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沪通长江大桥主桁上弦杆制造及关键工艺技术研析
2017-04-12  中国桥梁网 分享到:
关键词:沪通长江大桥 斜拉桥 主桁上弦杆 制造工艺 

   1工程概况

   沪通长江大桥主航道桥采用(142+462+1092+462+142)m双塔三索面斜拉桥,全长2296m。采用三片主桁结构,桁式采用“N”形桁。标准段主梁边桁桁高16.0m,中桁桁高16.08m,桁宽2×17.5m,每个主桁节点均设横联。标准段公路桥面采用正交异性整体钢桥面板结构,铁路桥面采用整体钢箱结构。桥型布置如图1所示。

   2 结构特点

   该桥采用整节段架设方案,整节段内部杆件之间全部采用焊接,整节段之间公路钢桥面板、铁路桥面顶底板工地连接均采用焊接,整节段间的上弦杆竖板和底板、下弦杆竖板、斜腹杆工地连接均采用高强度螺栓连接。标准整节段采用两节段为一个全焊节段,规格为28m×36.2m×18.15m,整节段最大吊重约达1744t。

   主桁采用全焊接的整体节点构造,腹杆与节点板的连接均采用焊接。索梁锚固采用锚拉板构造,斜拉索锚箱置于两片锚拉板间,锚拉板焊接于主桁弦杆顶面。

   主桁上弦杆件采用箱形截面。上弦杆内宽1000m,内高1400mm,箱内在弦杆中心线处设置一道板肋加劲用于加劲水平板伸出肢,箱外在距离弦杆中心线0.9m处设置一道板肋;索梁锚固范围,用于与锚拉板相连的上水平板采用具有Z向性能的Z35钢材;腹板高度中心处设一道板肋加劲。结合段弦杆顶板布置圆柱头剪力焊钉,用于连接混凝土桥面板。

   索梁锚固结构采用设在上弦节点顶面的双腹拉板式钢锚箱,两侧拉板的水平间距与上弦节点板等宽。锚拉板之间焊接两片承压板,承压板端部设置锚垫板。

   3上弦杆制造工艺技术研析

   主桁上弦杆是主航道桥杆件中结构最为复杂的杆件,为双节点结构,杆件横向与上层桥面板块焊接,下方与腹杆焊接,两个节点上方分别设有锚箱。上弦杆主要由上下水平板、竖板、隔板、节点板、肋板、横梁接头板、锚箱等组成,选取边桁上弦杆为例说明其制造工艺。如图2所示。

   3.1制作工艺流程

   制造总体流程按照零件制造→单元件制作→箱体制作→组焊横梁接头板→栓孔钻制→组焊锚箱的工艺顺序进行,简要如下:

