恩施至來鳳高速公路忠建河特大橋上弦桿制造工藝技術(shù)研析
2017-04-12
1工程概況
恩施至來鳳高速公路忠建河特大橋主橋全長760m，為（46+134+400+134+46）m雙塔雙索面鋼桁加勁梁斜拉橋，如圖1所示。鋼桁加勁梁設(shè)計為N形桁架，兩片主桁，主桁中心間距26m，桁高6m，節(jié)間長度分為6、5、4m三種，主桁采用焊接整體節(jié)點結(jié)構(gòu)形式。主桁上弦桿采用箱形截面，頂面設(shè)置2%橫坡，斜腹桿及豎腹桿采用H形截面。
2上弦桿特點及制造工藝方案分析
主桁上弦桿采用整體節(jié)點箱形結(jié)構(gòu)，其主要特點是：單桿設(shè)兩個大型節(jié)點，且上弦桿在節(jié)點位置設(shè)錨固結(jié)構(gòu)。為此如何保證兩大型節(jié)點間距以及與兩端栓孔的關(guān)系，是制造方案解決的關(guān)鍵。上弦桿及箱內(nèi)錨箱構(gòu)造如圖2及圖3所示。
上弦桿結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由上下水平板、豎板、隔板、肋板、腹桿接頭板以及錨固結(jié)構(gòu)組成，每根弦桿設(shè)有兩個節(jié)點，且每個節(jié)點均設(shè)有錨固結(jié)構(gòu)，由此增加了桿件的制造難度。桿件在兩端設(shè)高強度螺栓孔，完成桁片之間的連接。為此，上弦桿制造須采用專用的胎型組裝、可靠的鉆孔工藝，嚴(yán)格控制組裝和制孔精度，保證桿件的制造質(zhì)量符合規(guī)范要求。
3制造工藝流程
?。?）下料。板材經(jīng)過預(yù)處理線完成預(yù)處理后，對于不規(guī)則形狀零件，采用數(shù)控切割機下料。下料時對主要邊緣和焊接邊等預(yù)留機加工量。
?。?） 機加工。1）節(jié)點板：節(jié)點板完成下料并經(jīng)趕板機趕平后，進行精確劃線，包括腹桿軸線、水平中心線、錨管投影線、對接頭機加工線等。以系統(tǒng)中心線為基準(zhǔn)機加工對接頭，劃線考慮焊接收縮量。如圖3所示。2）豎板劃豎板平直段水平中心線，機加工對接頭及坡口，并保證對接頭與水平中心線的垂直度。兩節(jié)點間豎板以及基準(zhǔn)頭端豎板加工兩頭及坡口，長度預(yù)留焊接收縮量。非基準(zhǔn)端豎板加工一頭及坡口，另一頭留二切量。3）上、下水平板：采用分段下料的方法，機加工兩邊、基準(zhǔn)頭和對接頭及坡口，確保兩邊與基準(zhǔn)頭垂直。 4）隔板：橫隔板對控制桿件的斷面尺寸、防止扭曲變形至關(guān)重要，加工精度必須嚴(yán)格控制。以槽口為基準(zhǔn)用樣板劃線加工四邊，確保槽口位置及相鄰邊垂直度。5）錨腹板及其加勁板：預(yù)留焊接收縮量，劃線加工焊接邊及坡口；加勁板機加工焊接邊。
（3）接料。接料包括水平板和豎板單元的接料，要求嚴(yán)格控制各方位尺寸關(guān)系，偏差在合格范圍內(nèi)再進行焊接。嚴(yán)格保證焊接質(zhì)量及接料直線度。接料前對焊接邊進行加工，豎板接料保證節(jié)點板與豎板平直段的直線度。
?。?）鉆孔。桿件的制孔精度是鋼桁梁桿件的關(guān)鍵控制項點，直接關(guān)系到橋梁的架設(shè)安裝精度，其制孔的工藝方案的制定也顯得尤為重要。
根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點，非組焊件和結(jié)構(gòu)較為簡單且?guī)缀纬叽巛^小的構(gòu)件可采用先孔法鉆制，如拼接板、橫梁腹板接頭板等板件采用平板數(shù)控鉆床或樣板鉆制。
?。?）組箱體。桿件的結(jié)構(gòu)決定了必須采用倒位組裝，以保證組裝精度，完成箱內(nèi)上水平板與豎板角焊縫的施焊。組裝在專用組裝胎型上完成。組裝流程示意如圖4所示。1）組裝箱內(nèi)橫隔板：上水平板基準(zhǔn)頭由組裝胎端頭定位擋座定位，上水平板的中心線與胎型中心線找正對齊后，兩側(cè)用擋角卡緊固定，然后劃線組裝箱內(nèi)隔板。2）組裝兩側(cè)的豎板單元：在定位端將豎板用端頭定位擋座定位，調(diào)整胎型頂緊裝置并頂緊。豎板用端頭定位擋座定位，通過端頭定位擋座來保證兩豎板的內(nèi)口尺寸；完成箱內(nèi)主角焊縫、隔板焊縫的施焊，焊后火焰修整。 3）組裝下水平板：以基準(zhǔn)端定位組裝，保證桿件兩豎板基準(zhǔn)頭平齊，豎板與內(nèi)隔板密貼。4）組裝錨箱單元：劃線組焊錨箱單元，嚴(yán)格控制錨箱的位置和角度，焊接檢驗合格后，依次組焊錨箱其余件。嚴(yán)格控制焊接變形。
