CN115365690A - 一种大型钢桥梁s690高强钢大截面箱型拱肋的建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型钢桥梁S690高强钢大截面箱型拱肋的建造方法,主要包括如下步骤：步骤1：顶、底板单元制造；步骤2：腹板单元制造；步骤3：拱肋横隔板单元制造；步骤4：节段拼装；步骤5：拱肋节段焊接；与现有技术相比，本发明的有益效果为：对全焊S690级高强钢大截面箱型结构，根据结构形式及高强钢材质的特性，通过制作胎架，约束焊接变形，并提高效率；通过制定装配流程及焊接顺序，选定相匹配的焊接方法，减小拱肋焊接变形和焊接残余应力，最终保证拱肋节段精度尺寸一次性达标。
Description
技术领域
本发明涉及钢桥梁箱型拱肋制造技术领域，尤其涉及一种大型桥梁S690级高强钢大截面箱型拱肋的建造方法。
背景技术
随着国内交通工程的快速发展，大跨度桥梁建设的需求越来越多，钢构桥梁的类型及钢桥材质也越来越多样化，
目前技术难点：由于拱肋跨度大、节段数量多，为了保证最终拱肋的尺寸精度符合要求，必须要对每节段拱肋的制造精度提出更高的要求，而拱肋复杂的结构形式，纵横交错的焊缝，导致拱肋节段焊接变形难控制，现场施工难度大，工期长等问题。
为了给大型桥梁减重，提高拱肋的承载能力，拱肋材质由普通合金钢升级为S690级高强度合金结构钢，S690级高强钢有较大的淬硬倾向，焊接时易出现冷、热裂纹，对焊接工艺要求较高，焊接变形量大，焊接质量难保证。
如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型桥梁高强钢大截面箱型拱肋的建造方法，对全焊S690级高强钢大截面箱型结构，根据结构形式及高强钢材质的特性，通过制作胎架，制定装配流程及焊接顺序，选定相匹配的焊接方法，减小拱肋焊接变形和焊接残余应力，最终保证拱肋节段精度尺寸一次性达标。
本发明是通过如下措施实现的：一种大型桥梁高强钢大截面箱型拱肋的建造方法，包括以下内容：
步骤1、设计制造顶、底板单元及腹板单元胎架；
步骤2、制作顶、底板单元及腹板单元；顶、底板及腹板布置在胎架上、定位划线，安装I肋，采用焊接小车两侧对称焊接I肋，焊接方法：药芯焊丝CO2气保焊,焊材：TWE-110K3；
步骤3、制作拱肋横隔板单元，焊接方法：手工电弧焊SMAW,焊材：EV 11018；
步骤4、布置拼装胎架，布设地样线，划出横、纵向基准线及隔板定位线，使用全站仪复测每一个定位节点；
步骤5、组装腹板单元；吊装腹板单元组装至拼装胎架上，使之与车间地样线对齐，检查内腹板单元与牙板贴合度；
步骤6、组装横隔板单元；吊装、定位横隔板，保证横隔板与内腹板垂直度，安装斜撑；安装隔板T肋组件，保证T肋开口及对角线尺寸；定位焊长度为100mm，间隔800mm,焊角为6mm；横隔板与内腹板定位焊；
步骤7、顶板、底板安装；顶板、底板分别从侧面插进去，使用千斤顶、手拉葫芦调校顶板、底板单元，保证顶、底板下边缘与腹板的圆弧面贴合，安装外侧面整体支撑，横隔板与顶、底板定位焊；
步骤8、外腹板安装；吊装、定位外腹板单元，保证外腹板I肋能够装进隔板I肋穿越孔，使用千斤顶、手拉葫芦调校顶板、底板单元，保证顶、底板上边缘与外腹板的圆弧面贴合；复核拱肋箱体整体尺寸，横隔板与外腹板定位焊；
步骤9、横隔板与内、外腹板、顶、底板之间的箱体主角焊缝焊接采用手工电弧焊打底，埋弧焊填充盖面，焊条：EV 11018，埋弧焊焊丝：T Union SA 3NiMoCr，焊剂:UV 418 TT；
步骤10、拱肋节段焊接：首先焊接下侧腹板与隔板的焊缝，其余三面间断焊。对拱肋小节段进行翻身180°。完成另一侧腹板与隔板的焊接。最后完成顶底板与隔板的焊接；
