摘  要：蘇州市相城區(qū)華元路元和塘景觀人行橋鋼橋梁為828m大跨度圓弧箱型鋼橋梁，橋梁最大跨度50米。橋梁組裝工藝、焊接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，焊接工程量大，底部弧形板弧度大，質(zhì)量要求高。本公司針對該工程的特點(diǎn)及圓弧箱型梁的結(jié)構(gòu)形式，探討了不同焊接順序和制作工藝、措施對構(gòu)件最終尺寸精度及焊接質(zhì)量的影響，并根據(jù)現(xiàn)有施工機(jī)械設(shè)備及施工措施，利用仿真模擬計(jì)算，進(jìn)而控制、優(yōu)化施工工藝。

關(guān)鍵詞：大跨度鋼橋梁，計(jì)算機(jī)仿真模擬

1.概述

1.1工程概況

本橋梁工程是位于蘇州市相城區(qū)華元路塔橋北面商業(yè)區(qū)內(nèi)的一座景觀人行橋梁，由蘇州市市政工程設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)。橋梁平面呈飄帶形布置，兩次跨越元和塘河道，將東西商業(yè)區(qū)連接成一個(gè)有機(jī)整體（圖1）。河道內(nèi)設(shè)置2個(gè)親水平臺，延線共設(shè)置5處上下橋人行樓梯（含2個(gè)親水平臺上下橋樓梯）。該項(xiàng)目橋墩為鋼筋混凝土橋墩，橋梁為鋼結(jié)構(gòu)箱型梁，橋面為混凝土+防腐松木橋面，支座采用WBPZ(KL)系列抗震盆式橡膠支座。

圖1   蘇州市相城區(qū)華元路元和塘景觀人行橋效果圖(大截面圓弧箱型鋼橋梁制作)

鋼橋梁全長828m，橋?qū)?/span>4.0m，橋箱梁高1.2m,1.5m,1.2~1.5m三種形式組成，總噸位達(dá)1600

多噸，鋼板厚度為14~20mm。引橋鋼板材質(zhì)為Q235B，主橋鋼板材質(zhì)為Q345C。全橋共設(shè)12聯(lián)，每一聯(lián)形式各異，造型復(fù)雜。

本工程鋼結(jié)構(gòu)截面形式如下（圖2）

圖2  大截面圓弧箱型鋼橋梁截面

1.2 關(guān)鍵技術(shù)問題

本工程大截面圓弧箱型梁重量重，體積大，圓弧箱型梁在胎架上制作時(shí)容易使胎架造成下繞，因此在胎架制作前必須進(jìn)行驗(yàn)算，確保構(gòu)件對在胎架施壓時(shí)，撓度控制在1mm之內(nèi)。

由于胎架需反復(fù)利用，因此每次制作前均需安排技術(shù)人員對胎架制作平面平整度進(jìn)行復(fù)測，平整度允許偏差控制在±1mm，如有偏差及時(shí)調(diào)整。

箱梁的下底面為弧形板件，寬度大，在卷板前需要清除鋼板表面氧化皮，并涂上保護(hù)膜，卷圓時(shí)采用吊車配合，減少鋼板因自重而使已過的鋼板回直。

根據(jù)工程實(shí)際情況，確定焊接的大致順序，并用ANSYS三維仿真軟件計(jì)算取的最優(yōu)的焊接順序。能在總體拼裝前能焊接完成的零件，事先焊接完成，可以用機(jī)器自動(dòng)焊的焊縫盡量由機(jī)器焊，減少手工焊人為影響因素。

2 制作確保胎架平面精度

2.1 確定胎架大小

根據(jù)方案確定大截面圓弧箱型梁分段后最大弦長為13.7m，最大高度為1.5m，最大寬度為4m，所以我們確定新胎架面積最小為14m×4m=56㎡。鋼箱梁最重為21.928t。

我們根據(jù)這些原始數(shù)據(jù)，并且控制胎架撓度為1mm,設(shè)計(jì)出胎架和有足夠承載力的平臺基礎(chǔ)。

胎架截面如下（圖3）：

圖3    胎架截面(大截面圓弧箱型鋼橋梁制作)

2.2布點(diǎn)，抄平

在胎架平臺上部點(diǎn)（圖4），總共15×7=105個(gè)點(diǎn)，LINE1—LINE5，每一行用水準(zhǔn)儀測量其統(tǒng)一標(biāo)高，LINE6與LINE7，先用數(shù)學(xué)公式計(jì)算出相鄰點(diǎn)之間的高差，然后用水準(zhǔn)儀測量每個(gè)點(diǎn)的標(biāo)高，核對相鄰點(diǎn)之間測量高差與計(jì)算高差的差值。

圖4    胎架制作平面測量布點(diǎn)圖

制作完一段鋼箱梁后重新抄平并詳細(xì)記錄，如合格率低于95%，調(diào)整加固至合格率達(dá)到95%后制作下段鋼梁。

3 卷板機(jī)預(yù)彎精度控制

由車間技術(shù)負(fù)責(zé)人制定卷板機(jī)操作規(guī)程，經(jīng)單位總工批準(zhǔn)后實(shí)施，并將交底到施工班組長。

減小導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，安排工人在每次卷板完成后，用鏟子修刮導(dǎo)軌，用鐵砂皮去繡去毛刺，使兩接觸導(dǎo)軌接觸面積大于75%，調(diào)好鑲條，使油槽潤滑油暢通等。

