大跨度钢混结合梁钢梁制作技术

2015-04-23史淑艳

金属加工(热加工) 2015年16期

关键词：拱度隔板盖板

史淑艳

钢混凝土结合梁结构是通过连接件把钢梁和钢筋混凝土桥面板组合成截面共同工作的一种复合式结构。具有抗疲劳性能好、承载力可靠、节约钢材、充分发挥材料性能等众多的优点，在我国桥梁建设中得到了广泛应用。

1. 结构形式

以某已建项目为例，结合梁钢梁结构形式为U形，单孔跨度一般在50m左右。按结构形式，将梁段划分为腹板单元、隔板单元、底板单元等部件。连接钢梁与混凝土桥面板的剪力钉焊接于主梁上盖板和横隔板上盖板。

2. 制作难点

由于一孔钢梁长度较大，为便于构件运输，故将钢梁沿纵向分段制造，段与段之间用高强度螺栓栓接。

钢梁制作根据其结构特点、工艺要求，采用“原材复验→零件→部件→节段→预拼装→涂装→桥位栓接→桥位焊接→补涂装”的工艺流程进行生产制造。

制作难点主要包括：第一，腹板单元是控制箱体拱度的关键部件。腹板下料考虑设计拱度、自重拱度及焊接收缩量等因素确定工艺拱度。控制主梁腹板单元拱度精度和平面度是制造难点。

第二，主梁U形箱口大，尺寸为2.7mm×3.0m，控制两端箱口的几何尺寸并保证梁段间连接是制造的关键。

第三，隔板单元为矩形，在组装箱型时可作为内胎，隔板的几何尺寸是控制箱体断面尺寸的关键。

第四，梁段整体组装与焊接是整个钢梁制造的关键，其工艺的合理与否直接关系着钢梁的制造质量和使用寿命。

第五，主梁三面有不同数量的高强螺栓孔，孔群精度的控制决定现场架设成功与否。

第六，剪力钉是连接钢筋混凝土桥面板与钢梁的共同工作关键零件，主要起传递剪力的作用，其焊接质量控制尤为重要。

3. 制作工艺

（1）单元件的制作腹板单元的制作：腹板单元由上盖板、腹板、水平纵肋、竖肋等组成。上盖板采用数控火焰切割机精确下料，腹板采用数控切割机下料，一次切出腹板拱度，同时宽度增加2～3mm、长度方向增加0.5‰焊接收缩量。腹板与上盖板的焊接采用双面埋弧焊；加劲肋与腹板的角焊缝采用药芯焊丝CO2气体保护自动焊，焊接参数如表1、表2所示。

底板单元的制作：底板采用龙门式切割机下料，宽度和长度方向预留焊接收缩量（大小与腹板相同）。底板纵向加劲肋采用龙门式切割机对称下料，长度方向预留0.5‰焊接收缩量。

底板纵向加劲肋两端设置有φ26mm高强螺栓孔，由于组焊后纵肋间距仅有500mm，没有钻孔的操作空间，所以此部分孔群采用先孔法制作。为了避免焊接变形对孔群精度的影响，造成大面积配孔或扩孔，根据相关规范的要求，扩孔≤设计孔径的10%，φ26mm的螺栓孔按+1~+2mm公差控制，相应的拼接板不再配孔。实践证明，该措施大大提高了生产效率和安装进度，同时该位置的安装质量也得到了较好的保证。

采用门式板条肋组装专用设备实现底板单元自动化组装。重点控制端部孔群范围及隔板处的位置，组装公差±1.0mm，组装间隙0.5mm。采用我公司与相关厂家联合开发的针对板肋的双丝MAG焊接新技术及龙门式多电极自动化焊接设备，配合自主研发的平位反变形胎架焊接底板单元。一条焊缝配置两把焊枪，一前一后双丝双熔池焊接，专机上配置多头焊枪，选择可靠的焊缝跟踪方式，保证电弧位置准确，在反变形胎架上以较高的焊接速度一次将板块板肋焊接完，采用对称同方向施焊有效控制了焊接变形。焊接参数如表3所示。龙门式多电极自动焊接过程如图1所示。为了控制主梁整体焊接变形，底板单元修整时在两边腹板组焊位置外侧预先作出一定的反向角变形，使其与收缩变形相互抵消。

