曹玉軍

（中交二航局結(jié)構(gòu)工程有限公司，湖北武漢 430000）

大跨鋼結(jié)構(gòu)箱梁橋現(xiàn)場焊接施工分析

曹玉軍

（中交二航局結(jié)構(gòu)工程有限公司，湖北武漢 430000）

鋼箱梁具有施工質(zhì)量輕、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，在城市立交工程中得到了廣泛的應(yīng)用。在鋼箱梁施工過程中，焊接施工是非常重要的一個環(huán)節(jié)，對工程質(zhì)量有比較大的影響。以實(shí)際工程為例，首先進(jìn)行工藝評定，然后對大跨度鋼結(jié)構(gòu)箱梁橋現(xiàn)場焊接施工技術(shù)進(jìn)行具體分析和探討。

鋼結(jié)構(gòu)箱梁橋；焊接工藝；橫隔板

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.40

0 工程概況

某大跨鋼結(jié)構(gòu)箱梁橋在施工時，鋼箱梁梁高為1.4 m，F(xiàn)匝道鋼橋的總長度為43.91 m，位于半徑900 m的豎向曲線，最高點(diǎn)樁號FK0+265。在加工鋼箱梁時，外側(cè)邊緣預(yù)拱度為19 cm。內(nèi)側(cè)邊緣的預(yù)拱度為1.8 cm，匝道鋼橋中施工長度為4492 m。以此工程為例，對大跨度結(jié)構(gòu)箱梁橋現(xiàn)場焊接施工技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

1 工藝評定

1.1 焊接工藝評定流程

（1）在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)制作工作前，必須完成焊接工藝的評定工作，編制焊接工藝的相關(guān)依據(jù)就是焊接工藝評定。在進(jìn)行評定試驗(yàn)的過程中，所選擇的母材應(yīng)該盡量和產(chǎn)品保持一致，試板的制備應(yīng)該盡量選擇和產(chǎn)品一致的母材。

（2）擬定焊接工藝相應(yīng)的評定方案。

（3）依據(jù)相關(guān)設(shè)計圖紙以及相關(guān)規(guī)定，對焊接工藝進(jìn)行評定驗(yàn)證，然后再編寫焊接工藝規(guī)程，編寫的依據(jù)為相應(yīng)的焊接工藝評定報告。

（4）在焊接工藝評定中，需要進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)。

（5）只有經(jīng)過監(jiān)理工程師審核通過后，相應(yīng)的焊接工藝評定試驗(yàn)所提供的結(jié)果才能生效。同時需要后續(xù)的生產(chǎn)過程中，進(jìn)行追蹤，檢查，然后對工藝進(jìn)行補(bǔ)充和完善。一旦發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量不穩(wěn)定或者質(zhì)量低下的產(chǎn)品出現(xiàn)，應(yīng)該立即停止使用。

（6）試驗(yàn)報告經(jīng)過相應(yīng)的審批后，需要進(jìn)行各種接頭的焊接工藝指導(dǎo)書的編寫。監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后，方可投入使用。

1.2 剪力釘焊接工藝評定

剪力釘?shù)暮附庸に囋u定流程：（1）應(yīng)該編制焊接工藝的計劃用書；（2）對焊接工藝進(jìn)行評定；（3）確定焊接工藝卡[1]。

1.3 火焰切割工藝評定

（1）在加工鋼材工作前，火焰切割工藝的評定，所用到的就是具有代表性的試件。如果在切割工作前，相關(guān)鋼材已經(jīng)做過除銹預(yù)處理同時已經(jīng)噴上車間底漆，那么進(jìn)行切割工藝的評定工作中，相關(guān)試件也需要涂抹相同的底漆。

（2）在進(jìn)行火焰切割工藝評定的過程中，如果鋼材厚度等于20mm，那么相關(guān)評定結(jié)果對厚度＜20mm的鋼材也適用，如果鋼材厚度等于40mm，那么，其工藝評定結(jié)果適用于厚度處于20mm和40mm之間的鋼材；如果鋼材厚度超過40mm，那么鋼材厚度每增加10mm，就需要進(jìn)行一次工藝評定[2]。

（3）在進(jìn)行火焰切割評定試驗(yàn)的過程中，需對熱量進(jìn)行驗(yàn)證，同時證明一下內(nèi)容：①確保切割面不存在任何裂紋；②保證局部硬度＜350 HV；③不存在對結(jié)構(gòu)使用性能產(chǎn)生影響的威脅。

