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摘要：超宽扁平流线形钢箱梁制造在现代大跨度桥梁建设中占有重要的位置，而钢箱梁制造精度直接影响桥梁的安全和质量。超宽扁平钢箱梁因其具有工厂化制造、经济性较强、抗风能力强等特点被大跨径斜拉桥作为加劲梁的首选形式，因此其制造精度关键技术值得总结和探讨。本文以海东大道一号桥主桥超宽扁平钢箱梁为例，重点阐述了钢箱梁单元件制作精度控制、焊接工艺、整体预拼装制造精度控制，强调制作过程的尺寸精度控制和焊接变形控制措施。
关键词：钢箱梁；线形；焊接；精度；控制；技术
1 工程概况
海东大道一号桥主桥由一座独塔双索面组合斜拉桥。
主桥长 243 米，宽 45 米，是一座独塔双索面组合斜拉桥，跨径布置为 158+45+40=243 米，主塔采用双索面，扇形布置，斜拉桥体系为平行钢丝冷铸锚式索。
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图1 主桥桥跨布置 （单位：mm）
钢箱梁采用正交异性流线型扁平钢箱梁，中心线处梁高3m，顶板全宽45m，底板宽30m，梁高3m，全宽断面为单箱九室断面，腹板间距为5m左右。考虑构造及施工架设等因素，主梁划分A、B、C、D、E共五种类型，42个节段，总重约5600吨。
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图2 钢箱梁横断面示意（单位：mm）
2 钢箱梁结构特点、工艺难点
1、本桥钢箱梁板宽45m，高3m，断面尺寸大，每一节段涵盖顶、底、腹板、横隔、风嘴、锚点、支座加劲等种类多、数量多的单元件。如何将数十件板单元拼成整节段，控制钢箱梁几何尺寸精度，并确保相邻钢梁之间准确无误匹配，确保顺利架设是本桥的一大难点。
2、本桥钢箱梁为全焊钢结构，钢箱梁结构复杂，内部存在大量的对接接头、熔透或坡口角接接头、T型角接接头等多种接头形式，以及相对应手工电弧焊、CO2气体保护和埋弧自动焊等焊接种类和平焊、横焊、立焊和仰焊等焊接工位，焊缝要求级别高。桥址将进行将节段预拼装、架设，现场焊接的工作量较大，焊接环境复杂。因此，如何保证钢箱梁的焊接质量是本工程的又一难点。
3 总体制造方案
根据本桥扁平钢箱梁结构特点，桥址地理环境，结合工厂施工条件，采用工厂制造板单元、涂装，运输至桥址进行预拼装制造成整节段，最后用小车牵引架设至桥位、焊接成桥的施工方案。
3.1超宽扁平钢箱梁制造单元件精度控制技术
本桥钢箱梁断面尺寸较大，在满足技术规范的前提下，综合考虑工厂批量生产、运输因素，将每个梁段划分为若干单元，并尽量减少分块数量，减少焊接变形。同时，使每一类型单元构件都可在专用胎架上形成批量流水作业，有利单元构件生产的规范化和质量控制。
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图3 钢箱梁单元件划分示意
本桥钢箱梁单件分为底板单元、横隔板单元、纵腹板单元、顶板单元等。此类板单元制作工艺和经验已相对成熟，在此仅重点介绍制作过程中的关键控制点。
（1）异形隔板单元的制造关技术
异形隔板分为由边隔板、中隔板、挑壁隔板组成，全部采用数控下料，先切割人孔，管线孔，最后切割周边，保证其制造精度。另外，考虑到单元件密集加劲肋焊缝、整节段预拼装时横对接焊缝等对其的影响，需在长度方向预留合适的工艺余量并均匀分布于各个U肋槽口，同时保证槽口尺寸。隔板单元焊接完成后，采用控制火焰温度和密集梅花点的方式进行火焰矫正，保证单元件平面度。
（2）顶底板单元拼装精度控制
① 在无马组拼胎架上组装U形肋，板条肋划线组装，出胎前以胎架上所设线为基准在板块上划出纵横基准线、接板位置线。
