1、 主桥钢梁制作1、主桥钢梁概况主桥上部结构连续钢桁系杆拱，桁宽 30.0m，采用三片桁架，变节间布置，除 3 个主墩墩顶采用 8 个 15m 节间，其余均为 12m 节间。主桁构件材质采用新 Q420qD 钢和 Q370qD 钢，桥面系采用 Q370qD 钢，联结系、轻轨采用 Q345qD 钢，辅助结构采用 Q235B。主桁杆件共有 1734 根，主桁弦杆采用整体节点，最大杆件重约 111t，全桥钢梁重约 82308t。由于桁拱相邻节间存在一定的夹角，主桁轴线为折线杆件。本桥钢材焊接材料及涂装材料品种分别见表 1 和 2。表 1 钢材焊接材料品种母材 埋弧焊焊丝 埋弧焊焊剂 手工焊条 CO2气
2、体保护焊丝Q420qD H08MnMoA HJ350 J557MoVQ370qD H08Mn2E/H08MnE SJ101q SHJ507Ni E712CQ345qD H08MnA SJ101q J507 E712CQ345 H08MnA SJ101q J507 H08Mn2SiA表 2 涂装材料品种涂装部位 涂层名称 涂层厚度特制环氧富锌防锈底漆 80m环氧云铁中间漆 80m杆件脂肪属聚氨脂面漆 80m1.1 钢梁制造工程主要内容材料采购;钢桁梁主体结构制造;厂内试拼装;运输到现场并配合安装;现场焊接;附属结构的桥面焊接和补涂; 涂装防护1.2 钢梁制造的特点及要点(1)特点跨度 2(284
3、)+(108+192+336+336+192+108)m 连续钢桁拱桥,整体节点。六线(高速双线、沪汉蓉双线、南京地铁双线)设计，钢桁桥与拱桥相结合，体系复杂。桥节间为变节间长度、变截面布置。桥梁杆件既有桁梁，又有桥面板；桥梁拼接既有栓接，又有焊接。杆件板厚、重量大、尺寸大，最大板厚 80mm、最大重量为 111t、最长杆件 27m。拱桁部分孔群多且系统线夹角都不相同。(2)制造难点及要点Q420qD 新钢种焊接、厚板焊接、熔透角接、板材对接熔透焊是本桥的难点，如何控制焊接质量、减少焊接变形和消除焊接残余应力至关重要。 特别是S24 整体节点，板厚为 80mm，要求角接熔透焊，保证焊接后构件尺
4、寸和孔群精度是一大难点。工地桥面板安装采用栓焊结构，如何控制焊接间隙、焊接收缩量、焊接约束应力是本桥的难点。由于节间变化和钢桁拱曲线变化导致每根杆件和节点板的孔位均不相同，构件规格品种繁多，孔群不一致，钻孔数量巨大，同时设计大量采用大尺寸节点板，最大节点板尺寸为 6633 mm8250mm,如何保证杆件和节点板平面度、制孔精度是实现拱桁成形、全桥零间隙合拢和保证桥梁几何尺寸的关键。设计要求全桥在工厂试拼后出厂，根据本桥设计特点，最大试拼节段达到 85m195m，对试装场地与设备能力要求非常高。材料品种多，量大。主桁构件材质采用新 Q420qD 钢和 Q370qD 钢，桥面系采用 Q370qD
5、钢，联结系、轻轨采用 Q345qD 钢，辅助结构采用 Q235B。材料共八万六百多吨，材料及焊材的管理如何防止混用非常重要。本桥单杆件重量大、有超长杆件，对杆件的吊装和翻转增加了难度，要求起重、运输能力高。根据本桥特点，如何保证配套发运，确保满足现场架设需要至关重要。2、关键工艺措施2.1 Q420qD 钢材焊接将通过一系列的焊接试验来确定焊接参数，选择合适的焊材、用小线能量、多道焊、预热及控制层温的办法来解决。施焊中严格防止氢的介入，既要防止冷裂，又要防止热裂。焊后进行热处理消除残余应力。施焊时用高水平的焊工操作。使用新焊接设备，电源装置采用稳压设备。按合理的焊接顺序、焊接方向、最佳的焊接工
