劉興焱

摘要：文章以平南三橋?yàn)閷?shí)例，介紹超大跨度鋼管混凝土拱肋制造誤差控制技術(shù)，供后續(xù)同類工程作為參考和借鑒，為超大跨徑鋼管混凝土拱橋的建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：大跨徑拱橋;拱肋加工;誤差控制;精度

中圖分類號(hào)：U445.47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.016

文章編號(hào)：1673—4874（2020）11—0058—03

0引言

鋼管混凝土拱橋因其外形美觀、受力穩(wěn)定、施工方便、一定跨徑造價(jià)較低等特點(diǎn)，被大量建設(shè)，在橋梁界占了重要的一席。拱肋制造質(zhì)量直接決定鋼管混凝土拱橋的使用壽命，因此，對(duì)超大跨徑鋼管混凝土拱肋制造誤差控制技術(shù)的研究，勢(shì)在必行。

1工程概況

平南三橋?yàn)閺V西荔浦至玉林高速公路平南互通連接線上跨越潯江的一座特大橋，其主跨拱肋為鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，主孔跨徑為575m（計(jì)算跨徑548m），為同類型世界第一跨徑。凈矢跨比為1/4，拱軸系數(shù)為1.5。單側(cè)主拱肋共分為22個(gè)節(jié)段，以橋梁中心線對(duì)稱布置，兩岸以跨徑中心對(duì)稱，全橋共計(jì)44個(gè)節(jié)段。拱肋中距為30.1m，橋面以上每一節(jié)段間均設(shè)1道“I”型橫撐和1道“△”橫撐，共計(jì)16道（不含拱腳處橫撐）。拱肋節(jié)段在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)加工廠制造成節(jié)段，單段最大吊重為215t。安裝過程最大懸臂為287。5m，線型控制難度大（如圖1所示）。

2超大跨徑鋼管拱制造誤差控制重點(diǎn)與要求

2.1 超大跨徑鋼管拱制造過程特點(diǎn)

（1）制造周期長(zhǎng)、工序多、積累誤差比較大。

（2）結(jié)構(gòu)制造采用焊接技術(shù)，實(shí)行分段制造工藝，焊接變形導(dǎo)致裝配過程復(fù)雜化，對(duì)焊接變形的預(yù)防和消除研究還不充分。

（3）結(jié)構(gòu)尺度和重量較大，制造精度相對(duì)要求較高。

（4）制造過程所需人工作業(yè)量較大，工人技能水平對(duì)制造精度影響較大，容易造成誤差積累。

（5）構(gòu)件規(guī)格種類較多，制造過程復(fù)雜，難以進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

（6）施工過程受環(huán)境影響較大，有相當(dāng)一部分制造過程是在室外、高空環(huán)境下進(jìn)行，作業(yè)環(huán)境導(dǎo)致構(gòu)件完工后的誤差難以控制。

（7）使用的材料級(jí)別較高，厚度較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接和校正變形都比較困難。

2.2超大跨徑鋼管拱制造誤差控制重點(diǎn)

2.2.1鋼管拱肋空間線形的保證

主拱肋主弦管由筒節(jié)通過以折代曲焊接而成，主弦管與腹桿通過相貫線焊接節(jié)點(diǎn)連接，相貫線焊縫為全熔透焊縫，裝配精度要求高，焊接過程中變形復(fù)雜。拱肋制造線形如超出設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的范圍將會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生不利影響，因此必須采取有效精度控制手段，確保鋼管拱肋線形制造滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2.2.2鋼管拱肋節(jié)段幾何尺寸的保證

鋼管拱肋節(jié)段是由主弦管、腹桿、斜撐管等鋼管桿件組成的空間桁架結(jié)構(gòu)。節(jié)段截面高度由17m漸變成8.5m，節(jié)段高度為4.2m，長(zhǎng)度最大達(dá)38m。制造過程中節(jié)段端面尺寸、節(jié)段長(zhǎng)度、腹桿位置、吊桿位置、節(jié)段側(cè)面平面度、節(jié)段扭曲控制是鋼管拱制造精度控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.2.3鋼管拱節(jié)段工地接頭連接精度的保證

拱肋主弦管節(jié)段間法蘭盤螺栓孔通孔率和貼合度、內(nèi)套管安裝的精確度是節(jié)段順利安裝的重要保證。由于法蘭盤與加勁板間的密集焊接引起法蘭盤變形，精度控制不當(dāng)將導(dǎo)致法蘭盤螺栓孔錯(cuò)位和接觸面無(wú)法密貼，影響拱肋安裝過程中接頭受力安全。

拱肋上橫撐接頭位置的精確與否將直接影響到橫撐工地安裝質(zhì)量。拱腳節(jié)段的端口尺寸及鉸軸位置的精度控制將直接影響到拱腳節(jié)段與鉸座等結(jié)構(gòu)的配合。

2.3超大跨徑鋼管拱制造精度控制基本原則

由于鋼結(jié)構(gòu)焊接的特殊性，鋼管拱制造中發(fā)生焊接收縮和變形是不可避免的，也是影響制造精度的因素。通過技術(shù)和管理手段對(duì)施工過程進(jìn)行變形預(yù)防、監(jiān)控、校正，達(dá)到控制精度的目的，從而獲得理想結(jié)構(gòu)尺，其分為主動(dòng)精度管理和被動(dòng)精度管理。

（1）主動(dòng)精度管理：在設(shè)計(jì)、下料、裝配、焊接等施工過程中，事先進(jìn)行一系列預(yù)防變形的措施，減小或抵消焊接收縮，達(dá)到精度控制的目的。

