湖南吉首至茶洞矮寨大桥-悬索桥-钢桁梁制作工艺方案

湖南省吉首至茶洞高速公路钢桁加劲梁制作工艺方案（概述）***钢结构股份有限公司20**年12月11工程概况湖南省吉首至茶洞高速公路矮寨大桥采用塔梁分离式悬索桥方案，全长1073.65m，主跨1176m，跨径布置为242m+1176m+116m。钢加劲梁梁宽27m，梁高7.5m，桥纵坡0.8％。主桥总体布置图1-1。图1-1主桥总体布置图全桥采用钢桁加劲梁，钢桁加劲梁包括钢桁架和桥面系。钢桁架由主桁架、主横桁架、上下平联及抗风稳定板组成。主桁架为带竖腹杆的华伦式结构，由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成。上弦杆、下弦杆采用箱型截面，除支座处腹杆采用箱型截面外其余均采用工字型截面。标准节段长度14.5m，由2个节间组成，在每节间处设置一道主横桁架。主桥标准断面图见1-2图1-2主桥标准断面图主横桁架采用单层桁架结构，由上、下横梁及竖。直腹杆组成，其中上下横梁采用箱型截面，腹杆均采用工字型截面。上、下平联均采用K形体系、箱型截面。全桥钢加劲梁划分为69个节段，跨中设一个合拢段。主横桁架每片作为一个架设节段，全桥共139个主横桁架节段。本桥主体钢结构采用Q345D和Q345C钢。290002900033*1450034*1450022总体制作方案概述本工程具有工程量大，构件种类多，结构复杂，节点数量多，孔群数量大，焊缝密集及焊接变形对几何精度影响较大，运输复杂等工程特点。本桥所有杆件均在公司车间内制作完成，整体结构在公司南线胎架进行预拼。钢梁制造分为杆件制作、块体制作、孔群钻制及预拼装、桥下节段组拼、桥上拼装四个阶段，其工艺流程如下：主桁单元的工艺流程杆件制作→块体组焊、钻孔及预拼装→解体→发送单元涂装→存放→运输→桥下节段组拼→桥上拼装→桥上涂装。边弦杆主桁上横梁主桁腹杆上平联主桁上弦主桁下弦下弦杆图2-1钢桁加劲梁直观图下平联32.1关键工艺要点及质量控制2.1.1焊接变形控制弦杆具有板厚较大，杆件长大，焊接质量要求高等特点，其焊接变形的控制将直接影响杆件几何尺寸精度。采取如下措施控制焊接变形：a认真分析各类型杆件的焊接变形规律，并通过焊接变形试验进一步确定焊接变形量的大小，以确定采取何种反变形措施。b采用理论计算与模拟试验相结合的方法确定各焊缝预留的焊接收缩量，并在生产过程中跟踪测量，及时修正。c对零件下料、坡口加工、杆件整体组装等生产过程严格把关，并采用合理的焊接方法、优化焊接顺序、在专用胎型上焊接等措施，控制焊接变形。2.1.2对接焊缝、熔透焊缝的焊接质量控制对接焊缝和熔透焊缝是构件传力的关键焊缝，对其焊接质量的控制是焊接工艺的重中之重。采取如下措施：a根据接头形式，分类进行焊接工艺试验，确定焊接方法、焊接设备、焊接材料、焊接工艺参数、焊接顺序、坡口形式等。b根据焊接试验结果编制合理可行的焊接工艺。c设计保证焊接质量和便于控制焊接变形的工艺装备，确保焊接工艺的有效实现和焊接变形的有效控制。d编制关键焊缝的质量控制计划，从原材料的复验、下料、拼装、焊接和探伤等生产过程严格把关。2.1.3制孔精度控制弦杆、整体节点、节点板、拼接板等杆件的孔群较多，连接关系复杂。其精度将直接影响桥位安装进度及质量，影响成桥后的几何线形。因此对连接孔群的制孔精度要求很高。采取如下措施：a采用三维高精度数控钻床整体覆盖式钻孔模具进行杆件孔群的钻制。b以后孔法工艺为主，先孔法为辅的制孔工艺，避免焊接变形的影响，提高制孔精度。c设计高精度的精密划线工艺和精密制孔工艺。d设计高精度的制孔工艺装备。42.1.4预拼装质量控制预拼装工艺是制造精度和桥位架设精度的联系纽带，是必不可少的一道重点工艺。将采取如下措施：a预拼装在专用的胎架上进行，胎架有足够的强度，确保预拼装过程中不产生变形；预拼装前对胎架测平，确保预拼装平面度的精度要求；b各预拼装杆件处于自由状态进行，确保预拼装检测结果的准确性和可靠性，达到预拼装的目的；c每次定位下一节间杆件时，均检测平面度、对角线差、节间长度、桁高等项点，确保整体预拼装精度；d建立预拼装精度管理系统，实现对多次预拼装公差积累的动态掌握，对拱肋线形偏差的主动控制，确保拱肋架设线形的精度以及吊杆垂直度精度。