nèi)壁噴砂機(jī)見(jiàn)圖11，噴漆機(jī)見(jiàn)圖12。

6 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)成品的質(zhì)量檢測(cè)，鋼錨梁底板與牛腿接觸范圍平面度不大于0.5 mm，底板兩端高強(qiáng)螺栓孔中心距偏差不大于0.2 mm，錨點(diǎn)位置偏差等均滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，詳見(jiàn)表2[5]。此外，索導(dǎo)管內(nèi)壁采用內(nèi)置式自動(dòng)噴砂槍、噴漆槍進(jìn)行防腐涂裝，內(nèi)壁除銹粗糙度滿(mǎn)足Sa2.5，Rz40 μm～Rz60 μm的技術(shù)要求，層漆膜厚度及漆膜總厚度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。該技術(shù)解決了傳統(tǒng)的人工手持噴槍作業(yè)對(duì)狹小空間無(wú)法施工、涂裝質(zhì)量不易保證的難題。

表2 鋼錨梁檢查數(shù)據(jù)

7 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目鋼錨梁已全部順利安裝完成，鋼錨梁長(zhǎng)度、斜拉索軸線(xiàn)空間角度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)均符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。本文針對(duì)大型鋼錨梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制作難點(diǎn)，詳細(xì)闡述了工廠(chǎng)加工制造工藝，采取的關(guān)鍵制造技術(shù)科學(xué)合理，為同類(lèi)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制作提供了參考。