双曲面小半径钢箱梁制作与安装线形控制三航宁波分公司孙建赵维志李秋风［摘要］本文主要通过遂宁玉龙立交互通跨线桥施工实践，介绍了钢箱梁桥的特点及应用,其中着重分析研究了小半径钢箱梁桥跨线的制作、焊接、安装过程中的线形控制技术。

［关键词］双曲面小半径钢箱梁线形控制1工程概况玉龙立交互通跨线桥位于遂宁市国家开发区中环线玉龙路口，为2座小半径跨线匝道桥，其中SW匝道桥桥梁总长124m,WN匝道桥总长132m。

2座匝道桥均为钢箱梁，单箱单室，斜腹板型式，箱梁顶宽8.75m,箱底宽4.39m,两侧斜腹板斜率1：4,悬臂1.775m,悬臂部分用6mm的装饰板封闭。

匝道桥钢箱梁平面布置图见图1。

钢箱梁的重量、长度等主要参数见表1。

钢箱梁结构部件主要分为:桥面板、桥底板、内侧腹板、外侧腹板、横隔舱板、U形肋、I 形肋以及其他肋板等部件,详见图2。

2钢箱梁制作与安装线形控制2.1钢箱梁变形控制要点(1)钢箱梁为小半径弧线，且纵横方向设置纵坡和横坡、局部段横坡还变坡度，使其呈双曲型，加工难度极大。

(2)箱梁本身构造复杂，如何保证构件外形尺寸、防止扭曲和超差，这对零件加工精度和构件组装精度提出很高要求。

(3)梁段线型、接口匹配精度、整体的外形尺寸、起拱度控制等。

表1钢箱梁主要参数名称匝道桥主体结构形式钢箱梁结构梁段数14材质Q345qC 钢箱梁重量约/t1100箱梁中心高度/m 1.6总长/m256宽度/m8.75箱梁轴线面积/in?2375(4)安装精度、焊缝变形量的控制等。

2.2钢箱梁场内制作2.2.1钢箱梁制作工艺(1)放样采用CAD对各构件精确放样,部分复杂部位进行立体放样，绘制各构件详图，作为下料套料图及数控编程的依据。

(2)号料及下料严格按工艺套料图进行。

板件校平直,图2钢箱梁三维断面示意图磨去边缘的飞刺、挂磴，使断面光滑均顺;零件矫正宜釆用冷矫，矫正后零件表面不允许有明显的凹痕或损伤。

采用热矫时温度应控制在600-800V；温度降至室温前不得锤击钢材。

主要零件冷作弯曲时，环境温度不低于-5乜，内侧弯曲半径不得小于板厚的15倍；小于15倍时必须热煨，热煨温度控制在900-1000U弯曲后零件不得产生裂纹。

矫正时环境温度不宜低于-12乜。

(3)典型零部件加工典型零部件加工包括顶板单元、横隔板单元、悬挑板单元、由顶板和板单元焊接组成。

板单元焊接后的矫正要求如下：①冷矫的环境温度不应低于5乜，矫正时应缓慢加力，总变形量不应大于变形部位原始长度的2%。

②热矫时加热温度应控制在600-800V,不允许过烧，不宜在同一部位多次重复加热。

③矫正后的板单元、杆件和梁段表面不应有凹痕和其他损伤。

(4)拼装胎架制作拼装梁段支座根据梁段的重量、结构位置、投影水平弧形外轮廓、梁段制造预变形及钢箱梁设计圆弧竖曲线等因素进行胎架的设计和制造，保证胎架有足够的刚度。

(5)钢箱梁组装流程充分考虑焊接方法和顺序对梁段组装焊接变形的影响，制定梁段组装程序。

一般总拼步骤为:底板单元-横隔板单元-腹板单元—顶板单元-悬挑单元的顺序组装成梁。

2.3钢箱梁场外运输过程控制本工程采用17.5m以上加长车装运节段钢箱梁，运输过程中注意对成品进行有效保护。

2.4钢箱梁现场吊装过程控制2.4.1钢箱梁安装过程测量控制钢箱梁安装前对平、纵设计参数表、支座设计参数等基本数据进行一次全面的校核，为避免基础和支撑体系发生不均等的沉降,应在每一组支撑体系的每个格构柱固定位置刻好标记，在钢箱梁安装前对支撑体系整体进行一次沉降观测。

