李維強，趙澤華，關 勇，劉春鳳

（1. 中鐵山橋集團有限公司，河北 秦皇島 066205；2. 中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430000）

1 工程概況與結構特點

隨著我國大跨度鋼橋建設的快速發(fā)展，為了更有效地控制鋼橋制造和架設質量，減少工地架設工作量，大型鋼橋梁的大節(jié)段預拼裝已經由橋址逐漸轉移至工廠，這對于大跨度鋼橋的工廠化制造工藝與精度控制提出了前所未有的挑戰(zhàn)。與大跨徑鋼箱梁制造相比，大節(jié)段連續(xù)鋼桁梁空間桿件多、節(jié)點構造復雜，其制造精度與預拱度控制有其自身特點需要加以研究。

滬通長江大橋是世界上首座跨徑超過千米的公鐵兩用斜拉橋（如圖1 所示），大橋為雙層鋼桁梁結構，下層為4 線鐵路、上層為6 車道高速公路，其主 航 道 橋 跨 徑 布 置 為（140＋462＋1092＋462＋140）m，全長2296 m。主航道橋采用3 片主桁結構，采用“N”形桁式。標準節(jié)段主梁邊桁桁高16.0 m，中桁桁高16.308 m，桁寬2×17.5 m，每個主桁節(jié)點均設橫聯，全橋共劃分為95 個節(jié)段。標準節(jié)段公路橋面采用正交異性整體鋼橋面板結構，鐵路橋面采用整體鋼箱結構。公路橋面、鐵路橋面與主桁共同受力。弦桿頂板、底板均為平坡，公路橋面設2%單向橫坡，鐵路橋面設2%人字坡［1-3］。滬通長江大橋采用整體節(jié)段架設方案，標準梁段的2 個節(jié)間為1個整體全焊接節(jié)段。整體節(jié)段內部桿件之間采用焊接，整體節(jié)段間的上、下層鋼橋面頂（底）板的工地連接也采用焊接，整體節(jié)段間的上弦桿豎板和底板、下弦桿豎板、斜腹桿工地連接均采用高強度螺栓連接。

針對大橋的結構特點和節(jié)段間拼裝線形精度要求，分析研究認為，鋼桁梁廠制預拱度控制具有以下難點：整體雙節(jié)點弦桿結構復雜，制作難度大，組裝精度不易控制；焊接結構復雜，焊縫類型多樣，焊接變形難于控制，難以保證高強螺栓的連接精度；整體節(jié)段尺寸及重量大，對胎架制作精度及三維測控網的布置要求高。為此，在總結同類鋼橋加工經驗的基礎上，提出重點控制以下項點精度來保證廠制預拱度：（1）整體雙節(jié)點弦桿的制作精度控制；（2）桁片拼裝精度控制；（3）三維測控網的精準布置；（4）整體大節(jié)段的拼裝精度控制。

2 整體雙節(jié)點弦桿制作精度控制

大橋弦桿為整體雙節(jié)點弦桿，為了有效的控制焊接收縮量、制造變形量，保證桿件幾何尺寸、栓孔精度及孔群相互關系等關鍵項點質量［4-5］，制作過程中應重點控制以下四點。

2.1 內隔板精度控制桿件扭曲

內隔板作為箱形桿件幾何精度控制的一種胎型存在于箱體之中，其是控制桿件箱口尺寸、保證弦桿近端與遠端扭曲變形在≤2.0 mm 范圍內的重要零件，尤其要保證其板邊垂直度偏差控制在≤0.5 mm范圍內。為了嚴格控制內隔板的加工精度，制作時采用精密切割下料+機加工的工藝。內隔板組裝時必須劃線組裝，同向對稱施焊，以此保證豎板的直線度。

2.2 豎板單元精度控制桿件撓度

豎板單元由整體節(jié)點板、豎板及縱向板肋組成，其制作按照：零件下料→機加工→接料→組焊縱肋3 個步驟進行，其控制關鍵在于節(jié)點板精度控制與接料直度控制。對于寬度較大的節(jié)點板，應先完成鋼板接荒料再整體數控下料來確保節(jié)點板外形尺寸，通過五接一接長而成。接料位置按規(guī)范注意避開孔群及桿件主要焊縫位置，節(jié)點板下料趕平后精確劃線，包括斜桿、豎桿軸線、水平中心線及對接端機加工線。

按照桿件L＞8 m，旁彎f≤3.0 mm 的允許偏差對豎板單元進行機加工控制，同時確保下弦桿的兩個節(jié)點板中心距滿足±2.0 mm 范圍內的精度要求，在組裝箱體過程中，避免其在與上、下水平板無間隙組焊時，隨彎就彎。

