拱桥箱型钢拱肋的制造技术

拱桥箱型钢拱肋的制造技术
肖晗
【摘要】With the development of the design of bridges, steel square-box-type arch bridges with box-type ribs have come into being in recent years. Being simple in shape and concise and lively in structure, steel box-type arch bridges tend more to be in agreement with the design of other urban scenery in style. As is known to us all, the making of all the steel square-box-type bridges in the past used to be based on forming curved lines
with fold lines. However, the Wuyuan Bridge （originally named the Zhongzhaiwan Bridge） located in Xiamen is a steel arch bridge based on forming curved lines with curved lines. With this steel square-box-type arch bridge as a practical example, in the paper dealt with are the technical measures and technical difficulties in the fabrication of curved-lined steel arch fibs,including the fabrication of web plates, upper and lower cover plates, diaphragm units, the precise control of the assembly of steel arch rib segments as well as the control methods of matching different steel arch rib box segments,and interface gaps. All these techniques can serve as a useful reference for the fabrication of other types of steel box ribs and box-type members.%随着桥梁设计的发展，近几年出现了拱肋为钢方箱型的拱桥，其造型更简洁、明快，更适用于城市的景观设计。

以往的钢方箱拱桥制造均是以折线构造曲线，而厦门五缘大桥（原名为钟宅湾大桥）的制造是以曲线构造曲线。

以此为例介绍了拱桥中曲线钢箱型拱肋的制造技术难点和工艺措施要求，主要包括腹板及上、下盖板和隔板单元的制造、钢拱肋节段组装精度控制、钢拱肋节段箱匹
配及接口间隙的控制方法等。

这些技术均可为其它类似的箱型拱肋及箱型杆件的制造提供借鉴。

【期刊名称】《国防交通工程与技术》
【年(卷),期】2012(010)003
【总页数】4页(P65-67,50)
【关键词】箱型拱肋;单元制造;节段组装;线形控制;接口间隙
【作者】肖晗
【作者单位】中铁宝桥集团有限公司,陕西宝鸡721006
【正文语种】中文
【中图分类】U448.22
1 概述
厦门五缘大桥主桥为（58＋208＋58）m三跨中承式钢—混凝土组合梁和钢拱肋
提篮拱桥［1］。

主跨吊索区主梁为简支漂浮连续体系，两端支撑在主拱横梁（ZGHL2）上；边跨主梁与边拱肋和拱上立柱固结，边跨主梁与主跨主梁在主拱
横梁（ZGHL2）上通过设置一道伸缩缝相接，两个主拱横梁（ZGHL2）上共设置
8个竖向支座，主跨主梁两端各设两个横向抗风支座。

主拱的矢跨比为1／4，边、主拱内倾10．6°，拱轴线线形为二次抛物线；边拱、主拱在拱脚处通过拱座连接，与主墩固结。

2 箱型钢拱肋结构特点及工艺难点
厦门五缘大桥中跨主拱采用矩形变高度钢箱加劲截面，拱轴线为二次抛物线，箱型
拱脚处截面梁高为4．5m，拱顶处截面梁高为2．5m，钢拱箱横向等宽为
2．5m，钢拱箱内采用板式加劲肋，标准间距为500mm。

中跨钢拱间设9道横
撑及横梁，以保证主拱的横向稳定。

中跨钢拱肋分为26个钢拱箱节段制造。

边跨钢拱也采用矩形变高度钢箱加劲截面，截面拱高由拱脚处4．25m向拱端渐变为3．0m，钢拱箱横向等宽为2．5m。

边拱箱间设2道横撑。

主跨2片钢拱分56
个钢拱箱段制造，4片边跨钢拱肋分16个钢拱箱节段制造。

拱轴线面及拱上顶面、拱下底面分别呈3条不同的二次抛物线面。

拱轴方程为：y＝（-0．004 807 7x2＋52）／cos10．6°，主拱钢拱肋高度变化方程为：h＝0．000 203 4（x-104）
2＋2．5。

五缘大桥概貌如图1所示。

图1 厦门五缘大桥概貌（单位：m）
箱型钢拱肋节段制造的工艺难点主要有以下几点：①箱型钢拱肋腹板单元制造精度的控制；②钢拱肋节段组装精度控制；③钢拱肋节段箱匹配及接口间隙的控制。