6、位，严格执行规定的坡口及间隙对称施焊。2.2 本桥设计中杆件棱角坡口焊大都采用了深浅坡口，给机械开坡口及焊接带来了难度。坡口用刨床加工，坡口深浅处光滑过渡成斜坡。焊接时起熄弧在焊道之间错开至少 100mm。以上每次均打磨成斜度光顺过渡。Q420qD 厚板角接熔透焊如何保证焊接质量及变形是本桥的另一难点，解决办法：通过焊接试验，确定焊接参数，用远红外加热器温控仪控制预热，温度测量仪控制层间温度。焊接工位采用船形埋弧焊，反面清根气刨清理干净，焊接一次连续完成。焊接前采取反变形措施，焊接中随时测量变形量并采取措施。焊后在规定时间内热处理，消除残余应力，用检测手段检查焊缝质量，并检查有无层状撕裂。钢材
7、下料前矫平消除应力，下料后再次矫平消除应力，使零件内应力得到充分释放。横梁面板采用双面同时铣边、机械开坡口，严格控制面板的宽度尺寸和直线度，桥面板长度制造时留有余量，待最后再根据实际尺寸切割，保证横梁面板与桥面板间隙，施焊时采用工效高、线能量小、CO 2气体保护自动单面焊双面成型技术。为保证杆件钻孔尺寸，采用先打定位孔，再用整体覆盖模板钻孔，做到一次入胎，一次三维定位钻孔，确保杆件四面孔的同心度。钻孔前采用全站仪精密测量划线技术。大量节点板、拼接板采用数控钻孔技术，无法进入数控钻床的大型节点板，采用精密划线模板钻孔。本桥施工中还将采用精密切割技术，反变形技术、预防收缩量技术、单面焊双面成型技术
8、、预热、后热技术、切割面倒棱技术、消除应力捶击技术等。本桥要求主拱上、下平联，上、下桥面系、桥门架均需试拼出厂，将周密安排试拼轮次，满足工期需要，提供足够的场地、牢固的胎架、坚定的基础、大型汽车吊来完成。本桥同时采用三种不同的钢材，因此焊材也不同。为防止混料，将制订一系列的材料管理办法从标记、登记、利用、周转、余料等环节着手加强管理。自行编制钢板号，下料时根据排版图进行，钢板号移植到零件号上，组拼时零件号移植到杆件上。做到任何杆件的零件是由什么板号、炉号、材质组成的可以追溯，焊材也采用不同色标，采用不同颜色的焊丝盘，以示区别。长大件在制造中标出重心及吊点，采用先接料后加工的原则，吊装时采用磁力
9、吊具，采用钢绳、夹具吊装时防止损伤钢材表面，杆件翻转采用 2 台起重设备双钩空中翻身技术，由专用吊具来实施。3、加工场地及涂装场地钢梁生产分为三条流水线布置，分别在重型钢构厂、桥梁厂、结构厂生产。3.1 生产布置状况见附图 081-1：钢梁制造场地布置图(一)。3.2 桥梁厂见附图 081-2：钢梁制造场地布置图(二)。本工程主要承担任务：轻轨及桥面板(19262t)厂房：21m150m 两座；10t 桁车 5 台。厂房：24m100m 两座；32t 桁车 2 台；20t 桁车 2 台。杆件存放场地：150m300m。起重能力：桁车 10t(6 台)、16t(1 台)、20t(2 台)、32t
