【摘要】陽(yáng)湖塘大橋內(nèi)、外拱呈拋物線(xiàn)型空間受力結(jié)構(gòu)，拱表面為扭曲型曲面。造型輕盈美觀，但構(gòu)造復(fù)雜、質(zhì)量要求高、制作難度大。通過(guò)事先的研究和對(duì)制作過(guò)程的總結(jié)，取得了鋼結(jié)構(gòu)異型件制造的一些經(jīng)驗(yàn)，可為同行提供參考。
　　【關(guān)鍵詞】拱結(jié)構(gòu)，二次圖轉(zhuǎn)化，胎架，主焊縫，預(yù)拼裝
　　1. 工程概況
　　陽(yáng)湖塘大橋位于馬鞍山市江東大道三期（九華路～東環(huán)路）跨越陽(yáng)湖塘處，其結(jié)構(gòu)為月牙型鋼拱橋+連續(xù)橋梁，橋梁分為獨(dú)立的四座橋。中間為二座預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中橋，雙向6車(chē)道，供機(jī)動(dòng)車(chē)輛行使。邊橋位于中橋二側(cè)采用月牙型鋼拱橋，全鋼結(jié)構(gòu)，造型輕盈美觀；跨徑布置為24m＋30m+90m+30m+24m，單橋全長(zhǎng)198m，結(jié)構(gòu)寬12.3m。90m跨采用四片拋物線(xiàn)型鋼箱拱肋組成空間受力結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外拱高分別為18m和22m兩種，兩側(cè)30m跨采用四片半拋物線(xiàn)型鋼箱拱肋組成空間受力結(jié)構(gòu)，24m邊跨為平衡跨，用于優(yōu)化橋梁整體受力，邊橋?yàn)榫坝^橋，供行人和非機(jī)動(dòng)車(chē)輛行使。
　　                    
　　2. 重、難點(diǎn)分析
　　2.1重、難點(diǎn)之一：拋物線(xiàn)拱體二次圖轉(zhuǎn)化。拋物線(xiàn)拱體的軸線(xiàn)參數(shù)：外拱計(jì)算跨徑90m，拱高22m，拱肋鋼箱截面順時(shí)針扭轉(zhuǎn)40°，之后拱肋鋼箱整體內(nèi)傾15°；內(nèi)拱計(jì)算跨徑90m，拱高18m，拱肋鋼箱截面順時(shí)針扭轉(zhuǎn)30°，之后拱肋鋼箱整體內(nèi)傾5°上述數(shù)據(jù)是陽(yáng)湖塘大橋鋼結(jié)構(gòu)工程制作難度最大的構(gòu)件技術(shù)參數(shù)。由于鋼結(jié)構(gòu)詳圖深化軟件XSteel所能提供的二次詳圖未能解決拱體壁板的展開(kāi)放樣。目前在鋼結(jié)構(gòu)加工行業(yè)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)此類(lèi)構(gòu)件的成型設(shè)備，因此，將空間彎曲的拱體曲面展開(kāi)及將展開(kāi)后的平面板材加工成空間曲型板是此次鋼結(jié)構(gòu)制作成敗的關(guān)鍵。
　　2.2重、難點(diǎn)之二：拱體制作技術(shù)。由于內(nèi)、外拱結(jié)構(gòu)外形比較特殊，箱形拱肋為雙向彎曲，其變形加工及組裝、焊接變形控制又是本工程重大難點(diǎn)。
　　3. 關(guān)鍵技術(shù)
　　3.1拋物線(xiàn)拱體二次圖轉(zhuǎn)化：由于拱體的空間彎曲及長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大，傳統(tǒng)的手工鈑金逐點(diǎn)描繪展開(kāi)放樣（如三角形法展開(kāi)）在其精度、速度和效率已不能滿(mǎn)足工程的要求。根據(jù)現(xiàn)有的3D工程軟件SolidWorks2009，通過(guò)工程圖紙給出的拱體軸線(xiàn)的拋物線(xiàn)公式、拱體截面尺寸及要求，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件建立三維模型。
　　                     
　　　
　　　3.1.2通過(guò)運(yùn)行SolidWorks插件3DQuickQuote逐面逐段將拱體展開(kāi)（以上頂板為例）。選定第一段拱體上頂板面，然后設(shè)定展開(kāi)基準(zhǔn)面，運(yùn)行即可形成展開(kāi)輪廓線(xiàn)，依次類(lèi)推，形成完整的輪廓。然后將此導(dǎo)入AutoCAD中進(jìn)行編輯，形成可用圖形。
