基于平行四边形整体节点制作的工艺设计

摘要：黄冈公铁两用长江大桥采用了平行四边形整体节点形式，其结构复杂，工艺要求高。本文介绍了平行四边形整体节点工艺难点及措施，典型杆件的工艺技术方案，经实践证明本方案可靠实用，能够满足产品质量高精度要求。

关键词：平行四边形整体节点  工艺设计  公铁两用桥

1 工程概况

黄冈公铁两用长江大桥是武汉至黄冈城际铁路及黄冈至鄂州高速公路的关键控制性工程，也是大广高速公路和汉鄂高速公路连接的重要纽带。大桥全长4.01km，主桥为双塔钢桁梁斜拉桥，跨度1215m，主跨567m，设计为双层桥面，下层桥面通行双线高速铁路，上层桥面通行四车道高速公路，是目前跨度最大公铁两用长江大桥。

2 主桁工艺技术难点及措施

主桁为“N”形桁架。两片主桁倾斜使钢梁成一上宽下窄倒梯形横断面形式，主桁倾斜角度为20.3532°。两片主桁横向间距，上弦为27.5m，下弦为16m;桁高15.5m，节间长度13.5m。主桁采用焊接整体节点结构形式，为适应斜桁布置形式，主桁上弦及下弦杆均采用平行四边形截面，整体节点水平内宽1300mm，竖向内高1800mm;主要技术难点及措施见表1所示。

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3 典型下弦杆件的工艺流程图

根据制造方案，黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁平行四边形整体节点典型下弦杆件制造工艺流程见图1所示：

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图1  典型下弦杆件的工艺流程图

4 典型下弦杆件制造工艺方案

以下弦E22E23为例，该杆件为平行四边形焊接整体节点，由节点板、顶板、底板、加劲肋、横隔板、竖杆接头板、斜杆接头板、横梁接头板等部件焊接而成。

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图2  典型下弦杆件

4.1 主要零部件下料及加工。①腹板单元的下料与加工。下弦杆腹板单元由不等厚的竖板与节点板对接组成，节点板采用数控切割机下料，竖板采用多头切割机下料。节点板和竖板端部非焊接边各预留30mm余量。下料后先采用铣边机加工节点板焊接边的1：8过渡坡口，再采用半自动切割机加工节点板、竖板焊接边的焊接坡口。以宽度中心线为基准对位并焊接，使其形成腹板单元件。焊缝探伤检查合格后，分别在内、外腹板单元的内表面上划出各方向系统中心线，并将线延伸至外表面板边缘做上标记。以系统中心线为基准划出上下边的加工线。先采用铣边机加工出腹板单元与顶板、底板接触边的顶紧边，再采用半自动切割机加工出其焊接坡口。②顶板的下料与加工。下弦顶板大多为整板，下料时，两端各留30mm余量。在顶板内表面划出系统中心线和节点中心线，并将线延伸至外表面端部边缘。以系统中心线为基准划出与外腹板接触边的加工线。先采用铣边机加工顶板过渡坡口和与外腹板接触的顶紧边，再采用半自动切割机切割出焊接坡口。以加工边为基准，并考虑适当的焊接收缩补偿量后，划出节点板斜向插入的槽口线。先采用半自动切割机切割出斜槽口，再在斜槽口的基础上切割出焊接坡口并打磨切割面。焊接坡口均为单面坡口，坡口朝箱体外侧。加工时注意坡口方向。③底板的下料与加工。下弦杆底板大多为整板，采用数控切割下料。底板两端各留30mm余量，宽度可直接下料到图纸尺寸。底板下料后分别划出内、外表面的系统中心线和节点中心线。④隔板的下料与加工。板厚小于16mm隔板建议采用激光切割下料，代替加工。板厚大于16mm对周边进行机加工。⑤横梁（肋）腹板的下料与加工。板厚小于16mm隔板建议采用激光切割下料，代替加工。板厚大于16mm对周边进行机加工。⑥斜杆、竖杆腹板的下料与加工。采用数控切割下料并用数控钻床钻出孔群。以孔群为基准，机械加工出两侧焊接边的顶紧坡口和焊接坡口。

