宋红飞
(江苏中铁山桥重工有限公司， 江苏南通 226532)
摘 要：依托于济祁高速公路淮南至合肥段钢板梁桥，对全焊连续钢板梁的制作标准化工艺进行研究，通过对其结构特点和施工特点进行分析，确定跨距、拱度和焊接质量等关键控制项点，围绕关键控制项点的控制，对零件加工、组装焊接、预拼装整个制作过程形成了一套标准化制作工艺，并经过实施验证了标准化工艺的合理性。
关键词：全焊； 连续； 钢板梁； 标准化
ABSTRACT：Based on the standardized fabrication process for all-welded continuous girder bridge, taking steel girder bridge of Huainan-to-Hefei section of expressway from Jinan-to-Qimen as an example, and the key control points of span, camber and welding quality were determined based on the analysis of structure characteristics and construction feature. According to the key points of control of every procedure, a set of standard fabrication process including parts processing, assembly welding and pre-assembly for whole production process was drawn up which was verified to be reasonable in actual implementing.
KEY WORDS：all welded; continuous; steel plate girder; standardization
钢板梁桥是中小跨径桥梁最常用的形式，一般用于跨度小于40 m的桥梁[1-2]。近十几年来，随着焊接技术的发展，自梁段间全断面焊接技术在高速铁路秦沈客运线[3]上应用并获得成功后，连续钢板梁桥在铁路、公路桥梁建造上得以发展，但制造数量多为一桥一联。由于连续钢板梁桥具有投资效益好，架设速度快，工厂化制作等优点，其在桥梁建造中的优势将会越发显现。济祁高速公路淮南至合肥段钢桥主要采用了全焊的连续钢板梁结构，本文以该桥为依托，从制作的标准化、管理的规范化出发，对全焊连续钢板梁制作工艺进行标准化研究。
济祁高速公路淮南至合肥段淮河特大桥引桥设计采用钢-混凝土结合梁桥，分为左、右两幅，对称布置。单幅钢板梁采用两片主梁，其中心距为7 225 mm两片主梁，两主梁之间采用横梁连接，横梁标准间距为5.0 m，横梁与主梁、主梁梁段之间均采用焊接连接。主梁梁高1.75 m，为工形断面，由上、下翼缘板和腹板通过焊接而成，腹板设有竖肋及横肋。上翼缘板设有2%横坡，其上设剪力钉与混凝土桥面连接。横梁亦为工形断面，分为端横梁、中横梁和小横梁。端横梁及中横梁设置在支座处，与主梁高度一致。横梁腹板设有竖向肋板，肋板对称布置[4]。结构简洁明了，见图1、图2。
图1 连续钢板梁构造 m
图2 一联连续钢板梁断面
该项目工程量大，设计跨度为4×40 m，4×35 m，3×35 m，(30+2×35+30) m等多跨连续梁结构，位于直线段的梁310孔，位于曲线段的梁330孔，全桥钢板梁共640孔，约5万余t，钢材材质采用Q345D。
