劉海燕 周新榮

（陜西重型機(jī)械制造有限公司，陜西 西安710021）

1 工程概況

西安市東二環(huán)~北二環(huán)立交樞紐工程是2009年度—2010年度西安市城市綜合交通改善工程的重點(diǎn)工程之一，做為2011年西安世界園藝博覽會(huì)得交通樞紐，其項(xiàng)目更是重中之重。由于該工程橫跨地裂縫，故設(shè)計(jì)在跨越地裂縫時(shí)選擇采用鋼箱梁。該工程為互通式三層立交結(jié)構(gòu)，橋梁工程按單向行駛車(chē)到劃分為十一座橋梁，即南北主線橋（東、西兩側(cè)）、東西主線橋（南、北兩側(cè)）、A匝道橋、B匝道橋、C匝道橋、D匝道橋、AA匝道橋、CC匝道橋、DD匝道橋.，其中鋼箱梁共計(jì)17跨，共重約4300T。尤以東西主線第四聯(lián)鋼箱梁跨度大，跨徑為31m+51m+31m,橋梁總寬13m，箱高1.7m，采用單箱五室結(jié)構(gòu)，鋼箱梁由兩側(cè)邊梁和中間掛梁組成，兩邊梁長(zhǎng)為39960mm，中間掛梁長(zhǎng)34900mm.鋼箱梁處于平曲線R=10800米的圓弧段上，縱斷面為豎曲線，變坡點(diǎn)位于中間掛梁偏右位置，橫坡為1.5%，方向一致，均指向內(nèi)弧。中間掛梁重235273kg，兩側(cè)邊梁均重303645kg，鋼箱梁材質(zhì)為Q345qD。

2 方案分析

由于該工程工作量大，任務(wù)重，工期緊（該工程的順利完工直接影響到世園會(huì)公交樞紐的建設(shè)使用）。綜上所述，這種結(jié)構(gòu)形式的鋼箱梁制造難度較大。如要求制成后的鋼箱梁整孔間4個(gè)支點(diǎn)的不平度大于10mm，單箱旁彎不大于5mm，因?yàn)樵擁?xiàng)目施工區(qū)域?yàn)榉忾]施工，全天候24小時(shí)可以吊裝，加之施工現(xiàn)場(chǎng)距離加工廠區(qū)較近，基本不存在運(yùn)輸問(wèn)題，可以依據(jù)工廠吊裝設(shè)備及能力，將鋼箱梁進(jìn)行最大組件的劃分組裝，最大可能的減少現(xiàn)場(chǎng)的組拼、焊接的工作量。由于將大量的組拼焊接工作放在加工廠進(jìn)行，可利用車(chē)間天車(chē)將鋼箱梁分塊翻轉(zhuǎn)至水平或最有利的位置施焊，在保證焊接質(zhì)量的同時(shí)又大大提高了工程進(jìn)度，故此將邊梁和掛梁均分成9個(gè)分塊進(jìn)行制作。

圖1

3 箱型梁段的焊接變形控制

該工程鋼箱梁為全焊結(jié)構(gòu)，頂板、底板、腹板厚度分別為18mm、22mm、18mm，縱向加勁肋為16mm,支座部分墊板及隔板厚度為30mm，所采用鋼板厚度較大，頂板、底板、腹板的拼接焊縫以及腹板與頂板、底板的連接焊縫為Ⅰ級(jí)焊縫。防撞護(hù)欄、橫隔板、側(cè)擋板按Ⅲ級(jí)焊縫施工，其余連接處均為Ⅱ及焊縫，焊接工藝和焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)級(jí)別按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）及《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81-2002）執(zhí)行。

由于該項(xiàng)目鋼箱梁的熔透焊縫多，焊接工作量大，焊縫質(zhì)量要求高，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的安裝尺寸要求較高，因此，焊接變形的控制成為關(guān)鍵問(wèn)題。通過(guò)控制裝配的剛性約束度，采用同步中分對(duì)稱(chēng)焊工藝，調(diào)整焊接順序，以及預(yù)留收縮量等措施順利地解決了焊接變形問(wèn)題，滿足了質(zhì)量要求。

1）要合理的預(yù)留收縮量，達(dá)到控制制作精度的目的，下料劃線長(zhǎng)度方向預(yù)留0.5‰的收縮量，寬度方向按板厚不同分別預(yù)留1~2mm焊接收縮量。這是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的收縮量。箱梁橫向尺寸及高度由于焊后能進(jìn)行精密切割，不難保證，箱梁縱向尺寸通過(guò)預(yù)留收縮量來(lái)保證。

2）剛性約束：以往組焊箱形鋼梁時(shí)，都是要求在各頂、底、腹單元組件組拼焊接矯形后，劃線裝配蓋板與縱肋，裝配完就進(jìn)行焊接，矯正后再裝焊橫肋、腹板、蓋板等，現(xiàn)改為將蓋板、縱向加勁肋、橫隔板一次裝配成整體再進(jìn)行焊接，增加了整體剛性，而且利用縱肋焊接時(shí)焊縫縱向收縮量引起的上拱彎曲變形和橫肋焊接時(shí)由角變形引起的下?lián)蠌澢冃蜗嗟窒捎行У姆乐构岸茸冃?。?duì)于一直困擾的翼緣部分焊接角變形問(wèn)題，采用翼緣橫隔板下料編排時(shí)將端頭上翹5~8mm（數(shù)值取決于翼緣寬度），來(lái)抵消焊接所導(dǎo)致的變形。裝配后部件水平放置于鑄鋼平臺(tái)上，并用卡具固定，不僅增加了剛性約束，也可避免因放置不當(dāng)由自重等引起的附加變形，可防止無(wú)規(guī)則的扭曲變形。

