蚌埠淮河大桥下弦杆制作技术

蚌埠淮河大桥下弦杆制作技术

杨立群

(中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛 066205)

摘 要：蚌埠淮河大桥主桥上部结构为三跨连续钢桁拱。拱弦杆件采用整体节点形式，结构形式极为复杂，节点板从上水平板槽口穿出，上、下水平板被穿过的拱弦水平板分为多块，杆件连接关系繁杂。通过对拱弦杆件结构特点的分析，对杆件的外形几何尺寸、焊接变形、焊接质量、制孔精度控制进行研究，制定了合理的制作工艺。采用该工艺后，杆件重要控制项点均符合要求，有效地保证了杆件的制作质量。

关键词：钢桁拱； 整体节点； 制作工艺

1 工程概况

图1 蚌埠淮河大桥效果

淮河大桥(图1)为蚌埠中环线东段的重要节点工程,其主桥上部结构为3跨连续钢桁拱桥，横向由两片主桁构成，桥梁主跨200 m，边跨采用80 m，主桁中心距33 m。两片主桁的外侧各有4.25 m宽悬臂托架支撑人行道，桥面总宽42.5 m。每个桥墩处两片主桁下均设有竖向刚性支座，纵向除16号墩外其余均为活动支座。钢桁架拱桥主要由拱肋、吊杆、系杆、以及桥面系组成；桥面系由纵横梁、正交异性钢桥面板构件组成。

主桁为节间长度10 m的N形桁架，结构造型美观，主跨拱圈矢高59 m，矢跨比约1/3.39。拱肋上、下弦拱轴线均采用二次抛物线，与边跨上弦之间采用半径90 m的反向圆曲线过渡。钢桁拱肋跨中桁高为7 m，中支点处桁高为30.02 m，边支点处桁高为12 m。

2 整体节点弦杆特点及制作难点

1—上水平板；2—拱弦水平板；3—下水平板；4—横梁接头板；5—节点板；6—竖板直段。
图2 杆件示意

本文以下弦杆件为例，杆件为箱形结构，长度10 696 mm，宽度2 500 mm，节点位置高5 879 mm，质量约46 t。箱体由竖板(节点板加竖板直段)、上水平板、下水平板、隔板、拱弦水平板、横梁接头板等组成，上水平板开槽口，节点板通过槽口穿出，上、下水平板被拱弦水平板穿过，分为多块(图2)，杆件两头分别与其他下弦杆连接，上部与拱弦杆件、斜杆、竖杆连接，下部又与拱弦连接，横向与横梁、平联连接。

与普通整体节点弦杆相比，此类杆件有以下制作难点：1)杆件超高、结构复杂，制作精度要求高。5.879 m的高度已经超过工厂现有龙门数控钻床的加工范围，上水平板开槽口，竖板的坡口形式，以及拱弦水平板整体穿过上下水平板，拱弦结合处的杆件是全桥最关键的杆件，制作精度要求极高。2)杆件集熔透对接焊缝、熔透角接焊缝、棱角焊缝、坡口角焊缝于一身，并且杆件内部施焊空间狭小，宽度只有1.6 m，高度仅为1 m，焊接质量要求高；拱弦板厚40 mm，节点板板厚达到44 mm，焊接量大，焊接变形很难控制。3)拱弦杆件连接关系复杂，杆件上存在各个方向的大量螺栓孔，制孔难度大、精度要求高。

注：R5为焊缝半径。
图4 竖板顶部坡口

3 制作工艺流程及质量控制

通过对杆件的制作难点分析，根据结构特点及精度要求，经过制作工艺比选，制定出可行的制作工艺及技术措施。

工艺流程：下料→零件加工→接料→组焊板单元→组焊箱体→箱体数控钻定位孔→卡样板接钻孔→组焊箱外其他连接件。

3.1 主要零件制作

零件尺寸精度是控制杆件外形尺寸及扭曲等变形的基础，是制作工艺的关键一环。

3.1.1 竖板外形及直度控制

竖板由节点板和竖板直段组成。严格控制零件加工精度，同一箱形的两块节点板和两块竖板直段要分别合摞加工，保证对接头与纵向中心线垂直度一致，设置挡角，无缝对接，通过对竖板外形及接料直度的控制，保证了制作精度(图3)。

1—基准边；2—对接头。
注：N1、N2为板件编号。
图3 竖板接料

1)由于体量过大，节点板需接料，由N1-1和N1-2拼接而成，保证外形；2)对接头AC与纵向中心线垂直，保证接料直度；3)对接头AC与AB、AD水平线垂直，保证杆件上边缘不倾斜；4)控制AB、AD水平线到纵向中心线的距离，保证杆件纵向中心线上部高度；5)以基准边(顶边)为基准组对，保证D、A、B三点在同一直线上，接料直线度不大于2 mm。竖板接料后，对焊缝磨平，并进行无损检测。

