大跨径悬索桥钢箱梁制造关键技术研究

2010年11期(总第71期)

作者简介：姚志安(1978-)，男，工程师，从事公路工程施工研究。

1前言

随着中国交通事业的发展，尤其是最近十年来已进入交通发展的快速阶段，桥梁设计等级逐步提高，桥梁的跨径也大幅度增大。钢结构具有强度高、塑性和韧性好、重量轻、材质均匀、施工工期短等优点，在桥梁中被广泛使用。而扁平钢箱梁因其具有外形美观、抗风能力强等特点必将广泛为大跨径桥梁大范围采用，其关键制造技术也得进行研究。

图1悬索桥总体布置及钢箱梁断面图广州珠江黄埔大桥南汊桥为主跨1108m 的单跨钢箱梁悬索桥，主缆分跨为290＋1108＋350m ，中跨为悬吊结构，悬索桥总体布置及钢箱梁结构断面见图1。标准梁段长度为12.8m ，全桥共87个梁段。钢箱梁构件均采用低合金高强度结构钢Q345C ，钢箱梁为全焊结构，结构复杂，熔透焊缝较多，从而导致焊接难度和焊后变形及焊接残余应力较大，使箱体制造难度加大。同时，钢箱

梁隔板采取了整体式隔板、钢箱梁的拐角处采取了圆弧过渡形式也给制造也带来了一定的难度。因此钢箱梁制造关键技术在于焊接质量、焊接变形、横隔板单元制作及钢箱梁总拼控制。

2钢箱梁焊接质量及焊接变形控制技术

钢箱梁是悬索桥的承重结构，其顶板直接承受桥面车辆轮压作用，钢箱梁焊接质量的好坏直接关系到钢箱梁的受力安全，为保证产品整体质量，控制焊接变形，必须对钢箱梁焊接质量和焊接变形控制进行细致的分析，制定合理可靠的焊接工艺措施。2.1主要接头类型

广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁主要焊接接头形式有对接接头和角接接头两种，即：顶、底板的对接焊缝，横隔板的立位对接，U 形肋与顶、底板的坡口角接，斜顶板与人行道面板、斜顶板与顶板自然坡口熔透角焊缝等。

2.2各类焊缝焊接质量和变形控制2.2.1

U 形肋与顶、底板坡口角接焊缝的焊接和变形控制广州珠江黄埔大桥钢箱梁U 形肋板厚分别为顶板8mm ，底板6mm ，要求焊缝有效厚度≥0.8倍的U 形加劲肋的板厚，且不允许烧穿，并对焊缝进行超声波探伤检测。焊接以及焊接变形控制难度较大，经综合分析并结合焊接工艺评定试验，对U 形肋与顶、底板的坡口见图2角焊缝定位焊采用实芯焊丝（准1.0）CO 2气体保护半

大跨径悬索桥钢箱梁制造关键技术研究

姚志安1

，张太科1

，叶觉明2

，王秀菊

3

（1.广东省公路建设有限公司，广东

广州

510600；2.中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北

武汉430034；

3.中铁宝桥股份有限公司，陕西

宝鸡

721006）

摘

要：目前国内大跨径悬索桥钢箱梁多为全焊结构，具有结构复杂、熔透焊缝多，制造难度大等特点。本文以

广州珠江黄埔大桥悬索桥钢箱梁为研究对象，对大跨径悬索桥钢箱梁关键技术：焊接质量、焊接变形、横隔板单元制作及钢箱梁总拼控制等方面进行了研究。合理的工艺手段保证了产品的焊接和总拼质量，取得了良好的效果，实践表明焊缝一次探伤合格率达到96％以上，经过一次返修，超声波探伤全部合格。关键词：悬索桥；钢箱梁；制造；关键技术中图分类号：U44

文献标识码：

B

特别报道

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2010年11期(总第71期

)自动焊焊接，正式焊接采用药芯焊丝（准1.6）CO 2气体保护自动焊焊接。为保证焊缝有效厚度达到设计要求、控制焊接变形，通过试验设计了图3所示的焊接反变形胎架，使工件在近似船形位置的拘束状态下焊接。

图2U 形肋与顶、底板焊接坡口示意图

图3焊接反变形胎架示意图

整个板块采用同方向施焊，并采用合适的焊枪角度及焊丝送进位置以保证坡口根部熔合良好及焊缝表面成型质量，焊丝对正位置参见图4。焊接工艺参数见表1。超声波检测结果表明：采用上述工艺施焊的焊缝，有效厚度达到0.8～0.9倍板厚，满足设计要求。

图4焊丝对正位置示意图表1焊接工艺参数表

2.2.2顶、底板的对接焊接与收缩变形控制

顶、底板的对接采用实心焊丝CO 2气体保护焊打底，埋弧自动焊填充盖面的单面焊双面成型技术。在打底焊道中，过马板处容易出现根部缩孔、弧坑裂纹、反面成型不好以及间隙不匀所引起的焊缝根部熔合不良等问题。在生产过程中通过严格限制打底焊道工艺参数、熄弧处加快接头速度或回焊20mm 以上、针对过大或过小的焊接间隙采用向前推或拉的运条方式解决根部熔合不良的问题；并要求焊接完第一道埋弧自动焊后再去除衬垫，让受热下坠的焊缝金属有所依托，避免了由于打

底焊道较薄，焊缝受热后易下坠而导致反面余高过高等外观不良等问题；马板在第一道打底焊道焊接完成并等焊缝温度降低之后拆除，以减小焊接变形。

对接焊缝间隙控制在4～8mm 之间，生产过程中结合以往经验的同时，通过前期生产实测收缩值,使焊接收缩以及变形处于受控状态，从而保证了焊接质量和整个大桥的整体制造精度。

2.2.3横隔板对接焊缝的焊接与变形控制

广州珠江黄埔大桥悬索桥横隔板采用整体隔板形式，横隔板在长度方向采用立位对接，宽度方向不同于以前的搭接接头形式，采用仰横位对接，其接头形式见图5。立位和仰横位对接横隔板板厚为12mm 的，采用单面焊双面成型，背面贴圆弧槽陶质衬垫。对于特殊梁段部分板厚为16mm 的，考虑到单面焊接填充量大，焊接变形严重，所以立位对接采用双面V 形坡口进行焊接。横位对接16mm 厚板采用不对称K 型坡口，先焊接大坡口侧，再反面清根焊接小坡口侧，保证熔透。

对于较薄横隔板的焊接，采用单面焊接双面成型，

是一种可以保证焊接质量的好方案，但当板厚较大时，改双面坡口可以减小焊接填充量，降低劳动强度，并减小了焊接收缩和焊接变形量。实践证明焊缝一次探伤合格率达到96％以上，经过一次返修，超声波探伤全部合格

。

图5整体横隔板立位和横位对接坡口示意图/mm

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