钢箱梁制作需要解决的问题

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摘要：某钢箱梁工程系国内最小平面曲线半径，空间结构最复杂、单跨最重的钢箱梁，具有弯、坡、斜、扭的结构特点，因此无相同经验可借鉴。根据设计图纸要求，对施工方案进行重难点分析，有以下难题需要研究突破：采用什么方法，解决现场变仰焊为平焊，变箱外焊为箱内焊的施工技术难关；本项目在电脑中如何建模，对钢箱梁进行空间受力分析，保证得到模拟现场最真实的设计线型和焊接安装后的胎膜加工形式，解决箱梁计算后的节段合理分割并精确下料。本文对结合该工程实践，对钢箱梁焊接工艺进行了探讨。

关键词：钢箱梁 焊接

中图分类号：U448.21+3文献标识码： A

正文：

1.钢箱梁制作工艺研究和总体思路

钢箱梁分节制作、运输、焊接受以下因素限制：分节时每块钢梁不得小于 12m；沿途运输路况复杂，运输宽度不宜大于 8m，最长不超过 15m；制作过程中，为了减少焊接过度集中，顶、底板与腹板之间的焊缝与顶、底板对接焊缝距离不小于 250mm。根据上述因素并结合钢铁箱梁结构特点和市政工程跨铁路施工的特殊性，以及工厂现有施工条件，钢箱梁制作采用先单元件制作、再梁段整接、最后成桥拼装焊接 3 个阶段实施的施工方案。

2.钢箱梁制作变仰焊为平焊技术研究

2.1 在现场箱梁节段拼装焊接中，顶板、底板下部仰焊时，焊水由于重力作用无法堆积，焊接质量难以得到保证，特别是底板下部由于与接触网防护之间的空间距离狭小，焊工无法进入下部进行仰焊，所以用瓷片做为下垫，解决仰焊变平焊的问题。在腹板接头处，由于外架搭设艰难，同样以瓷片做为衬垫，解决箱外焊变箱内焊的问题。

2.2 从焊接的质量上来说，应尽量采用平焊和单面焊，这样质量将得到更有效的保障，同时也能减小焊接变形量及焊接残余应力，从而提高生产效率。对于福海立交的钢箱梁施工，在厂内只能进行节段的施工，整体拼装必须在现场进行。由于受运输条件的制约，整个钢箱梁是半圆形的曲线，重量从 600t 到 1800t 不等，只能分节段吊装到支架上，一次焊接成型、一次成桥。在这个过程中，因现场条件限制，目前并不具备有足够起吊能力的吊装设备来对钢箱梁进行翻身的操作，因此不可能对焊缝焊接使用吊装设备将其仰焊变为平焊、把箱外焊变箱内焊。因此，没有单一地从吊装设备上寻找解决问题的方法，而是从施工焊接的工艺上来寻求突破口。但是根据现场的情况：

1）设计对焊缝质量要求高，焊缝必须满足国家验收规范要求，并且全部焊缝须进行 100%的的超声波无损检测，对焊接点的气泡、夹渣、焊缝高度都有严格的要求；

2）仰焊工期进度慢，要求焊工水平相当高，否则焊接质量难以得到保证，导致返工的几率较大。但在跨越既有铁路、公路的施工中，铁路、交通各部门要求工期尽可能短，尽量减少对交通的影响干扰，可以说，若缩短一天的工期，对昆明市南过境公路的交通缓解，对铁路的客货运输保通，都有着至关重要的作用；

3）在箱外焊接，存在巨大风险。要保障操作人员和焊接设备的安全，必须要搭设操作平台和保护安全的脚手架。但是现场的条件并不具备搭设的条件，在跨越南过境时，因为要保障车流的通行，不能封锁道路，所以人流车流的安全保障存在很大的风险。操作人员的疏忽引起的高空坠物、飞溅的焊渣伤人伤车的危险大有可能发生。通行中的成昆电气化既有铁路上是 1.1 万伏的高压接触网，焊渣是否会对接触网造成损害，施工中电焊机、焊接中的电弧与接触网电流是否会产生干扰，这些问题都面临极大的风险。在这样的风险分析下，一个目的，就是“尽量不使用仰焊，尽量不在箱外焊”，合理地利用钢箱梁自身的电弧屏蔽作用，在箱内焊接就可避免许多问题。

2.3 沿着整个钢箱梁的焊缝外侧一圈，在背面都贴上高晶硅陶瓷衬垫，采用自动单面焊双面成型工艺，将所有的仰焊、箱外焊全部取消。操作人员只要在桥面上和钢箱内部进行作业，这样操作人员的操作平台、脚手架便可无需搭设，可能发生飞溅的焊渣也不会产生危害，同时避免焊接设备电流与接触网高压电流的对击，有效地避免了安全隐患，合理地消除危险源。