济祁高速公路淮南至合肥段钢板梁桥具有结构轻、批量大、线路长、适合工厂化制作的特点，为制作工艺的标准化奠定了基础，而且从降低制作成本、利于质量控制的角度出发，也使制作工艺标准化工作更加迫切。从结构特点和施工特点出发，在TB 10212—2009《铁路钢桥制作规范》的基础上，对本桥制作中的主要环节进行标准化规定，使每道主要工序均有规则可依，使制作工艺水平及桥梁制作质量得到保证。
2.1 关键控制项点
1)跨距控制。跨距是指一孔或一联钢板梁两端支座中心距离，以一联4×35 m钢板梁为例,4×35 m钢板梁总跨距为140 m，由4孔35 m钢板梁组成，毎孔跨距为35 m，如图3示意。
图3 跨距允许偏差(4×35 m连续钢板梁为例) mm
按照TB 10212—2009，一孔35 m钢板梁跨距允许偏差为l±8 mm[5]，一联4×35 m钢板梁跨距允许偏差也为L±8 mm，制作允许偏差值严格。毎孔35 m跨距中均有数量一个或一个以上的熔透焊接拼口，焊接收缩对跨距有影响。板梁支座孔直径为φ26，采用M24螺栓，纵向误差靠孔栓间隙调节，调节量很小。
2)拱度控制。为确保运行的舒适度和避免下挠，钢板梁均设有预拱度。连续钢板梁桥毎孔梁拱度值各不一样，有的梁段跨中上拱，有的梁段两端上翘，制作过程中，组装、焊接、火焰矫形都可使预设拱度发生变化。桥位梁段间多拼口焊接过程产生的自重下挠对拱度值也有一定影响。拱度值控制需综合考虑各因素。图4为一联4×35 m钢板梁拱度曲线示意。
图4 拱度曲线(四跨连续钢板梁为例)
3)焊接质量控制。本桥为全焊结构，焊缝形式集熔透对接、熔透角接、坡口角接及有熔深要求的角焊缝于一身。为了保证焊接质量，本桥拟采用的埋弧自动焊焊接技术、工形断面钢板梁梁段间全断面对接技术，单面焊双面成型熔透焊技术都是当今桥梁制作先进技术。将从保证焊接熔深、焊缝内部及外观质量、降低成本、提高效率的角度出发，设计并实施标准化焊接工艺。
2.2 节段划分
连续钢板梁桥因跨度较长，需要将其分解成若干段在工厂制作，在桥位将其焊接成整体。节段划分需要考虑梁体受力状态、工厂加工能力、制作精度控制、运输状态及工地架设等有关因素。目前,国内相关的标准尚未对连续钢板梁桥分段作出明确规定，需要针对各桥的实际情况，经综合因素的评价确定桥的节段划分。
本桥采用钢板梁主梁在厂内进行分段制作，在工地进行焊接连接的方案。钢板经赶平、抛丸、打砂后进入半成品加工，包括接料、下料、赶平、边缘加工等，主梁下盖板支座孔在半成品加工时钻制，并以此为基准组焊钢板梁主梁及其他零部件。各梁段分别组装、焊接、矫形、探伤；首联进行整体试拼装，验证合格后，主梁将按列进行试拼装；调整好跨度、拱度、旁弯、对拼缝隙后，组焊定位发运至桥址，在桥位拼装梁段并焊接梁段接口。基于此，最终形成标准化工艺技术。
3.1 节段划分
根据本桥连续钢板梁的结构特点，综合考虑各因素，4×35 m梁分段见图5。
图5 钢板梁分段示意 m
节段划分妥当与否关系到制作全过程，与全桥的制作质量密切相关，节段划分应遵循以下原则：
1)分段宜设在连续梁的受力反弯点位置，以减少不利因素的影响。
2)工厂内接料宜避免设在板梁最大弯矩处，即避免在梁跨中1/3范围内接料。
3)一个跨距内拼接口设置不易超过2条，以减少焊接收缩对跨距的影响。
4)分段位置宜设在不等厚板对接处，以减少焊缝条数。
5)分段长度及质量应考虑工厂的基础设施及加工能力能否满足本桥的制作要求，且从利于拱度、直线度、跨距等精度控制的角度出发使节段长度最大化。
6)分段长度应满足公路汽车运输要求。
7)分段应考虑工地吊装能力。
本桥、本标段遵循上述原则进行节段划分，取得较好效果。