?。?）箱體鉆孔：桿件焊接修整后，箱形鉆孔采用數(shù)控鉆床鉆制定位孔，然后再用樣板接鉆的方法。以節(jié)點系統(tǒng)線為基準(zhǔn)，利用數(shù)控鉆床定位鉆制一端定位孔。數(shù)控鉆床精度可以保證兩側(cè)豎板定位孔的相對位置準(zhǔn)確。利用大型覆蓋式組合樣板以定位孔為基準(zhǔn)鉆制豎板其余栓孔。如圖5所示。
4整體節(jié)點桿件制作關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制
本橋上弦桿采用整體節(jié)點結(jié)構(gòu)，從制造工藝角度看，主要零件機加工、接料、組裝、鉆孔、焊接則是整體節(jié)點桿件制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
4.1零件機加工控制
?。?）箱形桿件隔板機加工控制。隔板切割下料后，機加工四邊，保證加工角度與尺寸精度。同批次機加工的隔板在同一邊緣作標(biāo)記，在劃線組裝時根據(jù)標(biāo)記同向組裝隔板，以保證桿件直度，防止桿件扭曲。
?。?）節(jié)點板機加工控制。節(jié)點板數(shù)控切割下料，完成下料并經(jīng)趕平機趕平后，進行精確劃線，包括斜腹桿軸線、水平中心線、豎腹桿軸線、對接頭及基準(zhǔn)頭機加工線等。如圖6所示。
機加工與豎板平直段對接的端頭，使之與水平中心線垂直，以保證與豎板平直段對接焊。
以豎腹桿軸線為基準(zhǔn)加工基準(zhǔn)頭，嚴(yán)格控制基準(zhǔn)頭至豎腹桿軸線的距離及與水平中心線的垂直度，使基準(zhǔn)頭能夠可靠的作為桿件組裝、鉆孔的基準(zhǔn)。
4.2接料控制
嚴(yán)格保證焊接質(zhì)量及接料直線度。特別是保證節(jié)點板與豎板平直段的接料直線度。將兩板水平中心線重合，并檢查上邊緣直線度，確保A、B、C、D、E五點在同一直線上。如圖7所示。
4.3組裝、整體節(jié)點內(nèi)寬控制
為確保腹桿插入順利或?qū)ζ醇八ń用娴拿苜N，需采取技術(shù)措施嚴(yán)格控制弦桿整體節(jié)點間腹桿插入部位內(nèi)寬。
隔板、水平板及節(jié)點內(nèi)撐板的邊緣機加工，嚴(yán)格控制寬度公差。
精確預(yù)留焊接收縮量，以消除焊接收縮的影響。
桿件組裝焊接完成后，進行必要的火焰矯正，使整體節(jié)點內(nèi)寬符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
整體節(jié)點內(nèi)寬控制要充分考慮摩擦面漆膜厚度影響，以確保腹桿順利插入。
4.4焊接變形控制
箱形弦桿組焊成整體后，剛度又很大，變形極難修整，尤其是扭曲變形，矯正十分棘手。對變形的控制，主要是對容易造成變形的環(huán)節(jié)采取措施。
（1）零件加工精度必須嚴(yán)格控制。
?。?）鋼板接料、單元件組焊修、箱體組焊修、附屬件組焊修均在胎型或平臺上進行，防止或減少熱加工中因桿件自重影響而產(chǎn)生變形。
4.5 桿件鉆孔控制
桿件鉆孔的最關(guān)鍵所在就是如何保證兩相對面孔的同心度和相鄰兩面孔的相對位置。桿件鉆孔盡可能采用數(shù)控鉆床。
整體節(jié)點弦桿由于結(jié)構(gòu)的不對稱性，焊接時易產(chǎn)生彎曲、扭曲等焊接變形，如果采用先鉆孔后組焊的工藝，將會導(dǎo)致因焊接變形及修整收縮而使栓孔精度無法保證，尤其是不能保證桿件各個平面栓孔的相對位置。因此，必須采用在組焊為箱體后再鉆孔的工藝。且桿件組焊后難以出孔，故采用在組焊前鉆孔然后以孔定位組裝的方案。
5結(jié)語
針對恩施至來鳳高速公路忠建河特大橋上弦桿制造特點和制造難點，同時結(jié)合以往數(shù)座桁梁橋制造的成功經(jīng)驗，通過以上工藝方案的研究及關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制和生產(chǎn)過程中的不斷完善，有效地控制了上弦桿桿件各部位的尺寸精度，組裝位置及角度，保證了桿件的質(zhì)量。實際生產(chǎn)表明，忠建河特大橋上弦桿的制造工藝能夠滿足設(shè)計規(guī)范要求，達到了預(yù)期目標(biāo)。