2 施工過程

2.1 三維建模

圖1為憑借Solidworks所建立的電子模型。精準(zhǔn)的計算涂抹面積以及吊裝重量，同時調(diào)整鋼構(gòu)件焊接順序。

圖1 橫隔板三維圖

2.2 工廠內(nèi)加工

（1）測量放樣工作需要具體依據(jù)鋼箱梁平向、縱向以及橫向數(shù)據(jù)進(jìn)行，必須制作專用胎架，然后焊接牢固，同時應(yīng)該及時采取預(yù)壓措施。

（2）按照放樣尺寸進(jìn)行下料。在具體施工過程中，應(yīng)該嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)的工藝要求，對切割邊緣加工余量以及焊接收縮量進(jìn)行預(yù)留。在實(shí)施氣割工作前，應(yīng)該保證切割區(qū)域不存在鐵銹以及污物，完成氣割后應(yīng)該及時對飛濺物以及熔渣進(jìn)行清除[3]。

（3）組裝制作箱梁立體單元需要在胎架上完成。首先將底板坡口朝下進(jìn)行放置，為了使臺架上的定位標(biāo)記線和底板單元的定位線互相重合，需要對胎架上的底板位置進(jìn)行調(diào)整，在這個過程中，還需特別注意底板邊緣的預(yù)拱值；箱梁立體單元的具體組裝順序?yàn)椋合鹊装搴笾懈拱?、先底板后橫隔板、先底板然后邊腹板最后頂板。

箱梁的組裝以及焊接工作要在胎架上完成，然后進(jìn)行矯正修磨，繼而開始相鄰單元的對口拼接工作。

2.3 影響精度的關(guān)鍵工藝

2.3.1 箱梁尺寸控制

文章所涉及到的箱梁結(jié)構(gòu)具體為扁平鋼箱梁，屬于全焊板系結(jié)構(gòu)。在設(shè)計鋼箱梁結(jié)構(gòu)的過程中，具有較高的幾何精度要求，同時以制作假設(shè)的特點(diǎn)為基礎(chǔ)。在制作過程中，為了盡可能的降低溫差對板單元定位精度造成影響，同時也是為了更好的控制鋼箱梁的拼裝精度，需將關(guān)鍵部位的拼裝定在日出前、晚上或陰天進(jìn)行，比如邊副板單元的定位等[4]。

2.3.2 焊接變形控制

在進(jìn)行焊接箱梁的過程中，會對箱梁板尺寸產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而會造成箱梁結(jié)構(gòu)的線性變化。為了避免焊接殘余變形情況的發(fā)生，必須依據(jù)箱梁的相關(guān)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對焊接前、焊接中以及焊接后采取合理的措施進(jìn)行控制。

（1）焊接工作前，需對收縮量進(jìn)行合理設(shè)置。通過對鋼梁結(jié)構(gòu)的幾何尺寸控制點(diǎn)以及鋼梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行研究可知，焊接橫向收縮量會因?yàn)橄噜彾螌邮湛s量匹配以及寬度受到影響外，憑借一定的焊后處理措施，其他項點(diǎn)都可以達(dá)到相應(yīng)的焊接精度要求。對制作鋼梁段的幾何尺寸進(jìn)行控制的關(guān)鍵因素在于能否精準(zhǔn)的對焊接橫向收縮量進(jìn)行控制。

（2）焊接過程中的控制要點(diǎn)。在具體焊接施工過程中，焊接頂一記底板的時候，應(yīng)該使用實(shí)心焊絲CO2氣體進(jìn)行保護(hù)焊打底，然后再應(yīng)用埋弧自動焊填充蓋面的單面焊雙面成型技術(shù)。在進(jìn)行焊道打底的過程中，很容易出現(xiàn)焊接不良問題，諸如馬板根部出現(xiàn)收縮孔、反面成型不良以及弧坑裂紋等。在具體施工過程中，需要嚴(yán)格對焊道的相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行控制，在焊接熄弧處的過程中，為了能有效地解決此類根部熔合不良的問題，需憑借回焊20mm或者加快接頭速度，同時仔細(xì)考察焊接間隙是否有過大或者過小的現(xiàn)象，采用向前推活拉的方式加以解決。另外，完成首道埋弧自動焊縫后，再將襯墊去除，旨在對受熱下墜的焊縫金屬進(jìn)行推托[5]。為了能夠盡量縮小焊接變形，首道焊道完成焊接后，焊縫溫度降低到一定程度后將馬板進(jìn)行拆除。在鋼箱梁具體的焊接施工進(jìn)行中，為了可隨時對焊接變形以及焊接收縮量進(jìn)行控制，必須嚴(yán)格依照相應(yīng)的焊接順序進(jìn)行焊接。完成首個區(qū)域全部構(gòu)件的焊接拼裝后，對其進(jìn)行測量，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，形成報告。在具體施工過程中，各個階段的焊接需要在20℃或20℃相近溫度條件下進(jìn)行，如果不能滿足溫度條件，則需進(jìn)行精準(zhǔn)的計算，確定標(biāo)高值。

