上承式提篮拱桥整体节点弦杆制造工艺

张健康 史淑艳 许建梅

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

上承式提篮拱桥整体节点弦杆制造工艺

张健康 史淑艳 许建梅

(中铁宝桥集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

针对上承式提篮拱桥整体节点的特点，以纳界河大桥整体节点弦杆为例，简要介绍了复杂空间整体节点弦杆的制造工艺、焊接工艺及制孔工艺，通过杆件的试装及桥位架设精度的检测验证，成功解决了复杂空间整体节点制造精度及空间孔群连接精度控制的难题，取得了良好的效果。

整体节点弦杆，平联接头，焊接变形，孔群连接精度

1 工程概况

纳界河大桥主桥为352 m上承式提篮钢桁拱，引桥及拱上梁跨布置为3×24简支梁+1×32简支梁+2×48 T构+11×24.7钢混结合梁+2×48 T构+7×32简支梁，全长810.10 m。拱轴线平面内为悬链线，主桁矢高64.5 m，主桁为N形架，拱顶处拱肋立面投影桁高8.0 m、拱脚处桁高13.0 m，节间水平投影长度8.233 3 m，拱顶处主桁中心距8.0 m，拱角处主桁中心距27.0 m，拱肋内倾角8.378 67°，主拱圈不设预拱度。全桥主要材质为Q370qE，Q345qE，总重约8 000 t。图1为纳界河主桥桥形布置图。

本桥弦杆均采用整体节点形式，是钢桁拱桥的主要受力构件，同时也是连接腹杆、平联、横联、立柱等杆件的关键所在，对桥位架设的精度起着至关重要的作用。以上弦杆A4A5为例进行重点介绍。

2 弦杆特点分析

大桥弦杆整体节点部位空间连接关系复杂，承受的荷载集中，且荷载较大。其结构示意图见图2。上弦杆A4A5长9.9 m、箱口断面为高×宽=1.2 m×1.6 m、节点部位断面为高×宽=3.0 m×2.8 m。上、下盖板厚28 mm，腹板与节点板采用28 mm+36 mm，平、横联接头与节点板整体焊接。其结构具有以下特点。

2.1 焊接要求高

杆件材质为Q370qE，板厚种类多(16 mm～36 mm)，焊接接头形式多种多样。其中包括盖腹板28 mm+28 mm的单V棱角焊，腹板与节点板28 mm+36 mm的不等厚对接，节点板与立柱腹板36 mm+24 mm的熔透焊缝，平联接头板与节点板16 mm+36 mm的熔透焊缝，各种板厚之间的角焊缝。各种焊缝密集、坡口及熔透焊缝多、焊接工作量大等为焊接质量控制提出了更高的要求。

2.2 各构件之间空间关系复杂

拱轴线为悬链线，弦杆主体在节点中心位置变坡，即两端箱体主轴线存在δ角；拱轴内倾8.378 67°，引起平联接头盖板撑杆连接部位与斜杆连接部位存在弯折夹角δ/2，平联接头主体围绕节点中心X，Y，Z方向均存在空间夹角α，β，γ；平联接头示意图见图3。横联接头板围绕节点中心X，Y方向存在空间夹角α1，β1。横联接头示意图见图4。

2.3 空间连接关系复杂、几何精度要求高

上弦杆A4A5与两侧的相邻弦杆及上部的拱上立柱对拼式连接、下部与斜腹杆及竖杆插入式连接，通过连接接头与平联撑杆对拼式连接、与平联斜杆及横联插入式连接，共计8个方向的连接关系。且各个接口均通过高强度螺栓连接，连接关系复杂、制孔精度要求高。

3 难点分析

3.1 焊接变形控制

本杆件板厚种类多、焊接形式多种多样，尤其是箱体主棱角焊缝、平联接头板的熔透焊缝，对杆件的质量控制尤为关键。同时，焊接变形的控制对杆件各空间关系起到了至关重要的作用，必须作为重点控制对象。

3.2 箱体的整体几何尺寸控制

箱体各连接接口的控制是杆件之间连接的重要项点，弦杆的整体质量受各个零件角度关系、几何尺寸、平面度、扭曲等项点相互影响。确保弦杆自身的折角，尤其是平横联接头的空间角度关系是本项目制造的最大难点。

3.3 孔群连接精度控制

弦杆空间8个方向均通过高强度螺栓连接，且杆件之间对拼式连接与插入式连接互相交错，连接关系极为复杂。制孔精度的控制是桥位顺利安装的关键，同时也是大桥安装精度控制的关键，必须作为本项目的重中之重进行保证。

4 工艺措施

4.1 总体方案

经对弦杆自身特点的认真分析和多种方案的比对研究，本着“化整为零、逐步消化”的原则，确定弦杆的整体制作思路为：零件→单元件→槽型→箱体→一次焊接→各种接头组装→二次焊接→成品。对杆件的制造过程进行逐一分级分步控制，确保杆件的几何尺寸满足验收规范要求。同时对弦杆制孔采用“后孔法为主、先孔法为辅”的制孔工艺，确保各孔群连接精度满足规范要求。