② 为了控制焊接变形，板块的焊接设计制作专用的回转式焊接反变形胎架，根据不同的板块宽度、厚度，横向设置不同的反变形量（本桥2400mm宽顶板，反变形量预设80mm），焊接完成后反变形预设量还有5~8mm，起到了减少变形减少火调工作。注意板块置于胎架上后对四周自由边利用丝杠压紧刚性固定，减小波浪变形。同时，回转胎架将U肋的焊接工位变为船型焊，有利于焊缝成型和保证熔深，提高生产效率。
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图4 顶底板U形肋无马拼装
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图5 顶底板U形肋回转胎架焊接
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图6 板单元焊接顺序示意 图7 顶底板单元横向反变形量设置
4 超宽扁平钢箱梁制造线形精度控制技术
4.1整节段连续匹配制造与预拼装制造技术
本桥钢箱梁横截面大，标准段单重290吨。因此采用正装法进行预拼装，以预拼装胎架为外胎，以横隔板腹板为内胎。3+1匹配的方式，全桥梁段采用多轮次制造完成。梁段上轮次制造与预拼完成时前两段采用小车牵引的方式运到桥位安装，预留最后一段为母梁参与下一轮次梁段之间的预拼装。使每一轮梁段制造线形与尺寸精度符合设计与相关规范要求，确保全桥钢箱梁线形精度满足要求。
4.2预拼装胎架搭设技术要点
本桥采用3+1匹配拼装，每一轮次钢梁约45*36m，尺寸大、精度要求高，测量难度增加，需制造专业预拼装胎架。拼装胎架的线形直接影响着钢梁的制造线形，而胎架的线形均由调整牙板高度来实现，纵向线形是根据桥位成桥线形数值叠加预拱度进行设计，横向线形是根据钢梁横向焊接胎架顶面牙板与钢梁隔板位置收缩量重力预拱度来设计。胎架要有足够的刚度，避免在使用过程中变形。在胎架上设置纵、横基线和基准点，以控制梁段的位置和高度，确保各部尺寸和立面线形。胎架外设置独立的基线、基点，以便随时对胎架进行检测。胎架应满足运梁台车进出方便和安全的要求
4.3钢箱梁焊接变形控制技术
（1）编制合适的钢梁组拼顺序与定位措施
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图8 单节段钢梁划分
钢箱梁节段组焊在3+1预拼装胎架上进行。组装采用“正拼法”，以胎架为外胎，以横隔板为内胎，各板单元按纵、横基线就位，辅以加固设施以确保精度和安全。为使梁段对接时易于调校各板的相互位置，将内、外腹板等端部焊缝留200mm长暂不焊，待安装架设时再施焊。为减少占用总装胎架时间，缩短总装周期，面板和底板单元在上胎前先按工艺要求在板块拼装胎架上两两拼成板块。梁段组装按照桥底板→中间横隔板→腹板→顶板及锚箱的顺序逐块组装与焊接。
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图9 钢梁组拼示意图
（2）编制合理的钢箱梁焊接顺序
焊接应遵循底板、顶板纵向焊缝同向焊接，同类焊缝对称焊接、箱体先内后外、先下后上、由中间向两边施焊原则。
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图10 钢箱梁焊接顺序
① 中心底板单元上胎定位后，再上相邻两侧底板单元，定位后焊接焊缝1D，焊接完成后修整焊接变形；以此类推完成底板焊缝2D~7D焊接，单元由中间向两边的同方向对称施焊。
② 隔板上胎定位后，依次焊接横隔板与底板焊缝1DG~5DG，横隔板与底板角焊缝由中间向两边对称施焊。