3.2 制作标准化工艺流程
3.2.1 总体方案和标准化工艺流程设计
钢板梁主梁采用分节段制作，再进行整体预拼装的方案。即每一联板梁的主梁各段进行预拼装，在调整好跨度、拱度、中心距、旁弯及拼口两侧盖腹板对拼缝后，组装工地对接定位块,注意未切端的主梁梁段根据尺寸在预拼装前进行配切。每一联分两轮预拼装，第一轮拼装后，末梁段留下参与下轮次预拼装。预拼装流程见图6。
图6 主梁预拼装示意 m
3.2.2 零件制作的标准化工艺
1)板材预处理。下料前钢板进行预处理，过程为：赶平、抛丸、除锈。
2)下料及加工。以边跨Z1腹板和下翼缘板为例说明。边跨Z1梁段非支座端腹板、翼缘板下料预留二次切头量，预留在主梁预拼装前配切。
a.端梁Z1腹板下料及加工标准工艺为：腹板分段下料→加工对接头坡口→接荒料→数控空气等离子切割下料，如图7所示。
图7 腹板下料示意
b.端梁Z1下翼缘板下料及加工标准工艺为：下盖板分段下料→加工斜坡及坡口→接荒料→下条料→划线→卡样板钻支座孔，如图8所示。
图8 下翼缘板下料示意
3)零件制作工艺标准化。主梁腹板切割下料需在设计预拱度值基础上再预加适量拱度值[3]；主梁腹板及翼缘板除宽度、各分段长度严格控制外，在预拼装配切端长度预留量；控制同一幅主梁的腹板高度差值；主梁下翼缘板座板孔在单板成料后划线卡样板钻制；结构细节处理，控制腹板各分段长度，以确保腹板槽口与下盖板接缝位置吻合。
3.2.3 板梁组焊的标准化工艺
1)钢板梁主梁组装。钢板梁主梁组装按照：组装工形→主焊缝焊接→组装竖向肋板、接头板等→组装水平肋板→焊接的顺序进行。
图9 工形主梁组装顺序示意
控制要点包括：
a.主梁卧位组装，在下翼缘板按拱度值设置定位挡板，上翼缘板在支点处、拼口处、最大拱度处及其他位置设置顶紧装置，要求翼缘板与腹板顶紧。用有斜度的组装样板控制、检测上翼缘板角度。
b.主梁下翼缘板支座孔组装前完成钻制，各零部件以孔为准进行组对。腹板纵向以支座孔分中就位，竖向加劲肋纵向以支座孔分中就位，保证腹板及支座处竖向加劲肋与支座孔中心不偏中。
c.主梁高度控制通过控制腹板高度实现，顶紧焊接，不预留缝隙。
2)钢板梁主梁焊接。板梁主角焊缝设计要求：腹板厚度不大于16 mm，熔深不小于3 mm；腹板厚度大于16 mm，熔深不小于5 mm。同时需考虑板梁拱度控制，该主角焊缝设计焊接工艺为：焊接方法采用船位埋弧自动焊；焊接顺序为端梁Z1、中间梁Z3，先焊接下翼缘主角焊缝，后焊接上翼缘主角焊缝；中间支点梁Z2，先焊接上翼缘主角焊缝，后焊接下翼缘侧主角焊缝。对称焊接纵向、竖向加劲角焊缝；有顶紧要求的支座加劲肋应从顶紧端向另一端施焊。焊接工艺参数经过焊接工艺评定试验确定。
3)钢板梁横梁磨光顶紧工艺。竖向肋板磨光顶紧采用钢斜垫的方式，其工艺为:横梁组焊完成后，测量竖肋与下盖板净空高度，匹配斜垫高度，打入斜垫，保证竖肋与下盖板磨光顶紧。
4)板梁组焊工艺标准化。a.主梁组装胎架按拱度线形布置，确保腹板翼缘板顶紧；b.有孔主梁以孔为基准组装，无孔主梁以坡口端为基准组装；c.主梁主角焊缝采用船位埋弧自动焊；d.主梁主角焊缝先焊接受拉翼缘，后焊接受压翼缘；e.结构细节磨光顶紧采用钢斜垫工艺。
3.2.4 预拼装的标准化工艺
连续钢板梁桥主梁单联连续匹配预拼装，采用每联分为两个轮次预拼装。每轮次预拼装结束后，末梁段留下参与下轮次预拼装。解体前打写杆号标记及方向标记。
1)主梁长度配切。中跨Z2两端、中跨Z3一端拼口已完成坡口加工。试拼装之前，分别测量相邻段两个Z2支座孔中心到拼接端的尺寸，确定Z3、Z1梁段未加工端的切头尺寸并完成切端及坡口加工，见图10。
