浅析下承式钢桁梁铁路桥制造技术

第２５卷第４期　武汉工程职业技术学院学报　ＶＯＩ．２５Ｎｏ　４　２０１３年ｌ２月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＷｕｈａｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２０１　３　浅析下承式钢桁梁铁路桥制造技术　徐　飞　陈武林　黄　伟　（武钢建工集团　湖北　武汉：４３００８０）　摘　要　铁路桥多数采用下承式钢桁梁的结构类型，在制作过程中下承式钢桁梁铁路桥有诸多难　点，特别是下弦杆组装工艺、高强螺栓钻孔工艺、桥面板焊接及变形的控制等，通过采用先进的工艺　措施和方法，可实现一次预装合格，提高了生产的效率，提升了产品的质量。　关键词　下承式铜桁梁；铁路桥；高强螺栓钻孔工艺；桥梁钢焊接　中图分类号：Ｕ４４８．２１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—３５２４（２０１３）０４—００１９—０３　０　引言　桥梁上部结构完全处于桥面高程之上的钢桁梁　铁路桥被称为下承式钢桁梁铁路。由于承受动荷　图２金山桥桥面截面图（单位：ａｒｍ｝　载，下承式桥构件连接主要采用高强螺栓连接，且材　钢桁梁为栓焊结构。各杆件截面形式设计为组　料主要是耐低温冲击的桥梁钢，因此在制作上对构　焊式箱形、组焊式工形、组焊式八边形３种（见图　件的尺寸精度及高强螺栓孔的精度、焊接焊接质量　３），其中常用的截面形式为前两者。　要求、制造企业的工艺装备和技术能力要求都较高。　２０１０年我公司制作了下承式钢桁梁铁路桥丰　沛桥。丰沛桥共有３跨相同的桥，桥的跨度为６４ｍ，　单座桥的重量约３７０吨。丰沛桥钢桁梁由主桁上弦　杆、下弦杆、腹杆，桥面系纵梁、横梁，上平纵联，下平　图３杆件截面形式　纵联、桥门架、横联等组成（见图１）。每跨钢桁梁　６４ｍ，采用整体节点三角型腹杆体系，全长６４．１ｍ，　在钢桁梁在制作中，主要有以下工艺技术难点　桁高１１．５ｍ，节间长度８．０　ｍ，主桁中心距７．６ｍ。　需要解决：　（１）下弦杆组装工艺。下弦杆是构造最复杂的　与丰沛桥的结构组成有所不同，金山桥钢桁梁由主　桁上弦杆、下弦杆、腹杆，桥面系桥面板，上平纵联、　杆件，也是主要受力杆件之一；　桥门架、横联等组成。金山桥跨度为９６ｍ，采用整体　（２）一座钢桁梁铁路桥上有几万个螺栓孔，对高　节点三角型腹杆体系，桁高１２．８ｍ，节间长度１２　ｍ，　强螺栓孑Ｌ的钻孔工艺和质量要求很高；　（３）耐低温冲击的桥梁钢的焊接问题；　主桁中心距６．６ｍ，见图２。　（４）桥面板的平面外刚性很小，焊接容易变形，　制作中须采取反变形措施。　１　下弦杆组装工艺　下弦杆截面形式为组焊式箱形，由于下弦杆与腹　图１金山桥钢桁梁立面图（单位：ｍ）　杆、桥面系相连接，构造最复杂，制作技术难度较高。　收稿日期：２０１３－１０—１６　作者简介：徐飞（１９６６～），男，工程师．Ｅ～ｍａｉｌ：ｘｉｗａｎｇ７８６＠１６３．ｃｏｒｎ　２０　武汉工程职业技术学院学报　首先在零件加工上，对上盖板、下盖板、外腹板、　内腹板、隔板等主要零件进行精密加工，精密加工为　数控火焰切割及刨削加工，确保零件尺寸的精度，对　于零件尺寸公差范围的确定须考虑组装及安装公差　范围，以便于组装顺利进行。　装隔板，外腹板板两端拼装临时工艺隔板，工艺隔板　定位焊在杆件的外侧且最后割除的余料上。尺寸检　查，点固焊。拼装上盖板，与外腹板垂直密贴，点固　焊。从上盖板开槽中插入内腹板，与上盖板垂直，与　隔板、上盖板密贴，点固焊。焊接隔板与腹板、上　盖　其次，对组装工序进行精心安排，以金山桥下弦　杆组装为例（图４），外腹板放在拼装平台上，按线拼　未示盖板及腹板　板的焊缝，检查合格后，进行箱体内部的涂装，拼装　下盖板，与上盖板平行，与腹板垂直，点固焊。　：　垒一　＜２　焊接顺序　ｌ　ｌ　ｌ　ｌ拼装平台ｌ　ｌ　　ＩＬ一一『　顶　图４下弦杆组装示意图　由于焊接经常造成构件的变形，是钢结构制作　中须认真对待的问题之一，合理安排焊接顺序，使构　件的变形降低，采用对称焊、间隔焊，构件焊接后，仅　对局部进行矫正。　一般采用摇臂钻床钻孔，少量孑Ｌ可以采用磁力钻进行　钻孔。