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，利用仿真模擬計算，進(jìn)而控制、優(yōu)化施工工藝。

關(guān)鍵詞：大跨度鋼橋梁，計算機(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)計院有限責(zé)任公司設(shè)計。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)連接成一個有機(jī)整體（圖1）。河道內(nèi)設(shè)置2個親水平臺，延線共設(shè)置5處上下橋人行樓梯（含2個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，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)公式計算出相鄰點(diǎn)之間的高差，然后用水準(zhǔn)儀測量每個點(diǎn)的標(biāo)高，核對相鄰點(diǎn)之間測量高差與計算高差的差值。

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)同時對稱焊接 ，并由中間向兩邊，多人同時施焊。

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，為以后制作大截面圓弧箱型梁打下堅實(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）