連續(xù)鋼桁系桿拱橋鋼梁制作工藝方案
大勝關(guān)長江大橋主橋采用連續(xù)鋼桁系桿拱結(jié)構(gòu)，這是一項復(fù)雜的工程系統(tǒng)，涉及多條鐵路線和多線高架橋。鋼桁梁由1734根主桁構(gòu)件組成，材質(zhì)采用新Q420qD鋼和Q370qD鋼，全橋鋼梁總重約82308噸，是我國鐵路建設(shè)的重大工程。
主橋鋼梁概況與基本參數(shù)
主橋上部結(jié)構(gòu)連續(xù)鋼桁系桿拱，桁寬30.0m，采用三片桁架，變節(jié)間布置。除3個主墩墩頂采用8個15m節(jié)間外，其余均為12m節(jié)間。主桁桿件共有1734根，主桁弦桿采用整體節(jié)點，最大桿件重約111t。
主要技術(shù)指標
- 主桁材質(zhì)：Q420qD鋼、Q370qD鋼
- 橋面系材質(zhì)：Q370qD鋼
- 聯(lián)結(jié)系、輕軌材質(zhì)：Q345qD鋼
- 輔助結(jié)構(gòu)：Q235B
- 桿件總數(shù)：1734根
- 最大桿件重量：約111噸
- 全橋鋼梁總重：約82308噸
焊接材料與涂裝體系
鋼梁制造采用多種焊接工藝和涂裝材料，以適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)力條件和環(huán)境要求。不同鋼種配備不同的焊接材料，確保焊接質(zhì)量滿足設(shè)計要求。
鋼材焊接材料配置
- Q420qD：埋弧焊焊絲H08MnMoA、焊劑HJ350、手工焊條J557MoV
- Q370qD：埋弧焊焊絲H08Mn2E/H08MnE、焊劑SJ101q、手工焊條SHJ507Ni、氣體保護焊絲E712C
- Q345qD：埋弧焊焊絲H08MnA、焊劑SJ101q、手工焊條J507、氣體保護焊絲E712C
涂裝材料體系
- 底漆：特制環(huán)氧富鋅防銹底漆（80μm）
- 中間漆：環(huán)氧云鐵中間漆（80μm）
- 面漆：脂肪屬聚氨脂面漆（80μm）
- 總涂層厚度：240μm
鋼梁制造的主要特點與難點
該工程的鋼梁制造具有以下特點：跨度大、節(jié)間多、桿件規(guī)格品種繁多、精度要求高、構(gòu)件尺寸大。主要難點包括Q420qD新鋼種焊接、厚板焊接、熔透角接等。
制造難點與要點
- Q420qD新鋼種焊接難度大，易產(chǎn)生冷裂
- 厚板焊接（板厚80mm）需采用熔透角接，質(zhì)量控制困難
- 整體節(jié)點尺寸大（最大6633mm×8250mm），孔群不一致，制孔精度要求高
- 試拼節(jié)段大（最大85m×195m），對場地和設(shè)備要求非常高
- 材料品種多、量大（近8萬600噸），混料風(fēng)險高
- 單桿件重量大（最大111噸），吊裝翻轉(zhuǎn)難度大
關(guān)鍵工藝措施
針對上述難點，采取了一系列關(guān)鍵工藝措施，確保鋼梁的制造質(zhì)量和安全性能。
Q420qD鋼焊接措施
- 通過焊接試驗確定焊接參數(shù)
- 選擇合適焊材，用小線能量、多道焊法
- 采取預(yù)熱及控制層溫辦法防止冷裂
- 焊后進行熱處理消除殘余應(yīng)力
- 使用高水平焊工操作
厚板角接熔透焊措施
- 通過焊接試驗確定焊接工位和焊接順序
- 采用遠紅外加熱器溫控儀控制預(yù)熱溫度
- 用溫度測量儀控制層間溫度
- 焊接工位采用船形埋弧焊，反面清根氣刨清理
- 焊接一次連續(xù)完成，焊后及時熱處理
制孔精度控制措施
- 采用先打定位孔，再用整體覆蓋模板鉆孔的方法
- 采用全站儀精密測量劃線技術(shù)
- 大量節(jié)點板、拼接板采用數(shù)控鉆孔技術(shù)
- 無法進入數(shù)控鉆床的大型節(jié)點板采用精密劃線模板鉆孔
- 一次入胎，一次三維定位鉆孔，確保孔的同心度
生產(chǎn)場地與設(shè)施布置
鋼梁生產(chǎn)分為三條流水線布置，分別在重型鋼構(gòu)廠、橋梁廠、結(jié)構(gòu)廠生產(chǎn)。各廠房配備了龍門起重機、桁車、噴砂車間等完整的生產(chǎn)設(shè)施。
主要生產(chǎn)設(shè)備配置
- 橋梁廠：21m×150m廠房兩座，主要承擔輕軌及橋面板（19262噸）
- 結(jié)構(gòu)廠：21m×100m廠房4座，平面聯(lián)結(jié)系及輔助結(jié)構(gòu)（14197噸）
- 重型鋼構(gòu)廠：30m×200m廠房兩座，主桁桿件（47701噸）
- 試拼場地：最大邊跨16m×96m，中支點77m×183m，主跨35m×211m
常見問題
為什么Q420qD鋼既怕冷又怕熱？
Q420qD鋼含碳量和合金元素較高，冷卻速度快時易形成脆硬的馬氏體組織導(dǎo)致冷裂；加熱溫度過高或冷卻不當又會產(chǎn)生熱裂。因此需要精確控制預(yù)熱溫度、層間溫度和焊接線能量。
如何保證試拼的精度和安全？
試拼采用平面輾轉(zhuǎn)局部試裝法，先試裝4～6個節(jié)間，逐段檢驗調(diào)整。用試孔器檢查孔位，要求95%孔能自由通過比設(shè)計孔徑小0.5mm的試孔器，100%通過小0.75mm的試孔器。
混料防止措施有哪些？
通過材料標記、登記、下料編號的追溯體系，自行編制鋼板號，將板號移植到零件號再到桿件號。焊材也采用不同色標和顏色焊絲盤區(qū)分，確保不出現(xiàn)材質(zhì)混用。
小結(jié)
大勝關(guān)長江大橋的鋼梁制造是鋼結(jié)構(gòu)工程的典范，涉及新鋼種焊接、超厚板焊接、精密制孔等多項關(guān)鍵技術(shù)。江蘇杰達鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司借鑒該項目的技術(shù)經(jīng)驗，已形成了完整的大型橋梁鋼梁制造能力，能夠勝任各類高難度的鋼梁加工和安裝任務(wù)。