城市高架桥钢箱梁制作实践

2017-12-21张嘉嘉孙嘉强张招欣田玉坤

山东冶金 2017年5期

关键词：组焊胎架高架桥

张嘉嘉，孙嘉强，张招欣，田玉坤，赵勇

（济南莱钢钢结构有限公司，山东济南250017）

城市高架桥钢箱梁制作实践

张嘉嘉，孙嘉强，张招欣，田玉坤，赵勇

（济南莱钢钢结构有限公司，山东济南250017）

高架桥钢箱梁构件不同于普通钢结构构件，其特点为体积大、质量大、焊缝密集、封闭节点多。通过对此项目中的钢箱梁加工过程的分析，介绍了使用胎架控制构件的拱度；使用板单元分片组装焊接的方法减少焊接变形；优化焊接方法提升焊接效率；调整组焊的顺序完成封闭节点的焊接；利用配钻保证现场穿孔率。

高架桥钢箱梁；胎架；板单元；焊接方法；封闭节点；穿孔率

1 工程概况

济南市工业北路快速路建设工程高架桥钢箱梁项目地处济南市历城区，其主要结构分为纵梁、横梁、横向连接（次梁）。纵梁与纵梁之间通过次梁横向连接，横梁与纵梁通过牛腿连接，桥面板采用钢筋砼板，与钢箱梁之间通过设置在钢梁翼缘板顶面的栓钉连接在一起。本项目主要材料为Q345qD。

2 施工技术难点

1）为了保证每一节梁的拱度，加工过程均在胎架上进行，胎架的精度控制成为本工程的关键点。

2）本项目的单体构件最大长度32 m，宽3.7 m，高度达到3.25 m。如果钢箱梁采用将所有零件组立后再焊接的方法，会由于焊接量较大导致焊接变形较为分散。矫正难度大，难以保证钢箱梁整体尺寸精度。将每段梁分成若干板单元单独组装焊接，矫正完成后整体组焊，再进行二次修整。钢箱梁的主焊缝全部为一级焊缝，分板单元组焊可将原本的仰焊位变为平焊位，还可以利用自动焊接设备，大大降低了焊接难度，提升了探伤的通过率。

3）钢箱梁局部封闭节点较多，为了保证封闭节点的焊接质量，需要优化组立焊接的工艺顺序。

3 钢箱梁桥加工技术难点控制

箱梁总体施工工艺流程：图纸审核→采购材料→放样→工艺试验→钢材预处理→涂防锈底漆→下料→板件加工→组焊→焊缝检验→预拼装→涂装→成品→运输。

3.1 Q345qD焊接性分析及焊材选取

钢材的焊接性不仅取决于本身的材质，也取决于焊件的大小、形状、生产及操作条件等。而且Q345qD用在高架桥上受到周期性动载荷作用，这对Q345qD塑性、韧性有较高的要求。Q345qD的化学成分表及其力学性能如表1、表2所示。

表1 Q345qD钢化学成分（质量分数）%

表2 Q345qD钢的力学性能

通过Q345qD钢焊接性分析，其具有较低的碳当量，焊接性良好。为了保证Q345qD低温韧性的特殊要求，同时进一步改善其抗裂性，Q345qD钢焊接时需要选择氧化倾向小的碱性焊接材料，而且需要严格控制焊接参数和热输入量。

该钢箱梁制造过程当中主要采用CO2气体保护焊和埋弧自动焊两种焊接方法。CO2气体保护焊焊接材料在平焊位时为ER50-6，立焊、仰焊位置时为药芯焊丝E501T-1，埋弧焊焊接材料为H08Mn2E+SJ101q。

