珠江黄埔大桥北汊桥钢箱梁制造几何尺寸控制方法

珠江黄埔大桥北汊桥钢箱梁制造几何尺寸控制方法

摘要：钢箱梁制造精度对后期架设、成桥线性及受力状态至关重要。文章探讨了高精度、高强度的反变形胎架的设计，合理的组焊顺序，选用恰当的焊接方式，以减少焊接引起的变形，选择得当的预拼装工艺措施等方法，可为同类工程提供参考。

关键词：钢箱梁 制造 几何尺寸 控制

工程概况

珠江黄埔大桥是国道主干线广州绕城公路东段跨越珠江的控制性工程，全桥总长7049m,主桥由北汊主跨383m独塔斜拉桥和南汊主跨1108m悬索桥组成。北汊桥为单塔双索面钢箱梁斜拉桥，桥跨布置为383m+322m，主梁全宽41m（含布索区）[1]。

北汊桥主梁采用单箱三室扁平流线型栓焊钢箱梁，桥面设2％的双向横坡、1.0％的纵坡，由面板、底板、腹板、横隔板、纵隔板、风嘴等组成，设4道纵腹板,其上翼缘为正交异性板结构, 梁桥顶板及其加劲肋采用了栓焊结合的方式。中心梁高为3.5m(内轮廓)。按一条生产线采用“7+1”的匹配制作方式进行。

图 1

钢箱梁标准梁段横截面示意图

钢箱梁梁制作胎架

2、1胎架的整体设计

梁段的组装是以胎架为“外部胎形”。外胎的的制作精度直接影响梁段的外形尺寸、桥梁线形和全桥长度。胎架是根据梁段的重量，结构形式，外形轮廓，梁段制作预变形，成桥预拱值及钢箱梁转运等因素进行胎架的设计和制作的。胎架结构要有足够的刚度，满足承载钢箱梁及施工荷载的要求。

本桥胎架是以斜底板、底板外形为基准面确定胎架架形态，胎架全长112m,利用型钢制作承重钢架，与基础预埋件焊接，支承钢架分横向钢架和纵向连杆，每3.0m设一横向钢架，用纵向连杆将横向钢架连接起来，形成网架结构，使其具有足够的刚度。

2、2 基准网的建立

根据施工控制、现场点位、点位精度等情况，因地制宜，建立钢箱梁预制基准网。本桥主要采用纵横基线法来控制，即“三纵一横法”。在胎架两端各设三个观测塔。组成三条纵基线，分别控制箱梁中心线和左右腹板定位基线。横基线设置在锚箱定位线上。在每段梁下设与胎架分离的横向基准点。

2、3 定位标识的设置

在胎架区的地面上设置供各单元件定位的（纵、横向）标记线，锚箱中心线以及梁段中心线，角定位控制线等，在胎架以外的钢柱上设置各单元件的高度定位基准标记线。梁段组装过程中，由各基准线控制各单元和构件的空间位置，以保证钢箱梁整体尺寸精度。

3、钢箱梁组焊

3、1 梁段组装流程

钢箱梁的组焊程序直接影响到钢箱梁的外形尺寸精度。组焊程序是以焊接程序所产生的焊接变形对钢箱梁尺寸影响控制到最小为原则。

梁段组焊采用正装法，以胎架为建造平台，以底板外表面为建造基面进行，以纵、横隔板、端口角点控制装置及U型肋定位装置为“内部胎形”控制梁段形状、空间尺寸的正确性。胎架区设置有供单元件调整及角点控制装置和标识。

底板单元件和斜腹板单元件装焊→横隔板、纵隔板、腹板单元件装焊→顶板单元件装焊→风嘴单元件装焊。

梁段底板纵缝焊完毕后，矫正局部焊接变形，使底板紧贴胎架横板并刚性固定，装焊嵌补连接板并调整连接板的直线度，根据地标统一检查底板中心线，以消除累计误差。

横隔板定位要求：横隔板单元件与底板单元件连接板和腹板单元件的边横隔板搭接装配密实，间隙小于1mm。横隔板定位时用线外向型锤来调整横隔板的垂直度，并用撑杆固定。

3、2 变形控制

3、2、1 采用“两拼一”工艺措施

钢箱梁顶板划分为14个单元件，底板划分为13个单元件。在组装之前，底（顶）板单元先在两拼胎架进行两拼，在两拼胎架上校正,以减少在组装变形。

3、2、2 改进焊接工艺

焊接方法选用自动焊和半自动焊为主，半自动焊选用线能量较小的CO2气体保护焊，减小焊接变形[2]。焊接过程中，对组装间隙进行严格控制，设置合理的焊接收缩余量。遵循先内后外、先下后上、由中心向两边的施焊原则。

3、2、3 设置反变形

胎架纵向不设预拱度，横向设有反变形。以中基线为X轴，垂直于中基线为Y轴，建立坐标系。

反变形量设计如图：

4、钢箱梁组拼

4、1 钢箱梁预拼的目的

整体组拼采用多梁段连续匹配组装、焊接、预拼装一次完成的工艺，以提高梁段间的匹配精度、制造线形精度和加快工期进度。 预拼的线型与全桥成桥线型一致。梁段预拼装解决的主要问题有：钢箱梁旁弯；钢箱梁长度的控制；组装钢箱梁临时连接件（定位匹配件的安装）；U 形肋、板条嵌补段长度确定；接口焊缝间隙及相邻接口对接缝错台的调整；桥位安装架设所用基准线的布置等[3]。

梁段组拼主要是检查匹配相邻梁段相对位置与成桥时空间相对位置一致。因此，梁段预拼主要是检查匹配相邻梁段之间的端口及整体线型，避免工地装焊时梁段间出现大间隙和大错边量，使工地装焊工作顺利进行。

4、2 预拼装工艺保证措施

1、梁段间预留弹性压缩量及焊接收缩量；

2、胎架具有足够的刚性，不发生不均匀沉降；

3、每次预拼装结束后对胎架进行检测，确保胎架精度；

4、采用的测量控制网保证测量基准的可靠性；

5、预拼装检测在凌晨2至点进行，克服温度带来的影响。

5、钢箱梁制作精度

精心组织，严格按工艺施工，北汊桥钢箱梁梁制作达到了设计的精度要求。

6、小结

北汊桥钢箱梁处于受控状态，其制作的各项指标均为优良。可为同类工程提供参考。钢箱梁制作的保证措施主要有：

1、高精度、高强度的胎架是保证钢箱梁制作精度先决条件；

2、制定合理的组焊顺序，选用恰当的焊接方式，以减少焊接引起的变形；

3、预拼装工艺措施得当。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。