③ 腹板上胎定位后，依次焊接腹板与隔板的立焊缝1GF~4DF，腹板与底板的焊缝1FD~4FD。横隔板单元与腹板单元/底板单元焊缝由中间向两边的对称施焊。
④ 顶板单元上胎后，定位顶板对接焊缝1M及1GM,依次焊接隔板与顶板焊缝1GM~5GM,再焊接顶板对接焊缝1M~9M.先焊顶板单元与隔板的焊缝，再焊顶板与腹板焊缝，最后焊接顶板间对接焊缝。焊接由中间向两边的对称施焊。
⑤ 箱体拼装验收后进行焊接。焊接顺序为：横隔板与纵腹板立面焊缝→横隔板与底板焊缝→横隔板与顶板焊缝→纵腹板与底板焊缝→纵腹板与顶板焊缝→顶板对接焊缝。
（3）编制钢箱梁焊接注意事项
①顶板、底板对接由焊缝，打底焊接由两名焊工从中间向两边对称、同时同向施焊；顶板的填充、盖面两台埋弧焊机对称同时同向进行施焊。
②隔板与顶板、底板、腹板的角焊缝，应从中间向两边对称施焊。
③腹板与顶底板的焊缝有偶数名焊工从中间向两边同向对称施焊。
（4）反变形及焊接收缩控制措施
①顶板、底板单元对接时，对接焊缝设置2mm焊接收缩余量，两侧依次累加。并确保每道焊缝6-8mm焊接间隙拼装。保证焊缝焊接完成时板单元中心距偏差在±1mm以内。
②顶板、底板单元对接时，设置反变形量。焊后的实测平面度均在2mm之内，满足规范要求。
③板单元的组装焊接至梁段整体组装焊接，对每个工艺环节都充分考虑焊接、修正对零部件尺寸影响。使得每个部件最大限度的保持在设计尺寸允许范围内；顶、底腹板纵向增加50mm的配切预留量，每轮次制作完成后再对每个梁段进行纵向配切，保证梁段里程尺寸满足设计要求。
④在钢箱梁整体组焊过程中，因焊接收缩钢箱梁横向两侧会向上翘起。为保证焊后满足设计要求，增设了反变形的工艺措施。根据以往成熟的钢箱梁制造经验，横向在原有设计预拱度的基础上再增加最大预设拱度25~30mm（按照28mm放样）的反变形余量，通过首制节段完成后的测量验收，实测结果符合设计及规范要求，证明增设的反变形量设置合理有效。
4.4测量控制技术
从预拼胎架制作到底、隔、腹、顶板上胎定位及焊接完毕，每一步必须进行控制点标高测量及尺寸检测，精确保证梁段外形尺寸。需注意的是，测量时当定位钢箱梁的顶板单元时，日光将直接照射到顶板，由于顶板与底板温度不同会产生变形趋势，为避免受温差影响，所有测量工作均在日出前结束。
4.5梁段间隙增设工艺调整措施
梁段整体制造的梁段间隙加大到200mm，使得顶底板纵缝焊接起熄弧范围均在引熄弧板上，保证梁端头的焊缝质量。
（1）经对顶底板纵缝的焊接质量检验，此工艺措施效果保证了纵缝端部的焊缝质量。
（2）引熄弧板切割根部预留5mm的打磨余量，避免切割时伤到母材，切割打磨平后在进行探伤。
4.6箱体配切
箱体焊后端口尺寸验收完成后，梁段长度方向理论尺寸L+2mm（环缝收缩量）*环缝数量进行配切，以应对安装后环焊缝的焊接收缩。
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图10 成桥实物图
5 结 语
实践表明，海东大道一号桥主桥钢箱梁制造过程中，通过对单元件制造、焊接质量、焊接变形和预拼装等关键点进行精确控制，施工过程顺利，最终顺利合拢、通车，达到了预期效果，对同类钢箱梁制造有很好的指导意义。
参考文献：
[1] 田智杰.夏门BRT一期工程高架桥钢箱梁制造技术[J].钢结构，2008,50-53，5.
[2] 徐传忠.大跨度桥梁钢箱梁制造技术研究与应用[D].华南理工大学，2012年.
[3] 娄健.钢箱梁斜拉桥横向预拱度的设置[N].合肥工业大学学报，2013-12-26（6）.
[4] 韩金锁，陈 柯.扁平钢箱梁制造线形精度控制技术[B].公路2018-06
[5] 陈兵山，超宽扁平钢箱梁的制造关键技术.基层建设.