杨永强，等：小拼装场地下大型钢箱梁拼装与架设技术 小拼装场地下大型钢箱梁拼装与架设技术 杨永强 刘春凤魏云祥 （中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛０６６２０５） 摘要：介绍某大型钢箱梁的工地拼装与架设技术，此拼装场地小，组装时不能采取梁段纵向中心线与门机轨道平 行的多梁段整体拼装技术，只能采取单梁段整体拼装技术，梁段纵向中心线要与门机轨道垂直，且拼装胎架简单可 拆卸。由于同一梁段不设拱度，在方便车间生产的同时，也为单梁段拼装提供了便利。桥上梁段间环焊缝及Ｕ肋 嵌补段焊缝均为焊接连接。工程已顺利完工，可为类似工程提供参考。 关键词：钢箱梁；拼装；架设；胎架 Ｄ０Ｉ：１０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－９９６３．２０１３．０６．０１７ ＴＨＥ ＡＳＳＥＭＢＬＩＮＧ＆ＥＲＥＣＴＩｏＮ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ ｏＦ ＬＡＲＧＥ—ＳＣＡＬＥ ＳＴＥＥＬ ＢｏＸ ＧＩＲＤＥＲ ＩＮ ＳＭＡＬＬ ＡＳＳＥＭＢＬＩＮＧ ＹＡＲＤ Ｙａｎｇ Ｙｏｎｇｑｉａｎｇ Ｌｉｕ Ｃｈｕｎｆｅｎｇ Ｗｅｉ Ｙｕｎｘｉａｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｈａｎｈａｉｇｕａｎ Ｂｒｉｄｇｅ Ｇｒｏｕｐ，Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６２０５，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ａｎｄ ｅｒｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｓｔｅｅｌ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ ｙａｒｄ ｉｓ ｔＯＯ ｓｍａｌｌ ｔｏ ａｌｌｏｗ ｍｕｌｔｉ—ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｔｏ ａｓｓｅｍｂｌｅ ｔｏｇｅｔｈｅｒ．Ｓｏ ｏｎｌｙ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒｅ ｌｉｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｈａｌｌ ｂｅ ｖｅｒｔｉｃａ１ ｔｏ ｔｈｅ ｒａｉｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｒｔａ１ ｃｒａｎｅ．Ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｊｉｇｓ ａｒｅ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｅａｓｉｌｙ．Ｉｔ ｉｓ ｅａｓｉｅｒ ｔｏ ｆａｂｒｉｃａｔｅ ｉｎ ｗｏｒｋｓｈｏｐ ａｎｄ ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｉｎ ｓｉｔｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｉｔ ｈａｓ ｎｏ ｃａｍｂｅｒ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ ｓｅｇｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ａｒｅ ａｌｌ ｗｅｌｄｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｓｔｅｅ１ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ；ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ；ｅｒｅｃｔｉｏｎ；ａｓｓｅｍｂｌｙ ｊｉｇｓ １概述 取单梁段整体拼装技术，且梁段纵向中心线要与门机 近年来，大型钢箱梁在其跨径上不但越来越大， 轨道垂直。本文对此种情况下，大型钢箱梁的拼装与 而且其宽度也在不断增加。如贝尔格莱德萨瓦桥桥 焊接方法给予介绍，为类似工程提供借鉴。 宽为４４．３ １ＴＩ，韩土公路二号桥桥宽５０ １ＴＩ，昂船 洲大桥桥宽为５３．３ ＩＴＩ＿１ ］。 ２拼装场地布局 某大型钢箱梁分为２Ｏ余个梁段，每个单独梁段长 拼装场地位于河对岸的一个半岛上，其中门机轨 为１６ Ｙｎ，宽约４４ ＩＴＩ，但拼装场地只有４０ １ＴＩ宽，而且还要 道宽为３０ ｉＴＩ，长为１３０ １ＴＩ，为保证架梁速度，设置两套单 留出场地布置门式起重机轨道、运梁车道等；按照常规 梁段拼装胎架，布局如图１所示。单梁段整体拼装焊 拼装方法，组装时采取梁段纵向中心线要与门机轨道 接完毕后，通过运梁车运至驳船上；然后，用牵引船运 平行的多梁段整体拼装技术，是不可行的［３］。只有采 至桥下；最后，通过桥面吊机吊至安装的位置。 图１拼装场布局示意 ３ 结 构 第一作者：杨永强，男，１９８２年出生，工学硕士，工程师。 钢箱梁结构形式为单箱３室悬臂结构，其标准 Ｅｍａｉｌ：ｙｙｑ４７９４＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 收稿日期：２０１３—０１—２９ Ｓｔｅｅ１ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１３（６），Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．１７３ ７３ 施工技术 断面见图２。由顶板、底板、内纵腹板、外纵腹板、横 梁、内斜撑、外斜撑等组成，标准梁段构造见图３。 膊 — ：／ ＼ 河流方向 ‘ Ｅ一 图２钢箱梁标准断面 ４板单元划分 由于该桥在中国制造，桥址在塞尔维亚，需要远 洋运输，受材料及单重不能超过起吊能力等因素的 制约，需要对钢箱梁进行板单元划分。考虑到车间 的工装及施焊条件均优于拼装场地，所以在考虑综 合成本的前提下，尽可能把难于组装和施焊的焊缝 在车间完成。所以此钢箱梁的标准梁段划分为 图３标准梁段构造 １２个顶板单元（图４），２个底板单元，腹板与其对应 顶、底板划分为上下槽型。内斜撑为整体结构，外斜 注：１～２２为制作单元编号；Ｓ为工地拼装焊接。 图４梁段板单元划分 撑与其下连接板到工地施焊。板单元划分如图４ 所示。 ５工地梁段拼装流程 ６工地梁段拼装与焊接 ６．Ｉ胎架地基 地基要经硬化处理，避光在承载过程中发生不 工地梁段拼装流程见图５。流程图中阿拉伯数 字为图４中制作单元编号，罗马数字为组拼之后的 结构编号。 均匀沉降。 ６．２ 两侧大悬臂的组装与焊接 胎架基座由ＨＥＡ２００型钢通过高强度螺栓交 错连接在一起。由于工地门机的吊装能力有限，不 具备吊装整块悬臂的能力，故将悬臂分为小悬臂与 大悬臂。两侧小悬臂为单元９与１ｏ。两侧大悬臂 由单元１１＋１３＋１５＋１７及单元１２＋１４＋１６＋１８组 成，且前３块板单元为同一滚水坡度ｎ，最外侧板单 元为另外一滚水坡度ｂ。最外侧与次外侧板单元之 间为泄水孔位置。为简化胎具，组焊时，前３块单元 水平放置，最外侧板单元的放置坡度为ａ＋ｂ，详见 图６。