加工顶部坡口，内侧焰切熔透坡口(图4)(长度200 mm)及过渡段坡口(长度150 mm)，要求过渡区坡口匀顺过渡。

3.1.2 上水平板制作

以一侧上水平板为例，下料后在整体节点处焰切槽口及V形坡口(图5)，两边各留10 mm加工量及槽口间预留0～2 mm焊接收缩量，避免杆件组焊后，节点熔透区域与其他区域收缩不同，导致板边不平及两节点板间距离过小；严格控制焰切槽口及坡口的质量，是焊接质量的关键。

图5 上水平板

3.1.3 隔板外形控制

图6 隔板

隔板在杆件组装时起到内胎的作用，它的尺寸精度直接关系到杆件尺寸精度，同时也是控制杆件发生扭曲变形的关键因素，采用数控切割下料后，以隔板槽口为基准划刨边、刨头线，同一箱形的隔板要合摞加工，保证边头垂直度不大于0.5 mm，及对角线偏差(图6)。采用等离子数控切割同样可以保证隔板的外形尺寸、边头垂直度及切割面硬度要求(随着钢材强度级别的提高，最近一些桥修改为Q420及其以上强度级别钢板切割面的硬度不超过380HV10，其他钢板切割面的硬度不超过350HV10)，优点为变形小，一次切割加工成形，省去刨边、刨头工序，省时省料。

3.2 箱体组焊、钻孔

合理的组焊顺序是保证杆件外形几何尺寸的关键，组装采用侧装与倒装相结合的方法组装，钻孔采用先孔与后孔相结合的方法。

3.2.1 板单元制作

上水平板单元(上水平板+加劲肋)、下水平板单元(下水平板+加劲肋)、竖板单元(竖板+加劲肋)的平面度是控制杆件扭曲变形的关键，要求组焊后严格控制平面度，并要求控制加劲肋组装误差为±1 mm，垂直度偏差为1 mm。

3.2.2 组焊工艺流程

1)组装必须在专用的组装平台上进行，并设置限位装置，采用侧位置组装，先平铺竖板单元，然后精确划出隔板、上下内侧水平板、拱弦水平板单元位置线(图7)，组装各零件及单元件，组装严格控制位置及与竖板单元的垂直度。

1—上内侧水平板；2—拱弦水平板单元；3—隔板；4—下内侧水平板；5—竖板单元。
图7 隔板、水平板组装示意

2)组另一侧竖板单元，控制两竖板单元系统线垂直度(图8)。

1—竖板单元。
图8 竖板单元组装示意

3)组装两侧上水平板单元和上外侧水平板(图9)。焊接隔板与竖板、上水平板间角焊缝，焊接拱弦水平板、上水平板与竖板间坡口角焊缝打底焊道。

1—上水平单元；2—上外侧水平板。
图9 上水平板单元组装示意

4)组装两侧下水平板单元，焊接隔板与下水平板间角焊缝，焊接下水平板与拱弦水平板、竖板间坡口角焊缝打底焊道(图10)。

1—下水平单元。
图10 下水平板单元组装示意

5)90°翻身，倒位置放置在平台上，先检测旁弯、立弯、扭曲偏差，修整后进行箱形主焊缝的焊接(图11)，对称焊接下水平板与竖板间坡口角焊缝，对称焊接上侧拱弦水平板与竖板间坡口角焊缝，焊接上、下水平板与拱弦水平板间熔透角焊缝部分焊道。通过隔板上的人孔进入箱内，对称焊接竖板与上水平板箱形内侧角焊缝，对称焊接整体节点板与上水平板围焊熔透角焊缝的箱形内侧和外侧贴角焊缝(保证坡口侧清根后焊接不漏)；焊接节点板端部熔透角焊缝箱形内侧角焊缝(焊缝的内侧坡口，约长200 mm+过渡段150 mm)，焊接上水平板与节点板间焊缝箱形外侧坡口(约长200 mm+过渡段150 mm，注意焊接节点板端部约长200 mm的熔透角焊缝处焊接前气刨清根)。采用此方法较好地保证了焊接质量、控制了焊接变形。然后焊接下拱弦加劲肋拱弦隔板及防撞护栏连接件。

