行业聚焦丨桥梁钢结构制造有关问题(二)

小北

序言：港珠澳大桥提出的“大型化、工厂化、标准化、装配化”的“四化”理念，为高质量的完成该重大工程发挥了重要作用。在港珠澳大桥项目上，我们中铁宝桥承制了浅水区非通航孔航道桥和九洲航道桥组合梁之钢主梁、九洲航道桥钢塔的制造任务，研发应用了多项新技术、新工艺，得到了管理局的高度评价，认为“……，将钢主梁、钢塔制作精度和质量提升到一个新的高度，开创了总拼生产自动化的先河，推动了行业进步，为港珠澳大桥建设树立了典范！”

谨以发表于《中国钢结构协会桥梁钢结构分会第十次学术年论文集》（2015年10月）后又推荐到《钢结构》2016年第11期发表的文章，纪念港珠澳大桥“四化”理念的实施及即将全桥的贯通。

1、工程概况

港珠澳大桥是由隧、岛、桥组成的跨海交通集群工程，是中国交通建设史上技术最复杂、环保要求最高、建设要求及标准最高的工程之一。港珠澳大桥浅水区非通航孔桥（简称“浅水区桥”）和九洲航道桥（简称“九洲桥”）全部采用组合梁结构，桥跨布置从西向东依次为：浅水区桥（6×85+5×85）m+九洲桥（85+127.5+268+127.5+85）m +浅水区桥［5×85+8×（6×85）］m，总长6133m。组合梁采用整墩分幅布置，桥面总宽33.1m；每幅梁段为单箱单室结构，单幅桥宽16.3m，截面中心线处梁高4.3m（见图1）。

为了减少海上作业时间，对组合梁采用了大节段吊装方案，以浅水区桥为例，单孔组合梁外形尺寸为85×16.3×4.38m，最大吊装重量1900t，采用整孔装船、运输、吊装并逐孔合龙的施工方案。

图1 浅水区非通航孔桥断面图

2、结构特点及难点

⑴ 组合梁由混凝土桥面板和槽型钢主梁叠合而成，标准节段长度达85m，在制作过程中，要历经几个工况，支撑状态不一致，对总体线形控制有一定难度。

⑵ 钢主梁节段为不对称开口槽型结构，结构中性轴靠近底板一侧（钢主梁由上翼缘板、腹板、底板、横隔板等组成，其中心线处高3.78m、顶宽9.3m、底宽6.7m），其几何尺寸精度的控制有一定的难度（标准要求：梁高±2mm，横断面对角线差≤4mm）。

⑶钢主梁节段所用钢板较厚（主体结构采用Q345qD），顶板厚24、48mm，腹板厚18～28mm，底板厚20～44mm，支座处横隔板厚24mm，中支点处横隔板厚48mm，制作过程中焊接量较大、焊接变形也大，而本项目要求采用无码组焊工艺，给焊接变形及几何精度的控制带来了难题。

⑷大节段组合梁的装船、运输、吊装有一定的难度。

3.、组合梁总体施工方案设计

根据桥位施工条件，考虑有利于环境保护、有利于质量控制和缩短桥位施工周期及降低成本等因素，确定了在厂内预制桥面板、厂内制作钢主梁大节段并在总拼场地叠合桥面板、整体吊装的总体施工方案。总体施工流程（见图2）。

图2 组合梁施工流程

4、组合梁制作质量及精度控制措施

4.1 桥面板预制质量控制

预制桥面板标准长度4m、 宽16.5m（断面尺寸见图3），重约70t，桥面板采用C60混凝土，现浇缝采用微膨胀C60混凝土。桥面板采用环氧钢筋，桥面板制造精度要求高(mm)：板厚(0，+4)；板长、宽：±4；对角线高差：±5；板底平整度:±1；侧向弯曲矢度：＜5。为了确保桥面板的预制质量，整个预制过程在厂房内完成，且采用专用模具保证钢筋成形精度及标准统一，在专用胎位上预制。桥面板预制过程（见图4）。

桥面板预制完成后，需存放6个月以后使用，且堆码不能超过6层，见图5。

图3 桥面板断面图

图4 桥面板预制

图5 桥面板存放（≥6个月）

4.2 钢主梁制作技术

钢主梁节段制作精度是组合梁精度控制的关键，为确保其制造质量及几何精度，制定了“板单元→制造分段→钢主梁节段→预拼装”的制作方案（见图6），并采取了在胎架上一次性制作、尽量采取自动化、机械化施焊方案及无码组焊等多种工艺措施。

