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1、钢管拱加工工艺探索四川路桥集团桥梁分公司 周孝余 摘要本文阐述了无支架吊装钢管拱制作的工艺以及制作中有关问题的思考。 关键词：钢管拱、加工工艺、控制。一、前言 绵阳涪江三桥位于绵阳城区，东方红大桥下游1.4km连接绵阳涪城区和游仙区两岸，使两岸为一体，桥孔布置为引桥16 m +（主桥46m+202 m +46 m）+（925 m引桥）。主桥如2页图。桥面净宽43.75 m +23.0 m；全桥总宽主桥26.2 m、引桥22.5 m。设计荷载汽20级、掛100、慢车道汽10级或人行荷载35KN/m2。 主桥为三跨自锚中承式钢管砼拱式体系，其主跨为202 m。 主拱构造：拱每助由4750钢管构成。
2、如3页图。钢管腹杆连接上、下弦管形成桁架拱片，用缀板将两桁片连接为一整体，组成一拱肋。本桥拱共两肋、肋中距17.55 m，桥面以上肋高3.5 m、宽2.05 m。主拱桥面以上设置7道横撑，横撑为空钢管构成的桁式梁以加强主拱稳定性。 本桥结构型式（三跨连续自锚），为当时全国最大跨径。钢管拱桥在全国各地相继施工了几十座。但是，迄今为止还没有一部正式的规范指导施工。一般都是参考CEC28:90钢管砼结构设计与施工规程、建筑钢结构焊接规程，以及铁路桥制作规范的有关条文和压力容器制作的有关条文。由于钢管拱有本身的特殊之处，在利用相关的参考规范时有一定的难度，给工艺设计和加工带来了困难、需要在实践中不断探
3、索。二、加工工艺1、钢管筒体成型和校园 该桥采用宽2356厚12的16MN钢板，以W11202000卷板机卷成外径750的钢管。长度1800mm钢板按周长横向画线、编号、半自动切割器、气割下料。将其卷成筒体。钢板两端以引弧板引弧，之后用自动埋弧焊机MZ1000双面焊接纵缝，根据工艺评定要求施焊。 校园采用卷板机，用10钢板制成弧形样板，内靠筒壁，若有不密贴处，则滚压该处，直到密贴为止。 卷筒时的注意事项： 为适应钢管拼接的轴线要求，钢管坡口端应与管轴线严格垂直。卷板过程中，必须保证筒体端平面与管轴线垂直。 为保证两两相邻管体端面的焊接，必须严格控制椭园度。 画线、切割时应记录当时的温度、并进行
4、编号。卷制的筒体是钢管拱肋的基本单位，需严格控制精度，否则事倍功半。2、主管、腹杆、缀板下料：主管按卷制筒体长度作为折线代替弧线的内外弦管的外弧线长。据拱肋各折线段不同曲率，计算弦管的内弧线弦长，在筒体端面打坡口时一并处理。并对筒体编号、标记方向、方位以便组拼。求出各号腹杆与主管相贯线，展开、编号、并标记方向、方位、考虑焊接收缩下料较设计长0-2mm。缀板下料较设计宽1-2mm。3、吊装段的组装 吊装段的组装必须在拼装平台上进行，拼装台设在引桥桥面上、以钢板铺面。并考虑加工件荷载对桥产生挠度因素，不平整度2 mm，根据工程周期，本桥采用同一断面上、下游二个拼装台，按上、下两拱肋的节段一一对应组
5、装。 每肋分7节段组成，每节段27.730.0米，吊重428486KN,其组拼步骤:根据计算和1:1拱肋取样，将吊装段拱肋在平台肋1:1大样侧转90复制在加工平台上。同时将各腹杆及横撑节头，在平台上定位。 将校园后的筒体及腹杆在平台上按大样逐号点焊定位，组装成吊装节段的单桁片。逐点用角尺等检查其位置无误，用角钢限位固定。 组装时考虑：折线代替弧线、焊接收缩因素，拱肋高度误差按+0-3mm控制，桁片两端长较该节设计长200-400mm备该肋节段焊接完成后，准确复测裁去多余。避免焊接件的热影响区重复施焊，在组装时考虑已有焊缝位置必须在以后焊缝热影响区以外。在本桥规定错开600mm以上。4、焊接肋节
6、段：对称点焊主管环焊缝；对称点焊腹杆环焊缝；从组焊节段中间对称焊接主管环焊缝，腹杆环焊缝。在焊接时专人观测焊接变形量及方向，据此调整焊接工艺及速度。由于紧靠平台处无法施焊，焊接时在主管及腹杆的最低、最高处对称预留不能施焊部份；评定焊接工艺、检查焊接质量；焊接检查无问题后用角尺、铁水平尺将平台上该节段端面线准确定位于主管上，在拱背最高点拱腹最低点冲点标记。千斤顶升高该桁片，对称补焊未焊部份；将该片放回组装平台准确归位之后，将另一平台上的该肋另一桁片升高置该桁片上，调整就位使之与下面原桁片构成无缀板侧置拱肋节段。考虑焊接收缩因素，控制宽度较设计宽02mm。调位采用高精度铁水平尺、大质量垂球配合经伟