在卷板前清除板材表面的氧化皮，并涂上保護(hù)涂料，為了減少鋼板因自重而使已過的鋼板回直。

我們用一臺10t的吊車配合卷板機(jī)工作（圖5），并且安排工人不斷測量圓弧內(nèi)側(cè)弧度，吹掃剝落的氧化皮。

圖5   工人的卷板過程

圖6   模板分段對比示意圖(大截面圓弧箱型鋼橋梁制作)

用數(shù)控機(jī)床按照卷板所需形狀，制作了1/10圓的薄鋼板模板（圖6），用模板和卷板后成型的零件進(jìn)行了對比。

為對彎折后圓弧形零件的精度由原來的76%提高了了94%，雖然合格率沒達(dá)到100%，但這樣的彎折方法大幅度的提高了圓弧形零件的精度。

4、采用有限元ANSYS三維仿真軟件確定最優(yōu)的焊接順序

工程中焊接變形，主要是由焊接過程中的不均勻的熱影響產(chǎn)生的。焊接殘余應(yīng)力是引起焊接變形的根源，沒有焊接殘余應(yīng)力的存在就不會(huì)產(chǎn)生焊接變形。根據(jù)工程實(shí)際情況，制定合理的焊接順序和方向，可使局部的焊接變形變小或者抵消，從而達(dá)到減小整體變形的目的。

鋼箱梁主要焊縫由（圖7）1-8號焊縫組成，我們先由車間技術(shù)人員根據(jù)工程實(shí)際情況編寫焊接方案，并根據(jù)焊接方案用ANSYS大型三維有限元軟件進(jìn)行論證。 

圖7   焊縫示意圖

本工程中鋼箱梁面板的寬度為4米，底板的寬度為2米。且面板一側(cè)的零件及焊縫較底板多，所以先確定組裝面板一側(cè)零件后翻身焊底板一側(cè)零件為大方向。

焊接順序（圖8）主要為7-3-1-4-2，焊接原則為相同焊縫應(yīng)同時(shí)對稱焊接 ，并由中間向兩邊，多人同時(shí)施焊。

圖8   焊接順序示意圖

確定了具體焊接順序后，采用用ANSYS軟件進(jìn)行了論證（圖九），論證結(jié)果表明變形量控制在理想范圍。

圖9   ANSYS分析結(jié)果

實(shí)際操作過程中考慮減少T200×100×14×14的T型腹板豎向加勁肋因焊接產(chǎn)生的變形和實(shí)際加工制作的方便，車間直接加工成H405×100×14×14的H型鋼（圖10），而后采用分段切割的方法根據(jù)實(shí)際長度切割成T型腹板豎向加勁肋。

圖10  T型腹板豎向加勁肋成型圖

這樣可以減少整體組裝時(shí)的一條豎向焊縫和避免因工人焊接水平差異而造成的焊接缺陷。同理，能夠整體組裝前就可以單獨(dú)制作完成的零部件均提前制作完成。

焊接完成見下圖（圖11）：

圖11  大截面箱型梁焊接成型圖

5 工程應(yīng)用情況

由我司大截面圓弧箱型梁的制作工藝成功應(yīng)用于大截面圓弧箱型梁鋼結(jié)構(gòu)的制作，提高了我國的鋼結(jié)構(gòu)加工技術(shù)水平，為我司焊接工藝完善提供了依據(jù)，提高焊接效率和焊接質(zhì)量。

此次我司大截面圓弧箱型梁的加工制作質(zhì)量、尺寸精度均符合規(guī)范，為現(xiàn)場安裝提供了可靠的技術(shù)保障，從而保證了元和塘景觀人行橋這樣的集團(tuán)公司重點(diǎn)項(xiàng)目的質(zhì)量和工期，得到業(yè)主和總包的好評與嘉獎(jiǎng)，為以后制作大截面圓弧箱型梁打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6 結(jié) 語

蘇州市相城區(qū)元和塘景觀人行橋工程經(jīng)過三百多天的艱苦奮戰(zhàn)，終于圓滿地完成了預(yù)定的目標(biāo)任務(wù)，我們深深地感受到，在上級領(lǐng)導(dǎo)和業(yè)主的關(guān)心與支持下，在監(jiān)理部門的緊密配合下，我們的精誠團(tuán)結(jié)下， 通過改進(jìn)施工方法方法，在竣工驗(yàn)收中，一次性通過驗(yàn)收，受到建設(shè)單位、監(jiān)理單位和上級主管部門的一致好評。為企業(yè)施工同類類型工程提供了寶貴的資料。

圖12  制作完成的大截面箱型梁

參考文獻(xiàn)

[1]《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB-50205

[2]《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JCJ81

 （蘇州二建建筑集團(tuán)有限公司鋼結(jié)構(gòu)工程公司，江蘇 21500）