2.3 弦桿孔群精度保證起拱精度

弦桿在兩端設置連接孔群，孔群精度直接決定鋼桁梁的起拱精度。整體節(jié)點弦桿的節(jié)點部位斷面大，采用傳統(tǒng)的制孔方法工序多，工藝復雜，立體劃線等人為因素影響較大。故采用雙龍門三維數控鉆床（如圖2 所示）同時施鉆弦桿兩端的螺栓孔［6-7］，以其精準聯動，具有自動檢測桿件的旁彎、扭曲等功能，可以保證豎板極邊孔距偏差在1.0mm 范圍內。該設備具備X-Y-Z三軸同時施鉆，可以確保不同平面栓孔的縱向、橫向不錯位，同時保證兩側豎板栓孔的同心度偏差控制在1.0 mm 范圍內。

2.4 雙節(jié)點弦桿保證拼裝線形精度

大橋的拼裝線形主要是通過折線形雙節(jié)點弦桿來實現拱度控制，即，豎板接料時是以系統(tǒng)線為基準，同時注意兩個節(jié)點板與三個豎板的上端對齊，使縱向各基準點成一條折線，線形在節(jié)點處有角度改變，由于該線形是組裝箱體的縱向基準線，所以豎板對接時直線度及其折點位置、折線角度尤為重要，以某節(jié)段邊桁上弦桿為例，系統(tǒng)線形如圖3 所示。對于不同位置的節(jié)段折角方向及其角度大小都是各不相同的。

3 三維測控網的構建

為了對節(jié)段拼裝過程、節(jié)段尺寸精度進行隨時監(jiān)控調整，構建包括水準測量網、平面線形控制網及全站儀測量基站等在內的三維測量控制網，如圖4 所示。使用全站儀和經緯儀，通過測量控制網對胎架及節(jié)段的所有測量點進行直接、準確地監(jiān)測，避免累計測量的誤差。拼裝拱度值按照設計、監(jiān)控給定線型確定，拱度依靠承重支墩上的墊板及調節(jié)塊的標高調節(jié)，利用水準儀、水準控制點進行測控。

4 整體大節(jié)段的拼裝精度控制

4.1 桁片組裝精度要求

主桁桁片為全焊接結構，焊接收縮量和變形量為控制重點，因此需要對其尺寸進行嚴格控制，既要保證桁高、對角線差，又要保證主桁與橫梁的連接，同時還要避免箱口對接發(fā)生錯口情況。參照如圖5所示的主桁尺寸，主桁尺寸允許偏差如下：桁高H允許偏差+2.0～+4.0 mm；1/2 斜桿接口位置H1允許偏差+1.0～+2.0 mm；斜桿中心線長度L5允許偏差0～+3.0 mm；錨點與節(jié)點中心水平距離L0允許偏差0～+3.0 mm；對角線差│L2－L3│允許偏差不大于3.0 mm；節(jié)點中心距L1允許偏差－1.0～+3.0 mm；弦桿端部孔與節(jié)點中心距L0允許偏差0～+2.0 mm；極邊孔距L允許偏差0～+2.0 mm；斜豎桿蓋板接口錯位不大于1.5 mm；平面度不大于3.0 mm；桁片平面外彎曲不大于4.0 mm；桁片扭曲不大于3.0 mm；相鄰整節(jié)段的上下弦桿及斜腹桿的中心線匹配偏差控制在不大于±0.5 mm。

4.2 連續(xù)匹配拼裝工藝

桁片組裝采用多節(jié)段連續(xù)匹配拼裝的方案，桁片組裝與試拼裝同時進行，要求每一輪不小于4 個桁片，在上一輪拼裝完成后留下一段作為下一輪的母段參與拼裝，從而保證相鄰桁片之間的順利連接；其拼裝順序為定位上下弦桿→拼裝腹桿→焊接腹桿與下弦節(jié)點之間焊縫→焊接腹桿與上弦節(jié)點之間焊縫。4 個節(jié)段主桁組裝示意如圖6 所示，拼接板制孔采用平板數控鉆床鉆孔。

為避免誤差累積，每個節(jié)段桁片組裝完成后均要測量，測量合格后方可焊接。桁片組裝過程中除對本項目制作規(guī)則上列出的各控制項點進行控制測量外還需對圖6 所標注的項點進行測量控制。

4.3 整節(jié)段拼裝精度控制

在主桁桁片、公路橋面板塊、鐵路鋼箱橋面以及橫聯片體拼裝焊接并檢測合格后，進入整節(jié)段拼裝，整節(jié)段拼裝采用多節(jié)段連續(xù)匹配拼裝，首輪首段拼裝順序與其他整節(jié)段稍有不同，首段是按照一側鐵路鋼箱橋面就位→中間桁片拼裝→另一側鐵路鋼箱橋面拼裝→兩側桁片拼裝→橫聯片體拼裝→上層公路橋面板塊拼裝的工藝順序拼裝，而后續(xù)整節(jié)段則是在已拼裝完成的整節(jié)段上首先定位拼裝中間桁片，然后再拼裝兩側鐵路鋼箱橋面，后面順序與首段相同。