　　3.2內(nèi)、外拱制作技術(shù)。內(nèi)、外拱制作工藝流程：原材料檢驗(yàn)及拋丸、底漆→數(shù)控下料→胎架制作→拱頂板裝配→拱下腹板裝配→拱內(nèi)徑向、豎向橫膈版、通長(zhǎng)加勁肋裝配→上腹板裝配→拱內(nèi)隔板、縱向加勁肋焊接→拱底板裝配→檢驗(yàn)合格后下胎架→四道主縫焊接→上胎架拼裝檢驗(yàn)→下胎架進(jìn)入下道工序。
　　3.2.1胎架制作及現(xiàn)場(chǎng)控制。胎架用于拱段的組裝和拱段焊接完畢的預(yù)拼裝。由于內(nèi)、外拱跨徑均為90m、拱高分別為18m、20m二種，胎架布設(shè)面積較大，因此對(duì)廠房面積有一定的要求。為此，首先要根據(jù)廠房狀況在預(yù)定區(qū)域建立平面坐標(biāo)系，并用石灰線(xiàn)粗略標(biāo)識(shí)出拱軸中心線(xiàn)位置，在軸中心線(xiàn)經(jīng)過(guò)處地面上鋪設(shè)鋼板作業(yè)平臺(tái)并固定牢固。根據(jù)拱體中心軸線(xiàn)及等截面彎曲的特點(diǎn)，在作業(yè)平臺(tái)上放出拱體中心軸線(xiàn)地樣，標(biāo)明拱體中心軸線(xiàn)的中點(diǎn)，并作出拱胎模定型板的定位點(diǎn)、定位標(biāo)高和拱體內(nèi)隔板的定位線(xiàn)。為保證胎模定型板的準(zhǔn)確和統(tǒng)一性，均采用數(shù)控切割下料。胎架就位后檢查定位偏差，第一片胎架與最后一片胎架的高差不得大于10mm，相鄰胎架的定位偏差不得大于2mm。胎架就位檢查完畢后，將其固定焊接牢固。
　　
　　
　　                   
　　
　　
　　　　3.2.2內(nèi)、外拱下料控制。由于內(nèi)、外拱形狀特殊，其零、部件必須全部采用數(shù)控切割機(jī)下料。下料前，技術(shù)人員根據(jù)來(lái)料情況制定下料光盤(pán)；操作人員要認(rèn)真檢查設(shè)備的性能，發(fā)現(xiàn)異常立即予以檢查修理。每批首件下料結(jié)束后立即組織首檢，經(jīng)質(zhì)量檢查無(wú)誤后方可成批量下料。每塊零、部件下料后，操作人員要做詳細(xì)的標(biāo)識(shí)（包括材質(zhì)、爐批號(hào)、零件編號(hào)）并碼放整齊，嚴(yán)防混用。
　　3.2.3內(nèi)、外拱箱體主板拼裝焊接技術(shù)。由于內(nèi)、外拱跨徑較大，根據(jù)受力較小原則并取得設(shè)計(jì)部門(mén)同意，將內(nèi)、外拱劃分為不同的出廠單元，內(nèi)拱標(biāo)準(zhǔn)段分為5段，加上兩端拱腳，共7個(gè)出場(chǎng)單元，分段最大長(zhǎng)度L＝18727mm、重11t，最小長(zhǎng)度L＝16265mm、重10t，拱腳長(zhǎng)度L＝4217mm、重3.5t；外拱標(biāo)準(zhǔn)段分為5個(gè)出廠單元，分段最大長(zhǎng)度L＝24171mm、重14t，最小長(zhǎng)度L＝16261mm、重10t。依據(jù)分段長(zhǎng)度，根據(jù)需用的先后原則，對(duì)箱體主板進(jìn)行拼裝和焊接。這一道工序要抓住三個(gè)控制點(diǎn)：1、主板拼接料不可在箱體同一截面上，要相互錯(cuò)開(kāi)200mm；每一塊主板接縫也不可與箱體內(nèi)隔板重縫。2、主板接縫時(shí)根據(jù)分段弧度要在主板設(shè)置軸線(xiàn)、在平臺(tái)上設(shè)置矢高控制線(xiàn)，并在作業(yè)過(guò)程加強(qiáng)控制。3、箱體上、下腹板接料焊接成型后，需要在外側(cè)打單面坡口；箱體下底板接料焊接成型后，需要在二側(cè)打單面坡口。由于上述板面均為異形曲面，通常打坡口形式無(wú)法滿(mǎn)足要求，因此，采用φ12鋼筋按照曲徑要求點(diǎn)焊在要打坡口的鋼板表面，制成半自動(dòng)切割機(jī)小車(chē)軌道，使用半自動(dòng)切割機(jī)切割坡口，打好坡口后用磨光機(jī)清除鋼板表面焊點(diǎn)。