步骤11、大截面箱型拱肋整体为S690级别高强度钢材，根据各焊缝形式及焊接位置，选择匹配的焊接电流、电压、线能量，预热温度150℃，整个构件焊接过程中，温度保持150℃~200℃，焊后后热280℃*2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：对全焊S690级高强钢大截面箱型结构，根据结构形式及高强钢材质的特性，通过制作胎架，约束焊接变形，并提高效率；通过制定装配流程及焊接顺序，选定相匹配的焊接方法，减小拱肋焊接变形和焊接残余应力，最终保证拱肋节段精度尺寸一次性达标。
附图说明
图1 为本发明实施例的拱肋结构示意图。
图2 为本发明实施例的拱肋顶板单元胎架示意图。
图3 为本发明实施例的拱肋底板单元胎架示意图。
图4 为本发明实施例的拱肋顶底板单元I肋安装示意图。
图5 为本发明实施例的顶底板I肋焊接顺序示意图。
图6 为本发明实施例的腹板单元胎架示意图。
图7 为本发明实施例的腹板隔板组件安装示意图。
图8 为本发明实施例的横隔板结构示意图。
图9 为本发明实施例的内腹板单元上胎架示意图。
图10 为本发明实施例的横隔板安装示意图。
图11 为本发明实施例的横隔板临时支撑示意图。
图12 为本发明实施例的顶底板安装示意图。
图13 为本发明实施例的外腹板安装示意图。
图14 为本发明实施例的拱肋节段焊接顺序示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，拱肋节段包括呈弧形并且相对设置的顶板与底板、在边沿部位连接顶板与底板的腹板、及位于顶板、底板、腹板构建的空间内侧若干隔板组成，顶板、底板以及腹板为I肋板单元，隔板分为实腹式隔板、空腹式隔板及锚拉隔板，内部构造参见图1。
顶、底板单元制造。
1.1设计制造顶板单元、底板单元胎架。胎架弧度按照拱肋弧度设计,板单元胎架顶部使用钢板数控切割成顶板弧形，用作成形模板，参见图2、图3。
1.2检验顶、底板钢板尺寸，合格后在顶板上划出顶板中心线，以顶板中心线为基准划出隔板中心线、I肋中心线、隔板端部线；划出I肋安装线，标识出拱肋方向，靠拱脚方向增加30mm余量。
1.3顶、底板为圆弧形，使用卷板机加工出圆弧。
1.4顶、底板分别布置在各自的胎架上，利用钢板自重及卡马板使顶板、底板与胎架弧形贴合。
1.5按照定位线安装I肋，使用卡马压紧I肋，保证I肋与隔板相交位置定位精确，重点检查隔板位置I肋开档，垂直度，参见图4。
1.6安装I肋前需将焊接位置附近50mm范围打磨干净。
1.7定位焊固定I肋，定位焊使用焊条：EV 11018，定位焊前对焊接区域预热150℃，预热使用电加热，由持证焊工进行定位焊，定位焊使用手工焊条进行。定位焊长度75mm~100mm，焊角6mm，间隔约400mm一段。定位焊避开与隔板相交位置；定位焊后对焊缝后热、保温。
1.8 I肋正式焊接采用机械小车CO2药芯焊丝气保焊，双小车同时焊接I肋，参见图5；焊前安装卡马，卡马仅与胎架焊接，与产品钢板严禁焊接，焊前预热至150℃，焊接层间温度控制150℃~200℃，焊材选用TWE-110K3，焊接电流190~230A,电压23~26V，线能量1.8~2.5KJ/mm，焊接小车即将到达时将对应位置的加热垫取下，焊接小车走过后立即将加热垫铺回。I肋按照顺序进行焊接，焊后对焊缝后热280℃*2h。
1.9 火焰校正。I肋焊接完成后在板单元背面进行火焰校正，校正温度不得超过590℃。随时使用测温枪监控温度。
步骤2：腹板单元制造。
2.1 设计制造腹板单元胎架，参见图6。胎架顶部水平，使用激光水准仪检验胎架水平。
2.2 腹板为平面钢板，使用数控切割形成所需形状，检验尺寸合格后，在腹板上划出隔板中心线、I肋中心线、隔板端部线；划出I肋端部线。靠拱脚方向增加30mm余量。
2.3 腹板布置在腹板胎架上，使用L形卡马固定四周。安装I肋，安装时需按照划好的安装线调整I肋弧度，确保I肋安装位置与安装线偏差不大于2mm。使用卡马压紧工装压紧I肋，核查I肋定位精度和垂直度后定位焊固定。