10、(2 台)。龙门起重机：100t (1 台 )、龙门起重机 50t (3 台)龙门起重机 16t (2 台)，门座吊机: 10t (1 台)3.3 结构厂见附图 081-3：钢梁制造场地布置图(三)。本工程主要承担任务 ：平面联结系及辅助结构(14197t) 厂房：21m100m 4 座 32t 桁车 2 台、20t 桁车 2 台、10t 桁车 4 台起重能力：龙门起重机 50t (3 台 )桁车 10t (6 台) 20t (2 台)3.4 重型钢构厂见附图 081-4：钢梁制造场地布置图(四)。本工程主要承担任务 ：主桁杆件(47701t)厂房：30m200m 厂房两座起重能力：桁车 20
11、t(4 台)、60t(2 台)、龙门起重机 60t (3 台)3.5 试拼场地(1)边跨：试拼节段 16m96m结构厂试拼场 38m200m 龙门吊 50t3 台(2)中支点处：试拼节段 77m183m重型钢构厂试拼场 120m250m 配 100t、50t、30t 汽车吊各 1 台(3)主跨拱肋段：试拼节段 35 m211 m 重型钢构厂试拼场 120m250m 配 100t、50t、30t 汽车吊各 1 台3.6 涂装场地桥梁厂涂装区：100m300m重构厂涂装区：40m300m涂装区有 3 个喷砂车间，1 座大型涂装厂房，20m30m 活动涂装厂房 4 座。4、钢梁制造方案4.1 生产工
12、艺技术准备(1)技术准备阶段根据大胜关长江大桥设计图纸、招标文件、合同文件、相关规范等要求，编制施工技术文件，并报监理工程师备案批准。报批文件包括：制造规程或规则；焊接工艺评定；材料申请单；施工图；工艺文件；工装胎架；检验规程、质量计划；材料采购、验收、发放管理办法；材料产品可追溯性办法，编码规则；各零部件制作工艺、工艺流程、组装装配规程、焊接工艺；零部件构件堆放、运输、保管办法；胎模架设计与管理办法；涂装工艺试拼方案。(2)施工准备阶段施工准备阶段涉及到材料采购、设备采购与大修、胎架制作与验收、焊接工艺试验评审、焊工培训、考试、仪器仪表校检、工厂技术交底、单件试制评审等。表 6.3 胎模主要
13、类型序号 胎 模 名 称 序号 胎 模 名 称1 工梁钻孔胎架 13 划线检测平台2 工梁组拼胎架 14 箱梁定位孔钻孔胎架3 工梁焊接胎架 15 节点板钻孔平台4 整体节点附件装配胎架 16 梁组拼胎架5 整体节点零件拼焊胎架 17 梁矫正平台6 对接平台 18 梁钻孔胎架7 箱梁组拼胎架 19 杆件腹板加装纵肋及焊接平台8 箱梁焊接胎架 20 杆件腹板加装纵肋矫正平台9 箱梁划线平台 21 桥面板组装、焊接刚性胎架10 整体节点箱梁定位孔钻孔胎架 22 桥面板矫正平台11 节点板钻孔模板 23 工厂试拼平台12 箱梁钻孔模板4.2 工艺试验(1)焊接工艺评定焊接工艺评定是编制焊接工艺的依据
14、，应在钢梁制造开工前完成。评定试验用的母材应与产品一致，尽可能选用碳当量偏高的母材制备完试板。选用的焊接材料应使焊缝的强度、韧性与母材相匹配。试板焊接时，要考虑坡口根部间隙、环境和约束等极限状态，以使评定结果具有广泛的适用性。根据大胜关长江大桥设计图纸和大胜关长江大桥制造规则的规定，编写焊接工艺评定任务书，模拟实际施工条件，逐项进行焊接工艺评定试验。针对本钢梁的接头形式、板厚组合，初步拟订了焊接工艺评定方案。用于钢梁的板对接、桥面板的板单元对接，钢梁整体制造以及工地焊接。厚板对接焊试验选择最佳焊接方法及参数。焊接工艺评定试验提供阶段性报告及最终报告，并在生产中跟踪、检查，补充和完善施工工艺。试