鋼桁梁整體拼裝在大型專用拼裝胎架上完成，外胎的制作精度直接影響節(jié)段的拱度。在胎架制作完成后對節(jié)段節(jié)點與環(huán)口處支墩標高進行測量，嚴格控制胎架標高在±1 mm 以內，每輪次整節(jié)段拼裝完成后進行整節(jié)段預拼裝檢測，主要包括：

1）測量整節(jié)段接口尺寸（桁寬、桁高、對角線差、橋梁中線位置、主桁中心距、拱度、面板坡度，如圖7 所示），要求同一整節(jié)段的兩片整體桁片桁高偏差方向一致，且保證桁片垂直度在允許偏差≤3.0 mm 的范圍內。保證橋位栓孔通過率及連接質量；鋼桁梁整體拼裝線形靠胎架來保證，拱度值利用可調楔形支墩進行調整（如圖8 所示），節(jié)段與中軸線偏差利用胎架支墩的滑移支座調節(jié)（如圖9所示）。

2）進行整節(jié)段預拼裝長度、節(jié)間長度、旁彎、軸線及錨點間距的測量，測點布置在主桁中心線上，利用全站儀測量各點三維坐標，保證整節(jié)段拼裝幾何尺寸精度；利用精密水準儀在節(jié)段拼裝完成后對橋面節(jié)點和環(huán)口處的標高進行測量，測量整節(jié)段拱度及面板坡度，與測量的接口尺寸共同組成一整套準確的拼裝數據，確保拱度值在制造驗收規(guī)則要求范圍內［8-9］，拱度測點示意如圖10 所示。即：當計算拱度f≤60 mm 時，允許偏差±3 mm；當f＞60 mm 時，允許偏差±5f/100，且≤10 mm。對整個節(jié)段進行軸線偏差測量，確保拼裝誤差在允許偏差的±1.5 mm 范圍內，整節(jié)段預拼裝項點測量如圖11 所示。

3）整節(jié)段拼裝完成后將主桁架中心線（橫、縱向）、拱度、橋梁中心線等測點清晰的刻劃在整節(jié)段表面，作為橋位安裝定位以及連接施工的基礎［10］。

4.4 焊接變形控制

整體桁片在拼裝過程中，焊縫為熔透焊縫，易產生焊接變形，而一旦焊接成整體桁片后剛度又很大，變形極難修整。為保證主桁片桁高和螺栓孔連接精度，在主桁桁高方向預留3 mm 焊接收縮量，桁片組裝時腹桿與上弦桿用限位檔角限位不要點焊，待腹桿與下弦桿焊縫完成后再定位焊接，使之在下弦節(jié)點焊接時腹桿在長度方向上有自由伸縮的空間，減少焊接收縮對桁高的影響。采用多節(jié)段連續(xù)匹配拼裝，利用工藝拼接板預先用沖釘螺栓拼接后再進行焊接，在焊接、矯正完成后，更換成成品拼接板復位連接驗證接口栓孔通過率，確保栓孔率達100%；采用隨時監(jiān)控跟蹤反饋修整預留量，選用高級焊工、機器人焊接焊縫，確保焊縫一次合格率。焊接過程嚴格按照焊接工藝規(guī)定的焊接參數進行焊接，采用線能量小的焊接方法；多層多道焊，要做到雙面對稱施焊，盡量減少焊接變形，確保桿件尺寸。

5 結 語

現代大跨徑連續(xù)鋼桁梁橋越來越多地采用大節(jié)段整體制造和架設工藝，本文結合滬通長江大橋的鋼橋制造實踐，提出了大節(jié)段鋼桁梁的廠制預拱度及高精度拼裝的控制工藝，主要包括以下三方面：

（1）通過加強對內隔板、豎板單元的制造精度、弦桿制孔精度、弦桿系統(tǒng)線形精度的控制，保證了上、下弦桿件的扭曲、撓度、線形拱度滿足設計規(guī)范要求，從而實現整體雙節(jié)點弦桿的高精度制造。

（2）三維測控網的精準布置，可以對拼裝胎架以及大節(jié)段的整個拼裝過程進行直接、準確的監(jiān)測，以便隨時監(jiān)控調整，避免因測量不及時產生的累計誤差影響拼裝精度。

（3）采用連續(xù)匹配拼裝工藝，加強對桁片拼裝、整節(jié)段拼裝尺寸精度、拱度、軸線精度以及焊接變形的控制，實現整體大節(jié)段的高精度拼裝。

通過上述關鍵項點的控制，保障了大橋的高精度合龍，表明了廠制預拱度控制工藝實用可行，為類似鋼桁梁預拱度的控制提供了理論依據和實踐經驗。