a—连续板梁配切端示意；b—主梁Z1配切工艺示意；c—主梁Z3配切工艺示意。
1—拼装前配切此端坡口；2—坡口已加工；3—配切此头及坡口。
图10 连续板梁配切示意
2)主梁预拼装。主梁就位于预拼装胎架上后，向支座孔和胎架上的孔打入冲钉以定位。在调整跨度、拱度、旁弯、拼口间隙及相邻梁段盖腹板相对错边符合标准后在组装工地对接定位块。梁段在工地就位后，拆除胎架，砂轮打磨平整梁段。
3)预拼装解体，然后组焊剪力钉。
4)预拼装胎架要求。胎架由若干支墩构成，梁端及梁段拼口处设支墩、支墩的相对位置和相对标高符合相应拼装图，通过加垫方法并用水平仪检测各支点标高，各支点高度差不大于1 mm。支墩处有足够的承载力，以保证拼装过程中基础不发生沉降。梁段支座中心对两个支墩35 m跨距线后，其支座孔与支墩孔用冲钉定位。变换跨距时，端梁支座对中心线后支座孔与支墩孔冲钉定位，另一端靠跨距中心线标识定位，实现不同跨距拼梁快速准确的切换。
5)预拼装工艺标准化。主梁预拼装前配切主梁节段；预拼装调节拱度、跨距、旁弯等至合格后，焊接工地对接定位块；预拼装胎架以座板孔定位主梁，胎架标高应符合拱度线形。
3.3 跨距及拱度控制总结
标准化的制作工艺使跨距、拱度得以控制，其主要措施包括：
1)跨距控制主要通过二次切割量预留、单联预拼装以及对接定位块的设置实现。 二次切割量的预留和配切使主梁保证对接间隙，通过预留工地焊接收缩量，确保工地焊接后跨距在允许偏差范围内；预拼装时对定位块的设置，确保了工地连接口；每个跨距纵向布置一个对接口或两个对接口，最小化焊接收缩对跨距控制的影响。
2)连续钢板梁拱度值允许偏差+10 mm，-3 mm(立位测量)，相对应两片梁拱度差不大于4 mm。拱度控制主要通过腹板下料预加拱度值、焊接顺序控制以及预拼装调整和定位块设置来实现的。腹板下料预加拱度值可消除自重、焊接变形影响造成的下挠；同一幅的两根主梁拱度差、高度差控制，实现同幅板梁的匹配和横向连接；焊接顺序的控制可使焊接收缩造成的拱度值减小趋势得以缓解；预拼装的调整可使最终拱度值在允许偏差范围内；定位块设置确保到工地拼装时与预拼装时状态相同。
按照此标准化工艺实施，济祁高速公路淮南至合肥段钢板梁桥实现了优质快速的制作和安装，连续梁的拱度、跨距、旁弯、支点处高低差、对接口错边等项点偏差符合验收标准，整体试装的顺利完成以及工地快速架设，也充分验证了全焊连续钢板梁制作标准化工艺的合理性，为以后的此类全焊连续钢板梁的制作施工提供了一种高效的标准化工艺。
参考文献
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[2] 徐君兰，孙淑红.钢桥[M].北京：人民交通出版社，2011.
[3] 徐向军. 秦沈客运专线钢板梁全断面焊接工艺研究[J].焊接技术，2002(2)：56-57.
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[5] 中华人民共和国铁道部.铁路钢桥制造规范：TB 10212—2009[S].北京：中国铁道出版社，2009.
SONG Hongfei
(China Railway Shanhaiguan Bridge Heavy Industry Co.Ltd, Nantong 226532, China)
DOI:10.13206/j.gjg201709019
作 者：宋红飞，男，1976年出生，硕士，高级工程师。
Email:shgfhsong@126.com
收稿日期：2017-01-05
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