当螺栓孔较少，钻床可以逐个进行对准洋冲眼　钻孑Ｌ；当孔数很多时，钻孔效率很低，钻孔精度也不易　控制，为此采用套膜板套钻来解决孑Ｌ群的钻孑Ｌ工艺。　套膜板上的孔采用精密加工而成，孔群中只要钻出３　２　钻孔工艺优化　高强螺栓孔的钻孔工艺一直是钢结构制造中的　～４个定位孔，然后放上套膜板，插上定位销，其它孔　通过套膜板上进行钻孔，效率高而且精度高。平面数　控钻床，只限于钢板零件的钻孔，三维数控钻床的钻　孔精度很高，也只限于简单的杆件，局限性较大。　钢桁梁构件上钻孑Ｌ，须对传统的钻孑Ｌ工艺进行　改进并加以优化。　技术难题。高强螺栓孔直径一般比高强螺栓直径大　１．５ｍｍ￣２ｍｍ，理论上两个相互连接构件上高强螺　栓孔中心错位不能大于１．５ｍｍ￣２ｍｍ，高强螺栓方　能安装。对于摩擦型高强螺栓连接，螺栓与孔壁之　间须预留一点距离，否则实际连接不符合计算模型，　因此高强螺栓孔中心错位不能大于０．５ｍｍ～ｌｍｍ。　高强螺栓对于孔径的公差也有严格规定，不能通过　放大孑Ｌ径来保证螺栓穿孔。另外当钢板厚度较大　首先，构件在水平面上进行划线号孔，构件须放　平并采用水准仪测平，为保证四个面上的螺栓孔的　相关尺寸，对构件两端进行铣平加工，使四个面上划　线号孔有同一基准面，四个面的中心线通过吊线，检　查对角线尺寸，使四条中心线保持相对位置不变，以　此四条中心线为基准划线号孔，将保证号孑Ｌ精度。　时，螺栓孔的倾斜度对螺栓穿孔的影响也较大。对　于一个构件上的高强螺栓孔，其孑Ｌ距尺寸公差应在　±ｌｍｍ范围内，对于群孑Ｌ的孑Ｌ距尺寸公差应在　±０．５ｍｍ范围内。对于铁路桥钢结构，孔距尺寸公　差要求更高。　其次，对于在大节点板上钻孔，制作整体定位孔　套板，可以精确钻出定位孔，然后用套模板进行套钻　其它孑Ｌ。　再次，对于先钻孔后装配的零件板，在组装时须　传统的钻孔工艺是怎样保证钻孔精度呢？首先　应保证构件或零件的公差符合标准要求；其次在构件　或零件上划孔线，以构件或零件上的中心线、边线为　严格预留焊接收缩余量，使零件板焊接后，螺栓孑Ｌ的　尺寸公差不变。　第四，对于门架、中横联等构件，采用试拼装后　套钻。　基准划线，划线须采用划针划线，保证划线的精度，在　螺栓孑Ｌ中心点上打上洋冲眼，用划规划出螺栓孔的圆　周，在十字线与圆周的交点上打上洋冲眼；然后钻孑Ｌ，　通过以上工艺优化措施，实际构件制作中，钻孔　质量较高，在构件预拼装时，穿孔率１００　合格。　徐　飞　陈武林　黄伟：浅析下承式钢桁梁铁路桥制造技术　２１　３　焊接工艺评定　丰沛桥所用钢材为Ｑ３４５ｑ—Ｅ、金山桥所用钢　材为Ｑ３４５ｑ－Ｄ与Ｑ３７Ｏｑ—Ｄ，以上材料的焊接主　要采用气体保护焊、埋弧自动焊、手工电弧焊三种焊　接方法，以上焊接型式见表１、表２、表３。　表１　Ｑ３４５ｑ—Ｅ焊接工艺　序号　焊接方法　焊接材料　１　埋弧自动焊Ｈ０８Ｍｎ２Ｅ－－ＳＪ１０１ｑ　２　富氩气体保护焊８ｏ　Ａｒ＋２０　ｃ（）２　ＥＲ５０　３Ｂ（实芯焊丝）　３　富氩气体保护焊８ｏ　Ａｒ＋２ｏ　ＣＯ２　ＧＦＩ　一７１Ｎｉ（药芯焊丝）　４　手工电弧焊　ＣＨＥ５Ｏ７Ｎｉ　表２　Ｑ３４５ｑ－Ｄ焊接工艺　表３　Ｑ３７Ｏｑ－Ｄ焊接工艺　焊接工艺评定是编制焊接工艺的依据。上述三　种材料的焊接，最不易保证的是低温冲击韧性，　Ｑ３４５ｑ—Ｅ焊缝的一４０℃冲击韧性Ａｋｖ（Ｊ）≥４７，　Ｑ３４５ｑ—Ｄ与Ｑ３７０ｑ—Ｄ焊缝的一２０℃冲击韧性　Ａｋｖ（Ｊ）≥４７。冲击韧性要得到保证，试板焊接须　严格控制焊接规范，工艺评定试验数据均满足规定　数值。Ｑ３７０ｑ—Ｄ板厚在２８ｍｍ￣３６ｒａｍ范围，通常　需要预热温度８０～１２０℃，通过工艺评定试验，不预　热即可满足评定要求，在具体生产中，提高了生产效　率，同时降低了生产成本。　４　桥面板制作工艺　桥面板是直接承载铁道的构件，由面板、横肋、　Ｕ肋、Ｔ肋、板肋组成（可以参见图２），桥面板沿纵　向分为１７块，中间起拱，因而每块桥面板可以分为　两块板制作，然后拼接为整体。桥面板制作中最大　影响因素仍然是焊接变形，必须采取应对工艺措施。　首先面板下料，周边预留二次切割余量。其次　横肋、ｕ肋、Ｔ肋、板肋上的高强螺栓孔应在零部件　成形后钻孑Ｌ，因为组装后再钻孔困难很大，但焊接收　缩量必须提前预留精确。　