节段施工完毕并固定后，应对钢箱梁进行24h整体沉降观测。

且在焊接前及焊接过程中，应不间断地进行沉降观测。

钢箱梁整体焊接完毕经检查合格，整体卸载后，拆除支撑体系，使钢箱梁处于正常状态。

2.4.2钢箱梁安装顺序SW匝道桥、WN匝道桥纵向分A、B、C、D、E、F、G共7段，横向上每段分2块（图3）,经综合考虑由SW匝道桥0号台向4号台按A1-A2-Bl-B2-Cl-C2-DI-D2-El-E2-F1-F2-G1-G2顺序由左到右依次安装。

2.4.3钢箱梁安装吊车运输车站位布置图3SW钢箱梁分块示意图单位：mm安装采用吊机作业,综合现场条件与起重机机械性能,运梁车平行桥轴线布置在SW 匝道桥左侧吊车工作半径范围内,260t吊车布置在近乎垂直桥梁轴线安装梁段位置的中心位置上;50t吊车布置在路线前进方向，与260t吊车方向平行，控制起吊方向,稳定引导、逐跨进行梯次吊装。

吊车运输车站位布置示意见图4。

D段C段图4吊车运输车站位布置示意图C22.4.4钢箱梁接口匹配控制接口粗匹配主要是调整箱梁线形，确保中心轴线。

调整程序为:①调整梁段斜率、高度;②调整梁段高度,使顶板U形肋平齐;③检查梁段底板的缝隙;④千斤顶调节，使待匹配箱口主腹板平齐；⑤复测标高合格后，接口其他匹配件,测量桥轴线。

接口粗匹配的标准桥轴线偏位控制在±2mm内，要求板的错台不大于15mm,焊缝宽度偏差不能超过2mm。

所有匹配件连接完成后，不允许采用吊机强行提升梁段达到调整标高的目的；因顶、底板焊接收缩差引起远端变形，匹配时底板应向下挠2mm,以补偿箱梁收缩变形。

在焊接之前接口再进行精匹配，调整节段标高、预拱度、横坡度，要求接口面板高差不大于0.5mm。

按照先硬约束后弱约束的顺序进行调整，要求首先保证腹板与顶底板交界处的高差要求，再调整底板及顶板的接口，最后调整悬挑板的接口。

可釆用千斤顶压平接口进行精调，并用马板固定的方法使接口完成精匹配。

2.5钢箱梁焊接过程变形控制措施2.5.1焊接变形试验焊接变形的影响因素很多，施工前应对焊接变形进行试验，具体方法是:焊接时对环缝焊前(打点距离300mm)和焊后进行跟踪量测,确定在各部位、缝宽、板厚、气温条件下的相对收缩量，建立一定的数量关系,并据此采取措施控制焊接变形。

2.5.2焊接变形控制技术(1)下料下料前用平板机平整板料，釆用无余量法控制尺寸，即将焊接变形数量考虑到板块尺寸中，下料尺寸适当加大，使板材焊接后的尺寸最终符合设计要求。

(2)装配及固定加强技能培训，避免因操作失误导致的装配错边。

采取工装对组装完毕的梁体加以固定后施焊，防止施焊过程中产生的角变形,同时减少挠曲变形、扭曲变形。

(3)控制线能量正确选择工艺方法及工艺参数,严格控制线能量。

焊接变形量可通过经验公式进行估算,但要经过试验来确定具体数值。

弧焊的热输入量可釆用下式进行计算：C_WX/X60)Q Isx1000J式中：Q—热输入量(kJ/mm)；V—电压(V)；!—电流(A)；S一焊接速度(mm/min)o—效率，其值取决于所釆用的焊接工艺:手工电弧焊为0.75,气体金属电弧焊和埋弧焊为0.9。

(4)无码板组焊技术采用无码焊接技术可有效控制焊接变形。

无码焊接工艺是通过使用磁吸码，用磁力把钢板固定于胎架上,不至损伤钢板，也避免了繁杂的修补工作。

以压代拉，在平台或胎架上安装板材时采用压铁压紧来实现线型吻合和防止变形。

先装构架后焊板缝，确实需要在胎架上焊接的板缝，也要改变传统的先焊板缝后装构架的做法，采用拼板后先进行构架安装,装好构架后一起烧焊，利用构架来限制板的焊接变形。

(5)U形肋与顶板坡口角接焊缝变形控制本桥箱梁U形肋板与顶板焊缝为8mm,要求焊缝有效厚度不小于0.85倍的U形加劲肋的板厚,且不允许烧穿，并对焊缝进行超声波探伤检测。

