大跨度斜拉桥钢箱梁制造技术.doc

大跨度斜拉桥钢箱梁制造技术王辉平洪军隋宝善史志强刘晓光史永吉（宝鸡桥梁厂）（铁道部科学研究院）
【摘要】大跨度斜拉桥钢箱梁制造我国处于起步阶段。本文借鉴发达国家钢箱梁制造经验，通过汕头礐石大桥、南京长江二桥等的实施，摸索了一整套钢箱梁制造方法、生产工艺流程、焊接质量和几何精度的控制措施，从而在较短的时间内使我国钢箱梁制造技术有了飞跃的进步。【关键词】大跨度斜拉桥钢箱梁制造技术工艺流程质量控制1966年英国Severn桥（主跨988m的悬索桥）第一次采用扁平钢箱梁作为主梁以来，因其抗风稳定性能好、重量轻、工厂制造质量易于保证、安装和制造工期短等优点，现已成为大斜拉桥和悬索桥加劲梁的主流结构形式。近几年来，随着我国交通工程、高速公路网的建设，已建成或在建的跨度超过500m以上的钢斜拉桥和钢悬索桥10余座。钢箱梁是斜拉桥和悬索桥的主要组成部分，如何应用新技术、新工艺来降低钢箱梁的制造成本、缩短工期，不仅是我国也是世界桥梁建设的重要课题。本文结合汕头礐石大桥（主跨518m的混合加劲梁斜拉桥）和南京长江二桥（主跨628m钢箱梁斜拉桥）的钢箱梁制造实践，概要介绍了钢箱梁的制造方法、工艺流程、焊接质量和几何精度控制措施，以及通过新技术、新工艺的应用，大幅提高了生产效率，缩短了工期。
一、钢箱梁的制造特点1．设计对钢箱梁制造的要求大跨度钢斜拉桥一般采用平衡悬臂安装架设，即钢箱梁按照设计要求分段预制，运至桥位逐段吊装，钢箱梁节段之间全断面对焊连接，直至跨中合龙。成桥后钢箱梁拱度应符合设计设定的要求。由此可见，钢箱梁制造中，不仅焊接质量是重要控制项点，其几何精度的控制是另一项难度更大的课题，它包括钢箱梁长、宽、高和所有面板的平整度，相应箱梁节段端口和全部纵向肋的精度匹配，以及数十段钢箱梁连接成桥后拱度、中心线偏差和桥梁总长度。2．钢箱梁制造要点钢箱梁为正交异性板结构，即由互为垂直的面板、纵肋和横肋组成的箱体结构，基于这一构造特点和设计要求，钢箱梁制造应用应考虑以下要素：（1）建立合理的整体工艺设计方案对于大型钢箱梁制造，首先应设计合理的工艺流程，便于质量控制和施工作业。为了提高工效、降低成本、缩短工期，应提高机械自动化程度。（2）影响焊接质量的因素一个箱梁节段中焊缝累计长度约500m以上，采用CO2焊、手工弧焊和埋弧自动焊等多种焊接方法，施焊位置包括平焊、立焊和仰焊；钢箱梁制造周期在一年以上，往往在露天作业，需要考虑春夏秋冬季节变化及温度、湿度、风雨等环境因素的影响。（3）影响几何精度的因素钢箱梁的几何精度受组装精度和焊接变形控制两大因素的影响。组装精度受胎架精度及露天作业对日照变化引起的温差影响；焊接变形受焊接方法、焊缝断面、施焊顺序及约束状态的影响，并预留收缩变形的补偿量。
二、钢箱梁组装方法钢箱梁制造依据其结构特点和设备条件等，一般采用反装法或正装法。1．反装法反装法顾名思义为桥面板朝下、底板朝上的组装方法。首先组装钢桥的面板，然后依次组装横隔板、纵隔板、外腹板，最后组装底板。该组装方法与桥面板连接的角焊缝处于平位置施焊，然后旋转180°在平位置施焊与底板连接的角焊缝。避免了仰焊，提高了焊接质量，减轻了焊工的劳动强度等作业环境，但是，在大型钢箱梁则需要大吨位的起吊设备和转胎具1997年建成的汕头礐石大桥，该桥采用反装法制造箱梁，全桥为七跨连续混合加劲梁斜拉桥（2*47＋518＋2*47）m，边跨2*47m箱梁，中间518m为钢箱梁，如图1所示。
钢箱梁断面见图2，由横栓连接，两边箱室，梁高3m，全宽30.75m。所以制造时准备梁纵向分为3个块体，反装法组装焊接，分别翻转180°后组装成整体，其翻转见图3。
2．正装法与反装法相反，正装法是先组装底板、斜底板然后依次组装横隔板、纵隔板、外腹板、风嘴，最后组装面板，该方法的优点是不需要组装的钢箱梁翻转180°，同时使98％以上焊缝处于平位置施焊，正装法是最常采用的方法。

通过几座桥的不断实践，对应用正装法组装焊接大型钢箱梁的制造工艺和生活流程进行了总结，使之更趋合理化和标准化。组装时以胎架为外胎，横隔板、工艺隔板为内胎匹配组装。焊接时，利用它约束、自约束、强约束和柔性约束的原理，有效地控制了焊接变形，使所有钢箱梁的各项几何尺寸偏差在很小范围内，而且相对节段箱梁端口尺寸达到精确匹配的要求。在生产流程上采用立体阶梯型推进法，使供料、组装定位、焊接、检验等各主要工序循序渐进地推行，既避免了无规律的交叉作业，又避免了各工序之间相互等候，大大提高了生产效率，缩短了工期，降低了成本，形成了有序的流水线生产过程。即将竣工的南京长江第二大桥采用正装法制造，该桥为三跨连续钢箱梁斜拉桥（58.5＋246．5＋628＋246．5＋58.5）m，主跨为628m，如图4所示。
主梁末扁平钢箱梁，梁高3.5m，全宽38.