3 箱型钢拱肋制造主要工艺要点及控制措施［2］
3．1 钢拱肋节段加工制作的工艺方案
钢拱肋节段的制作思路为：先板块制作、后整体组装，即拱肋分外腹板单元、内腹板单元、下盖板单元、上盖板单元、隔板单元，先进行单元制作，下一步进行焊接（见图2）、修整、涂装组装成箱体。

下料时除隔板单元外均预留二次切割量，其中含钢拱箱段安装弹性压缩量及节段焊接收缩量（含环缝焊接收缩），以保证钢拱整体成型后的尺寸精度。

对拼接板采用一端先孔、一端后配孔工艺。

3．2 腹板单元制造
钢箱拱肋内、外腹板为侧向曲线形板件，腹板单元的上下边缘的曲线是控制钢拱肋曲线线形的关键点。

为了保证线形要求，对腹板单元两焊接长边整体切割，对坡口进行机加工，对其上的加劲肋进行预变形处理。

腹板板块制造工艺：
图2 钢拱箱段组装流程图（单位：mm）
（1）腹板下料。

由于腹板宽度约4 000mm，目前钢材供应商无法提供此宽度的
钢板，且有长度不足者及不同等级钢板对接的设计，因此须对钢板对接。

在专用平台上划钢板荒料对接坡口加工线并加工坡口，后拼装、焊接，板块间对接采用埋弧自动焊平位置焊接。

（2）加劲肋加工、组焊。

加劲肋经下料、调直后划线卡样板钻孔，然后加工焊接边及坡口，之后，对劲板进行预弯处理；在平台上划出纵横基准线及加劲肋位置线，按线上组焊加劲肋；确保加劲肋的相对位置及直线度、曲线度。

（3）修整及划线。

焊接后进行修整及划线，修正纵、横基准线，并以腹板宽度切边线。

（4）板块整体切割。

严格按设计要求的曲线整体数控切割两宽度长边，并机加工坡口。

制造车间数控设备无法真正完成二次曲线切割，借用微分的基本原理，按每100mm取折线切割曲线边，使得整个曲线边近似于二次抛物曲线，从而完成二次曲线边的整体切割。

3．3 上、下盖板单元制造
根据设计曲线方向，上下盖板虽为矩形板块，但沿厚度方向设有圆曲线，为了保证线形要求，组装加劲肋前进行曲线预变形处理；对其上的加劲肋，按设计线形要求数控下料，以达到要求的曲线线形。

另外，组装单元时，在专用胎架上进行，胎架上设有调整装置可调出要求的线形；加劲肋焊接在反变形胎架上进行，该胎架也应能保证曲线线形，且应严格按规定的焊接顺序进行施焊。

制造工艺：
（1）下料时长度、宽度方向均须留量；划线之后，利用滚圆机按线形要求，对盖板圆曲线部分进行滚圆预变形处理。

（2）加劲肋按设计要求的曲线线形，采用数控下料后划线，加工焊接边及坡口，在专用胎架上按线形组焊加劲肋，保证加劲肋的相对位置及直线度、曲线度。

（3）采用压力机结合火焰修整，修正纵、横基准线，以纵基线为基准划线加工两
长边焊接坡口。

3．4 隔板制造
隔板是箱形拱肋节段组装的内胎，其制造精度直接影响着节段的几何精度，故须对其制造精度加以控制。

在该钢拱肋节段隔板单元制造工艺设计中，优先选用数控火焰切割机下料，同时，组装加强圈后，尽量采用线能量较小的焊接工艺方法，以减小焊接变形，并根据壁板板厚偏差配刨隔板。

