钢箱梁制造方案（大跨径宽幅变宽钢箱梁制造技术研究）

涂浩万能蔡卓武船重型工程股份有限公司

摘要：以采用连续钢箱梁体系的厦门第二东通道工程环岛互通主线桥为依托工程，对大跨径宽幅变宽钢箱梁的制造技术方案进行了设计与研究，详细介绍了单元划分、制造到节段的总成与拼装，实践证明了此方案的可行性。

关键词：钢箱梁;宽幅变宽;板单元;节段制造;

随着我国交通事业的迅猛发展，钢箱梁桥集合了箱型截面抗弯刚度大、抗扭刚度大、美观等优点，同时又具有钢结构强度高、自重轻等优点，已经成为了大跨径桥梁的主要结构形式。大节段吊装法施工是将钢箱梁梁段划分为比较长的节段，在工厂完成钢箱梁的制造，利用大型运输船将大节段运输到梁段架设位置，利用海上大型浮吊将梁段直接吊装到要求位置。它具有的优势：灵活、适应性强，减少恶劣环境影响；施工效率高、大幅减少工期；安全性较高。因此在工厂制造时如何保证钢箱梁的制造质量尤为重要。本文对大跨径宽幅变宽钢箱梁制造技术方案进行了设计与研究，在服务于本桥的同时也对后续类似桥梁的设计与施工具有一定的指导意义。

1 工程概况

厦门第二东通道工程西起枋钟路金尚路口，以隧道方式下穿现有枋钟路，向东以桥梁方式跨厦门东海域，终于翔安南路刘五店互通，路线全长约12.371 km, 其中跨海段长约4.2 km, 以桥梁方式跨东海域，双向8车道，中航道采用2×90 m 2×150 m 2×90 m整幅变高钢箱连续梁，其余均为90 m跨等高(3.5 m)钢箱连续梁。其中钢箱梁共35个节段，约9.7万t。

互通主线桥采用90 m跨径等高变宽段标准联连续钢箱梁体系，见图1。梁高3.5 m, 梁宽38.45～52.75 m(含风嘴宽度)。采用4×90 m跨，共分为72 m、90 m、90 m、108 m等4个大节段。互通主线桥钢箱梁采用单箱多室式结构，其结构特点见图2。

2 设计与研究内容

环岛互通主线桥为变宽段，由单箱五室加宽到七室，其安装顺序及线形控制尤为重要，主要采取以下措施进行控制。

(1)合理进行板单元划分，保证板单元纵向断开位置，利于现场施工。

(2)采用先进的下料及板单元设备进行施工，保证板单元外形、结构尺寸及制造精度；并在板单元制造时刻画好纵横向控制线，并做好标记标识，便于小节段总成。

(3)顶板及腹板单元在上总成前与横肋及横隔齿板形成立体单元件，顶底板单元在上总成胎架前在专用胎架上进行双拼，以保证质量并利于后续小节段总成施工。

(4)小节段总成焊接时需按照施工顺序及焊接工艺进行施工，严格控制焊接规范。

(5)大节段总拼时严格对核端口地标，并检查监控点坐标及标高，以控制节段的轴线及纵向线形。

3 制造方案及技术措施3.1板单元划分

单元件的划分原则。

(1)尽量减少板单元纵桥向拼缝数量，采用大板块单元。

(2)考虑总成时的施工方便。

(3)考虑制造设备能力。

(4)考虑钢板及板单元的运输条件。

(5)减少板单元种类，实行标准化制造。

钢箱梁制造方案（大跨径宽幅变宽钢箱梁制造技术研究）(1)

图1 互通主线桥桥型布置下载原图

单位：cm

钢箱梁制造方案（大跨径宽幅变宽钢箱梁制造技术研究）(2)

图2 钢箱梁标准段立体示意下载原图

变宽段由窄变宽，顶板划分由11块变为15块，平底板由7块变化为11块，其最宽处划分见图3。

划分后，单个箱室上方顶板单元可以两两进行双拼，安装定位时可一端落于腹板上形成错缝，并可减少下方临时支撑工装的使用；底板也可提前进行双拼或三拼，减少施工周期；横肋可提前与顶板或腹板形成立体单元件，减少总成过程中的立焊及仰焊，进而提高钢箱梁总体的焊接质量。

钢箱梁制造方案（大跨径宽幅变宽钢箱梁制造技术研究）(3)

图3 变宽段钢箱梁顶底板单元件划分示意下载原图

单位：mm

3.2下料及板单元制造3.2.1下料

正式下料前进行切割工艺试验，检查设备切割精度及切割工艺是否满足项目要求。

零件根据其不同的部位、切割精度要求及板厚限制，采用不同的切割设备进行下料。

顶板、底板、腹板在下料的同时完成打标线的刻画(纵肋及横隔定位线)。

3.2.2板单元制造

板单元分为U肋板单元(顶板双面焊U肋板单元、底板单面焊U肋板单元)、板肋板单元及横隔板单元，各类板单元均按类型在智能化生产线上进行制造。见表1。

表1 板单元分类制造导出到EXCEL

序号	板单元类型	板单元结构形式	本项目包含范围	制造位置
1	双面焊U肋板单元	U肋顶板	全桥顶板	顶板单元生产线
2	单面焊U肋板单元	U肋底板、斜底板	全桥底板、斜底板	底板单元生产线
3	板肋板单元	顶、底、腹板板肋	所有边腹板、斜顶板、连接箱面、底、腹板	板肋板单元生产线
4	横隔板单元	横隔板人孔板肋加劲	所有横隔板	横隔板单元生产线