（3）焊接完成后對變形進(jìn)行矯正。如果T型鋼梁焊接后發(fā)生變形，應(yīng)該使用火焰進(jìn)行矯正，如果是因?yàn)榻呛缚p而造成的變形，通常采用的矯正辦法為：憑借中性火焰，順著焊縫對應(yīng)的背面凸起部位進(jìn)行加熱，加熱的方向始終保持線狀。

2.3.3 焊接變形監(jiān)測

為了對焊接變形措施是否有效進(jìn)行驗(yàn)證，完成鋼箱梁加工后，需檢驗(yàn)焊接變形情況，在規(guī)定允許范圍內(nèi)，確保外形尺寸焊接變形量檢驗(yàn)測量標(biāo)距取300mm，在檢測過程中，為了盡可能的降低溫差對測量精度造成影響，需將測量時間恒定。表1為不同部位的焊接變形測試結(jié)果。由檢測數(shù)據(jù)可得知2點(diǎn)。

表1 根部間隙對焊接橫向收縮的影響

（1）焊接條件一致，如果根部間隙有所增加，那么橫向收縮量也會隨之增加，兩者呈線性正相關(guān)關(guān)系。所以，為了能夠合理控制橫向收縮量，應(yīng)該適當(dāng)?shù)膶Ω块g隙進(jìn)行控制。

（2）焊接條件一致，如果板厚度有所增加，那么橫向收縮量也會隨之增加，但是板厚度對橫向收縮量的影響較根部間隙對橫向收縮量的影響要小。

3 焊接施工時的注意事項

（1）焊縫完成焊接工作后，應(yīng)及時對焊縫兩側(cè)以及表面的飛濺物進(jìn)行清理，然后將其打磨光滑后，方可繼續(xù)進(jìn)行焊接工作。

（2）在進(jìn)行焊接的過程中，焊縫之外的母材上不能隨意引弧，如果進(jìn)行的是自動焊接，必須應(yīng)用引弧板以及熄弧板。

（3）采取機(jī)械切除或者火焰切除的方法將碼板進(jìn)行切除，切除的過程中應(yīng)該注意，需要多留出（3～5）mm，在不傷及主材的基礎(chǔ)上，用磨光機(jī)將多余的部分進(jìn)行修磨，直至光滑。

4 結(jié)束語

綜上所述，大跨鋼結(jié)構(gòu)箱梁工程在施工過程中分段跨度比較大、預(yù)拱度比較高，因此需在施工前科學(xué)地制定焊接工藝，并計算伸縮量，在進(jìn)行施工時要嚴(yán)格進(jìn)行控制，保證工程施工精度可達(dá)到設(shè)計要求，為類似大跨鋼結(jié)構(gòu)箱梁施工提供了參考。

［1］李星榮，魏才昂，丁峙崐，等.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計手冊［M］.第二版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］孫同策.預(yù)制拼接連續(xù)剛構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與施工探討［D］.石家莊：河北工業(yè)大學(xué)，2002.

［3］于之翠.大跨結(jié)構(gòu)鋼箱梁焊接變形預(yù)測與控制的應(yīng)用研究［D］.秦皇島：燕山大學(xué)，2013.

［4］王凌波，朱季，宋一凡，等.基于實(shí)測溫差模式的大節(jié)段吊裝鋼箱梁焊接時機(jī)研究［J］.中國公路學(xué)報，2016（12）：85-92.

［5］季華榮，吳夢先.蘇州高架橋工程鋼箱梁制作技術(shù)［J］.鋼結(jié)構(gòu)，2010（12）：63-66.

［6］郭鐵鈞.高架橋?qū)挿撓淞喉斖剖┕ぜ夹g(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2009（5）：190-191.

［7］劉業(yè)雄.公路橋梁鋼箱梁頂推施工技術(shù)探討［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009（9）：65-66.

［8］白云.公路橋梁鋼箱梁頂推施工技術(shù)［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009（10）：69-70.

［9］宋金華,王紹賢，魏曉昕.江南湖心島橋鋼箱梁制造工藝［J］.科技資訊，2009（6）：92-93.

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〔編輯 利 文〕