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1、1浅谈火焰矫正在钢箱梁施工中的应用中铁十五局集团第二工程有限公司第五指挥部 刘治海【摘 要】随着经济的发展、综合国力的增强，我国的建筑材料、设备、建筑技术都有了较快发展，新 材料在梁式桥中也被广泛的应用。本文结合笔者施工的 G209 黄河大桥南连接线改建工程中的黄河路立交 桥钢箱叠合梁的工程实例，简要阐述采用火焰矫正的方法解决简支钢箱梁下挠的问题。【关键词】钢箱梁 火焰矫正 挠曲 内应力1、引 言改革开放以来，我国公路建设事业迅猛发展，尤其是高速公路建设，从无到有，现已建成通车总里 程达 6.5 万公里，位居世界第二位。作为公路建设的重要组成部分，桥梁建设也得到相应发展，跨越大 江（河）、海峡
2、（湾）的长大桥梁建设也相继修建，一般公路和高等级公路上的大、中、小桥、立交桥， 形式多样，工程质量不断提高，为公路运输提供了安全、舒适的服务保障。我国广大桥梁工作者，充分认识到这一可贵、难得的机遇，竭尽全力，发挥自己的聪明才智，为我国 公路桥梁建设事业，积极工作，多做贡献。 梁式桥结构形式很多，新材料不断得到广泛应用，同时各种各样的新问题也呈现在广大设计和施工 人员面前。下面，结合三门峡市黄河路上跨 G209 线的 40m 钢箱叠合梁立交桥的施工，简要阐述采用火焰 矫正的方法解决简支钢箱梁下挠的问题。2、 概述三门峡市黄河路立交桥是上跨 G209 线的城市主干道桥梁，上部结构采用钢混叠合梁，梁
3、长 40m，总 高度为 144 厘米，钢箱梁高度为 107 厘米，钢箱梁分 A、B、C 三节段制作，现场拼装，焊缝全部采用 CO2 气体保护焊。A、B、C 三段梁长分别为 1000.5 厘米、1800 厘米、1199.5 厘米；A、C 梁段撑架间距 208 厘米，B 梁段撑架间距 215 厘米；底板设 4 束预应力钢管道，每束预应力筋为 4 根 J15.24mm 的钢绞线， 目的是施加预应力防止加载后梁体挠曲，每片钢梁自重 58 吨。 梁体各节段在工厂加工后，运至施工现场拼装。首先将 A、B、C 三节段进行拼接，拼接完成两端简 支后，由于设计未考虑预拱度，致使粱体在自重的作用下跨中自然下挠最大
4、达 3.5 厘米，再实施张拉预 应力钢绞线，在达到设计张拉力后，跨中仍然下挠 2.0 厘米，考虑以后每片钢梁静载将有 185 吨，通车 运营后静载和动载都将影响钢箱梁的挠曲变形。为防止运营后梁中部叠合混凝土压碎开裂，确保安全， 我们对钢箱梁的下挠进行了火焰矫正。3、火焰矫正施工3.1 火焰矫正原理 火焰矫正是利用火焰加热钢结构的凸部，使凸部金属加热膨胀受阻而产生压缩应力，当压缩应力超 过加热金属的屈服点时，凸部金属纤维产生塑性变形，从而达到矫正的目的，火焰矫正的实质就是利用 金属局部受火焰加热后在冷却时，在外力的作用下收缩引起的变形。火焰矫正钢箱梁下挠问题是在无盖 蝶形钢箱梁倒置后，在自重作用
5、下发生自然挠曲，底板、腹板发生弹性变形，在 700-800的高温氧炔焰 作用下，金属晶格沿外力作用方向重新排列组合，弹性变形转化成塑性变形。在温度恢复到到常温时， 塑性变形不再恢复，内应力重新分布，相当于对梁体内施加了预应力。 3.2 火焰矫正方案 根据结构特点及精度要求，该钢箱梁矫正采用三角形加热。三角形加热区的底边位于被矫正构件的 边缘，顶端朝内，利用三角形加热区的均匀收缩进行矫正。2首先将钢梁倒置，两端用枕木垫起，以达到简支的目的，并用水准仪对梁体进行测量控制，保证梁 体在横向上保持水平。根据钢箱梁的长度及结构特点，在每一片梁上布置了八个烤位，为使梁底矫正后 呈一规则倒悬链线，火焰矫正位