2.1.5涂装质量控制涂装是保证桥梁钢结构耐久性的重要措施之一，防腐涂装质量能否得到保障直接关系到钢桥梁的使用寿命长短。通过对以往桥梁防腐涂装质量控制薄弱环节的总结分析，重点从以下几个方面对防腐涂装质量加以控制：a严格控制涂装原材料质量，所有油漆及铝材等涂装材料进厂均必须在具有资格的涂料检测中心复验合格后方可投入使用；b对除锈磨料的材质、大小、形状、配比、硬度等进行优选，通过工艺试验确定合理的喷砂工艺参数，确保除锈质量满足要求；c除锈前将构件自由边倒圆弧R＝0.5～2mm，保证边角部位涂层厚度要求；d在施工全过程中，对环境温度、相对湿度、露点温度、钢板温度等环境因素进行检测，以满足涂装各工序的施工要求；e在油漆施工过程中，对高压空气质量、油漆混合、油漆搅拌、油漆熟化、油漆粘度、稀释剂比例、喷嘴压力、枪嘴到工件距离、喷漆角度、预涂以及湿膜厚度等进行巡检，保证每一项都符合要求；f涂装前对两种涂层过渡区域进行预涂，保证两种涂层体系过渡区域接缝整齐，涂层厚度达到要求；g涂装时采取遮盖等有效方法对现场预留焊缝部位进行保护，避免油漆污染，影响桥位现场焊接质量；52.2、钢梁制造中采用的关键工艺及装备为在钢主梁制造中实现“优质、高效”的目标，满足本桥的质量和工期要求，必须采用关键工艺及装备。尽管在过去的类似产品制造中我们已有成功的经验，但必须结合本桥钢主梁的特点加以补充和进一步完善，使其制造质量再上一个台阶。在本桥钢主梁制造中，我们采用下述关键工艺及装备。2.2.1、钢板赶平为消除钢板的残余变形（尤其是局部硬弯）和减少轧制内应力，以及为消除大型下料零件切割后的残余应力，从而减少了制造过程中的变形，我们在钢板抛丸除锈前及大型零件下料后使用WC43-50X4000分组驱动辊式板材矫正机赶平，这是保证单元制作平面度的必要工序。同时采磁力吊用磁力吊配合上下料，避免虎头卡吊装使钢板产生局部塑性变形。2.2.2、数控切割下料工艺对于形状复杂的零件优先采用数控火焰切割机精确下料，切割时双枪对称、采用合理的切割顺序及增加必要的补偿量来保证其几何形状和尺寸精度。对于矩形板件，切割的同时将坡口一并切出。精确预留后续焊接的收缩量，实现无余量切割。在切割机上配置跟踪器，在切割过程中当钢板受热变形时，割嘴能始终与钢板保持一致的距离，从而保证了下料零件的几何尺寸。使用上海伊萨公司制造的数控水下等离子切割机，不仅可以有效的控制切割变形，显著提高切割效率，从而可以使我们的钢主梁制造乃至其它钢结构产品的制造能力跃上一个新的台阶。数控火焰切割机数控水下等离子切割机数控多头直条机6超身波锤击处理设备2.2.3、板边缘机械加工为保证下料零件板边直线度、消除火焰切割淬硬层从而达到充分释放火焰切割内应力、完成零件坡口的加工，我公司现有一台XB12型铣边机，用于零件的边缘加工。2.2.4、H型钢的生产流水线本桥大量采用“工”型杆件。公司现有一条HL-H-1000型“H”型钢生产流水线，该设备集组装、焊接为一体。组立机部分完成构件组装，该部分在组装构件能做到使腹板对翼板绝对分中，保证腹板与翼板的垂直，并使腹板与翼板密贴；焊接部分能完成每小时10m的焊接工作量。该设备与铣边机配合使用，将极大提高“H”型杆件的制造速度及有效控制杆件的组装精度。2.2.5、超身波锤击设备本桥钢锚箱与边弦杆腹板焊为一体，为本桥最为关键受力区，该部件焊接完成后使用超身波锤击处理设备进行锤击处理，以消除焊接残余应力。2.2.6、焊接自动化技术根据接头型式，合理选用高效焊接方法。在钢主梁制造中优先采用自动和半自动CO2焊，板单元的纵、横向对接焊缝采用埋弧自动焊。由于广泛采用焊接自动化技术，可以稳定控制焊接质量，减小人工技能差别的影响。同时由于机械化、自动化程度高，能显著提高工效，缩短生产周期，降低制造成本。