（2）被動(dòng)精度管理：施工過程中，利用各種儀器對(duì)制造偏差進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)測(cè)，對(duì)已發(fā)生變形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行校正，達(dá)到精度控制的目的。

3超大跨徑鋼管拱制造誤差控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1下料誤差控制關(guān)鍵技術(shù)

下料由于等離子本身切割線寬，胎架未達(dá)到絕對(duì)水平，在進(jìn)行半自動(dòng)坡口切割過程中，工人劃線失誤，角度未調(diào)整到位，導(dǎo)致部分料的幾何尺寸、坡口角度未能達(dá)到理想狀態(tài)。因下料零件眾多，全部檢查的工作量巨大，而且有些異形件的尺寸不方便復(fù)核，只能進(jìn)行抽檢。在下料過程中，應(yīng)定期復(fù)核切割平臺(tái)的水平胎架，抽檢下料幾何尺寸，如果發(fā)現(xiàn)有偏差較大的構(gòu)件，立即分析原因，對(duì)癥解決。為避免部分抽檢不合格的產(chǎn)品流入下道工序，考慮焊接收縮變形，在下料時(shí)，增大零件幾何尺寸1mm，確保在后期加工中有余量進(jìn)行調(diào)整。每節(jié)段拱腳段筒節(jié)預(yù)留100mm余量，在節(jié)段大拼制造完工后進(jìn)行余量切割，確保每個(gè)節(jié)段長(zhǎng)度以及節(jié)段間嵌補(bǔ)段長(zhǎng)度精準(zhǔn)。

3.2主弦管裝配誤差控制關(guān)鍵技術(shù)

筒節(jié)卷制會(huì)受下料精度、裝配精度以及焊接變形的影響，少量筒節(jié)的失圓度在多次校圓后不能達(dá)到±2mm以內(nèi)，但偏差在3m左右的，超3m的進(jìn)行返修報(bào)廢。此時(shí)考慮到筒節(jié)對(duì)接錯(cuò)臺(tái)不得>2mm，將筒節(jié)失圓度進(jìn)行記錄，在裝配時(shí)采取大對(duì)大、小對(duì)小進(jìn)行對(duì)接，控制簡(jiǎn)節(jié)對(duì)接錯(cuò)臺(tái)量在2mm以內(nèi)。主弦管裝配時(shí)將筒節(jié)長(zhǎng)度累計(jì)偏差全部留至拱腳，保持拱頂側(cè)在設(shè)計(jì)位置，待總成焊接完畢后再進(jìn)行余量切割，達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。

3.3總成誤差控制關(guān)鍵技術(shù)

在節(jié)段制造過程中，對(duì)拱肋線形及節(jié)段平面幾何尺寸通過地樣和儀器三維坐標(biāo)測(cè)量相結(jié)合的方法進(jìn)行精度控制，節(jié)段側(cè)面平面度及腹桿豎向位置以胎架面為基準(zhǔn)通過高程測(cè)量進(jìn)行控制?？偝刹捎门P式拼裝工藝。在總成制造時(shí)，將拱肋吊裝監(jiān)控點(diǎn)安裝在拱肋外側(cè)，為保證吊裝軸線準(zhǔn)確定位及胎架標(biāo)高水平一致。如有誤差，留至拱肋內(nèi)側(cè)，在安裝橫撐時(shí)調(diào)整消化。在吊裝過程中，標(biāo)高測(cè)量以上弦拱背為定位標(biāo)準(zhǔn)。所以在總成制造軸線定位時(shí)，以拱肋外側(cè)為準(zhǔn)，優(yōu)先保證外側(cè)線形，在主弦管及腹桿定位后，根據(jù)外側(cè)線形偏差預(yù)留焊接收縮量。腹桿安裝時(shí)，綜合拱肋線形偏差以及相貫線與主弦管的裝配間隙，合理分配，折中消化。待與主弦管連接的相貫線焊接完畢后，進(jìn)行接頭部件法蘭盤的調(diào)試焊接。待總成所有焊接量焊接完畢后，再進(jìn)行吊桿放樣開孔定位焊接，避免因焊接變形導(dǎo)致吊桿位置偏差。

3.4焊接誤差控制關(guān)鍵技術(shù)

焊接變形是焊接過程中普遍存在的問題。焊接均在焊接胎架上進(jìn)行。針對(duì)不同構(gòu)件，裝配間隙，采用不同的焊接順序。對(duì)于主弦管對(duì)接，由中至兩邊，隔倉(cāng)跳焊;對(duì)于片裝單元件的相貫線，采用對(duì)稱施焊;對(duì)于總成，先焊接腹桿橫隔相貫線，再焊接法蘭盤，最后進(jìn)行吊桿定位焊接。軸線偏小時(shí)，加強(qiáng)支撐，焊前進(jìn)行打磨預(yù)熱，焊接時(shí)分層分道，控制層間溫度，焊后覆蓋保溫。減少返修量，避免集中受熱變形。

4結(jié)語(yǔ)

超大跨徑鋼管拱肋制造質(zhì)量直接決定該橋的使用壽命。本橋通過對(duì)誤差控制管理，達(dá)到理想效果。完工線形、結(jié)構(gòu)尺寸100%滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。安裝連接精準(zhǔn)，接頭部件通孔率100%，法蘭面貼合緊密，間隙d0.2m，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。2020—01—10平南三橋拱肋實(shí)現(xiàn)高精度合龍，合龍口弦管對(duì)接誤差<3mm，拱軸線橫向偏位<10mm。在吊裝期間，順利召開世界拱橋大會(huì)，接受各界專業(yè)人士檢驗(yàn)，得到業(yè)主及外界人士的高度贊揚(yáng)，證明廠內(nèi)大跨徑鋼管拱拱肋制作的方法是可行的。