胎架基座上组合放置着３００ ｍｍ见方，厚度为 ２，５，８，１０，１５，２０，３０ ｍｍ钢板，来进行胎架基座高 图５工地梁段拼装流程 程的微调。边缘用楔子来调整板单元１８的坡度。 铜结构 ２０１３年第６期第２８卷总第１７３期 ７４ 杨永强，等：小拼装场地下大型钢箱梁拼装与架设技术 胎架基座布置在所有的横梁位置。顶板定位后，要 另一侧下槽上焊接ＨＥＡ２４０槽钢，作为顶板的临时 支撑。顶板单元５和单元６由右到左按序放置。临 进行横梁翼缘板的定位焊接，以防止单独焊接顶板 而产生的角变形。顶板对接焊缝与横梁翼缘板对接 焊缝可以同时施焊，以减少由于焊接收缩产生的焊 时支撑分布在横梁位置，见图９。最后放置另一侧 上槽。顶板纵向焊缝为贴钢衬垫的对接焊缝，其打 接应力；然后，焊接横梁腹板的立位焊缝；最后，焊接 底焊道为手工电弧焊或富氩ＣＯ 气体保护焊。焊接 腹板与顶板、翼缘板在车间甩焊的角焊缝。 打底焊道之前要将其横梁翼缘板对应的焊缝定位焊 好，避免产生焊接变形；之后采用埋弧自动焊焊接填 充与盖面焊道；从而得到良好的焊缝表面和较高的焊 接效率。顶板的对接焊缝、顶板与上槽之间对接焊 图６大悬臂拼装胎架 缝、最后架设的上槽与下槽之间的横向对接焊缝和剩 下的底板与下槽之间的对接焊缝要同时施焊，使得整 ６．３底板组装和焊接 体结构焊缝自由收缩，减少桥梁结构中的焊接残余应 底板由单元３、４组成，组装时需水平放置。胎 力。最后焊接内斜撑及横梁的其余焊缝。 架基座共３排，分布在底板的两端与中间，见图７。 Ｕ Ｕ Ｕ Ｕ Ｕ Ｕ Ｕ Ｕ Ｕ 型钢上为不同厚度的方钢板，进行胎架基座高程的 微调。胎架高度要给予焊工足够的施焊空间。底板 定位后，要进行横梁翼缘板的定位焊接，以防止单独 固、 、 ）ｊ：１ ∈ ［－ ＜ 焊接底板而产生的角变形。底板对接焊缝与横梁翼 广＾九＾１几九九 厂几九几几 一 、八， 缘板对接焊缝可以同时施焊，以减少由于焊接收缩 产生的焊接应力。其余焊缝的焊接顺序与大悬臂 蟊 Ｉ 匿 相同。 图９ 琐板与上榴拼装胎架 由于内斜撑的上侧接头板厚度达到３０ ｍｍ，需 先焊接其与顶板之间的横向对接焊缝，其下侧接头 板用活马板固定，形成一个自由端。从而避免由于 焊接收缩而导致的焊趾裂纹。这种裂纹因位于焊缝 图７底板拼装胎架 的应力集中区内，受到高应力的作用，同时还受到附 ６．４下槽的组装与焊接 加弯矩的作用。因此，焊趾裂纹对结构安全性的危 下槽为单元１与单元２，与底板均在同一水平 害，远远大于非应力集中区中相同尺寸的表面裂纹， 面上。先焊接一侧下槽与底板单元之间的焊缝，另 此裂纹在疲劳载荷作用下，在此形核、扩展，最终沿 一侧下槽先与底板定位焊接。下槽胎架分布与底板 深度方向贯穿板厚，造成结构件的破坏ｌ＿４ ］。因此， 相同，见图８。 合理的焊接顺序是避免产生此类裂纹的重要因素。 ６．６两侧小悬臂的组装与焊接 ＾九＾１陶 小悬臂为单元９与单元１０。首先，将这两块单 几几九九Ｊ八几几九ｒ＾几＾．１ 元吊至最终位置，定位焊接其与上槽之间的纵向对 接焊缝，同时需要放置支座来进行最终定位。支座 分布在两端横梁的翼缘板下，见图１Ｏ。同时，焊接 图８ Ｆ槽拼装胎架 外斜撑接头板与下槽之间的焊缝。 ６．５顶板与上槽的组装与焊接 ．１ｕ ．１ｕ ． Ｕ Ｕ Ｕ Ｕ Ｕ 『 ．． １Ｆ １ ．． １Ｅ 先将一侧上槽定位焊接到下槽上，定位并且焊 Ｉ 接。然后，定位焊接中间的内斜撑（单元２１与单元 田 外斜 ２２）。由于内斜撑暂时没有刚度来支撑顶板，而且本 Ｉ Ｉ＾ｒ ｌｌ＇＾ ｎ ｎ＾ Ｉ豳 八＾九 ’ｉ ＾几＾ｌ’ Ｉ ｌ 桥没有横隔板作为内胎使用。所以，需要在顶板中 间设置临时支柱，支柱顶端有螺柱做高程微调。