铁路钢桥正交异性板施工工艺要点

铁路钢桥正交异性板施工工艺要点

陈菲

陈菲

中铁九桥工程有限公司.江西.九江.332004

摘要：本文以武汉至黄冈城际铁路黄冈长江大桥铁路桥面正交异性板的制造为实例和大家讨论一下栓焊结合形式的正交异性版制造中的一些工艺要点，并从工程难点分析、实际解决对策、工艺流程控制等方面介绍我们在施工过程中的关键点，并为其它类似钢结构的制造提供一个参考。

关键词：正交异性板；栓焊结合；控制焊接收缩对栓孔连接精度的影响；

Railwaybridgesteelorthotropicboardconstructionprocesspoints

ChenFei

ChinarailwayninebridgeengineeringCo.,LTD.Jiangxi.Jiujiang.332004

Abstract:thisarticlewiththewuhantohuangganginter-cityrailwayhuanggangYangtzeriverbridgerailwaybridgedeckorthotropicboardmanufacturingasanexampletodiscusstheboltsandallformsoforthotropicweldingcombinedwithsomeofthemanufacturingprocesspointsversion,andfromengineeringdifficultiesanalysis,practicalsolutions,processcontrol,weintroducedintheconstructionprocessofkeypoints,andforothersimilarsteelstructureofthemanufacturingprovideareference.

Keywords:orthotropicboard;Boltweldingunion;Controlweldingcontractiontoboltholes,theinfluenceofaccuracyconnection;

引言

在现代化建设不断加快的今天，大跨度悬索桥和斜拉桥的发展尤为迅速，在大型桥梁中除了选用混凝土桥面板以外，由于正交异性板结构桥面板的自重约为钢筋混凝土桥面板或预制预应力混凝土桥面板自重的1/2～1/3的特点也逐步成为大家优先选用的对象。在样式多样的正交异性板桥面板中，为了克服工地接头纵向U型肋嵌补段的仰焊对接焊缝疲劳强度下降的缺点，U形肋采用高强度螺栓拼接和桥面板单面焊双面成型的方式连接，因此在施工中有效控制焊接收缩对栓孔连接精度的影响是非常重要的。

工程概况

黄冈公铁两用长江大桥是位于湖北省黄冈市跨越长江两岸的一座(81+243+567+243+81)m双塔双索面斜拉桥，为武汉至黄冈城际铁路枢纽的控制性工程，上层为4车道高速公路，下层为双线铁路。主梁采用N形桁式结构，钢桁梁横向采用两片主桁，两片主桁倾斜使钢梁成一上宽下窄的倒梯形横断面形式，主桁倾斜角度为20.3532°。

主桁断面图

铁路桥面系和公路桥面系均采用纵横梁+正交异性整体钢桥面体系，设置有倒T形的节点横梁和节间横梁（或横肋），每个节间设置5道横梁，间距2.7m。铁路桥面系横向宽16m，公路桥面系横向宽24.1m，由对称的两块组成，中间横联、横肋栓接，桥面顶板工地焊接。【1】

铁路桥面系结构图

施工重点、难点分析及相应对策

2.1施工重点及难点分析：

（1）正交异性板节段单元件尺寸较大，U型纵肋长度较长，U肋两端三面有螺栓连接孔群，因此控制板单元的制造精度是控制正交异性板节段总体拼装精度的重要基础；

（2）正交异性板总拼是存在坡口对接接头、T型角接接头等多种接头形式以及各种不同的焊接工位，不同的焊接顺序对横梁上的横向连接孔群和U肋及纵梁上的纵向连接孔群的精度有不同的影响。

2.2重难点对策方案：

针对以上重点和难点，拟采取以下措施和方案进行解决：

（1）正交异性板的制造是首先将节段划分成若干单元件（面板单元、横梁、纵梁）单独进行预制，然后整体进行总拼，因此，要控制钢箱梁的几何尺寸精度，首先必须控制单元件的精度。对于黄冈桥正交异性板来说，三种单元件上都有连接孔群，因此所有构件均采用数控精密切割进行下料，严格控制其几何尺寸在公差范围内。

横梁（横肋）、纵梁：由于横梁构件较长，在组装横梁的过程中，容易出现横梁下挠的情况，因此横梁腹板下料时根据不同截面预设不同的上拱线形，焊接时采用船型自动焊，将横梁中部与胎架接触的部分垫高，两端保持悬空状态以减小焊接收缩产生的挠曲变形。焊接横梁腹板上的竖向加劲肋时应将横梁立置，按照从中间向两端，从翼缘侧向外的顺序焊接。为确保横梁两端的栓孔精度，制孔作业应在所有焊接调校工作完成后进行。横梁两端孔群靠腹板有U肋槽口侧的孔间距应在理论尺寸上加上总拼焊接收缩余量；靠翼缘侧孔间距为理论尺寸，最终两端孔群呈上大下小扇形布置。