当因采购的桥面板材料不满足图纸尺寸要求　时，及时与甲方联系修改接料方式：由一条纵缝改为　两条纵缝，避免了材料损失。对工艺进行再次调整，　每件桥面板须按整体组装，然后折弯，完成桥面板中　间起拱。对于桥面板的焊接采用反变形措施，设计　了简易反变形胎具，重量仅几百公斤，使用效果良　好，桥面板焊接后平整度很好，仅做少量修理。　５　电弧喷铝　金山桥的高强螺栓连接面采用电弧喷铝层进行　防锈处理，近年来电弧喷铝在桥梁中广泛使用，其防　锈效果良好。电弧喷涂技术是一种工件表面强化和　保护的工艺方法，它以电弧作为热源，将喷涂材料加　热到熔化成塑状，借助压缩空气将之喷射到预处理　工件表面上，形成各种性能的涂层，涂层可具有耐　磨、抗蚀、抗高温、隔热、绝缘等多种功能。由于我公　司几年前已进行电弧喷涂的技术开发，并在武钢三　炼钢烟罩中多次施工，电弧喷铝主要是常温抗蚀，丝　材为镁铝合金，牌号为ＬＦ２，喷涂层厚度为２００ｔｔｍ，　因为喷涂层厚度较厚，若操作不当，涂层易于脱落，　对喷涂工艺经过多次试验合格后，在产品中投入使　用，克服了脱落、不均匀等质量问题，使喷涂质量逐　渐稳定。在此基础上，增加了设备和人员培训，加快　了生产进度。　６　结束语　本文结合下承式钢桁梁铁路桥制作实例对此　类桥梁制作的难点进行了阐述，特别是钻孔、焊　接、变形等问题，通过此方法都收到了很好的效　果，预拼装达到一次合格，极大地提高生产效率和　产品质量。　参考文献　［１］ＴＢ１０２１２—２００９．铁路钢桥制造规范［ｓ］．　［２］ＧＢ　５０７５５．钢结构设计规范Ｅｓ］．　（下转第３８页）　３８　武汉工程职业技术学院学报　２Ｏ１３．４　［２］　毛静民．程潮铁矿充填采矿法材料试验研究［Ｒ］．武钢矿业责　任有限公司，２０１１年８月．　［５］　陈振清等．程潮铁矿井下泥石流形成机理分析［Ｊ］．矿业工程，　２００６，（３）：２７—２９．　［３］　毛静民．ＰＣＳＢ固化建筑废渣的路面基层性能研究ＥＪ］．长江科　学院院报，２０１２，（８（：１２２　１２８．　［４］　毛静民等．乌龙泉矿尾矿分类及特性研究［Ｊ］．中国矿业。２０１３，　（８）：７２—７５．　［６］刘曙等．程潮铁矿选矿厂尾矿再选生产实践［Ｊ］．冶金矿山与冶　金设备，１９９８，（４）：３５—３６＋２６．　［７］刘同有．充填采矿技术与应用［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，　２００１　Ａｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓａｎｄｙ　Ｓｏｉｌ　Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　Ｇｒｅｅｎ　Ｍｉｎｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ＭＡＯ　Ｊｉｎｇｍｉｎ　ＧＡＯ　Ｄａｆｅｎｇ　ＬＩＵ　Ｊｉｅ　ＺＨＯＵ　Ｔｉａｎｘｉｎｇ　ＬＩＵ　Ｌａｎｇ　（Ｗｕｈａｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ　４３００８０，Ｈｕｂｅｉ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｉｍｓ　ｔｏ　ｄｉｓｃｕｓｓ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｉｎ　ｔａｉｌｉｎｇｓ　ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｍｅ　ｕｐ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｔｈｓ，ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｌａｎ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｆｏｕｎｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓａｎｄｙ　ｓｏｉｌ　ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｃｈａｎｇｅｄ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉ—　ｔｉｏｎａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｅｎａｂｌｅｄ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｃｏｍｐａｎｙ　ｔｏ　ｈａｎｄｌｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ　ｗａｓｔｅ，ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｅａｒｔｈ　Ｓ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｌｉｄｅ　ａｎｄ　ｓｉｎｋ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｓｏｌｉｄ　ｗａｓｔｅ；ｔａｉｌｉｎｇｓ　ｂｒｉｃｋｓ；ｆｉｌｌｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　（责任编辑：李文英）　（上接第２１页）　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｓｔｅｅｌ　Ｔｒｕｓｓ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｂｒｉｄｇｅ　ＸＵ　Ｆｅｉ　ＣＨＥＮ　Ｗｕｌｉｎ　ＨＵＡＮＧ　Ｗｅｉ　（Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　ｏｆ　ＷＩＳＣＯ。Ｗｕｈａｎ　４３００８３，Ｈｕｂｅｉ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｔｅｅｌ　ｔｒｕｓｓｅｄ　ｂｅａｍ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｒａｉｌｗａｙ　ｂｒｉｄｇｅｓ．Ｔｈｅｒｅ　ｅｘｉｓｔ　ｍａｎｙ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ　ｉｎ　ｍａｎｕａｆｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｔｅｅｌ　ｔｒｕｓｓｅｄ　ｂｅａｍ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｃｈｏｒｄ　ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｂｏｌｔ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｐａｎｅｌ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｍａｋｅｓ　ｉｔ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｔｏ　ｋｅｅｐ　ｉｔｓ　ｆｉｒｓｔ　ｔｒｉａｌ　ｐｒｅ—ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｕｐ　ｔｏ　ｓｔａｎｄａｒｄ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｕｐｇｒａｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｔｅｅｌ　ｔｒｕｓｓｅｄ　ｔｅａｍ；ｒａｉｌｗａｙ　ｂｒｉｄｇｅ；ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｂｏｌｔ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｅｅｌ　ｗｅｌｄｉｎｇ　（责任编辑：李文英）