4.2 下弦杆的组装。下弦杆采用正装法在专用组装胎架上进行组装。其组装顺序如下：

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图3  下弦杆的组装

4.3 下弦杆件的焊接。①焊接应在胎架上进行，工件应放平，防止因焊接内应力产生扭曲变形。②先焊接隔板与腹板的立焊缝（隔板与内侧腹板之间的熔透焊缝先少量焊接，待顶板安装焊接及横梁接头安装焊接完成后再全部焊完），再焊接隔板与底板的平焊缝，最后焊接箱内腹板与底板之间的角焊缝。焊接顺序应从中间往两边，由下往上依次对称焊接。③顶板安装完成后，采用富氩气体保护焊对插入部位坡口焊缝进行焊接。焊接时，两侧应对称同时焊接。④焊接杆件棱角焊缝和T形坡口角焊缝时，采用富氩混合气体保护焊打底，埋弧自动焊填充盖面。⑤24小时后对插入部位的焊缝全长范围进行超声波探伤检查。

4.4 杆件的划线。①工件找正：将工件平卧放置在支撑平台上，插入顶板的腹板面朝下，另侧腹板面朝上。腹板面应平行于划线平台。以划线平台为基准，用水准仪对工件进行抄平，误差应小于1mm。②划出杆件两端系统中心线。③划出腹板上各向系统中心线。④对照施工图及划线图，划出钻孔胎模十字对位线，并检查。⑤划出另一侧腹板各向系统中心线。

4.5 杆件的钻孔。①采用覆盖式钻孔胎模钻出节点板上及腹板一端的部分孔群。剩余孔群可采用补孔样板钻出。②采用覆盖式钻孔胎模，通过腹板上一端已钻孔群定位，钻出另一端部分孔群。其余孔群采用补孔样板钻出。③对无法在杆件外面用台式钻床钻制的腹板孔群，可采用磁力钻在杆件箱内通过补孔样板补钻出剩余孔群。④采用覆盖式钻孔胎模钻出杆件顶板箱体部位两端孔群。伸出桥面板部位两端孔群，待横梁接头、桥面板纵肋等附连件安装焊接完成后，再钻出。⑤采用局部钻孔胎模钻出底板两端孔群及一处横梁底板连接孔群。⑥采用小覆盖胎模，通过已钻的一处横梁底板连接孔群定位，依次钻出其余底板连接孔群。

4.6 附属件的组焊。①采用组装胎膜，通過底板已钻孔群定位出腹板位置并焊接;②安装桥面板纵肋，并从中间往两边焊接。如焊接后对极边孔距不能保证，可将纵肋两端1000mm处断开，先安装和焊接中间部位，焊后安装和焊接纵梁两端1000mm段。③采用组装胎膜，通过节点板上已钻孔群，定位腹板接头板，并进行焊接。

5 结论

黄冈公铁两用长江大桥下弦整体节点的成品检查结果符合设计图纸、国家及行业标准、制造规则的要求，产品质量稳定，工程安装架设顺利，实践证明本工艺方案切实可行，科学合理，对同类钢结构的制造具有指导意义。

参考文献：

[1]刁静萍.市政工程天桥箱形钢结构主梁制作技术[J].中国建筑金属结构，2013（22）.

[2]阮家顺.中日钢箱梁制造技术的差距[J].中国军转民，2014（01）.

[3]方键，孙中源.沈阳南站市政交通工程钢箱梁制作技术[J].钢结构，2014（02）.

作者简介：黄峰，西南交通大学机械工程专业，工程硕士学位， 武桥重工集团股份有限公司副总经理，主要技术工作：大型桥梁钢结构、超高层建筑钢结构的生产管理与过程质量控制，研究方向：钢构件组拼工艺、钢构件焊接工艺。