钢桁梁拱桥制造精度管理

宋培军

1 钢桁梁拱桥发展

钢桥是中国铁路桥梁发展过程中的主要形式，建国前及建国后已建或在建的铁路钢桥中，简支或连续钢桁梁、斜拉钢桁梁桥占据了主导地位，随着材料、设计、制造、架设技术的不断发展，新型钢桁梁拱桥也如雨后春笋般发展，比如:重庆朝天门长江大桥、南京大胜关长江大桥、广西柳州维义大桥等。

新桥型的产生也必然带来新的技术难题，由于钢桁梁拱桥节点部位孔群连接关系复杂，超长、超重杆件居多等因素影响，给制造单位施工带来新的考验，下面就如何保证钢桁梁拱桥制造质量，建立钢桁梁拱桥制造精度管理系统，通过实施相关内容，以达到控制构件制造质量的目的。

2 钢桁梁拱桥制造精度管理系统

2.1 制造精度管理系统的内容

钢桁梁拱桥由于其所具有的跨越性和艺术美，目前已越来越多的被广泛应用于铁路桥梁和公路桥梁，同时其制造的难度也比简支桁梁和连续桁梁增大，结合公司以往钢桁梁拱桥的制造经验，以广西柳州维义大桥为例，提出钢桁梁拱桥制造精度管理系统，其主要从以下三方面对钢桁梁拱桥制造质量进行控制:1)典型杆件制造精度控制;2)主桥拱肋线形控制;3)主桥拱肋试拼装精度管理系统的建立。

2.2 典型杆件制造精度控制

2.2.1 工程概况

柳州维义大桥全长1 545m，主桥为钢桁系杆拱桥，主桥跨径布置为108+288+108=504m。主桁由两片钢桁架组成，采用节间长度12m的“N”形桁式。主桁架拱之间设有纵、横向联结系，桥面板采用与下弦(或系杆)焊接的正交异性整体桥面板。主拱肋通过柔性吊杆与系杆连接。桥面布双向八车道公路，总宽度为43.5m。

主桁拱肋上、下弦杆、边跨下弦杆以及系杆采用焊接箱形截面，最大板厚50mm，截面高度1 300mm～1 840mm，宽度1 000mm;腹杆采用焊接“H”形截面，最大板厚50mm，宽度与弦杆等宽，高度560mm～1 300mm。

2.2.2 上弦箱形杆件制作

主桁箱形杆件由盖板、腹板、隔板、纵向加劲肋等零件组成，断面尺寸为宽(1 000mm)×高(1 300mm～1 840mm)。杆件最大重量23.4t，最大长度13 040mm。杆件两端为 φ33高强螺栓孔群，箱形制作工艺流程见图1。

2.2.3 下弦整体节点杆件制造

下弦整体节点杆件由节点板、盖板、腹板、隔板、纵向加劲肋、横梁接头、人行道托架接头等零部件组成，标准断面尺寸为宽(1 000mm)×高(1 640mm)，节点板与上盖板是插入式焊接。下弦节点制造工艺流程见图2。

图1 箱形杆件工艺流程

图2 下弦节点杆件制作工艺流程

2.2.4 上拱肋节点板制造精度控制

由于维义桥主拱肋下弦为整体节点杆件，上弦为拼装式节点，拱肋节点板孔群角度和孔群质量是节点板制造的关键，为此节点板采用如下制孔工艺:

1)常规尺寸节点板采用数控钻床直接钻制节点板各连接孔群;2)对于超大尺寸节点板，接料对接探伤修整后，人工或经纬仪配合人工划节点板连接孔群对向线，利用摇臂钻床、特制钻孔样板，卡样板钻制节点板连接孔。