(1)U肋板单元。

U肋板单元通过U肋装配机进行自动定位及无码装配，其中顶板板单元在U肋内焊机上进行内部角焊缝的焊接，U肋外焊均在可调试斜胎架采用多头龙门焊机进行外侧焊缝焊接，焊后采用机械辊压校正机进行校正。

(2)板肋板单元。

板肋板单元在移动式板肋装配机上进行无码装配，采用双丝双边龙门焊机进行自动对称焊接，焊后采用机械辊压校正机进行校正。

(3)横隔板单元。

横隔板单元在横隔板装配机上进行横竖向加劲的自动对线压紧定位焊，加劲采用小车进行半自动焊接，管线孔圈采用机器人焊接，焊后采用可移动式油压矫正机进行校正。

3.3立体单元件制造及双拼3.3.1立体板单元制造(1)顶板立体单元。

将隔板上部齿形板或横肋与顶板单元件进行组装焊接成整体，形成顶板立体单元件，避免节段拼装时隔板与顶板焊缝的仰焊施工。顶板立体单元件在专用平胎架上进行装配，能有效提高焊缝质量，改善正交异性桥顶板的抗疲劳性能。

(2)腹板立体单元件。

将横肋与腹板单元件进行组装焊接成整体，形成腹板立体单元件，将横肋与腹板的立焊变更为平焊，能有效提高焊缝质量和外观。

3.3.2顶底板双拼

顶板立体单元件及底板单元件在水平胎架上进行双拼，将总成焊缝提前至平胎架，能保证板单元的平面度及焊缝成型，将斜底板斜穿位对接缝改成平位焊接，对焊接外观成型及效率有一定程度提升。

3.4小节段总成3.4.1工艺设计原则

(1)根据本桥钢箱梁的结构特点，采取节段匹配制造和预拼装一体化制造方案。匹配预拼生产线均布置在车间内，按至少一个大节段加一个小节段的轮次布置。

(2)胎架按施工控制确定的预拼线形设置，并考虑横向预设拱度。胎架为桁架结构，横梁设计成高度可调整形式，在每轮钢箱梁制作前，调整模板高度，满足每轮节段纵坡值、预拱值变化及精度要求，胎架预放有单元件定位的纵、横基准线、基准点和桥梁中心线，胎架外设置独立的测量站点，形成测量监测网，随时对拼装情况进行检测。

(3)组装时，以胎架为外胎，以横隔板为内胎，重点控制桥梁的线形、钢箱梁几何形状和尺寸精度、相邻接口的精确匹配等。

(4)每个梁段均根据施工监控要求设置长度、标高、轴线测量控制点，标记明细，耐久。

(5)装配工艺的设计尽量保证结构焊接时采用俯焊，避免仰焊。

(6)节段拼装时在确保组装精度、控制变形的条件下，应尽量减少使用马板数量。

(7)大量使用自动化焊接设备进行焊接，保证焊缝质量及外观成型。

(8)统筹考虑钢箱梁节段内外预留预埋件的安装。

3.4.2小节段定位及焊接

小节段制作流程见表2。

3.4.3小节段预拼装

节段预拼的主要目的：检查相邻梁段端口之间的相对误差，当有偏差时，可及时在预拼区进行修正和调整匹配件。

节段的组装与预拼设在同一工位进行，在设有拱度值的组装焊接胎架上进行梁段的组焊和预拼。在地面上刻画地标，使节段端口与地标端口投影重合，以达到节段连续制造与实际线形一致。在梁段组装时，使相邻各单元件的相对空间位置一致，同时采用定位装置，使相邻梁段端口和纵向结构相匹配。

表2 小节段制造流程导出到EXCEL

流程示意图(说明)
1.胎架制造及地标刻画。	2. 依次定位底板及斜底板，由中间向两边对称焊接。
3.依次定位横隔板、横肋及腹板，由中间向两边对称焊接，先立焊再平焊。	4.依次定位顶板及斜顶板，由中间向两边对称焊接，先焊对接焊缝再焊角焊缝。

3.5大节段总拼3.5.1工艺设计原则

根据大节段结构特点和设计要求，大节段拼装的控制关键点包括：节段拼装线形、焊接变形控制、相邻大节段的端口及加劲结构的匹配性。

3.5.2大节段总拼

大节段总拼流程见表3。

4 结语

本文介绍了厦门第二东通道工程环岛互通主线桥的大跨径宽幅变宽钢箱梁的制造技术，从板单元划分，下料及板单元制造，立体单元的制造及双拼，小节段总成，大节段总拼等方面详细介绍了制造技术的关键点及注意事项。通过施工实践证明大跨径宽幅变宽钢箱梁制造技术的设计与研究是可行且利于施工的，对同类结构桥梁的制造具有借鉴意义。

表3 大节段总拼流程导出到EXCEL

流程示意图(说明)
1.布置匹配墩，节段依次定位及测量。	2. 环缝焊接。
3.环缝栓接。	4.环缝涂装。
5.安装临时吊点。	6.安装临时牛腿。