黄冈公铁两用长江大桥主桁杆件外形尺寸控制工艺
2017-04-12
1 工程概况
黄冈公铁两用长江大桥是位于湖北省黄冈市跨越长江两岸的一座（81+243+567+243+81）米双塔双索面斜拉桥，为武汉至黄冈城际铁路枢纽的控制性工程。该桥钢梁上下弦杆件均采用平行四边形截面，钝角为110.3532°，杆件内宽1300mm，竖直高1800mm。有区别于普通矩形截面形式的钢箱梁，平行四边行的截面形式给杆件的组拼、焊接、制孔及变形控制都带来很大的难度，也无法套用普通箱形杆件的制造工艺。我们在黄冈桥弦杆的试制中由于采用了一般的箱梁的焊接变形控制工艺，结果造成杆件成型后箱口尺寸、扭曲度及旁弯都超标较大，给后续的矫正工序带来很大的难度。本文将重点阐述解决这些难题的控制工艺。
2 控制杆件外形尺寸的关键工艺
2.1 采用最佳的组拼工艺
由于杆件的内隔板均开有人孔，因此无论何种形式的组拼工艺原则上都可以满足焊接的需求，但是如何保证操作工人最大的舒适度和尊重设计要求是我们需要深思熟虑的。由于只有将杆件的底板平放才可以保证隔板的顺利组装，因此最终放弃了将胎架预置斜度以保证侧板竖直的参考方案，而是采用先拼内侧腹板然后隔板从端头逐块穿入的创新工艺，避免了因内侧腹板的加劲肋斜穿隔板时发生的干涉。
下面我们以下弦杆的组拼为例进行示意（见图1），组装流程共分五个步骤：放置底板→拼装内侧腹板→从端头逐块穿入隔板并定位→拼装外侧腹板→盖上顶板
图1 下弦杆组装流程示意
该工艺相比兄弟单位采用的底板放斜、侧板竖直的组装工艺有以下优点：
（1）避免了修割端隔板槽口，不仅完全尊重原设计意图，还避免了增加补强板对钢梁外表完美性的破坏。
（2）杆件底板的平放有利于焊工的站位，在焊接重要焊缝（比如槽口围焊缝）时平位操作更便利，焊缝的质量更有保障。
2.2 用专门的刚性胎架进行组装
组装胎架是杆件外形尺寸的外胎，其刚度和适用性直接影响到钢梁的尺寸控制。胎架的设计主要依据杆件的拼装工艺而定，结合本桥弦杆的结构特点和拼装时的安全考虑，设计了可活动的角度定位板和支撑（见图2）。
图2 黄冈桥弦杆拼装胎架
图3 郑黄桥弦杆拼装胎架
相比郑黄桥弦杆的拼装胎架（见图3），本胎架在完全满足杆件组装工艺和安全要求外还拥有以下优点：
（1）结构更加简单实用，人员的操作空间也更好，简化了繁琐的操作。
（2）避免了挖深坑对车间场地的破坏。
2.3 在端隔板铣边时预留焊接反变形量
黄冈桥弦杆在试制时我们发现杆件在焊接后箱口尺寸发生较大变化，但均呈现出箱口的大对角线相对理论值偏大、小对角线尺寸相对理论值偏小的现象，因此我们将端隔板的四周机加工工艺进行了更改。如下图4所示，隔板在机加工后大对角线在原基础上放小了1.5mm，而小对角线则放大了1.5mm。
图4 隔板铣边时预留反变形量
经过一段时间的跟踪统计，这一措施效果非常明显，基本解决了箱口尺寸偏差的现象。
2.4 采用合理的焊接顺序
经统计，我们发现黄冈桥弦杆在焊接之后的扭曲变形较普通矩形箱梁要大，因此合理的焊接顺序和方向非常重要。
首先，规定杆件的主棱角焊缝在焊接时必须朝同一方向，并且一次性焊完。
其次，采用多道、多次焊接的方式，避免一次性的线性热量输入过大造成杆件变形。普通箱型杆件一般只翻身两次即可完成所有主棱角焊缝的焊接，而在黄冈桥弦杆制造的过程中我们通过四次翻身并采用小电流施焊，这大大地减少了因焊接造成的变形（见图5）。
3 结束语
我国建造的公铁两用钢桁梁桥由于公路桥面往往比铁路桥面要宽，其截面表现为上宽下窄的倒梯型结构，因此弦杆也越来越多地采用了平行四边形的设计。平行四边形截面的杆件每道工序的制造难度都比矩型截面箱梁要大很多，焊接变形也更难控制，研究它的制造工艺工法对今后类似钢梁的制造有很大的借鉴意义。
参考文献
[1]朱新华，钱叶祥.郑州黄河公铁两用桥钢桁梁典型构件制作技术[J].加工制作，2010，25（5）：56-70.
[2]张海峰.钢桁梁制作中工艺装备的设计与探讨[J].加工制作，2010，125（34）：56-59.
作者简介：付建辉（1982，10-），男，工程师，毕业于华东交通大学工程机械专业，工学学士，工作单位：中铁九桥工程有限公司，研究方向：桥梁钢结构制造及施工、桥梁机械设计。
