马鞍山市阳湖塘大桥内、外拱制作技术措施

　　【摘要】阳湖塘大桥内、外拱呈抛物线型空间受力结构，拱表面为扭曲型曲面。造型轻盈美观，但构造复杂、质量要求高、制作难度大。通过事先的研究和对制作过程的总结，取得了钢结构异型件制造的一些经验，可为同行提供参考。
　　【关键词】拱结构，二次图转化，胎架，主焊缝，预拼装
　　1. 工程概况
　　阳湖塘大桥位于马鞍山市江东大道三期（九华路～东环路）跨越阳湖塘处，其结构为月牙型钢拱桥+连续桥梁，桥梁分为独立的四座桥。中间为二座预应力混凝土结构中桥，双向6车道，供机动车辆行使。边桥位于中桥二侧采用月牙型钢拱桥，全钢结构，造型轻盈美观；跨径布置为24m＋30m+90m+30m+24m，单桥全长198m，结构宽12.3m。90m跨采用四片抛物线型钢箱拱肋组成空间受力结构，内、外拱高分别为18m和22m两种，两侧30m跨采用四片半抛物线型钢箱拱肋组成空间受力结构，24m边跨为平衡跨，用于优化桥梁整体受力，边桥为景观桥，供行人和非机动车辆行使。
　　                    
　　2. 重、难点分析
　　2.1重、难点之一：抛物线拱体二次图转化。抛物线拱体的轴线参数：外拱计算跨径90m，拱高22m，拱肋钢箱截面顺时针扭转40°，之后拱肋钢箱整体内倾15°；内拱计算跨径90m，拱高18m，拱肋钢箱截面顺时针扭转30°，之后拱肋钢箱整体内倾5°上述数据是阳湖塘大桥钢结构工程制作难度最大的构件技术参数。由于钢结构详图深化软件XSteel所能提供的二次详图未能解决拱体壁板的展开放样。目前在钢结构加工行业也没有发现此类构件的成型设备，因此，将空间弯曲的拱体曲面展开及将展开后的平面板材加工成空间曲型板是此次钢结构制作成败的关键。
　　2.2重、难点之二：拱体制作技术。由于内、外拱结构外形比较特殊，箱形拱肋为双向弯曲，其变形加工及组装、焊接变形控制又是本工程重大难点。
　　3. 关键技术
　　3.1抛物线拱体二次图转化：由于拱体的空间弯曲及长细比过大，传统的手工钣金逐点描绘展开放样（如三角形法展开）在其精度、速度和效率已不能满足工程的要求。根据现有的3D工程软件SolidWorks2009，通过工程图纸给出的拱体轴线的抛物线公式、拱体截面尺寸及要求，将数据导入软件建立三维模型。
　　                     
　　　
　　　3.1.2通过运行SolidWorks插件3DQuickQuote逐面逐段将拱体展开（以上顶板为例）。选定第一段拱体上顶板面，然后设定展开基准面，运行即可形成展开轮廓线，依次类推，形成完整的轮廓。然后将此导入AutoCAD中进行编辑，形成可用图形。
　　3.2内、外拱制作技术。内、外拱制作工艺流程：原材料检验及抛丸、底漆→数控下料→胎架制作→拱顶板装配→拱下腹板装配→拱内径向、竖向横膈版、通长加劲肋装配→上腹板装配→拱内隔板、纵向加劲肋焊接→拱底板装配→检验合格后下胎架→四道主缝焊接→上胎架拼装检验→下胎架进入下道工序。
　　3.2.1胎架制作及现场控制。胎架用于拱段的组装和拱段焊接完毕的预拼装。由于内、外拱跨径均为90m、拱高分别为18m、20m二种，胎架布设面积较大，因此对厂房面积有一定的要求。为此，首先要根据厂房状况在预定区域建立平面坐标系，并用石灰线粗略标识出拱轴中心线位置，在轴中心线经过处地面上铺设钢板作业平台并固定牢固。根据拱体中心轴线及等截面弯曲的特点，在作业平台上放出拱体中心轴线地样，标明拱体中心轴线的中点，并作出拱胎模定型板的定位点、定位标高和拱体内隔板的定位线。为保证胎模定型板的准确和统一性，均采用数控切割下料。胎架就位后检查定位偏差，第一片胎架与最后一片胎架的高差不得大于10mm，相邻胎架的定位偏差不得大于2mm。胎架就位检查完毕后，将其固定焊接牢固。
　　
　　
　　                   
　　
　　
　　　　3.2.2内、外拱下料控制。由于内、外拱形状特殊，其零、部件必须全部采用数控切割机下料。下料前，技术人员根据来料情况制定下料光盘；操作人员要认真检查设备的性能，发现异常立即予以检查修理。每批首件下料结束后立即组织首检，经质量检查无误后方可成批量下料。每块零、部件下料后，操作人员要做详细的标识（包括材质、炉批号、零件编号）并码放整齐，严防混用。