4.2 组装工艺

弦杆的整体制作按照“箱体组焊→平联接头组焊→横联接头组焊”三步骤的工艺执行。

4.2.1 箱体组装

由于弦杆上下盖板均嵌入于腹板内侧，加之，上下盖板在节点中心位置折弯，全桥杆件折弯高度不一，采用传统的正装或倒装工艺，很难实现对弦杆箱体整体拼装的精度控制。因此，根据本桥特点采用工艺为：1)以一侧腹板单元为基准定位于平台上；2)划出隔板组装位置线拼装隔板；3)组装上盖板(下盖板)，并与隔板密切、与腹板外露边缘对齐；4)组装另一侧腹板，90°翻身使槽型正立，焊接箱内隔板的角焊缝；5)组装下盖板(上盖板)；6)焊接四条主角焊缝；7)拼装并焊接立柱接头的腹板，完成箱体的制作。

4.2.2 平联接头的定位组装

平联接头与箱体节点中心X，Y，Z方向均存在空间夹角α，β，γ(见图3)，其空间位置的精度控制是杆件制作的重中之重，是影响桥位能否顺利架设和保证线形的关键。

执行工艺：1)将平联接头的工型结构在平台上进行精确组焊，确保与节点板焊接侧的拼装精度及工型盖板的弯折角度满足要求；2)利用箱体修正后的纵横基线为基准，并配以经纬仪划工型盖腹板在节点板上的组装位置线；3)按线粗定位组装接头；4)经纬仪、水准仪配合精确调整工型腹板关键点的空间角度，实现精确定位；5)按工艺焊接、探伤、修整。

平联接头相对于杆件节点中心为三维空间结构，通过CAD软件绘图寻找关键点定位坐标困难，且复杂的空间关系转换容易出错，精度取舍对最终的结果影响大。因此，为保证空间关系的准确性，采用数学分析的方式进行精确控制。1)以平联接头自身建立空间坐标系O′X′Y′Z′(见图5)，并记录坐标系下盖腹板关键点a，b，c，d的坐标值Ti′=[Xi′,Yi′,Zi′]；2)将图5中节点中心O′平移至图3节点中心O，对接头整体绕X,Y,Z轴分别进行旋转α,β,γ角，并计算出OXYZ坐标系下关键点a,b,c,d坐标值Ti=[Xi,Yi,Zi]；3)以计算结果作为接头划线组装的基准。

坐标转换公式：

4.2.3 横联接头的定位组装

横联接头的组装与平联接头基本一致，通过坐标之间转换寻找划线尺寸进行粗定位，辅以已钻制平联节点板上的孔群为基准精定位。横联接头组装时通过辅助工装将其临时连接为工型结构，以确保两接头板孔群的相对关系准确。

4.3 焊接工艺

1)盖腹板四条棱角焊缝采用埋弧自动焊在平位进行焊接，焊接前端部安装引弧、熄弧板。焊接过程中随时调整焊丝的对正，以免焊偏。严格控制四条焊缝的焊接方向一致，以防工件产生扭曲变形。杆件端部采用一定的工艺措施控制箱口的焊接变形，确保箱口尺寸满足要求。

2)隔板与下盖板、腹板单元的焊接采用CO2气体保护焊，立位焊缝从下向上施焊。

3)平联接头盖板的T形熔透焊缝采用药芯焊丝CO2气体保护焊进行焊接。焊缝开双面K形坡口，根据要求先焊接较大坡口的一侧，再碳弧气刨清根、打磨后进行两面对称交替焊接，减少焊接变形。

4.4 制孔工艺

弦杆制孔采用“后孔法为主、先孔法为辅”的工艺。箱体孔群及平联接头板孔群采用后孔法，横联接头孔群采用先孔法。

弦杆的制孔分为两步进行：

1)箱体整体钻孔：在未装平横联接头板之前，箱体整体焊接修整之后，通过经纬仪在划线平台上精确划出箱体弦杆接口、立柱接头、腹杆连接部位的钻孔对向线及平横联接头的组装位置线，采用摇臂钻卡样板钻孔。

2)平联接头钻孔：平联接头焊接修整完成后，通过已钻孔箱体的纵横基线为基准，辅以经纬仪划出连接孔群的钻孔对向线，采用磁力钻卡样板钻孔。为保证孔群空间关系的准确度，采用4.2.2中确定平联接头组装线的方法进行计算关键点的坐标，通过关键点a,b,c,d距杆件纵横基线的距离进行划线，见图6。

5 结语

通过对整体节点弦杆制造工艺的详细研究，根据车间实际生产杆件的检测、主桁及平联试装的检测以及桥位架设精度的监控结果，该桥弦杆的制造精度满足《林织铁路纳界河特大桥钢桁拱制造规则》的要求。其制造工艺合理、可行，达到了预期的效果，为后续同类型钢结构的制造提供了参考。

[1] TB 10212-2009，铁路钢桥制造规范[S].

[2] GB 50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范[S].

The manufacturing technology of the chord with integral panel point for the deck arch bridge

ZHANG Jian-kang SHI Shu-yan XU Jian-mei

(ChinaRailwayBaojiBridgeGroupCo.,Ltd,Baoji721006,China)

Taking the chord with integral panel point for Najie River Bridge for example and according to the characteristics of the integral panel point for the deck arch bridge, introduces the manufacturing technology, welding process and drilling process of the chord with integral panel point in the complex spatial structure. By assembling the members and inspecting bridge erection precision, the control of the manufacturing accuracy of integral panel point in complex spatial structure as well as the control of the spatial holes connection precision are successfully solved and achieved good results.

chord with integral panel point, bracing joint, welding deformation, holes connection precision

1009-6825(2014)07-0179-03

2013-12-25

张健康(1981- )，男，工程师，一级建造师； 史淑艳(1978- )，女，高级工程师； 许建梅(1980- )，女，工程师

U448.22

A