焊接以及焊接变形控制难度较大，经综合分析，对U形肋与顶板的坡口(图5),角焊缝定位焊采用实芯焊丝(01.0mm) CO?气体保护半自动焊焊接,正式焊接采用药芯焊丝(01.2mm)CO2气体保护自动焊焊接，分3道施焊，焊接电流控制在120-130A,电压控制在28V,焊接速度控制在0.5m/min,焊丝对正位置如图6所示。

正交异性板单元U形肋焊接时会在焊缝处产生角变形，变形后的截面情况如图7所示，为了有效地釆用反变形焊接工艺控制角变形，必须准确了解角变形量0的大小。

为此应进行焊接变形试验,测量顶板和图5形肋与顶、底板的坡口底板焊接后的变形弧度曲线，计算各焊缝在焊接期间发生的角变形量久再根据测量结果，推导焊接变形公式。

角变形量0与焊接线能量E成正比，与板单元的面板厚度t成反比，根据公式可推得正交异性板单元U形肋坡口角焊缝焊接角变形量，即能初步确定顶、底板预加的反向角变形量。

为保证焊缝有效厚度达到设计要求、控制焊接变形，根据弯曲变形结果，制作如图8所示的焊接反变形胎架，使工件在近似船形位置的拘束状态下焊接。

整个板块采用同方向施焊，并采用合适的焊枪角度及焊丝送进位置，以保证坡口根部熔合良好,保证焊缝表面成型质量。

U形肋嵌补段焊接，如两端同时焊接很容易造成一端因收缩而开裂，解决的办法是:先焊接一端定位焊,再焊接另一端，采用C02气体保护焊分4道焊接，尽量减少焊接能量输入，焊接前进行预热50~100乜，焊接后保图8焊接反变形胎架持温度150-250lOo3钢箱梁整体线形控制3.1钢箱梁整体线形过程控制(1)在施工前，除参考设计给出数据外,还要根据现场安装情况进行细致计算。

每跨的预拱度值，要根据跨度及箱梁截面特性进行计算。

具体部位的预拱度按照二次抛物线方程进行布置，见图9。

图9预拱度分布图>L X 41预拱度计算公式：y=f(l-4x2/L2)式中：y—预拱度值；f—最大预拱度值；x—箱梁长度横向坐标；L—跨度。

按照设计的纵坡度、横坡及预拱度、焊接变形等，计算出详细的高程、长宽尺寸等三维数据，并绘制详细的施工图。

钢箱梁在加工及焊接过程中，板单元及节段的三维尺寸要按照实际纵坡、预拱度、横坡来控制，同时要考虑在加工、组装、总拼过程中的焊接变形。

3.2钢箱梁线形细节过程控制钢箱梁加工精度控制采用从总体到零件的控制体系，制定总体及各分段、各零件的控制尺寸及精度要求，制定分阶段验收标准。

在加工中按照标准进行验收，确保零件尺寸保证分段尺寸、分段尺寸保证整体尺寸。

钢箱梁总装釆用三纵一横基准控制拼装精度。

在胎架两端设纵向3对测量塔和与其垂直的横基线基准墩，测量塔及基准墩与胎架分离且稳固，用这3条纵基准和1条横基准控制钢箱梁的整体组装和预拼装，其中中间测量塔用于中心底板、顶板基准单元的定位和钢箱梁的预拼装,边侧测量塔用于腹板、边侧顶板单元的定位。

在钢箱梁支架拼装时，总长度要以墩柱上的箱梁节段为控制点，先安装其他墩顶钢箱梁，再安装中跨部分,并预留一节调节块先不安。

在其他节段焊接完成后，测量剩余部分的长度,并根据这个长度，结合对接缝的缝宽加工调节块，调节块一般要比设计长度长30-50mm,切口采用打磨机进行打磨，不能气割。

对各种焊接方法材料进行焊接变形试验，并对焊接数据进行总结,建立数学模型，以用于以后焊接变形的预测和控制。