　　3.2.3内、外拱箱体主板拼装焊接技术。由于内、外拱跨径较大，根据受力较小原则并取得设计部门同意，将内、外拱划分为不同的出厂单元，内拱标准段分为5段，加上两端拱脚，共7个出场单元，分段最大长度L＝18727mm、重11t，最小长度L＝16265mm、重10t，拱脚长度L＝4217mm、重3.5t；外拱标准段分为5个出厂单元，分段最大长度L＝24171mm、重14t，最小长度L＝16261mm、重10t。依据分段长度，根据需用的先后原则，对箱体主板进行拼装和焊接。这一道工序要抓住三个控制点：1、主板拼接料不可在箱体同一截面上，要相互错开200mm；每一块主板接缝也不可与箱体内隔板重缝。2、主板接缝时根据分段弧度要在主板设置轴线、在平台上设置矢高控制线，并在作业过程加强控制。3、箱体上、下腹板接料焊接成型后，需要在外侧打单面坡口；箱体下底板接料焊接成型后，需要在二侧打单面坡口。由于上述板面均为异形曲面，通常打坡口形式无法满足要求，因此，采用φ12钢筋按照曲径要求点焊在要打坡口的钢板表面，制成半自动切割机小车轨道，使用半自动切割机切割坡口，打好坡口后用磨光机清除钢板表面焊点。
　　3.2.4内、外拱装配技术。1、在拱胎模定型板定位并校核完毕后，以拱体中心轴线的中点为基准，预装拱体上顶板，通过适当的火焰矫正，将局部与定型模板不接触的地方矫正到位。2、预装下腹板，将局部与定型模板不接触的地方用适当的火焰矫正到位，然后与上顶板进行定位焊加固。3、将地样上的拱体内隔板的定位线引至上顶板及下腹板上，将拱内径向、竖向内隔板和下腹板通长加劲肋组装点焊上；为保证拱体下底板的顺利装配，在未装配上腹板之前先将下底板放至胎模上，经加工、矫正与胎模完全符合后，吊离胎模，然后再组装上腹板。4、上腹板组装矫正完后，依次将径向、竖向横膈板与顶板、上下腹板焊接，再将下腹板通长加劲肋与下腹板焊接，然后再将上腹板通长加劲肋组装就位并焊接。5、下底板就位装配，采用门架、千斤顶并辅助火焰矫正，在下底板矫正到位后与上、下腹板点焊牢固，至此，一榀拱装配基本结束，通过质量验收后就可吊下胎架进行主焊缝焊接。在拱组装时还应关注：使用火焰热矫正不能损伤母材，加热的温度应控制在900℃以下，严禁用水激冷。矫正后的允许偏差应符合GB50205-2001表7.3.5中的要求。
　　                    
　　3.2.4内、外拱主焊缝焊接。主焊缝焊接主要有二项关键点：1.如何保证每一拱段四条主焊缝质量为一级探伤缝；2.如何保证焊接后每一拱段不变形或变形较小。为了保证主焊缝质量，根据焊接工艺评定确定焊接方法：箱体内加忖板，用气保焊封底，埋弧焊作为主要焊接机具，采用单面焊双面成型技术。主要焊接参数如下表：
　　                　　    
　　1（封底） 气保焊 250∽260 28∽30 
　　2 埋弧焊 550∽600 26∽28 28
　　3∽4 埋弧焊 600∽650 30∽32 28
　　5∽6 埋弧焊 600 28∽30 28
　　控制焊接主焊缝时变形的最好方法是每一遍焊缝焊接结束后，每一拱段按照顺时针或逆时针（同一方向性）要求转换到下一道焊缝焊接，这样不停的翻转就能有效避免变形。
　　3.2.5拱体焊接完毕后，将拱体依次归位到胎架进行整体预拼装，对有局部焊接变形的进行矫正，其形式采用门架并辅以千斤顶、火焰、导链进行矫正，然后将与拱体连接的风撑、拱间联系梁等构件的定位线用样冲标画在拱体表面，按胎模地样切除预留量和对拱体段按图进行构件编号。上述工作全部结束后，经质量验收合格，就可将每一拱段吊下胎架进行油漆。
　　4. 结论
　　阳湖塘大桥内外拱经过二个月紧张制作，已全部结束，经过全体参战人员精心设计、精细管理、精确操作，该项目取得圆满成功，内、外拱共计48节拱段，主焊缝一次成型率100%，拱段预拼装时除少部分区域稍有变形外，绝大部分拱段保持设计状态，特别是没有当初最为担心的扭曲变形发生。整体预拼装效果也非常理想。不久，建成的阳湖塘大桥将为“江南一枝花”再添一朵奇葩。
　　参考文献：
　　【1】《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
　　【2】《低合金高强度结构钢》GB/T1591—1994
　　【3】《熔化焊用钢丝》GB/T14957—94
　　【4】《气体保护焊用钢丝》GB/T14958—94
　　【5】《低合金钢埋弧焊剂》GB12470
　　【6】《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》GB3323
　　【7】《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345
　　【8】《铁路钢桥制造规范》TB10212-98
　　【9】《焊接质量保证》GB/T1247～12469