3．5 钢拱肋节段组拼
钢拱肋节段组拼在固定胎架上进行，如图3所示。

图3 钢拱肋节段组拼示意图
钢拱肋节段组装控制关键点：①箱口几何尺寸的控制。

②节段圆弧曲线的控制。

③节段扭曲变形的控制。

3．5．1 钢拱肋节段组装精度控制措施要点
（1）为了保证钢拱肋外形及几何尺寸，防止产生过大的内应力和减少焊接变形，钢拱肋焊接应采用合理的焊接顺序，遵循先内后外、先下后上、由中心向两边的施焊原则；根据焊缝接头形式及特点，选用有利于保证焊接质量及控制变形的焊接工艺方法。

（2）采用组装、修整相结合的组装原则。

由于钢拱肋节段断面大、组成零部件多、节段几何尺寸要求较高，为了保证整体组装质量，采取分步组装、分步修整的原则，以免整体组装完后修整困难。

（3）组装时严格按纵、横基准线及组装位置线对线组装，以保证各种板块单元的位置关系。

（4）根据以前钢拱箱口尺寸控制经验，并结合该钢拱肋结构特点，组装时在靠近端口处设置工艺隔板、在角部处设置可拆卸式临时定位马板以控制箱口尺寸。

（5）根据焊缝接头形式，确定合理的组装工艺尺寸，并在生产前期及过程中做好
跟踪摸索工作，不断总结和优化工艺，以保证箱口等主要尺寸项的控制工作，确保连接质量。

（6）组装时充分考虑圆弧线形，在节段专用胎架上组装时，对作为线形内胎的腹板单元的边缘线形先检测，合格后再组装隔板单元；组装内腹板后，利用顶紧装置，严格控制盖板与腹板的间隙；施焊主焊缝时应使节段处于水平状态，而且严格按工艺规定的焊接顺序进行施焊，以确保节段的线形和扭曲要求。

3．5．2 整体焊接
变形的控制
（1）预热措施：由于拱肋采用的板材均为中厚板，拘束度大，存在三向应力，而且焊接过程中接头冷速较快，焊后残余应力较大，易导致冷裂纹等缺陷的产生。

施工过程中应采取必要的预热措施以保证焊接接头的质量，另外通过焊接工艺评定试验确定合理的线能量，选定合理的焊接工艺参数。

（2）工艺控制措施：为尽量减小箱体的焊接变形，通过设计合理的坡口、焊接顺序和焊接方向予以实现。

箱体内侧焊接时采用分段同时施焊其内腹板箱体内侧的两条焊缝，同时施焊外腹板的外侧两条焊缝。

施焊完毕后翻身，施焊外腹板箱体内侧的两条焊缝，同时施焊内腹板外侧的两条焊缝。

3．6 钢拱肋节段箱匹配及接口间隙的控制
桥位架设中，拱肋箱段接口间隙的大小直接影响焊接质量及整体精度。

组装时，以腹板单元、隔板控制箱内尺寸，箱段两端纵向角焊缝预留300mm不焊，厂内预
拼装（如图4）时安装匹配定位件，桥位架设时复位，匹配件定好位，接口局部再用工艺马板固定，满足要求后进行环缝焊接。

一端口处（300 mm）设工艺隔板件控制箱口尺寸，保证箱体组焊质量。

在钢拱肋节段架设中，接口间隙的大小直接影响焊接质量及合龙精度。

拱肋节段预拼装中，调整好线形、接口间隙及相邻板块平面度后，安装临时连接件、止退板及拉紧装置，保证架设时梁段接口间焊接间隙。

图4 拱肋节段预拼装
4 结束语
以上箱型拱肋的制造技术为以后的曲线拱肋制造提供了可借鉴的经验：腹板上下边缘二次曲线的切割技术有效的保证了箱型钢拱肋的线形；钢拱肋节段组装精度控制方法、钢拱肋节段箱匹配及接口间隙的控制方法等，这些技术均可应用于其它类似的箱型拱肋及箱型杆件的制造。

参考文献
［1］彭建萍．五缘大桥钢箱提篮拱施工技术［J］．科技风，2009（6）：55，84
［2］铁道部山海关桥梁工厂．TB10212—98铁路钢桥制造规范［S］．北京．中国铁道出版社，1999。