　　3.2.4內(nèi)、外拱裝配技術(shù)。1、在拱胎模定型板定位并校核完畢后，以拱體中心軸線(xiàn)的中點(diǎn)為基準(zhǔn)，預(yù)裝拱體上頂板，通過(guò)適當(dāng)?shù)幕鹧娉C正，將局部與定型模板不接觸的地方矯正到位。2、預(yù)裝下腹板，將局部與定型模板不接觸的地方用適當(dāng)?shù)幕鹧娉C正到位，然后與上頂板進(jìn)行定位焊加固。3、將地樣上的拱體內(nèi)隔板的定位線(xiàn)引至上頂板及下腹板上，將拱內(nèi)徑向、豎向內(nèi)隔板和下腹板通長(zhǎng)加勁肋組裝點(diǎn)焊上；為保證拱體下底板的順利裝配，在未裝配上腹板之前先將下底板放至胎模上，經(jīng)加工、矯正與胎模完全符合后，吊離胎模，然后再組裝上腹板。4、上腹板組裝矯正完后，依次將徑向、豎向橫膈板與頂板、上下腹板焊接，再將下腹板通長(zhǎng)加勁肋與下腹板焊接，然后再將上腹板通長(zhǎng)加勁肋組裝就位并焊接。5、下底板就位裝配，采用門(mén)架、千斤頂并輔助火焰矯正，在下底板矯正到位后與上、下腹板點(diǎn)焊牢固，至此，一榀拱裝配基本結(jié)束，通過(guò)質(zhì)量驗(yàn)收后就可吊下胎架進(jìn)行主焊縫焊接。在拱組裝時(shí)還應(yīng)關(guān)注：使用火焰熱矯正不能損傷母材，加熱的溫度應(yīng)控制在900℃以下，嚴(yán)禁用水激冷。矯正后的允許偏差應(yīng)符合GB50205-2001表7.3.5中的要求。
　　                    
　　3.2.4內(nèi)、外拱主焊縫焊接。主焊縫焊接主要有二項(xiàng)關(guān)鍵點(diǎn)：1.如何保證每一拱段四條主焊縫質(zhì)量為一級(jí)探傷縫；2.如何保證焊接后每一拱段不變形或變形較小。為了保證主焊縫質(zhì)量，根據(jù)焊接工藝評(píng)定確定焊接方法：箱體內(nèi)加忖板，用氣保焊封底，埋弧焊作為主要焊接機(jī)具，采用單面焊雙面成型技術(shù)。主要焊接參數(shù)如下表：
　　                　　    
　　1（封底） 氣保焊 250∽260 28∽30 
　　2 埋弧焊 550∽600 26∽28 28
　　3∽4 埋弧焊 600∽650 30∽32 28
　　5∽6 埋弧焊 600 28∽30 28
　　控制焊接主焊縫時(shí)變形的最好方法是每一遍焊縫焊接結(jié)束后，每一拱段按照順時(shí)針或逆時(shí)針（同一方向性）要求轉(zhuǎn)換到下一道焊縫焊接，這樣不停的翻轉(zhuǎn)就能有效避免變形。
　　3.2.5拱體焊接完畢后，將拱體依次歸位到胎架進(jìn)行整體預(yù)拼裝，對(duì)有局部焊接變形的進(jìn)行矯正，其形式采用門(mén)架并輔以千斤頂、火焰、導(dǎo)鏈進(jìn)行矯正，然后將與拱體連接的風(fēng)撐、拱間聯(lián)系梁等構(gòu)件的定位線(xiàn)用樣沖標(biāo)畫(huà)在拱體表面，按胎模地樣切除預(yù)留量和對(duì)拱體段按圖進(jìn)行構(gòu)件編號(hào)。上述工作全部結(jié)束后，經(jīng)質(zhì)量驗(yàn)收合格，就可將每一拱段吊下胎架進(jìn)行油漆。
　　4. 結(jié)論
　　陽(yáng)湖塘大橋內(nèi)外拱經(jīng)過(guò)二個(gè)月緊張制作，已全部結(jié)束，經(jīng)過(guò)全體參戰(zhàn)人員精心設(shè)計(jì)、精細(xì)管理、精確操作，該項(xiàng)目取得圓滿(mǎn)成功，內(nèi)、外拱共計(jì)48節(jié)拱段，主焊縫一次成型率100%，拱段預(yù)拼裝時(shí)除少部分區(qū)域稍有變形外，絕大部分拱段保持設(shè)計(jì)狀態(tài)，特別是沒(méi)有當(dāng)初最為擔(dān)心的扭曲變形發(fā)生。整體預(yù)拼裝效果也非常理想。不久，建成的陽(yáng)湖塘大橋?qū)��?ldquo;江南一枝花”再添一朵奇葩。
　　參考文獻(xiàn)：
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