“H”型钢生产流水线铣边机72.2.7、厚板焊接由于本桥构件接头形式大量采用熔透焊接，其焊接中焊缝质量主要包括两个方面，其一是裂纹敏感性，其二是焊接热影响区的力学性能，同时还应注意控制焊缝角变形。对此我们采取如下措施：1）严把材料（包括钢材及焊接材料）进货关。2）材料需进国内市场最大规格并双定尺，尽量减少接头数量。3）开工前，进行完善、细致的焊接工艺性试验和裂纹试验。4）根据焊接工艺试验结果，制定合理的焊接工艺文件。5）选派最优秀焊工进行岗前培训。6）加强焊接材料的管理。7）加强施工过程中管理，严格工艺纪律。82.3杆件制作2.3.1工形杆件制作1）制作方案本桥钢梁的上下平纵联、横联、腹杆杆件为工形杆件，在H型钢组立机流水线上完成组装、焊接，修整合格后按工艺要求进行二次切头，三维钻床进行孔群钻制。2）工艺流程●精切下料后应进行矫正，即调直与辊平。严格控制板件的直线度和平面度。●宽度按翼缘板厚度配刨（横联等临时杆件除外），控制边缘的直线度。●钢板下料前用辊板机辊平，消除轧制应力，防止因板面不平对切割质量的影响。矫正腹板边缘加工进料N复验不合格品控制程序Y检查不合格品控制程序●采用数控多嘴精密切割下料。下料NY●上下料使用磁力吊，以避免钢板起吊变形。辊平焊接●焊前磨锈除漆。在“H”型钢流水线上按工艺规定的顺序焊接。检查不合格品控制程序NY检查不合格品控制程序N●在“H”型钢组立机上完成组装，确保组装精度，端部组装引熄弧板。组装9“工”形杆件直观图Y切头矫正●“H”型钢矫正机矫正上下翼板角变形；在平台上用火焰修整杆件的超差变形。●按工艺要求进行二次切头。检查不合格品控制程序NY检查不合格品控制程序钻孔、标记●螺栓孔群的钻制，标记。④②③①盖板腹板纵肋102.3.2箱形杆件制作1）制作方案箱形杆件（主桁上、下弦和边跨斜腹杆）在平胎架上以下翼板为基面，隔板为内胎组装，在平台上焊接和修整焊接变形，螺栓孔群的钻制。组焊顺序为：下翼板→隔板→腹板→焊接隔板角焊缝→隐蔽工程涂装→上翼板→焊接四条主焊缝→焊端隔板角焊缝→螺栓孔群的钻制。2）工艺流程●钢板下料前用辊板机辊平，消除轧制应力，防止因板面不平对切割质量的影响。Y●采用数控多嘴切割机下料NY●上下料使用磁力吊，以避免钢板起吊变形●焊前磨锈除漆。严格按工艺焊接。NY●下翼板铺胎，按线组装隔板，以隔板为内胎组腹板，保证腹板与下翼板的垂直度，焊完内部焊缝后扣盖。不合格品控制程序矫正边缘加工进料N复验不合格品控制程序检查不合格品控制程序下料辊平焊接检查组装●钢板下料前用辊板机辊平，消除轧制应力，防止因板面不平对切割质量的影响。●精切下料后应进行矫正，即调直与辊平。严格控制板件的直线度和平面度。●腹板宽度按翼板厚度配刨，控制边缘的直线度。同一根杆件的隔板最好同时刨周边，确保隔板的尺寸精度，并应保证相邻边的垂直度。11横基线（如有）盖板腹板隔板箱形杆件直观图YN●控制火焰修整温度。不合格品控制程序矫正打号、标记●边跨竖杆以翼板中心线画横基线，以备安装时检查钢梁外形尺寸检查检查二次切头、钻孔划纵横基线（如有）不合格品控制程序检查122.4单个块体与预拼装1）主桁单个块体的预拼装每两个节点内上下弦、主桁腹杆均在设有地样线的水平胎架上组拼，形成单元。每个节段内的上、下横梁，杆均在设有地样线的水平胎架上组拼，经修整后单元的形状和尺寸精度应达到技术规范的要求。上下弦、主桁腹杆块体上下横梁、腹杆块体132）工艺流程3）要点胎架为平面胎架，要求平面度偏差小于2mm。采用激光经纬仪配合钢卷尺在地面预埋铁上分别做出杆件的纵、横向定位线，整体节点板定位线等定位标记（各地标点均考虑桥面纵坡），主桁组装完成后要复验胎架线形及所有标记位置。单节点下弦杆组装：1、按照上述要求依次吊装定位单节点下弦杆。2、弦杆接缝组装。水准线、纵基线对线，控制板厚差。3、栓接前检查双节点下弦杆组装：自中心按照由近及远的顺序依次吊装双节点下弦杆上胎定位，使其与地样精确对准，重点控制横基线及型心点位置；水准仪检查各杆件纵基线