近年来,整体焊接节点在连续桁架桥和简支桁架桥中都得到了广泛的应用,推动了我国钢桥向整
体、轻型、大跨方向的发展。
北京至石家庄客运专线新建铁路工程用于石太直通线跨青银高速大桥。主桥上部结构为时速250 km/h有碴轨道64 m简支钢桁梁。由主桁、桥面系、上平纵联、桥门和中间横联5部分组成。主桁
采用整体节点形式,无竖杆三角形桁式,桁高12.3 m,两端节间长度为12 m,中间节问为10 m,主桁中心距为11 m。上下弦杆在节点外拼接,斜腹杆采用对接形式与整体节点拼接,其腹板接头板焊于节点板上。上下弦杆及斜腹杆均采用全截面拼接。上下弦杆采用箱型截面,斜腹杆采用箱型截面及H型截面,桥面系纵横梁除端梁外均为焊接工字形截面,端横梁为焊接箱型截面。上平纵联采用交叉式的腹杆体系,横撑及腹杆均采用工字形截面。钢桥主体结构材料均采用Q370q-一D及Q370q I)IZ25及Q345clID,最重的杆件为282 kN,见图1。
2关键项点及工艺难点
1)主桁杆件是该桥的典型杆件,最大板厚为 图1 京石客专64 m双线简支钢桁梁现场拼装40 mm,整体厚板焊接节点结构复杂,杆件长、大、厚;焊接坡口深、熔透焊缝多,焊缝纵横交错、焊接变形大、矫正困难。因此,在几何尺寸上提出了很高的精度要求。如何有效地控制和减小变形的方法将决定杆件几何尺寸的精度。
2)对接焊缝和熔透焊缝是构件传力的关键焊缝,特别是整体节点板的对接和下弦杆整体节点板与纵横梁上水平板的焊接,是该桥的重点和难点,对该类焊缝焊接质量的控制是焊接工艺的重中之重。
3)整体焊接节点四面有孔,连接关系复杂,制孔和制孔基准的选择尤为关键。其精度将直接影响桥
位安装进度及质量,影响成桥后的几何线型。另外,横梁腹板接头板、平联节点板、桥面板与主弦杆均为熔透焊接,制孔和组焊剪力钉先后工艺顺序的确定尤为关键,否则熔透焊接产生的变形将影响主弦杆的几何尺寸精度。
4)试拼装工艺是制作精度和桥位架设精度的联系纽带,如何通过试拼装控制杆件公差要求是必不可少的重点工艺。
5)由于整体节点杆件庞大,且不对称、偏心较大,为确保工件吊运、翻身方便和安全根据该杆件的特点,可制作适合的专用框式吊具,采用空中翻身等工艺。对上弦杆应特别注意保护剪力钉,避免碰撞产生变形,见图2。
3 关键工艺项点及质量控制
3.1焊接变形控制
带有整体节点弦杆具有板厚较大,杆件较长,焊接质量要求高等特点,其焊接变形的控制将直接影响杆件几何尺寸精度。采取如下措施控制焊接变形: 1)认真分析各类型杆件的焊接变形规律,并通过焊接变形试验进一步确定焊接变形量的大小,以确定采取何种反变形措施。
2)采用理论计算与模拟试验相结合的方法确定各焊缝预留的焊接收缩量,并在生产过程中跟踪测量,及时修正。
3)对零件下料、坡口加工、杆件整体组装等生产
过程严格把关,并采用合理的焊接方法、优化焊接顺序、在专用胎型上焊接等措施,控制焊接变形。
3.2对接焊缝、熔透焊缝的焊接质量控制
对接焊缝和熔透焊缝是构件传力的关键焊缝,对其焊接质量的控制是焊接工艺的重中之重。采取
如下措施:
1)根据接头形式,分类进行焊接工艺试验,确定焊接方法、焊接设备、焊接材料、焊接工艺参数、焊接
顺序、坡口形式等。
2)根据焊接试验结果编制合理可行的焊接工艺。
3)设计保证焊接质量和便于控制焊接变形的工艺装备,确保焊接工艺的有效实现和焊接变形的有
效控制。
4)编制关键焊缝的质量控制计划,从原材料的复验、下料、拼装、焊接和探伤等生产过程严格把关。
3.3制孔精度控制
弦杆、整体节点、节点板、拼接板等杆件的孔群较多,连接关系复杂。其精度将直接影响桥位安装
进度及质量,影响成桥后的几何线型。因此对连接孔群的制孔精度要求很高。采取如下措施:
1)以后孔法工艺为主,先孑L法为辅的制孔工艺,
避免焊接变形的影响,提高制孔精度。
2)设计高精度的精密划线工艺和精密制孔工
艺。
3)设计高精度的制孔工艺装备,包括钻孑L样板、
钻孔胎架等。
4主要构件制作工艺
4.1零件的下料加工
钢板在下料前,进行钢板表面质量检查,对其表面缺陷按照GB/T 714 2()()8《桥梁用结构钢》及
TB 10212—2009《铁路钢桥制造规范》的要求进行修补及处理。合格后的钢板在滚板机上进行滚平,
使其满足平面度的要求[1]。
根据零件的具体形状和大小确定下料方法:对较长矩形板件采用多嘴头门式切割机精切下料;对形状复杂的板件采用数控切割机精切下料;对较规则的薄板次要零件采用剪切下料;对较薄的主要零件,采用数控等离子切割;型钢采用剪切机或焰切下料;钢板对接坡口采用火焰精密切割、刨边机或铣边机加工。
4.2整体节点的制作工艺
以下弦杆件为例进行说明,下弦杆件由底板、上水平板、竖板(节点板)、隔板、横梁接头板等零件组成,断面尺寸(单位:mm)为宽(950/1 595,两端头桥支座处为2 262)×高(约1 500/2 750)。杆件最大重量282 kN,最大长度14 720 mm。杆件两端及整体节点为牵29高强螺栓孔群,横梁接头下盖板、腹板为中26高强螺栓孔群比],见图3。
4.2.1下弦杆制作工艺流程