15、验报告按规定程序批准后，根据焊接工艺评定试验报告编写各种接头的焊接工艺指导书。由焊接技术人员根据焊接工艺指导书的内容组织焊接施工。焊接工艺评定试验提供阶段性报告及最终报告，并根据焊接工艺评定试验结果编制焊接工艺，送交监理工程师评审批准。未经监理工程师同意，不得更改焊接工艺及施工图对焊接的有关规定。焊接工艺评定可考虑请专家评审。(2)切割工艺试验为了确保切割面的质量，减少对母体金属机械性能的影响，保证切割的精度，选定切割变形小且效率高的切割方法，必须进行切割工艺试验。桥面板焊接采用强胎架刚性固定控制收缩、变形工艺、板件下料采用无余量切割，必须先进行相关工艺试验，取得工艺参数，并经监理工程师批准后
16、方可实施。(3)检查、检验设备工具在这次钢梁制造前，我们将按照我公司制定的检验、测量和试验设备控制、校准管理规定对钢梁制造中使用的检查、检验设备、工具进行校验和标定，从而保证钢梁的制造质量。(4)生产模拟试验生产模拟试验选择具有代表性的接头，重、厚约束焊。(5)杆件试制为验证图纸工艺工装胎架的合理性和准确性，我们准备在钢梁正式批量生产前先试制一根箱型杆件和一块钢桥面板，根据试制过程中出现的问题进一步完善制造工艺并组织召开工艺评审会。(6)材料复验采购的材料，必须有生产厂家的出厂质量证明书，并按现行有关标准进行复验，并做好复验检查记录备查，用于主要受力部位的 40mm 及以上厚钢板，应进行必要的
17、探伤检查。4.3 施工阶段施工阶段主要是各工序的实施；试拼出厂评审、存放、包装、发运、产品售后服务。(1)钢板校平钢板在下料前，根据不同的板厚分别采用不同的平板机进行校平。保证钢板平面度，消除钢板轧制内应力。(2)钢材预处理钢板在预处理流水线上完成抛丸处理和喷涂车间底漆工作，表面处理等级达到 Sa3.0 级,喷涂车间底漆一道，漆膜厚度 20m。(3)放样、下料采用计算机三维放样技术，对钢桁梁各构件进行准确放样，绘制各构件零件详图，作为绘制下料套料图及数控编制的依据。放样时按工艺要求预留制作和安装焊接收缩补偿量、加工余量及线形调整量。号料前核对钢材的牌号、规格、材质等相关资料，检查钢材表面质量。
18、号料严格按工艺套料图进行，保证主要构件受力方向与钢材轧制方向一致。钢材的起吊转运采用磁力吊具，保证钢板及下料后零件的平整度。形状复杂的板件采用数控切割机精确下料，直条板件采用多头精密切割机下料，少量简单件采用半自动切割机下料。节点板圆弧部分采用数控切割后，对局部缺陷进行修整，并用角向磨光机对切割边的两侧打磨倒棱。下料后的旁弯用火焰校正，局部不平用 60mm 平板机或压力机校正。(4)零件加工箱形杆件嵌入式盖板、隔板及 H、I 型杆件的腹板等板件必须采用铣边机铣边。铣边精度按工艺要求执行，板件达到精密切割要求的可不进行边缘加工，但必须对切割边的两侧打磨倒棱。需对接的板件应遵循先对接后加工的原则，
