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沪通长江大桥钢锚梁制造精度控制技术

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：齐晓敏

[导读] 摘要：沪通长江大桥钢锚梁首次采用6根索导管设计，每节段锚点位置、索导管角度等均不相同，三维空间角度复杂，每个钢锚梁直接支承在四块钢牛腿盖板上，从现场施工角度出发，针对钢锚梁、钢牛腿的施工技术及安装定位进行分析，找出影响钢锚梁制造的关键技术控制点，分别从平面匹配及角度匹配两个主要控制点，并提出了作用于实践的方法策略用以指导施工，最终提高钢锚梁制造精度。

        中铁九桥工程有限公司重钢分公司 332004
        摘要：沪通长江大桥钢锚梁首次采用6根索导管设计，每节段锚点位置、索导管角度等均不相同，三维空间角度复杂，每个钢锚梁直接支承在四块钢牛腿盖板上，从现场施工角度出发，针对钢锚梁、钢牛腿的施工技术及安装定位进行分析，找出影响钢锚梁制造的关键技术控制点，分别从平面匹配及角度匹配两个主要控制点，并提出了作用于实践的方法策略用以指导施工，最终提高钢锚梁制造精度
        关键词：沪通长江大桥；钢锚梁；钢牛腿；锚梁角度；锚梁平面匹配
        Abstract：For the first time，the steel anchor beam of Hutong Yangtze River Bridge is designed with six cable ducts. The location and angle of anchor point are different. The three-dimensional space angle is complex. Each steel anchor beam is directly supported on four steel corbel cover plates. Finally，the paper analyzes the construction technology and installation position of steel anchor beam and steel corbel.
        Keywords：Hutong Yangtze River Bridge，Steel Anchor Beam，Steel Corbel，Angle of Anchor Beam，Anchor Beam Plane Matching.
        一、概述
        沪通长江大桥位于长江江苏段，北岸为南通市，南岸为张家港市，是沪通铁路全线的控制性工程，全长11072 m，主航道桥是跨度布置为（142+462+1092+462+142）m的五跨连续钢桁梁斜拉桥，主跨钢桁梁采用“N”形桁，桁宽2×17.5 m，桁高16 m，节间长度14 m，为公铁两用斜拉桥。沪通桥主塔上塔柱120m范围为索塔锚固区，4#~36#斜拉索采用钢锚梁作为斜拉索的锚固结构。主塔高达325米，为世界上最高公铁两用斜拉桥主塔，国内铁路桥梁用钢级别最高为Q500qE，是目前世界上最大跨度、最大体积公铁两用斜拉桥，沪通长江大桥立面示意如图1所示。

                     图1 沪通长江大桥立面示意图
        沪通桥钢锚梁共分为A、B、C三类，由受拉锚梁和锚固结构组成，其中A类钢锚梁锚固区域从19#～36#斜拉索，B类钢锚梁锚固11#～18#斜拉索，C类钢锚梁锚固4#～10#斜拉索。1#～3#斜拉索直接锚固于中、上塔柱连接段的隔板上。钢牛腿是钢锚梁的支承结构，每个钢锚梁直接支承在四块钢牛腿盖板上，对应钢锚梁分类，钢牛腿也分成A、B、C三类。钢锚梁整体结构如图２所示。

