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悬索桥钢箱梁工地焊接工艺与质量控制


悬索桥钢箱梁工地焊接工艺与质量控制 时间:2005-09-04 10:18:56 黄大元 1 , 周昌栋 2 , 宋官保 3 ,陆永军 4 (1.湖北省交通厅,湖北 武汉 430014;2。宜昌长江公路大桥建设开发 公司;3.宜昌市公路管理局;4.宜昌市交通基本建设质量监督站) 摘 要 : 悬索桥钢箱梁工地焊接不同于工厂制造,施工环境严酷,工地焊接质量、精

度控制十分关键。 文中结合宜昌长江公路大桥工程实际, 主要介绍了钢箱梁工地焊接工艺、 焊接精度控制以及焊缝质量控制采取的措施和效果。 关键词: 关键词 : 钢箱梁;工地焊接;工艺与质量控制

1 概述 宜昌长江公路大桥是一座跨度为 960m 的全焊加劲钢箱梁悬索桥,主梁两端竖向支座 中心长度为 955.8m,全桥共 80 个梁段,分为长 12.06m 的标准节段 76 个,长 7.332 m 的端头节段 2 个,长 13.488m 的跨中节段 2 个。主桥行车道主梁为扁平流线型全焊加 劲钢箱梁结构,结构全宽 30m,中心梁高 3m,顶板宽 22m,上斜腹板宽 1.2m,人行道 悬臂梁宽 2.8m,底板宽 18m,下斜腹板宽 3.2m。桥面设有双向向外对称 2%的横坡, 人行道设有向内 1.5%的横坡(图 1)。

图 1 钢箱梁横断面图(单位:cm)

2 工地焊接主要工作内容及特点 2.1 工地焊接主要工作内容 钢箱梁工地焊接主要包括梁段环缝对接、嵌补段对接。梁段环缝对接系指面板、底板、上 斜腹板、下斜腹板、人行道板纵向对接焊缝。环缝焊接完成后,再进行结构嵌补段焊接, 有 U 形肋嵌补段、球扁钢嵌补段、路缘石嵌补段。全桥环缝 79 条,长度为 4470m;U 形肋 2844 件,长度为 6428m;球扁钢 6478 件,长度 7256m。 2.2 工地焊接的特点

工地焊接不同于工厂焊接,工地焊接属高空野外作业,焊接质量受风吹、日晒、雨淋、 大雾等不利自然气候因素影响,加之钢箱梁箱体内通风差以及高空作业,施工作业环境严 酷;而另一方面,工地焊接直接影响成桥线型和总体质量控制,这就要求必须严格制定工 地焊接工艺及其实施细则,采取有效措施,高标准地保证焊接质量。 3 工地焊接工艺 宜昌长江公路大桥钢箱梁采用分段制造,梁段间连接为全焊结构。为了保证工地焊接精度 和焊缝质量,针对宜昌长江公路大桥工地焊接具体条件,先后制定了《宜昌长江公路大桥

钢箱梁梁段工地装焊施工组织设计》、《宜昌长江公路大桥钢箱梁梁段工地焊接装配工艺 规程》、《宜昌长江公路大桥钢箱梁梁段工地焊接工艺细则》。桥上对接焊接施工由跨中 中间梁段开始逐步向两岸方向扩展,环形焊缝及内部构件对接焊缝均采用衬垫焊焊接工 艺,焊缝间隙可以在一定范围内调节,有利于成桥线型控制。环形焊缝焊接收缩量因受施 工状况的影响需要在现场根据实际情况确定。为保证施工质量和施工效率,工地接头焊接 大量采用 CO2 气体保护焊、半自动焊和埋弧自动焊的高效焊接工艺;嵌补段采用手工焊 接或 CO2 气体保护焊的焊接工艺。 现就具体内容介绍如下: 1) 工艺流程图(图 2)

图2

钢箱梁工地焊接工艺流程图

2) 对接环缝装配及焊接工艺

首先,按设定的间距装配调整两梁段,保证两梁段间焊缝间隙和相邻梁段的高差,再

用大型定位马板点焊固定;二是矫平梁段对接壳板的错边量,用火焰校正,再装定位马板 点固;三是清磨焊缝口、焊缝背面贴陶质衬垫,用 CO2 自动焊打底施焊,再用 CO2 自动 焊进行填充施焊;四是用埋弧自动焊进行表面施焊。 4 钢箱梁工地焊接的质量控制 钢箱梁工地焊接控制的两个要点是各工序各环节焊接精度和各道焊缝的质量。 4.1 工地焊接精度控制 宜昌长江公路大桥由于梁段数量多,梁段与梁段对接焊缝收缩量难以控制,变化量累计起 来数量较大,所以梁段成桥工地焊接精度控制对钢箱梁焊接成桥总长度显得尤为重要,主 要分以下几个要点: ①钢箱梁工地接头装焊精度控制 钢箱梁全部吊装成桥后,经检测中心线(桥轴线)标高及长度等实测项目合格以后,工地 接头装焊从桥正中向两岸方向逐条环缝进行焊接施工。施工中着重保证三个控制点的精度 及质量。 第一点精度控制是调整施工环缝相邻两梁段的间距,按经过微调处理过的本环缝梁段间 距,误差≤0.5mm 来定位,用定位专用马板固定好相邻梁段。 第二点精度控制是调整梁段接口处的钢板对接平整度。钢箱梁壳板对接拼板平整后,其错 边量<1mm。对于错边量大的板边,先用火焰校平,再用马板点固。 第三点精度控制是保证环缝每道焊缝的焊接质量。焊接参数一定不要超出焊接评定参数范 围。工地焊接的防风防雨设施要完整齐全。 钢箱梁工地接头壳板焊接完工,经检验合格后,再装配其梁段内部结构嵌补段。桥面板下 的 U 型肋嵌补段根据实测长度尺寸,用 U 型肋自动切割机按实配尺寸现场切割,既保证