3）“中分異向”對(duì)稱(chēng)焊；目的是防止焊接順序不當(dāng)而造成的彎曲變形和扭曲變形。所謂“中分異向焊”是將一條焊縫由中間分開(kāi)向兩端施焊。如上蓋板單元是采用6名焊工施焊，4名焊工焊縱肋，2名焊工焊橫肋，焊縱向加勁肋時(shí)，從中間橫隔板處分開(kāi)，4名焊工分別向兩端施焊，向每一端施焊的兩名焊工，同時(shí)對(duì)稱(chēng)的各焊縱肋一側(cè)的一條角焊縫。在焊每?jī)蓚€(gè)橫隔板間的縱肋時(shí)，其橫隔板與上下蓋板連接角焊縫應(yīng)已先焊完?？偟脑瓌t均為由中間向兩端對(duì)稱(chēng)施焊。

4 箱形梁整體拼焊時(shí)變形控制

箱形鋼梁焊接最易出現(xiàn)的難矯正的變形一般是箱梁整體的側(cè)彎變形和扭曲變形，其主要原因是焊接順序安排不當(dāng)以致造成先焊?jìng)?cè)變形過(guò)大。主要控制措施是調(diào)整焊接順序和實(shí)施同步對(duì)稱(chēng)焊接工藝。

4.1 調(diào)整焊接順序

箱梁分塊有8條主要角焊縫，均不采用船形位置焊接，而改為水平位置施焊，先焊上蓋板側(cè)的箱體外側(cè)4條角焊縫（CO2氣體保護(hù)焊），然后焊接箱內(nèi)水平位置的角焊縫。然后翻轉(zhuǎn)箱體，在水平位置施焊下蓋板側(cè)面箱體外側(cè)4條角焊縫和箱內(nèi)水平位置的角焊縫（均采用CO2氣體保護(hù)焊）。最后用CO2氣體保護(hù)焊焊完其余角焊縫，均需在水平位置施焊。

4.2 同步同向?qū)ΨQ(chēng)焊和中分異向?qū)ΨQ(chēng)焊

箱梁外側(cè)腹板角焊縫采用兩臺(tái)二保焊機(jī)同方向同步對(duì)稱(chēng)施焊。箱內(nèi)2條焊縫由2名焊工同方向同步對(duì)稱(chēng)施焊。箱內(nèi)其余角焊縫采用中分異向?qū)ΨQ(chēng)焊法。每2米為一間隔。（箱內(nèi)橫隔板、橫聯(lián)間距），從中間向兩端施焊，焊完一個(gè)間隔的所有平焊位置的焊縫后再焊下一個(gè)間隔內(nèi)的焊縫。

4.3 焊接前墊支調(diào)平

為防止因放置不當(dāng)后焊接所導(dǎo)致的附加扭曲變形，在開(kāi)始焊接前必須依據(jù)橋梁拱度、橫坡變化將箱梁調(diào)整墊支，在符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求及施工工藝要求的胎架上進(jìn)行焊接：焊后放置必須墊支實(shí)確，防止因放置不當(dāng)導(dǎo)致的變形：嚴(yán)禁在焊接好的分塊上放置其他重型工件或箱梁疊加放置，防止人為因素造成的附加變形。

4.4 箱梁現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)工藝控制

4.4.1 大范圍采用各種形式陶質(zhì)襯墊單面焊雙面成型工藝

對(duì)各種形式的焊縫，如頂板、底板、腹板單元的縱向?qū)雍缚p，橫隔板對(duì)接焊縫，橋位箱段接口環(huán)形焊縫等采用鋼襯墊或陶瓷墊單面焊雙面成型工藝，確保焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

4.4.2 控制焊接順序

現(xiàn)場(chǎng)拼接后的環(huán)縫，先焊腹板對(duì)接立焊縫，且要求從下向上施焊，采用幾名焊工對(duì)稱(chēng)施焊的焊法，從中腹板向兩側(cè)展開(kāi)，而后再施焊底板拼接焊縫，亦是由中間向兩邊施焊，然后是加勁肋對(duì)接焊縫及角焊縫，最后施焊上蓋板焊縫。

5 焊接方法的選擇

用CO2半自動(dòng)焊接曲線焊縫和空間位置焊縫十分方便，且焊接變形也很少，甚至不需要焊后矯正工序，且CO2焊是一種低氫型焊接方法，抗銹蝕能力較強(qiáng)，焊縫的含氫量極低，在焊接低合金鋼時(shí)，不易產(chǎn)生裂紋，同時(shí)也不易產(chǎn)生氣孔。加之CO2焊所使用的焊絲和氣體價(jià)格便宜，來(lái)源廣泛，故此選用以CO2焊為主要焊接方法，經(jīng)焊后實(shí)測(cè)，箱梁全長(zhǎng)旁彎小于2mm，上拱小于5mm，下蓋板4個(gè)端點(diǎn)高低差小于1.5mm，均達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

焊接施工方案的選擇符合工廠實(shí)際條件，對(duì)焊接變形的影響降到了最低，經(jīng)實(shí)際操作，驗(yàn)證了該方案的合理性。架設(shè)后鋼橋整體線形美觀，驗(yàn)收一次通過(guò)，此鋼橋已于2011年1月順利通行。

［1］GB50661-2011鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

［2］陳伯蠡.焊接工程缺欠分析與對(duì)策[M].機(jī)械工業(yè)出版社.