   3.1.1主要板单元制造工艺流程

   (1)竖板单元(如图3所示)制造工流程艺:数控切割→矫平→划线→铣斜坡、对接边缘及坡口→接料→探伤→矫平→铣顶边及坡口→组肋板→焊接→修整。

   (2)上水平板单元(如图4所示)制造工艺流程:精密切割→矫平→划线→铣斜坡→组锚板→焊接→探伤→修整→组肋板→焊接→修整。

   (3)下水平板单元制造工艺流程:精密切割→矫平→铣两边及坡口→组肋板→焊接→修整。

   3.1.2上弦杆整体组焊工艺流程

   (1)组槽型:置上水平板→组隔板→组两侧竖板单元成槽型→焊接槽型→修整。

   (2)组箱型:焊接、探伤→修整→组接头板→焊接、探伤→修整→数控钻孔。

   (3)组□ 10x100锚箱:焊接、修整→焰切腹杆接头及其坡口→切手孔→倒棱。

   以上流程如图5所示。

   3.2关键工艺技术控制措施研析

   3.2.1隔板精度控制

   隔板是控制杆件断面尺寸、防止扭曲变形的重要零件,相当于弦杆组焊内胎,其加工精度必须严格控制。

   机加工周边严格控制宽度、高度,尤其要保证垂直度。[1]以槽口为基准用样板划线机加工四边,以保证槽口位置。同杆件的隔板同时加工,在同一边缘做标记。

   3.2.2竖板单元制作精度控制

   竖板单元由节点板、竖板及纵肋组成,其制作按照零件下料机加工→接料→组焊纵肋三个步骤进行,其控制关键在于节点板精度控制与接料直度控制。

   (1)节点板精度控制。节点板宽度较大,先完成钢板接料并探伤后再整体程切下料以保证节点板外形。接料位置注意避开杆件主要焊缝位置。

   [2]下料矫平后精确划线,包括斜竖杆轴线、加劲弦杆件轴线、水平中心线及对接端机加工线。如图6所示。

   以竖杆轴线为基准机加工对接端头过渡斜坡及对接坡口。竖板机加工上边缘及对接头坡口。

   (2)接料直度控制。节点板与竖板对接,使纵向各基准点成一条直线后,划线、机加工上边缘及其坡口,确保直线度。如图7所示。

   3.2.3上水平板单元制作

   上水平板单元由上水平板、锚板、纵肋组成,上水平板一边与钢桥面板在整节段拼装时需纵向对接焊为一个整体,上水平板与锚板间的熔透焊缝是上弦杆甚至全桥最重要的焊缝;纵肋分为箱内纵肋和箱外纵肋,其中箱内纵肋两端设置高强度螺栓孔,箱外纵肋留嵌补段在桥上焊接连接。

   (1)零件精度控制。上水平板精切下料,下料时宽度、长度均预留切割量。划线加工两边的不等厚对接斜坡,划斜坡线时需宽度预留的切割量。纵肋精切下料后,卡钻孔样板钻制两端栓孔,极边孔距需合理预留焊接收缩量。锚板程切下料后,划线加工焊接边的坡口。

   (2)板单元组焊。组焊肋板并修整后,组焊锚板,并对锚板与上水平板熔透焊缝进行超声波探伤无损检测。

   3.2.4箱体制作

   箱体采用胎型倒位组装。即将上水平板单元放在胎型平台上,依次组装隔板及竖板单元件成槽型。焊接修整后,组装上水平板成箱型,在完成箱体钻孔后再组焊锚箱零件。

   (1)组装方案优点:上水平板置于胎型平台上,相当于组装水平基准面;通过对隔板宽度和高度的控制,有效控制箱体的宽度和高度。

   (2)关键控制措施:因锚板已经先焊在上水平板,因此拼装平台需考虑留出锚板的位置空间;

   以上水平板的纵肋栓孔和纵向轴线为基准划线组装隔板,注意栓孔极边孔距预留量合理均分,对线组对竖板成槽型;注意隔板的相同边缘标记位于同侧,并保证上水平板、竖板与隔板的密贴;四条主焊缝在平台上同向对称焊接,防止扭曲变形。

   3.2.5栓孔钻制

   上弦杆箱体栓孔采用龙门数控钻床钻制各孔群定位孔,然后卡小型机械样板钻制其余栓孔的方法。

   理论上龙门数控钻床可一次性钻制箱体所有栓孔,为提高工效,仅用龙门数控钻床钻制箱体三个面上各孔群的定位栓孔,然后分别用小型机械样板定位钻制余孔。[3]

   采用龙门数控钻孔可避免两竖板纵向、横向错位,保证两竖板栓孔的同心度。

   箱外各类接头板可以在箱体钻孔前完成组焊,从而彻底避免焊接接头板时对箱体直线度及栓孔极边孔距的影响。

   3.2.6组焊锚箱零件

   杆件已下水平板及竖板栓孔为基准,在上水平板表面划出纵向轴线及节点中心线,然后在锚板内侧划出锚箱系统线,组装并焊接锚箱零件。

   重点控制锚箱锚点的位置、锚垫板及锚管角度、锚箱熔透焊缝的焊接质量。

   锚箱组焊完成后,划线焰切上水平板与桥面对接边及其对接坡口,确保上水平板宽度,划线焰切节点板的腹杆接头及其对接坡口。

   4结语

   针对沪通长江大桥上弦杆制造特点和制造难点,同时结合以往数座桁梁桥制造的成功经验,通过以上工艺技术的研究及关键环节控制和生产过程中的不断完善,有效地控制了上弦杆杆件各部位的尺寸精度,组装位置及角度,保证了杆件的质量。实际生产表明,沪通长江大桥上弦杆的制造工艺能够满足设计规范要求,达到了预期目标。

   参考文献:

   [1]Q/CR9211-2015《铁路钢桥制造规范》[S].

   [2]张瑶,仇艳萍,魏云祥.组装整体节点弦杆的工艺措施[J].钢结构,2001(05).

   [3]宋红飞.京沪高铁济南黄河桥钢桁梁制作难点分析与对策[J].钢结构,2012.(10).
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