2.4 目前能够掌握公路、铁路钢箱梁焊接安装技术的单位，在云南省内仅有 2～3 家，而能在铁路既有线施工的仅我们单位，在保证成昆线、南过境高架桥、滇池路基本畅通的条件下进行施工，对于云南省，对于我们也是第一次。对于我们来说，焊接水平、吊装水平、软件研发水平都得到了提升。

3 钢箱梁制作方案

由于工程所处地理位置需要，梁段由工厂至桥址只能采用公路运输，因此限制运输宽度在 8m 以内且质量不超过 60t，加之桥位安装架设时不阻断交通的要求，钢箱梁制作时要在设计分段的基础上进一步划分，采用先横向再纵向的分段方案。

4 钢箱梁单元划分1）在满足技术规范的前提下，综合考虑供料、运输及批量生产等因素，将钢箱梁各制作段划分成顶板单元、腹板单元、底板单元及横隔板单元等，以便分别按单元制作，最后组装焊接成整体。2）各单元件制作包括加劲板的焊接，以减少各单元件总装焊接工作量。3） 组装焊接均在专用胎架或平台上进行，确保加工尺寸精确，在专用胎架上进行整体组装。将胎架按钢梁底板的线型进行搭设，并加设施工预拱度，使钢梁在吊装完成后因自重回落到设计的竖曲面上。图为梁段单元构件划分。图 1 钢箱梁单元构件划分示意图

5.线形放样

由于钢箱梁空间线形复杂，具有弯、坡、斜、扭的结构特点，因此必须在确定制作工艺方案、钢板提料、下料、单元构件制作和梁段总拼等工作之前的技术准备中，对其的空间线形进行详细的施工放样。经过咨询和研究决定用三维软件一次性把三组曲线在空间中绘制完毕并形成空间立体图形。经过大量实践和研究选用了tekla13.0 三维软件，这个软件的好处就是能直接输入三维坐标，并将三维图形直接转换为 AutoCAD 平面图形。运用这个软件只要按照里程，坐标，高程，就能把钢箱梁空间模型建立起来，建完空间模型后，用图形爆炸法可直接生成 AutoCAD 平面图形，再将生成的 AutoCAD 平面图形进行细化就可以进行制作了。通过上述方法的实践，可以有效地控制钢箱梁的空间线性，并能让技术人员直接有效地完成钢箱梁的技术工作。作为厂内加工，为尽量避免仰焊，尽量将节段在 CRGG-2 软件中合理分割，利用零件平焊焊完后，仅用 10t 桁车将零件翻转来实施拼装。

6.钢箱梁制作质量控制措施

1）焊接质量

钢箱梁焊接质量的好坏直接关系到钢箱梁短期的受力安全和长期的结构疲劳引起的结构隐患。为保证产品整体质量，控制焊接变形，必须对钢箱梁焊接和焊接变形控制进行细致的分析，制定合理可靠的焊接工艺措施。

2）主要接头类型

焊接工艺评定是制定焊接工艺的前提条件，根据本工程钢箱梁的结构形式，共进行了 20 种接头形式的焊接试验，其中对接接头 12 种，熔透坡口角接焊缝 4 种，普通坡口角焊接 1 种，T 型角接接头 3 种。归纳总结出主要焊接接头形式有对接接头和角接接头两种，即：顶、底板的对接焊缝，横隔板的立位对接，横隔板/腹板与顶板接板的仰横位对接，T 形肋与顶、底板的坡口角接，横隔板/腹板与底板的角焊缝，坡口角接以及抗风支座、竖向支座的各类熔透焊缝等。

3）焊接方法

变换钢梁主要由顶板、腹板、隔板、底板组装焊接而成，如果按一般施工方法完成底与隔、腹的组装再顶板的话，很难保证仰焊的焊接质量，为了控制焊接质量，让仰焊变为平焊，制作反胎架线型与顶板翻身的线形一致，将顶板定位在反胎上，再将腹板隔板依次定位、施焊。最后将反胎上的箱体整体翻身扣在胎架上定位好的底板上。这样仰焊变为平焊，使焊接工艺变得简单，更利于焊接质量的控制。

结语：

经实践，该方案所选用的焊接工艺合理，焊缝外观及力学性能均符合验收标准，确保了该桥的生产制造质量。下一步技术研究的课题：在工厂制作焊接时，如果把顶板与腹板的焊接反过来，则可把较难焊接的仰焊变为平焊，但需较大的吊装设备，如何解决这种矛盾，这是下一步要探讨的问题。此外，在高速公路上，挑战更大跨度、更大截面的钢箱梁是下一步要探讨的问题。

参考文献：

[1] 徐建清.  杭州市德胜快速路沪杭立交工程设计[J]. 黑龙江科技信息. 2010(06)