面板板单元：板单元制造时根据理论计算以及以往制造钢箱梁的经验，确定板单元的焊接收缩量，在下料时加放相应的收缩余量，板单元采用高精度无码拼装胎架进行拼装（如图所示）。U肋制孔时应根据U肋不同截面在理论孔间距的基础上加入焊接收缩余量。

焊接时采用专用反变形翻转焊接胎架实现板单元的反变形，然后通过胎架翻转，将焊缝转换为船型焊工位进行焊接，焊接采用小线能量的CO2气体保护焊＋自动小车，按照合理的焊接顺序有效地控制焊接变形，确保板单元的精度。焊接胎架如图所示。

（2）正交异性板制造精度控制第二个关键点就是总装胎架制造精度和总装焊接变形控制。

总装胎架：为尽可能模拟桥梁架设现场的正交异性板的应力状态，总装胎架必须根据桥梁主桁形式按照1:1的比例模拟弦杆接头来搭设。因为自身作为正交异性板的胎模，所以应具备较好的刚性和稳定性，保证总装过程中胎架不发生变形、倾覆、局部沉降等影响总装精度的情况。

总装焊接变形控制：在正交异性板的总装焊接过程中，横梁腹板与面板单元连接焊缝的焊接以及面板单元的纵向对接焊缝的焊接是影响最终精度的两个关键点。针对这两个关键点应采取以下的措施来控制焊接收缩变形对栓孔连接精度的影响。

a、面板单元的纵向对接焊缝尽量在总装前采取双拼的方法在胎架外优先完成。通过多座桥梁的正交异性板总装制造经验来看，双拼可以大幅改善因焊接收缩造成的横梁两端上侧孔间距小于理论尺寸与主桁弦杆横向连接栓孔错位的情况（包括横梁下挠）。

b、由于横梁腹板上U肋槽口与面板单元上U肋之间的焊缝总长度大于自身主焊缝长度，焊接收缩使横梁发生下挠现象，两端孔群呈上小下大的倒扇形布置，导致横梁腹板连接孔群只有下半部分能够准确与横向连接栓孔重合，上部栓孔错位。因此我们在实际操作中应按照先焊横梁腹板与面板单元底板的焊缝，再焊横梁腹板U肋槽口与面板单元U肋间的焊缝的顺序来减小焊接变形。

c、焊接时以钢桥面板的横截面中轴线为对称轴，同时对称焊接两侧的焊缝，使正反两面的焊接变形相互抵消，同时在焊接收缩较大的焊缝处采取加设刚性和柔性码板的方法预防构件的变形，由于先焊一侧比后焊一侧的焊接变形大，所以同时结合反变形的措施效果更好。

2.3预防变形的主要工艺措施：

装配和焊接时优先采取反变形措施。

没有条件采取反变形时应使用刚性固定的方法约束焊接收缩从而减小焊接变形。

优先选用焊接效率高、焊缝质量稳定的埋弧自动焊和线能量小、焊接变形小、焊缝成型好的CO2气体保护焊。

制造过程中选用合理的装配和焊接顺序。对于类似钢桥面板这样的大型焊接结构，应“化整为零，集零为整”，通过控制单元件的装配焊接变形来减少总装的焊接变形。对称分布的焊缝应对称焊接，不对称分布的焊缝可用多层焊接的办法减小热输入，从而起到控制焊接变形的作用。【2】

连接螺栓孔群的制造工作应尽可能在焊接及火焰矫正等可能影响栓孔精度的工序完成后再进行。

工艺流程控制：

用通过理论分析后得出的数据来指导现场施工只是第一步，真正重要的是在钢正交异性板的制作过程中，应随时对现场施工情况进行技术跟踪。从下料工序开始到总装完成结束，都应详细记录监控数据：每一道工序对构件变形及栓孔精度有多大的影响。通过比对这些数据，可以具体分析计算得出宝贵的经验数据，能够为后续构件的制造参数修订提供依据。

结论：

本文通过对铁路钢桥正交异性板的制造重点和难点的理论分析，并结合现场实际施工中所得到经验数据，给出了在铁路钢桥正交异性板制造过程中减小焊接变形，提高连接栓孔精度的主要措施，为今后类似结构的制造提供了具有一定指导作用的参考依据。

参考文献：

[1]中铁大桥勘测设计院，黄冈公铁两用长江大桥施工设计图[Z],2011年

[2]李亚江，王娟，蒋庆磊等.焊接缺陷分析与对策[M].北京：化学工业出版社，2011年