了其装配精度,又保证了焊缝间隙。底板上球扁钢嵌补段的焊接坡口是其焊接质量的一个 保证点,因而其坡口都是在厂内用半自动切割机加工的。 ②钢箱梁成桥总长的精度控制 钢箱梁成桥总长的设计温度与钢箱梁制造温度及钢箱梁焊接温度不一样,再加上钢箱梁数 量多,其对接环缝焊接收缩量难以控制。因而为确保钢箱梁成桥总长,必须从钢箱梁下料 的长度开始,一直到钢箱梁工地焊接都要对其精度进行控制。 ③钢箱梁对接焊缝收缩量的控制 钢箱梁对接环缝施焊前,在钢箱梁面板、底板、上下游两边的焊缝两侧各 300mm 处用钢 划针刻上距离标记,并测量对接环缝间隙。 钢箱梁对接环缝焊接完后,检测钢划针所刻标记,测量出环缝壳板焊接收缩量。环缝嵌补 段焊接完工后,再检查钢划针所刻标记,测量出环缝收缩量。由于宜昌大桥钢箱梁工地焊 接是在白天进行,钢箱梁受日照时间较长,钢箱梁受温度影响较大,上午装配好的一个梁 段间的对接环缝,报检时,焊缝间距为 6mm,下午焊接时,发现焊缝间距变成了 4.5m m,有时为 3.5mm。如果焊缝间间隙过小会影响焊接的透溶性;间隙过大,则焊接收缩 量也变大。为此,在上午装配环缝时,间隙取正公差,同时增加装配定位马板的数量,增 大环缝的刚性。 经多次监测焊缝收缩量的实际结果,发现梁段对接环缝焊接间隙与焊后的收缩量成正比关 系。焊缝间隙为 5mm 与间隙为 10mm 施焊后,其收缩量相差 2~4mm。因此,掌握了 温度对焊缝间隙的影响程度,准确控制焊缝间隙,也就掌握了焊后收缩量的变化规律。 ④钢箱梁工地焊接总长的精度控制 宜昌长江公路大桥钢箱梁总长公差为+300~-100mm,即钢箱梁总长可以在 958.1~9 58.5m(20℃),其最短和最长相差 400mm。一般情况下,设计通常取正公差,离标准

长度越近越好。 钢箱梁最终的总长度精度控制是通过各道工序施工过程中的精度控制来实现的。为了控制 主桥钢箱梁的总长精度,首先设定梁段对接焊缝间隙。主桥 80 个梁段,79 条梁段对接焊 缝,其焊后收缩量累计起来较大。考虑到焊接收缩量,在钢箱梁无余量下料时,其梁段对 接焊缝间隙设定为 4~8mm,,另外在现场施工中跟踪测量,超出了设定变化量就要在后

一条予以修正。如在钢箱梁工地焊接施工中,其一条环缝焊后比设定收缩量多收了 2mm, 则在其后一条环缝施焊时,将其焊缝间隙加大 2mm,以补偿其收缩量超差值,若收缩量 太大,可以分为两次补偿;相反若收缩量较小,则进行负补偿。 宜昌长江公路大桥 80 个梁段焊接完工后,经测量总长为 958.298mm,比设计标准值多 98mm,完全符合要求。 4.2 工地焊接焊缝质量控制 4.2.1 质量控制措施 钢箱梁工地焊接除工厂焊接质量控制措施外,结合工地施工作业条件,尚应注意以下 焊接要求: ①由于江面湿度相对较大,阴天及早晚应注意防潮; ②桥面焊接一定要在风雨棚内进行,风雨棚应有足够的强度、刚度且能牢靠地固定在桥面 上; ③钢箱梁内通风差,夏天温度高达 70℃,加之焊接烟雾不能及时排除,劳动条件严酷必 然影响焊接质量,必须采取有效措施创造良好的劳动条件; ④正式施焊前,应按焊接工艺评定提供的工艺参数在试板上进行试焊,直至符合规范要求 后,才能正式施焊,严禁在母材上随意打弧;

⑤贴置陶质衬垫时,衬垫中心线应与焊缝中心线“重合”,衬垫与钢板应贴合紧密、牢靠,

焊缝间隙不得小于 4mm,否则应修整; ⑥焊接过程中,为了保证桥梁总长和成桥线型,应全过程进行监控,发现异常应及时调整 焊接顺序及间隙;

⑦工地焊接环缝共加焊 16 块焊接试板,试板在焊后进行 100%X 光射线探伤,并做拉伸、 弯曲及-20℃低温冲击试验; 4.2.2 质量控制效果 所有工地焊接焊缝必须按照设计和技术规范的要求内容和频率进行外观检查和内部无损 探伤检验。质量监督部门按照一定的频率对环缝、球扁钢、U 形肋焊接焊缝进行了检测, 工程质量鉴定为优良。 5 结束语 悬索桥钢箱梁工地焊接施工难度大,质量、精度要求高,必须针对性制订工艺规程,采用 有效措施,解决高空和野外作业对焊接质量的影响,保证钢箱梁工地焊接精度及焊缝外观 和内在质量。


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