表 1

表 2

隔板单元的制作：隔板单元由隔板、加劲肋和加强圈组成。隔板采用数控精密切割机下料，一次切出人孔、槽口及过焊孔，周边留机加工量。隔板单元采用CO2气体保护半自动焊焊接，焊接材料为Supcored71H，φ1.2mm。

（2）主梁整体制作组装底板单元，按线就位，并垫出梁段拱度；为保证安全，方便组装，设计组装腹板单元、隔板单元用支架及夹具，组装时重点控制腹板单元的组装尺寸及两端箱口尺寸。最后组装腹板单元上有磨光顶紧要求的竖肋。

表3 底板单元焊接参数

图1 龙门式多电极自动焊接过程

有磨光顶紧要求的竖板在组装箱时安装，为防止由于焊接收缩造成磨光顶紧不严，焊接顺序应从顶紧端向另一端施焊，焊接方法相同。

为保证主梁几何尺寸，减少焊接变形，采用如下焊接顺序和焊接工艺：①隔板与底板单元→隔板与腹板单元→腹板单元与底板内侧焊缝→隔板单元与隔板上翼缘，焊接方法为CO2气体保护半自动焊，焊接材料为Supcored71H，φ1.2mm。②隔板上翼缘与上盖板单元组焊，采用背面贴陶质衬垫单面焊双面成形工艺，焊接方法为焊条电弧焊，材料为CJ507Q，检查合格后将两端30mm修磨余高。③腹板单元与底板外侧焊缝组焊，采用埋弧焊，焊接材料为φ5.0mm的H08Mn2E焊丝，配SJ101q焊剂。

（3）剪力钉焊接剪力钉主要起传递剪力的作用，防止混凝土桥面板与钢梁之间相对滑移，所有剪力钉在工厂焊接。焊接设备拟采用SLH—25C型螺柱焊机及焊枪。

组焊工艺要点：①焊接前应除去焊钉焊接区的锈蚀、油污及水分，焊接瓷环应在150℃烘干2h；焊钉组焊面进行打砂除锈，以彻底清除待焊部位的油漆、水、锈、氧化皮及其他影响焊接的物质。②接工件的电缆应设两根，分别接于工件的两端，以减少焊接时的磁偏吹现象。③为了保证平面位置组装公差的要求，应按焊钉布置图划线定位，并打上样冲眼，以方便焊接。④焊钉的焊接在室内，且在5℃以上进行，当环境温度低于5℃时，应将工件预热到50℃以上方可施焊；当底面金属潮湿时，应用火焰烘烤去湿后焊接。⑤当在钢梁边缘焊接时，应采用防磁偏吹装置，以减少磁偏吹造成的焊脚不均匀现象。⑥焊接应由经过专门培训、考试合格的电焊工担任；施焊时，焊钉与钢板应保持垂直，焊枪保持稳定不动，直至焊接金属完全固化；焊接顺序原则上应按中心对称施焊，以减少焊接变形。⑦每日每台班开始生产前或变换一种焊接条件时，应将焊接参数调整到最佳状态，试焊两个焊钉进行弯曲30°检测，合格后方可正式焊接。试焊用的钢板材质必须与焊件相同，其厚度允许变动±25%。

对于焊缝熔合不良的焊钉应从工件上拆除，将母材修磨平整后重焊；对于没有获得完整360°周边焊脚的焊钉，其缺陷长度≤90°时，用φ4mm或φ3.2mm的CJ507Q焊条补焊。补焊长度应从缺陷两端各外延10mm，补焊的焊脚尺寸为6mm，当补焊时的环境温度≥5℃时应按工艺评定试验结果确定的预热温度进行预热。

（4）工地焊接待桥位吊装架设到设计位置并将高强螺栓拧紧后，进行上盖板对接焊接，采用单面焊双面成形工艺，背面贴陶质衬垫，气体保护焊打底、埋弧焊盖面。焊缝间隙控制在（6±2）mm，打底焊缝焊接两层，厚度控制在8~10mm；埋弧焊（气体保护焊）填充时要控制热输入和层间温度，确保焊缝接头性能；盖面时采用两道盖面，控制余高和焊缝外观成形。单面焊双面成形接头如图2所示。