2.4 按步骤2中6-10要求定位、焊接I肋，注意I肋端部200mm暂不焊接。
2.5 安装隔板组件。本腹板单元需要安装4个隔板组件，参见图7，安装隔板组件前需将焊接位置附近50mm范围打磨干净；调整I肋穿越孔，确保穿越孔与I肋的装配间隙不大于2mm。同时隔板组件端部应与端部线对齐。
2.6 定位焊固定隔板组件，定位焊前对焊接区域预热150℃，预热使用电加热，由持证焊工进行定位焊，定位焊使用焊条：EV 11018。定位焊长度75mm~100mm，焊角6mm，间隔约400mm一段。定位焊避开与隔板相交位置；定位焊后对焊缝后热、保温。
2.7 隔板组件焊接。焊前预热至150℃，焊接层间温度控制150℃~200℃，最外侧I肋外侧暂不焊接,焊材选用TWE-110K3，焊接电流190~230A,电压23~26V，线能量1.8~2.5KJ/mm,焊后对焊缝后热280℃*2h。
步骤3：拱肋横隔板单元制造
3.1 拱肋中的隔板单元均起到结构组装时的内胎作用。其制造精度会影响到箱梁、拱肋的几何尺寸及端口匹配精度。
3.2 横隔板按照结构形式包括3种，A类为整体横隔板，B类为锚点内部加强横隔板，C类为拼接横隔板，参见图8。
A, B类隔板制造流程如下：
单元主题零件下料完成后检查各主要尺寸，开口位置。
确认无误后布置在在水平胎架上。按照横隔板构件图在隔板上画出各加筋板的安装线。
按照准确的安装线完成各零件的组装，最后完成焊接。
焊后检查隔板单元平整度，对超差位置进行火焰校正。
C类隔板制造流程如下：
隔板分为4个T形组件预制，在T形组件面板上画出安装线。
3.3 装配、焊接T形组件。
3.4 将4个T形组件装配成隔板，完成焊接。
3.5 焊后检查隔板单元平整度，对超差位置进行火焰校正。
隔板与拱肋焊接：定位焊和正式焊接采用手工电弧焊，焊条:EV 11018，电加热配合火焰加热预热、后热，焊后保温缓冷。
步骤4：节段拼装。
4.1 拱肋节段组装采用卧拼方案，按照“底板单元→横隔板单元→腹板单元→顶板单元”的顺序，实现立体阶梯式推进，逐段组装与焊接。
4.2 拼装胎架选用H=800mm的标准胎架，胎架布置完成后与车间预埋件焊接牢固，胎架牙板布置在拱肋节段隔板位置，根据相应隔板位置腹板的宽度设置牙板宽度，检测胎架水平，允许偏差±1mm。
4.3 地样线设置；根据拱肋制造线型在车间地面布设地样线，划出拱肋节段的横向基准线、纵向基准线，并以横纵基准线为基准划出隔板的定位线及隔板处节段轮廓点，使用钢卷尺绘制地样线后必须使用全站仪复测每一个定位节点。
4.4 组装腹板单元，参见图9；吊装腹板单元组装至拼装胎架上，以车间地样线定位，使腹板单元与车间地样线对齐，检查内腹板单元与牙板贴合度,并根据地样线复核隔板安装线。
4.5 组装隔板单元，参见图10。
4.5.1 据腹板的隔板定位线定位实腹式隔板，严格保证横隔板与内腹板的垂直度。
4.5.2 吊装横隔板，横隔板吊装落位后不得松钩，立刻进行斜撑安装，参见图11，斜撑必须固定牢靠，螺栓处于拧紧状态，此状态不松钩,横隔板的直线度可使用斜撑和码板进行微调。
4.5.3 根据内腹板上的隔板中心线安装隔板T肋组件，保证横隔板T肋与内腹板的垂直度，保证T肋开口及对角线尺寸。
4.5.4 将隔板与内腹板点焊固定,从中间向两侧定位横隔板，距离端部30mm不焊，定位焊长度为100mm，间隔距离为800mm,焊角为6mm。完成定位焊后，方可松钩。
4.5.5 横隔板定位完成后，根据WPS焊接隔板与内腹板之间的焊缝。
因拱肋材质为S690级别高强度钢材，所有工艺撑通过夹板与隔板、I肋螺栓连接，禁止在构件上随意焊接。
4.6 顶板、底板安装，参见图12。
4.6.1 分别吊装拱肋顶板、底板单元已横向基准线定位顶底板单元。
4.6.2 顶板、底板分别从侧面插进去，保证顶板、底板上的所有I肋能够进入隔板的穿越孔内。