1—拱弦加劲肋;2—竖板加劲肋;3—防撞护栏连接件。
图11 下水平板单元组装示意

6)杆件翻身(图12)，焊接另一侧拱弦水平板与竖板间坡口角焊缝，焊接上、下水平板与竖板间熔透角焊缝，注意焊前采用碳弧气刨清根，保证熔透，焊接上、水平板间对接焊缝。平位焊接竖板与上、下水平板间熔透角焊缝其余焊道，注意焊前清根。

图12 拱弦水平板组装示意

7)杆件制孔，此整体节点弦杆采用传统的制孔工艺已不能保证制孔精度要求，为了保证各孔群位置的精确度，便于工地架设，杆件的制孔采用先组焊后钻孔的方法，即后孔法。杆件的竖板孔群为关键孔群，竖板孔的精度直接影响桥梁线型，通过龙门数控钻竖板定位孔，保证同心度，由于杆件超高，无法完全通过龙门数控钻床，通过比选研究，在龙门数控钻床的平台上搭设支架，将杆件架高，钻一头定位孔，然后卡样板接钻其余孔群，如果拱弦水平板孔先钻制，组焊后收缩量不可控，无法保证两头极边孔距，只能采用立体划线、钻孔。具体流程如下：

a.杆件必须修整合格方可上平台划线。

b.在平台上以节点中心为基准划系统线及节点侧弦杆及拱弦定位孔线，用龙门数控钻定位孔，两侧竖板同时钻制，保证螺栓孔同心度。

c.卡样板钻制另一头拱弦定位孔及竖杆、斜杆定位孔。

d.以节点中心为基准划非节点侧弦杆定位孔线，用龙门数控钻定位孔，保证螺栓孔同心度，卡样板接钻竖板其余螺栓孔。

e.划线卡样板钻两头下水平板孔。

f.以竖板孔为基准立体划线划出拱弦水平板螺栓孔线，卡样板接钻其余螺栓孔。

g.组焊其他连接板(图13)，上水平板加劲肋、横梁接头板及平联接头板采用先钻孔后组焊的方法，即先孔法，上水平板加劲肋及边孔距预留2～4 mm焊接收缩量，横梁接头板及平联接头板与竖板采用坡口焊接，孔群与焊接边预留0～0.5 mm焊接收缩量。以系统线为基准组焊，由于两侧均设置接头板，焊接时采用同时施焊，控制杆件旁弯。最后划线焰切二切头及坡口、二切边及坡口和下水平板螺栓孔。

1—平联接头板；2—横梁接头板；3—上水平板加劲肋。
图13 其他连接板组装示意

4 结束语

经检验，整体节点杆件的外形几何尺寸、焊接质量、孔群相对位置均满足相关规范要求；试拼装顺利，全长、桁高、对角线长度、节间长度等各控制项点偏差均在允许值范围内，栓孔通过率100%；架设顺利，各杆件间连接良好，桥梁线型也在允许偏差范围内。该桥的顺利合龙表明该制作工艺合理、可靠，为以后同类型的结构制作积累了经验。

参考文献：

[1] 张瑶，仇艳萍，魏云祥.组装整体节点弦杆的工艺措施[J].钢结构，2001，16(5)：22-24.

[2] 宋红飞. 重庆朝天门长江大桥钢桁梁制作技术[J].焊接技术，2009，38(9)：47-51.

[3] 刘志刚. 南京大胜关长江大桥钢桁梁下弦杆制作工艺[J].钢结构，2010，25(5)：59-62.

[4] 宋红飞. 京沪高铁济南黄河桥钢桁梁制造难点分析与对策[J].钢结构，2012，27(10)：60-64.

[5] 李硕，马增岗. 重庆东水门长江大桥钢桁梁制作技术[J].桥梁，2015(3)：71-74.

MANUFACTURING TECHNIQUES OF LOWER CHORD ON BENGBU HUAI RIVER BRIDGE

Yang Liqun

(China Railway Shanhaiguan Bridge Group Co.Ltd, Qinhuangdao 066205，China)

ABSTRACT：The upper structure of Bengbu Huai River Bridge is steel truss arch with three continuous spans. Arch chord used integral joint, the structure was very complex, joint plates crossed through the top flange plate from the rabbet, the top and bottom plate was divided into blocks by the arch horizontal plates, and with multifarious connection relations between bars. Through the analysis of the characteristics of overall joint structure in the steel truss arch, the bar’s geometry size, welding deformation, welding quality and accuracy control of holes were researched, as well as adopting reasonable process method. After the introduction of the technological process, the control point of important rods all met the standard requirements, the quality of bar was ensured effectively.

KEY WORDS：steel truss arch; integral joint; production process

收稿日期：2016-11-17

DOI：10.13206/j.gjg201704017

作 者：杨立群，男，1982年出生，工程师。

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