7、仪完成；安装、点焊固定缀板，并对称施焊；平台上形成侧置节段拱肋。根据平台上大样及主管原定位标记，用经伟仪、高精度铁水平尺，大质量垂球复核拱肋节段两端面无误再次确认标记，并将该节段横撑接头定位其上。重复以上可完成其余节段。组拼焊装吊装节段是一道复杂的工序，一则要严格定位，为此既需精确计算尺寸，还需要在组拼前自制一些必要的定位装置。再则认真进行环缝、纵缝焊接工艺设计，重视收缩变形及收缩变形的措施对策。还应注意吊杆部位腹杆，腹板与吊杆孔道安装间的焊接顺序。三、逐段试拼装 因本桥采用无支架缆索吊装，拱肋节段全部在空中对接，因此要求节段成品应在加工场试拼。由于受场地限制，无法完成整肋或半跨试拼，本桥采用
8、的是相邻两两相接节段逐段试拼。试拼主要校核：1、该两节段对接后弦长误差严格控制在+3mm内。因为弦长是决定以后成拱后控制点高度的主要因素。2、校核同一断面两端面各自4根主管中心的对角线是否一一对应。 3、校核对接钢管8个端面的失园度，以确保相保邻段的对接，在允许误差外用特制园端配合千斤顶校正。四、问题与思考1、关于拱肋端面4根主管的中心对角线控制。相邻节段同一断面处4根主管中心对角线应相等，但由于测量误差，焊接收缩，运输过程中的变形等原因其对角线往往有误差。本桥由于控制得不理想，增加了在空中对接的难度，影响了接头质量。因此应严格控制对角线。建议以后施工。加工两个（或4个）刚度足够大的端面主管定
9、位刚钢架对端面主管准确固位，相邻节段同一断面用同一钢架定位（注意方向）。2、关于失园度在卷管成型过程中百分之百的筒体都留下不同程度的失园。在此期间由于校园这一道工序没有严格按样板检测。往往为了方便，仅仅用钢尺测量了几个有代表特征处的直径。该几个是达到了标准，其他部位失园度留下来了。其次，在单管组装时，只对环缝处相邻简体作了调整，这一调整也是局部的，由此就把失园度留到了最后阶段。另外腹杆、缀板焊接过程中，有时没有严格遵循工艺设计要求，或者是焊速度过快，或者是熔焊量过大，都会造成焊缝收缩过大而导致筒体产生一定的失园度。综上所述，现场制作钢管拱的全过程中，“校圆”是控制失园度的第一步，应认真按工艺要
10、求做。并建议设计增加内衬加强圈。“组装”是控制失园度的第二步，不应仅限于环缝处的调整。出场前的试拼，是检查和调整失园度的最后一步，否则将影响吊装成拱。3、吊装节段的认识吊装节段组拼时产生的差错是难以校正的。在钢平台上组拼，虽然经过精确测量放样，由于测量精度，方法上正确与否，产生误差在所难免。本桥严格控制组装肋段内外弦长，严格控制拱背、拱腹上、下主管在各自的弧面上。在控制时分别采用了两种以上方法检查复核、确保准确。总之，在工艺设计时需要重视组装方法、控制方法、测量方法，方法不正确，就易出差错，差错必须在组装场消除。4、焊缝的收缩焊接前的工艺评定，是必不可少的。然而通常工艺评定时更多注重的是焊缝质
11、量，力学性能，一般没有认真研究焊缝的收缩。事实上焊缝的收缩及收缩应力对质量有较大影响。例如：对环缝测试，一般可产生12mm的收缩量。缀板与主管间的焊缝，在实际中出现的问题最多。出现过由于焊接收缩产生的应力会导致园管严重变形。建议，只要焊缝强度足够焊缝宜薄，并宜用小电流施焊。总之焊缝所产生的收缩应充分估计到，否则将出现难想像的问题。5、拱肋接头处的思考本桥为无支架缆索吊装。全肋分7节段合拢，全部采用塔扣，力系（接头最大水平荷载H=803KN竖向荷载 635KN）通过接头传递。设计考虑得很薄弱，完全按相邻段同一断面钢管完全接触受力，由于加工精度等各种误差，实际上每个接头处。根主管都是处于某一根主管
12、的某一小部分接触受力。所以，施工时根据吊装系统的具体布置重新设计接头处的连接牛腿，其考虑是：同一端面的4根主管，设计8根牛腿，并假定只有下腹工程主管的其中两个先接触受力；环向设计加强主管，使之在此荷载下不致变形失园；具体吊装时准备0.3m10mm厚各种钢板，以垫实下腹主管3个牛腿，使腹主管4个牛腿受力基本均匀。全肋合拢垫实所有牛腿。总之，无支架吊装肋节段接头临时处理很关键，关系到吊装安全，甚至成败。一定要重视，确保绝对安全可靠。五、结束语1、卷管与组拼成吊装节段，最易产生影响几何形状的误差。因此，该两过程应成为制作过程中自检、互检的两个阶段。建议以下面要求进行检测与控制：卷管阶段有：样板展开图，号料误差控制；筒体周长检测；校园后椭园度控制；号料时温度测定；腹杆相贯线复测与控制。组拼成吊装段有：两两对接弦长误差控制；拱背、拱腹弧面控制；端面主管对角线控制；接头牛腿受力控制。2、吊装节段端面处1000mm左右钢管所用钢板应较中部钢板增厚10mm 2mm，并确保失园度在误差内，以免在多次吊装、组拼变形，总之，端部钢板增厚益处多多。 3、无支架吊装的钢管拱，节段接头满足吊装需要的处理至关重要，关系到整个吊装成败应高度重视。 1