4.6.3 使用千斤顶、手拉葫芦调校顶板、底板单元，保证顶、底板下边缘与腹板的圆弧面贴合。
4.6.4 安装外侧面整体支撑，保证所有支撑位置与顶板、底板贴紧。
4.6.5 按照焊接工艺规程要求点焊隔板与内腹板、顶板、底板的焊缝。
4.6.6 拆除隔板上工艺撑。
4.7 外腹板安装，参见图13。
4.7.1 调整隔板T肋组件2、3的档距，吊装外腹板单元，保证外腹板I肋能够装进隔板I肋穿越孔。
4.7.2根据横纵向基准线定位内腹板单元，使用千斤顶、手拉葫芦调校顶板、底板单元，保证顶、底板上边缘与外腹板的圆弧面贴合。
4.7.3复核拱肋箱体整体尺寸（包括箱体长、宽、高、对角线、旁弯、拱度等），尺寸复核无误后按照焊接工艺规程要求焊接隔板与腹板、顶板、底板与隔板的焊缝。
步骤5：拱肋节段焊接
为减小拱肋焊接变形和焊接残余应力，需按图14所示顺序进行焊接。首先焊接下侧腹板与隔板的焊缝，其余三面间断焊。对拱肋小节段进行翻身180°。完成另一侧腹板与隔板的焊接。最后完成顶底板与隔板的焊接。单个小节段内部焊接结束后完成小节段之间的对接焊缝。
5.1 隔板焊缝焊接。按照图14隔板焊接顺序焊接隔板与隔板、隔板与腹板之间的焊缝。
拱肋棱角焊接。
5.2 按照图14拱肋棱角焊接顺序焊接焊接腹板与顶底板之间的焊缝。使用焊条对箱体内侧焊缝打底焊，然后利用二氧化碳气体保护焊进行填充。
5.3 在箱体外侧碳刨清根并焊接填充，焊缝7采用埋弧焊，焊丝:T Union SA3NiMoCr，焊剂:UV 418 TT，焊接电流550～650A，电压29～32V，焊接速度410～480mm/min，焊接线能量2.0～3.0KJ/mm；焊缝4采用二氧化碳气体保护焊,焊材选用TWE-110K3，焊接电流190~230A,电压23~26V，线能量1.8~2.5KJ/mm。
5.4 为减小焊接变形，内外侧焊缝焊接时交替进行。焊缝5和焊缝6完成坡口深度一半的焊接，其他焊缝全部完成焊接。
5.5 将拱肋节段整体进行180°翻身，利用埋弧焊接完成焊缝9的剩余焊缝，利用二氧化碳气体保护焊完成焊缝8的剩余焊缝。
Claims (4)
1.一种大型钢桥梁S690高强钢大截面箱型拱肋的建造方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、制作顶板单元、底板单元及腹板单元胎架；
S2、制作顶板单元、底板单元及腹板单元：顶板、底板及腹板分别设置在各自相应胎架上，定位划线，分别在顶板、底板以及腹板上，安装I肋，采用焊接小车两侧对称焊接I肋，焊接方法：药芯焊丝CO2气保焊,焊材：TWE-110K3；
S3、焊接制作拱肋横隔板单元：焊接方法：手工电弧焊SMAW,焊材：EV 11018(Φ3.2/Φ4.0mm)；
S4、布置拼装胎架，布设地样线，划出横、纵向基准线及隔板定位线，使用全站仪复测每一个定位节点；
S5、组装腹板单元：吊装腹板单元组装至拼装胎架上，使之与车间地样线对齐，检查内腹板单元与牙板贴合度；
S6、组装横隔板单元：吊装、定位横隔板，保证横隔板与内腹板垂直度，安装斜撑；安装隔板T肋组件，保证T肋开口及对角线尺寸；定位焊长度为100mm，间隔800mm,焊角为6mm；横隔板与内腹板定位焊；
S7、顶板、底板安装：顶板、底板分别从侧面插进去，使用千斤顶、手拉葫芦调校顶板、底板单元，保证顶、底板下边缘与腹板的圆弧面贴合，安装外侧面整体支撑，横隔板与顶、底板定位焊；
S8、外腹板安装：吊装、定位外腹板单元，保证外腹板I肋能够装进隔板I肋穿越孔，使用千斤顶、手拉葫芦调校顶板、底板单元，保证顶、底板上边缘与外腹板的圆弧面贴合；复核拱肋箱体整体尺寸，横隔板与外腹板定位焊；
S9、横隔板与内、外腹板、顶、底板之间的箱体主角焊缝焊接采用手工电弧焊打底，埋弧焊填充盖面，焊条：EV 11018，埋弧焊焊丝：T Union SA 3NiMoCr，焊剂:UV 418 TT；