3.2 胎架制作与精度控制

车间组装钢箱梁前需搭建胎架，搭建胎架材料采用型钢、板条等余废料。根据设计图纸的起拱度尺寸，额外加10 mm预拱度计算出胎架所需的坐标和主要控制点尺寸。胎架H型钢横梁布置与钢箱梁内部隔板对应，在高度方向通过H型钢进行粗略定位，并在型钢上部设置120 mm×100 mm调高牙板，配合水准仪精调起拱精度。对于现场相连的两个构件，分配到1个班组对两个构件同时加工，并利用连接板标准件进行配钻；对于现场相连而不在1个班组进行加工的两个构件，只配钻1个构件上的孔，其余的孔进行现场配钻以保证穿孔率。

3.3 板单元法组焊钢箱梁

将每段钢箱梁分成多个板单元分别进行组立焊接。板单元有底板（含底板上肋板）、腹板（含上翼板及附属肋板）、横隔板（含顶板及肋板）。各单元焊接矫正完成，吊放到胎架上进行总体组装焊接，最后组装、焊接牛腿、配钻孔及焊接上表面的栓钉。

3.4 钢箱梁的封闭节点焊接

钢箱梁共有3种不同类型的封闭节点，封闭节点内的焊缝多为熔透、半熔透焊缝。受钢箱梁构造限制，如果不进行组焊顺序的改变，一些焊缝没有操作空间进行焊接及清根，这就需要技术工艺人员反复论证模拟确定合适的焊接顺序，部分焊缝需要增加焊接衬板代替反面清根。下面以支座处封闭节点为例进行阐述。支座处封闭节点立体视图如图1所示。钢箱梁的封闭节点焊接过程如图2所示。

图1 支座处封闭节点一览

图2 封闭节点焊接过程

封闭节点焊接过程：1）将第一块横隔板组焊在底板上，横隔板与主体连接焊缝全部为一级焊缝。横隔板与底板可以使用清根法焊接，其余3面开设单面坡口，坡口方向与箭头相反，背面加设钢衬垫（箭头所指为钢箱梁端部方向，下同）。2）组装横隔板后方两块纵向隔板，纵向隔板的焊缝全部为部分熔透，可以开单面坡口，坡口方向朝向外侧。3）按箭头方向组焊两块纵向隔板之间的横向小隔板，横向小隔板实行倒退组焊法，边组边焊，即组立一块焊接一块，因为两块横向小隔板之间的宽度及深度无法进入进行焊接。将两侧的纵向隔板及横向小隔板也依照上述方法组焊。4）组焊第二块横隔板，横隔板所有焊缝均为一级焊缝，除中间位置可清根焊接，其余部分均需设置钢衬垫，坡口朝向箭头一侧。5）焊接箭头所示的纵向隔板与横隔板、底板的焊缝为部分熔透。6）组立并焊接两侧T型钢（腹板），此焊缝为一级焊缝，焊接横隔板与腹板的钢衬垫坡口焊缝，全部探伤完成后组焊横隔板上方的顶板，并完成所有仰焊能够焊接到的焊缝（构造限制，经设计同意，个别焊缝贴紧不焊接）。7）最后焊接钢箱梁端部的封头板，此焊缝四周统设钢衬垫，为一级焊缝。

类似这种操作空间狭小、焊缝要求高的节点有3种不同的类型。通过对组焊顺序的优化及保证结构安全的前提下，所有的主要焊缝都能够顺利焊接（焊接方案均经设计同意后实施）。

3.5 焊接方法的改进

在甲方提供的焊接工艺规程中，要求钢箱梁的4条主焊缝全部采用手工焊接，目的为了控制热输入，使低温冲击性能达标。但是主焊缝全部为一级焊缝，全部使用手工焊接势必会造成效率低下，我方提出使用手工焊打底、清根，埋弧焊盖面的方法。经第三方实验室检测，各项性能完全达标，并制作了相关的焊接工艺评定及焊接作业指导书，得到了甲方的同意。手工焊打底、清根，埋弧焊盖面的具体焊道为手工焊2道，埋弧焊1道，比之前纯粹使用手工焊6、7道焊道节约了1倍多的时间，而且降低了操作人员的劳动强度，提高了探伤的成功率。