                       图2 钢锚梁整体构造图
        沪通桥钢锚梁由腹板、底板、顶板、端隔板、加劲板、水平隔板、锚室构造等组成。腹板、顶、底板是钢锚梁承受水平拉力的主要构件，斜拉索竖下分力通过腹板及其加劲板传递至钢牛腿，再传递至塔壁。水平隔板厚8mm，底下设置高150mm纵向加劲板，中间开3.2m×1.8m孔洞，方便斜拉索张拉设备吊装，同时也是斜拉索张拉操作平台。钢锚梁斜拉索预埋套筒分为3段（L1、L2、L3），L1预埋于混凝土塔壁中，通过劲性骨架定位，L2焊接于牛腿预埋钢板上，并与L1通过法兰盘连接，L3焊接于锚垫板上，并与L2之间留20mm间隙以适应钢锚梁的弹性伸长。
        沪通桥钢锚梁最大单节段长13.3米，宽5.8米，高5.2米，净重76吨，设有6根锚索锚固边、中跨，边、中桁，每根锚索角度均不相同，空间角度相当复杂，制造及总拼难度极大。单塔钢锚梁共33个节段，钢锚梁首次采用6根索导管设计，每节段锚点位置、索导管角度等均不相同，三维空间角度复杂；牛腿腹板与锚梁腹板之间通过拼接板栓接；边跨牛腿顶板与锚梁底板之间采用搭接式，不设置拼接板；锚梁中跨底板连接部位设置滑动摩擦副，钢锚梁及钢牛腿效果图如图3。

                     图3 钢锚梁及钢牛腿效果图
        二、难点分析
        2.1多导索锚管角度控制
        沪通桥钢锚梁首次采用6根索导管设计，一组钢锚梁含有6个锚室，6根锚索锚固主梁的6根杆件，如图4所示。每节段锚点位置、索导管角度等均不相同，三维空间角度复杂，多导索的角度控制是制造的重难点，且钢锚梁的6根导管与钢牛腿的导管角度匹配是现场索导管安装的关键因素。

                      图4 锚箱三维示意图
        2.2钢锚梁与钢牛腿平面控制
        由于沪通桥钢锚梁及牛腿结构复杂，焊缝密集，熔透焊缝多，在制作过程中，如变形较大，将严重影响钢锚梁及牛腿的几何尺寸精度，影响钢锚梁与牛腿的匹配精度，制造上要确保钢锚梁和钢牛腿接触面的平面度及牛腿顶板与塔壁预埋钢板间的角度，以保证钢牛腿受力均匀，而沪通桥钢锚梁共有四个面两两匹配，因此四角平面度的控制是制造的重难点，锚梁与牛腿空间关系如图5所示。

                     图5 空间关系示意图
        三、关键控制方案
        3.1锚梁角度控制
        3.1.１锚室预制：钢锚梁主要由顶板、腹板、底板、锚室、加劲板组成。主支撑板板厚为50mm，副支撑板板厚为50mm，锚垫板采用双层垫板，板厚均为 60mm，锚室外加劲板板厚为24mm~32mm。副支撑板及加劲与主支撑板均为熔透焊。主支撑板与腹板间也为熔透焊接，板厚大，操作空间小，焊接难度大，先将两个锚室预制成井字件后进行装配，如图６所示。

                             图6 锚室单元件
        3.1.２锚室横向角度控制：一个锚室分别有3个不同角度，为保证锚垫板的空间坐标及角度，锚拉板数控下料时，预留+5mm机加工余量，在预制锚室单元件时，对锚室整体画线，组拼、焊接、调校后，进行整体机加工，确保3个锚室的横向角度，如图7所示。

                      图7 锚室下料及机加工
        3.1.2钢锚梁纵向角度控制：
        a、首先以腹板中心线和底边为基准划出锚固点，锚室中心线，平行于中心线的承压板安装线，在腹板上精确定位锚室的位置，如图８所示。

                          图8 锚室划线图
        b、组装前，先检测拼装胎架以提高组装精度，以腹板系统线为基准组拼，并在腹板上用马板定位好锚室安装位置，在相应的中心线作为永久性标识，作为后续制造及测量的基准，如图9所示。