2.2.5 拱肋箱形杆件焊接变形控制

1)拱肋弦杆具有板厚较大，焊接质量要求高等特点，其焊接变形的控制将直接影响杆件几何尺寸精度。2)系杆杆件除具有板厚较大，焊接质量要求高等特点外，在边跨部位，系杆整体节点板与盖板为插入式焊接，焊缝要求高，焊接变形控制困难。在中跨部位，系杆节点处安装柔性吊杆锚固，杆件的几何尺寸及锚管垂直度的控制均为制作难点。3)支点处整体节点组成零部件较多，焊缝较多且密集，焊缝质量要求高，焊接变形难以控制。针对以上制作难点采取如下措施控制焊接变形:a.认真研究设计图纸，设计合理可靠的组装胎型，控制杆件的组装精度。b.认真分析各类型杆件的焊接变形规律，并通过对焊接变形逐步掌握，确定焊接变形量的大小，以制定详细的反变形控制措施。c.采用理论计算与模拟试验相结合的方法确定各焊缝预留的焊接收缩量，并在生产过程中跟踪测量，及时修正。d.对零件下料、坡口加工、杆件整体组装等过程严格把关，并采用合理的焊接方法、优化焊接顺序、在专用胎型上焊接等措施，控制焊接变形。

2.2.6 箱形杆件制孔精度控制

主桁箱形杆件连接孔群较多，连接关系复杂。其精度将直接影响桥位安装进度及质量，影响成桥后的几何线形。因此对连接孔群的制孔精度要求很高，为此采取如下措施:

1)以后孔法工艺为主，先孔法为辅的制孔工艺，避免焊接变形的影响，提高制孔精度。2)制定高精度的精密划线工艺和精密制孔工艺。3)设计高精度的制孔工艺装备，包括钻孔样板、钻孔胎架以及数控孔设备的应用等。

2.3 主桥拱肋线形控制

为了保证拱肋线形满足设计要求及相关技术标准，确保桥位架设顺利进行，同时验证工艺方案的合理性、图纸及工艺文件的正确性、工艺装备及设备精度的可靠性，对全桥杆件进行试拼装。试拼装采用平面辗转法，在试拼装台凳上进行，各杆件处于自由状态。

钢桁梁构件在工厂试拼装场地进行试拼装时，当发现构件尺寸有误时，即可在试拼装场地进行尺寸修正和调整，减少高空作业难度和加快安装进度，确保全桥钢桁梁和正交异性钢桥面顺利架设。

2.3.1 试拼装划分

为了保证杆件制造精度、拱肋线形、桥位架设精度，按照设计要求及相关技术标准对全桥钢桁梁杆件进行试拼装，按照构件所处的不同部位，主要划分为以下四部分试装:主桁拱肋试装、拱肋上平联试装、桥面下平联试装、桥门及横联试装。

2.3.2 试拼装控制措施

为了保证试拼装质量及试拼装的顺利进行，采取如下措施控制:

1)试装在专用的胎架上进行，胎架有足够的强度，确保试装过程中不产生变形;试装前对胎架测平，确保试装平面度的精度要求。2)各试装杆件处于无应力状态进行，确保试装检测结果的准确性和可靠性，达到试装的目的。3)每次定位下一节间杆件时，均检测平面度、整体对角线差、节间长度、桁高等项点，确保整体试装精度。

2.4 拱肋试拼装精度管理系统

1)精度管理系统概述。对每次拱肋试拼装各节点坐标位置进行精确测量，根据测量结果，利用计算机进行仿真安装，并分析拱肋制造线形与理论线形的偏差数据，并以此结果指导后续拱肋杆件及主桁杆件的加工，实现对拱肋线形和吊杆垂直度精度的管理。

2)精度管理的内容。a.拱肋试拼装长度累计偏差数据分析。b.拱肋试拼装轴线差数偏移累计偏差分析。c.用分析结果指导后续拱肋杆件的加工。d.用分析结果指导系杆杆件的加工。

3 结语

钢桁梁拱桥的制造精度管理系统涉及到典型杆件的制造精度控制、主桥拱肋线形的控制、试拼装精度管理系统三方面内容，因此，合理的杆件制造工艺流程、有效的焊接变形控制措施、恰当的制孔工艺及工艺装备的选择、全面的试拼装检验及试拼装精度管理系统可以有效保证钢桁梁拱桥制造质量满足相关标准要求，为同类型钢桁拱桥制造提供借鉴。