在 图１０小悬臂拼装胎架 Ｓｔｅｅ１ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１３（６），Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．１７３ ７５ 施工技术 ６．７整体梁段的组装与焊接 残余应力，并使Ｕ肋嵌补段对接焊缝中与面板平行 大悬臂的组装方法与小悬臂相同，新增的支座 的部分受压应力，采取如下的焊接顺序＿６。］： １）先焊接Ｕ肋嵌补段一端的对接焊缝Ａ，嵌 补段另一侧采用活马板固定，使其可以自由收缩。 也分布在两端横梁翼缘板下侧，见图１１。为避免外 斜撑接头板与下槽之间产生焊趾裂纹，其焊接顺序 与内斜撑应当一致，并且采用活马板固定。 ２）然后，焊接嵌补段另一侧对接焊缝Ｂ，待焊缝 Ｂ盖面焊道之前，将活马板去除。焊接焊缝Ａ、Ｂ的 顺序为，先焊接与面板平行的焊缝１，然后焊接焊 缝２。 图１ １ 大悬臂拼装胎架及整体组装胎架 ３）最后，焊接Ｕ肋与面板之间的坡口角焊缝 Ｃ，要同向施焊。具体焊接顺序见图１３。 Ｃ ７梁段的架设及梁段间焊缝的施焊 ７．１ 相邻梁段的匹配 由于各个梁段在拼装时，与相邻梁段没有直接 接触，故在架设下一梁段时，需要对桥上及欲吊装梁 图１３ Ｕ肋嵌补段焊接顺序 段的两侧小箱型及中间大箱型的垂直度及对角线进 行精确测量，并在公差范围内，才可进行吊装。 ７．２ 线形控制 ８拼装及架设进程 吊装至安装位置时，首先用全站仪分别测量 桥上与吊装梁段上最后一个横梁上均匀分布５点 的高程值。然后，根据拱度，计算出理论高程值。 待底板用倒链固定住后，用桥面吊机进行微调，使 吊装梁段位于近似理论位置上。吊装示意见 图１２。 此桥于２０１０年１月开始拼装，２０１０年２月开 始架设。在工地２０余名焊工的工作下，平均２至 ３周整拼好一个梁段，与此同时也架设好一个梁段。 大桥于２０１１年８月顺利合龙。 ９ 结 语 由于同一梁段１６ ｍ范围内不设拱度，所以在 方便车间生产的同时，也为单梁段拼装提供了便利。 此大型钢箱梁的成功拼装，克服了拼装场地小，工装 设备简单等困难。此大型钢箱梁的成功架设，为梁 段问全断面焊接提供了借鉴。本工程的顺利完工， 可以为国内外类似工程提供参考。 参考文献 ［１］魏明霞，魏云祥．昂船洲大桥锚腹板制造工艺设计ＥＪ］．钢 结构，２００６（６）：８１—８２． Ｉ 吊装梁段 Ｉ ４ 桥面梁段 图１２吊装示意 ７．３桥上环缝焊４ｉ－ 徐治芹，肖军，朱南松．韩土公路２号桥主桥自锚式悬索桥总 首先，进行底板焊缝的焊接，由于两侧下槽底板 的厚度比较大，所以首先对称焊接两侧下槽底板之 间的焊缝。 体设计［Ｊ］．城市道桥与防洪，２０１２（８）：６４—６８． 胡广瑞．大型公路钢箱梁整体拼装制造线形和尺寸的控制 ［Ｊ］．钢结构，２００６（５）：７４—７５． 田锡唐．焊趾裂纹在疲劳载荷下的扩展［Ｊ］．焊接学报，１９８１ （９）：８５—９５． 然后，对称焊接两上槽顶板的对接焊缝，接着由 桥轴线向两端对称焊接其余顶板焊缝。 最后，焊接腹板的立位对接焊缝，需要４名焊 工同时施焊，为减小焊接变形，采取分段退焊的 方法。 ７．４ 梁段间Ｕ肋嵌补段的焊接 王立君．焊缝几何对焊趾疲劳裂纹扩展行为的影响口］．天津 大学学报，１９９７（１１）：７３５—７４０． ＥＮ １９９３—２：２００６ Ｅｕｒｏｅｏｄｅ ３－Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ—Ｐａｒｔ ２： Ｓｔｅｅｌ Ｂｒｉｄｇｅｓ［Ｓ］． ＤＩＮ—Ｆａｃｈｂｅｒｉｃｈｔ １０３：２００３ ｓｔａｈｌｂｒｎｃｋｅｎ［ｓ］． 全部Ｕ肋嵌补段是焊接连接的。为减小焊接 ７６ 铜结构 ２０１３年第６期第２８卷总第１７３期