19、因对接产生的旁弯等误差可采用火工调校的方法矫正。然后划线，按基准线机加工。端头有磨光顶紧要求的杆件先钻孔，以孔为基准端铣端头，保证达到要求。坡口加工允许偏差应满足下表的规定。板件中坡口深浅不一，机加工开坡口时应设置过渡段，光顺过渡。(5)部件组拼所有杆件的组拼都必须在组拼胎架或平台上进行。整体节点杆件的内宽尺寸精度通过内隔板的精度来控制，两端采用临时隔板控制杆件外形尺寸。H、I型杆件尺寸控制采用腹板和盖板厚度实配的方法解决。所有杆件焊接收缩量及热矫正产生的收缩量在下料时放余量来控制。钢桥面板的组拼在专门的组拼胎架内进行，实现无码拼装板肋、纵、横梁和利用板肋、纵、横上钻好的孔定位。并标记基准边，
20、通过计算和实际测量焊接和矫正收缩量来确定钢桥面板的外形尺寸。(6)焊接根据焊接工艺评定试验的结论编制焊接工艺指导书，指导书应包括母材、焊接材料、焊接方法、焊接接头形式、组装要求及允许偏差、焊接工艺参数和焊接顺序、预热、后热和焊后热处理工艺以及焊接检验方法及合格标准等主要内容。焊接过程中应严格按焊接工艺指导书规定的工艺参数和焊接顺序施焊。1）焊条及焊剂使用前应按工艺要求进行烘烤。2）定位焊采用手工焊。3）多层焊接宜连续施焊，每一层焊缝焊完后应及时清理检查，如发现有影响焊接质量的缺陷，应清除后再施焊。焊道层间接头应平缓过渡并错开。4）施焊时母材的非焊接部位严禁引弧，对接、角接及 T 型接头焊缝应在
21、其两端设置引弧板，其材料和剖口形式与主桥构件相同。引弧和熄弧的焊缝长度：埋弧焊大于 80mm；手弧焊及气体保护焊大于 20mm。焊接完毕应采用火焰切割割掉引、熄弧板，并打磨光顺，不得用锤击落。5）所有焊接必须在组拼后 24 小时内焊接，超时应重新清理或烘烤，去湿处理后焊接。6）焊接环境湿度应小于 80%，温度不低于 5。7）埋弧自动焊在施焊时不宜断弧，如断弧必须将停弧处刨成 1：5 的坡，搭接 50mm 施焊，焊后好搭接部位修磨均顺。其回收焊剂距离不小于 1m，焊后应待冷却后再敲去熔渣。8）焊缝同一部位的返修次数，不宜超过两次。否则应经过技术负责人核准后，按返修工艺进行。9）焊缝坡口和间隙超差
22、时，不得采作填加金属块或焊条的方法处理。焊缝出现裂缝时，焊工不得擅自处理，应查明原因，按修补工艺进行处理。10）由于杆件棱角焊深浅不一致，先焊深坡口处，直至焊平后再一起盖面。焊缝上熄弧，必须错开焊道间至少 100mm 以上。焊前后对熄弧处必须打磨至斜坡。11）定位焊定位焊前必须按图纸及工艺文件检查焊件的几何尺寸、坡口尺寸、根部间隙、焊接部位的清理情况等，如不合要求不得定位焊。定位焊不得有裂纹、夹渣、焊瘤等缺陷。严禁在非焊接部位引弧。定位焊缝长可为 50100mm、间距 400600mm，焊脚尺寸不得大于设计焊脚尺寸的一半。定位焊缝应距工件端部 30mm 以上。如遇定位焊缝开裂，必须查明原因，清
23、除开裂的焊缝，并在保证杆件尺寸正确的情况下作补充定位焊。焊条、焊剂及焊丝的使用要求：焊条按规定的温度烘干、保温后方可使用，在使用过程中必须将焊条放在保温桶内，随取随用，不得随意将焊条乱放。焊剂中脏物和焊丝上的油锈等必须清除干净。预热温度、层间温度和线能量：a、Q420qD 钢的特点是既怕冷又怕热，怕冷就必须在焊接前进行预热，才能有效地防止裂纹，怕热就需要控制层间温度和焊接线能量。层间温度控制范围：上限不大于 200，下限不低于预热温度。焊接线能量：对接焊宜控制在35kJ/cm 左右，坡口角接控制在 44kJ/cm 左右，角接控制在 46kJ/cm 左右。b、Q370qD 钢有一定的冷裂敏感性，除了板厚小于 20mm 不预热外，其余都