6、置从中间向两端均匀对称布置，同时要避开梁体内撑架和加劲肋板处 （底板烤位布置如图 1 所示），底板每一道烤位宽 15cm，侧腹板烤位呈一等腰三角形，三角形底边与梁 体底板烤位相重合，由于简支梁受弯时，中性面不发生变化，因此侧腹烤位呈三角形，并且角顶在中性 面以下（倒置时侧腹板烤位如图 2 所示）。 加热三角形从顶部开始，然后从中心向两侧扩展，一层层加热直到三角形的底为止。 3.3 火焰矫正要点 （1）为了防止扭曲变形，梁横向必须水平，高低误差不超过 0.5 厘米； （2）每一道烤位有四把烤枪同时操作，要求 15 分钟内烧烤完成； （3）梁体倒置后，简支高度要保证中部加热下挠后梁体不接触地面，以
7、防止接触地面后，梁体无法 在自重的作用下挤压烧烤部位，无法达到预期的矫正效果； （4）严格控制火焰温度，一般控制在 700-800之间，钢板加热完成后，不可骤然降温，防止钢板 出现裂纹。图 1：底板烤位布置图图 2：侧腹板烤位布置图 3.4 矫正操作顺序及效果 根据设计要求，在钢箱梁拼装完成后首先对梁体钢绞线进行张拉，张拉时严格根据规范要求控制张 拉应力及伸长量，但是张拉后梁体仍然下挠 2.0 厘米。经过认真分析研究，确定进行火焰矫正试验。首 先将钢绞线放张，放张后钢箱梁正置时下挠 3.5 厘米，倒置后下挠 6 厘米。在 1、2、3、4 烤位加热后， 梁体下挠 17 厘米，梁体正置量测拱起 4
8、 厘米。考虑到钢箱体在面板和桥面铺装施工完成后将承受 185 吨 静载，决定增加烤位，使倒置下挠达到 25 厘米左右，于是又增加了 5、6、7、8 烤位，烤后倒置下挠为 25 厘米，正置起拱 15 厘米，随后进行了钢绞线穿束和预应力张拉。面板和面层混凝土浇筑完成后，仍有 5 厘米拱起，并且起拱线顺滑，达到了预期目的。依据设计要求，在火焰矫正完成后对烧烤部位进行了防 锈处理。 3.5 火焰矫正注意事项 火焰矫正引起的应力为内应力，不恰当的矫正产生的内应力会使结构的纵应力超过允许应力从而导 致承载安全系数降低，因此在钢箱梁设计及制造中一定要慎重，尽量采用合理的设计及施工方案，在前 期充分考虑结构的
9、下挠及变形。在采用火焰矫正时，应注意一下几点： （1）应首先了解被矫正结构的材质。矫正后性能有显著下降的，不能采用火焰矫正。一般情况下可23456781中性面3焊性好的材料，不但可以用火焰矫正，而且板厚不大时，还可采用浇水冷却以提高效率。 （2）加热时要考虑火焰温度，一般温度最好不超过 750，以免温度过高引起金属变脆、影响冲击 韧性。 （3）矫正处烤火面积在一个截面上不得过大，要多选几个截面，以保证构件的线性顺直、圆滑。4、结 语实践表明，火焰矫正法操作十分简便，所用工具及设备简单，矫正变形的精确度较高，矫正施工所 需费用同机械矫正法相比较低，对大型钢结构变形的矫正具有较高的实际意义。这种矫正方法在无大型 机械设备的类似工程施工具有广泛的推广价值。参考文献1公路桥涵施工技术规范JTJ041-20002 丁建生金属学与热处理机械工业出版社 2004.01.30
