天津某特大橋84 m鋼桁梁整體節點弦桿制造工藝

姚 剛

京滬新建高速鐵路工程天津樞紐L=84 m跨度鋼桁鐵路橋,采用了Q370qE鋼整體節點新技術,代表了我國橋梁技術向高強、整體、新結構發展的方向。本橋桿件按照結構形式區分為整體節點弦桿、插入式斜桿、橫梁、縱梁及板式橋門,其中整體節點弦桿是本橋具有代表意義的桿件之一,它的制造質量是保證全橋安裝質量的關鍵。主桁間連接采用M27高強度螺栓、φ 29 mm栓孔,主桁與橋面系、聯結系間的連接采用M24高強度螺栓、φ 26 mm栓孔?，F以下弦桿為例,構造如圖1所示。

1 制造難點

1)整體節點弦桿是三維空間多角度多層面結構,連接關系復雜,且孔群密集,制孔精度要求高。2)整體節點弦桿集熔透對接、熔透角接、坡口角接、棱角焊接于一體,焊接性能要求高,增加了焊接難度。3)整體節點弦桿四條主焊縫采用深坡口焊接,有的板件要求熔透焊接,因而焊接變形的控制和矯正難度較大。4)整體節點部位斜桿插入處工地拼裝要求嚴格,工廠制造要控制不同方位的拼裝縫隙,并且要保證斜桿插入寬度公差滿足安裝要求。

2 工藝設計及技術措施

整體節點下弦桿包括豎板單元、出檐水平板、無檐水平板、隔板、橫梁接頭板、平聯節點板單元等。制造按照單元件制作→箱體制作→栓孔鉆制→組焊附屬件的工藝順序進行。

2.1 豎板單元制作

1)節點板精度控制。節點板外輪廓尺寸控制應滿足如圖2所示的技術要求。a.對接頭與節點垂直中心線平行,與水平中心線垂直以保證接料直度。b.AB水平線與節點垂直中心線垂直,與對接頭垂直以保證弦桿上邊緣不傾斜。c.控制節點中心至拼接頭尺寸a,以確保兩塊節點板自身及兩塊節點板與平聯節點板中心線不錯位。d.控制 AB水平線至水平中心線距離b1,以保證弦桿水平中線上部高度。

2)接料直度控制。節點板與豎板平直段對接以上邊緣為基準。確定 AB連線延長至C點,在保證不直度不大于1.5 mm的情況下,通過對豎板底邊進行銑削加工,達到消除或減少累計誤差的目的,如圖3所示。

2.2 隔板制作

隔板是保證弦桿寬度、高度及箱形對角線的重要部件,相當于弦桿組焊內胎。對其邊緣采用機械加工方法,并對其寬度、高度、垂直度公差做嚴格規定。

2.3 箱體制作

1)組裝順序。箱體采用正位組裝法,即:出檐水平板放置于胎形平臺上,依次放入隔板及豎板單元件組成槽形。焊修后,組裝無檐水平板成箱形。整體組焊修后再組附屬件。組裝順序:平置出檐水平板,劃線組對內隔板→組兩側豎板成槽形→扣無檐水平板→組接頭板等附屬件。

2)胎形設置。組對槽形在整體節點弦桿組裝胎上進行。在胎形節點中心處設置中心線標志,保證豎板節點中心與出檐水平板平聯板中心不錯位;設置端擋角保證大節點端內側寬度;胎形上縱向中心線在組裝時與出檐水平板縱向中心線要求重合,保證桿件組裝直度,如有偏斜,橫向推動絲杠進行微調;箱形隔板的準確定位,保證弦桿寬度、高度及縱向平直度;橫向活動擋角,保證豎板與隔板密貼;水平壓板保證出檐水平板與胎形平臺密貼;同時還備置正反扣卡,正反扣頂鎬控制節點板部位的穩定。

2.4 焊接質量控制

本橋整體節點弦桿采用Q370qE鋼,此種材質鋼性能等級較高,且符合設計要求,當板厚大于24 mm,-40℃時 AKV應大于120 J,板厚不大于24 mm,-40℃時AKV應大于100 J。在生產實際中結合以往的成功經驗,進行焊接工藝評定試驗,并對合理匹配焊接材料及坡口形式、預熱及道間溫度的控制、定位焊、輔助措施、焊縫修磨和返修焊等進行專項深入研究,根據結果編制較為完善的焊接工藝規程指導生產,并進行實時跟蹤,及時發現問題解決問題,從而進一步保證焊接質量。

2.5 變形控制

1)鋼板接料、單元件組焊修、箱體組焊修、附屬件組焊修均在平臺上或胎形上進行,防止或減少熱加工中因桿件自重影響而產生變形。2)通過確定合理的焊接方法,控制焊接順序,減少立彎、旁彎及扭曲變形。3)已產生某種變形的桿件,采用箱形矯正胎形與火焰矯正相結合的工藝。4)使用鏈式翻轉胎具及吊具,保證桿件在起吊、翻身、打調時平穩安全。防止因吊運、翻轉不當造成桿件塑性變形。

2.6 栓孔鉆制

1)鉆制工藝。為了保證栓孔鉆制精度,箱形主體采用組焊修后,用龍門數控鉆床鉆孔,再用小型鉆孔胎或覆蓋式機械樣板定位鉆孔。橫梁接頭板采用組焊修后立體劃線、卡樣、鉆孔。平聯節點板等附屬件采用單件先鉆孔,后定位組焊的工藝。2)鉆孔順序。在龍門數控鉆床上完成兩側豎板及無檐水平板孔鉆制。依據出檐水平板縱向中心線,以豎板孔為生根孔,定位穿軸固定U形樣板鉆制出檐水平板兩端孔,用定位樣板接鉆平聯板孔,并完成后續鉆孔。

2.7 提高抗疲勞強度的措施

1)對整體節點弦桿的外露邊緣采用精密切割工藝,并對其自由邊采取雙側倒棱;2)節點處圓弧過渡部位切割面打磨勻順;3)弦桿橫向對接焊縫和平聯節點板兩端焊縫進行打磨和錘擊處理;4)不等厚鋼板對接,對厚板側采用銑斜坡加工,并沿受力方向將焊縫打磨勻順;5)選用適當的焊接方法,制定合理的焊接順序,最大限度的減小桿件拘束。通過以上工藝措施緩和應力集中,從而提高焊縫的抗疲勞性能。

3 結語

在京滬新建高速鐵路工程天津樞紐 L=84 m跨度鋼桁鐵路橋的制造過程中,通過以上工藝措施的采用,較好的解決了整體節點弦桿在制造過程中的難點問題。

[1]TB 10212-2009,鐵路鋼橋制造規范[S].