S10、拱肋节段焊接：首先焊接下侧腹板与隔板的焊缝，其余三面间断焊；
对拱肋小节段进行翻身180°；完成另一侧腹板与隔板的焊接；最后完成顶底板与隔板的焊接；
S11、大截面箱型拱肋整体为S690级别高强度钢材，根据各焊缝形式及焊接位置，选择匹配的焊接电流、电压、线能量，预热温度150℃，整个构件焊接过程中，温度保持150℃~200℃，焊后后热280℃*2h。
2.根据权利要求1所述的大型钢桥梁S690高强钢大截面箱型拱肋的建造方法，其特征在于，步骤s1中顶板单元、底板单元及腹板单元胎架分别包括成若干支撑部以及设置于支撑部上的成型模板，其中顶板单元、底板单元的成型模板弧度按照拱肋弧度制作。
3.根据权利要求1所述的大型钢桥梁S690高强钢大截面箱型拱肋的建造方法，其特征在于，s2中制作顶板单元、底板单元包括如下步骤：
检验制作顶板、底板的钢板尺寸，合格后在相应钢板上划出中心线，以中心线为基准划出隔板中心线、I肋中心线、隔板端部线；划出I肋安装线，标识出拱肋方向，靠拱脚方向增加30mm余量；
使用卷板机将前述钢板加工出圆弧；
所述钢板分别布置在各自的胎架上，利用钢板自重及卡马板使其与胎架弧形贴合；
按照定位线安装I肋，使用卡马压紧I肋，保证I肋与隔板相交位置定位精确，重点检查隔板位置I肋开档，垂直度，参见图4；
安装I肋前需将焊接位置附近50mm范围打磨干净，
定位焊固定I肋，定位焊使用焊条：EV 11018，定位焊前对焊接区域预热150℃，预热使用电加热，由持证焊工进行定位焊，定位焊使用手工焊条进行；
定位焊长度75mm~100mm，焊角6mm，间隔约400mm一段；定位焊避开与隔板相交位置；定位焊后对焊缝后热、保温；
I肋正式焊接采用机械小车CO2药芯焊丝气保焊，双小车同时焊接I肋，参见图5；焊前安装卡马，卡马仅与胎架焊接，与产品钢板严禁焊接，焊前预热至150℃，焊接层间温度控制150℃~200℃，焊材选用TWE-110K3，焊接电流190~230A,电压23~26V，线能量1.8~2.5KJ/mm，焊接小车即将到达时将对应位置的加热垫取下，焊接小车走过后立即将加热垫铺回；I肋按照顺序进行焊接，焊后对焊缝后热280℃*2h；
火焰校正：
I肋焊接完成后在板单元背面进行火焰校正，校正温度不得超过590℃并随时使用测温枪监控温度。
4.根据权利要求1所述的大型钢桥梁S690高强钢大截面箱型拱肋的建造方法，其特征在于，s2中制作腹板单元包括如下步骤：
设计制造腹板单元胎架，胎架顶部水平，使用激光水准仪检验胎架水平；
腹板为平面钢板，使用数控切割形成所需形状，检验尺寸合格后，在腹板上划出隔板中心线、I肋中心线、隔板端部线；划出I肋端部线；靠拱脚方向增加30mm余量；
腹板布置在腹板胎架上，使用L形卡马固定四周；安装I肋，安装时需按照划好的安装线调整I肋弧度，确保I肋安装位置与安装线偏差不大于2mm；使用卡马压紧工装压紧I肋，核查I肋定位精度和垂直度后定位焊固定；
定位、焊接I肋；
安装隔板组件：腹板单元具有4个隔板组件，安装隔板组件前需将焊接位置附近50mm范围打磨干净；调整I肋穿越孔，确保穿越孔与I肋的装配间隙不大于2mm；
同时隔板组件端部应与端部线对齐；
定位焊固定隔板组件：定位焊前对焊接区域预热150℃，预热使用电加热，由持证焊工进行定位焊，定位焊使用焊条：EV 11018；
定位焊长度75mm~100mm，焊角6mm，间隔约400mm一段；定位焊避开与隔板相交位置；定位焊后对焊缝后热、保温；
隔板组件焊接：焊前预热至150℃，焊接层间温度控制150℃~200℃，最外侧I肋外侧暂不焊接,焊材选用TWE-110K3，焊接电流190~230A,电压23~26V，线能量1.8~2.5KJ/mm,焊后对焊缝后热280℃*2h。
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