图6 钢主梁节段制作工艺流程

4.2.1 板单元制作技术

⑴ 底板单元制作。

钢主梁底板宽6.7m分为2个底板单元，长8m～10.2m。采取了专用组装设备组装、门式多电极平位反变形对称焊接方案（见图7）；对“二拼”板单元采用了无码组焊的方案，减少了对母材的损伤并提高了效率（见图8）。

图7 底板单元对称焊接

图8“二拼”板单元对接

⑵ 横隔板单元制作。

采用了在专用平台上固定、焊接机器人焊接的方案（见图9）。

图9 隔板单元组装、焊接

⑶ 腹板单元制作。整个制作过程均采取了无码、反变形或约束控制焊接变形的措施及机械化施焊方案，效果良好（见图10）。

图10a 腹板纵肋和腹板船位反变形焊接

图10b 腹板与横肋船位焊接

图10c 腹板单元与顶板约束焊接

图10d 腹板单元船位埋弧盖面

图10 腹板单元组焊过程

4.2.2 钢主梁节段整体焊接变形及几何精度的控制

采用刚性固定、预设反变形及配重等自约束与它约束相结合的方案（见图11），实现了无码组焊工艺的成功应用，避免了以往使用码板对母材的损伤，并确保了钢主梁节段的几何精度；开发的钢主梁节段自动化焊接及群控新技术（见图12、13），减轻了员工劳动强度、提高了生产效率及质量的稳定性。

图11a 底板对接时焊接变形约束措施

图11b 腹板对接时焊接变形约束措施

图11c 节段接长时接口预变形及配重控制措施

图11 钢主梁节段焊接变形约束措施

图12a 腹板横向对接自动焊接

图12b 腹板与底板对接自动焊接

图12 腹板横向对接及与底板对接焊技术

图13 焊接群控技术

4.2.3 预拼装

预拼装是钢主梁制作的关键工序之一，对于确保钢主梁节段线形至关重要。其中钢主梁节段在总拼胎架上一次匹配制作完成后，与下一个梁段的小节段先进行预拼，之后，该小节段参与下一个钢主梁节段的制作（见图14），以此类推。

图14a 钢主梁节段与小节段预拼装

图14b 预拼装接缝错台检测

图14 钢主梁节段与相邻小节段预拼装

4.3 钢主梁叠合桥面板形成组合梁

钢主梁节段制作完成后，运到专用厂房进行打砂、涂装作业，之后，运到专用台座上叠合桥面板。叠合时，采用橡胶条防止现浇混凝土外露；按设计要求，采用四点支撑进行线形调整和控制。桥面板叠合过程见图15。

图15a 桥面板吊装叠合

图15b 待浇湿接缝梁段

图15 桥面板叠合

4.4 组合梁节段的装船、运输、吊装措施

组合梁节段最大重量1900t，选择了3000t的“天一”号运架一体船完成组合梁的装船、运输及吊装作业。利用专用吊具、两个抬梁吊装，为了避免梁段变形，在钢主梁内抬梁对应位置进行了加固。见图16～19。

图16 钢主梁内吊点加固

图17 码头提梁及船上固定

图18 组合梁海上运输

图19 组合梁桥位架设

4.5 组合梁桥位连接及体系转换

梁段吊装完成后，先进行精确调整、支座灌浆、落梁、撤除临时支座；再吊装下一片梁段，精确调整、环缝焊接，支座灌浆、落梁、临时支座撤除；……；一联梁段架完、焊接成连续梁。两支承墩起顶，完成墩顶布置及相应湿接缝钢筋、模板、混凝土及预应力等施工。

5 取得效果

通过多项措施的实施，有效保证了组合梁的建造质量，其各主要项点的检测结果均满足标准要求，尤其是成桥线形、支座偏位、桥位连接质量等均达到了标准要求，表明组合梁总体施工方案合理可行，施工质量、几何精度及线形等控制措施得当。

6 结束语

针对组合梁结构特点及制作难点，制定了科学合理的施工方案；研发了钢主梁板单元机械化、自动化制作技术及钢主梁无码组焊和焊接机械化施工及群控新技术，开创了钢梁制造和总拼自动化的先河，推动了行业技术进步；混凝土桥面板实现了车间化生产、厂内叠合；解决了超大构件的装船、运输及吊装难题，大大减少了桥位工作量、提高了产品质量；成功实现了体系转换，有效保证了组合梁的成桥线形。这一切成果的应用，确保了这一世界级跨海大桥项目的顺利进行，为以后类似桥梁的建造积累了经验。

#免责声明：本文系网络转载，版权归原作者所有。由于转载众多，或无法确认原始作者，如涉及作品版权问题，请与我们联系，我们将于第一时间协商版权问题或删除内容！内容为作者个人观点，不代表本公众号立场和对其真实性负责。#