                     图9 制造基准点标识
        c、锚室承压板与锚梁腹板之间焊缝为熔透焊，板厚为50mm，组拼时需考虑一定的焊接收缩量（一条熔透焊缝预留+3mm）。
        d、锚室与腹板刚性固定后，再进行焊接。焊接时为减少焊接变形，尽量在较大的刚性约束下，使用线能量较小的CO2气体保护焊对称施焊，并在焊前采用反变形措施。
        e、所有板件焊接调校后安装锚垫板及锚管，为保证锚梁与牛腿的角度匹配，安装时以锚梁底板中心为基准。先将设计角度换算成坐标值（图7－参数计算表），定位好锚管的出口、入口尺寸（图8－锚管安装），同时，最后安装锚垫板及锚管，可以对钢锚梁在组拼、焊接过程中的变形进行微调，确保锚管角度。

                            图7 参数计算表

                图8 锚梁锚管出入口尺寸安装
        3.1.3钢牛腿角度控制：同钢锚梁角度控制一样，通过角度换算，以牛腿的水平座板为基准，按坐标值控制好出口、入口尺寸安装锚管，为保证与锚梁角度匹配，焊接前先对锚管进行刚性固定，牛腿安装如图9所示。

               图9 牛腿锚管出入口尺寸安装
        3.2锚梁平面控制
        沪通桥钢锚梁与牛腿之间共有4个面两两匹配，牛腿水平座板与塔壁板的垂直度是保证与锚梁平面匹配的关键，为保证锚梁的平面度，采取了下列控制技术：
        3.2.1因钢锚梁与钢牛腿分别制造，为控制钢锚梁与钢牛腿之间的平面度，制造过程中必须选择同一基准面，装配时钢锚梁制造以底面为基准，钢牛腿制造以水平板顶面为基准。
        3.2.2牛腿与锚梁匹配平台及背面的加劲板和剪力键均为熔透焊接，为控制焊接变形，先将牛腿两面构件拼装好，让其自身形成刚性固定后再对称施焊，务必确保拼装及焊接顺序。
        3.2.3为保证牛腿水平座板与塔壁板的垂直度，先将水平座板组焊成单元件后，为防止牛腿与壁板组焊后出现较大焊接变形，在组装时预留收缩量（收缩值根据制造经验暂定+3mm），如图10所示。

                     图10 牛腿水平座板安装
        3.2.4完成其它构件的焊接，最后对牛腿整体尺寸、水平板角度、相对位置进行检测、调校，安装牛腿水平垫板，根据所测数据对牛腿水平垫板进行整体机加工，保证与锚梁匹配面的平面度，如图11所示。

                  图11 水平板平面度检测图
        为确保沪通桥钢锚梁及牛腿的制作精度，方便工地安装，在工厂内对钢锚梁及牛腿进行预拼装，预拼主要针对锚管的6个角度，每节段的锚点相对位置，钢锚梁与钢牛腿4个支撑面的配合关系进行验证，试拼采用2+1拼装方案，每3段为一轮次，如图12所示。每拼装2-3个轮次应对主要点进行检测，调整，从而避免拼装时产生较大的累积误差。

            图12 工厂内立体预拼装
        四、结束语
        沪通桥钢锚梁首次采用多导索锚箱，结构复杂，钢锚梁与牛腿锚管的角度匹配及平面匹配至关重要，是本桥制造的重点和难点。针对制造的重难点，研发出一系列能够提高其精度的技术措施，有效的控制了钢锚梁及牛腿的锚管角度、平面度等精度，大幅提升了产品质量和生产效率。本文总结了沪通桥钢锚梁及牛腿生产过程中的精度控制过程，可为以后同类型钢桥制作提供参考。
        参考文献：
        [1]中华人民共和国交通运输部.公路桥涵施工技术规范：JTG/T F50-2011[S]
        [2]中国铁路总公司.铁路钢桥制造规范：Q/CR 9211-2015[S]
        [3]张平.鸭绿江大桥钢锚梁及钢牛腿制作精度控制技术[J]钢结构.2014.29（7）：64-66
        [4]樊永清.临海高等级公路灌河大桥钢结构制作质量控制技术[J]钢结构.2016.31（4）：73-78