李洪明 周井华 戴文秀0 引言随着经济不断发展，为提高航道使用效率和船舶通行安全，越来越多的内河码头采用俯仰式钢桥，通过铰轴系统旋转使其可以俯仰来实现桥梁的开闭功能，使得船舶能够安全快速通过。某航道钢桥项目采用桁架设计形式，其铰轴系统设置于侧片桁架（以下简称铰点段桁架），根据制造方案，该铰点段桁架单独制作成形，与其他构件进行拼装，形成整座钢桥。本文依托该项目铰点段桁架的制造，对铰点段桁架制造工艺进行介绍。1 结构特点铰点段桁架由上弦、腹杆及下弦组成，三部分通过焊接形成一个扁平片状体（见图1），其整体长约33 m，宽约21 m，高约3 m（含t =125 mm 筒体），质量约325 t，其外形结构极不规则，其中上弦高低差约3.8 m，下弦高低差约6.2 m，尾部上翘53 mm（相对于铰点中心），整体重心偏离严重，并存在疲劳等级不一的零件，其内外腹板各有4 块疲劳等级为Class 3B 零件，该零件严禁任何损伤及临时焊接，给制造及吊装带来困难。1.配重箱 2. 安全插销孔 3. 配重架 4. 液压顶升孔5. 铰点段桁架 6. 铰点 7. 转轴图1 钢桥整体结构示意图布置于此桁架上的铰点轴孔、液压缸顶升轴孔及安全插销孔相对位置精度要求高，铰轴孔至桁架尾部长度尺寸偏差≤ 15 mm, 至液压缸顶升孔尺寸偏差≤ 4 mm，角度偏差≤ 0.1° , 至安全插销孔尺寸偏差≤ 5 mm, 内外腹板圆孔同轴度≤ 2 mm。见图2。1. 疲劳构件 2. 重心 3. 安全插销孔 4. 液压顶升孔 5. 铰轴孔图2 铰点段桁架结构示意图2 制造难点整座钢桥桁架共有左右两侧片，两侧片结构对称，与配重箱、配重梁及转轴连成一体，通过铰轴系统进行旋转，两侧桁架的制造精度直接影响各轴孔的同轴度及位置度，从而影响着整座钢桥俯仰时的稳定性。1）下弦箱体内部结构复杂，包含有铰轴孔、液压缸顶升孔、厚板法兰、疲劳构件等特殊部件，铰轴孔与液压缸顶升孔相对位置精度要求高。通过对下弦进行合理分段，使构件公差带分布于一个独立的构件上进行控制制造，然后再参与整个铰点段桁架侧片的拼装，有利于此部分构件与其他构件相对位置尺寸的调整。2）下弦箱体80% 的焊缝为CJP 焊缝，焊接量大。为保证焊缝质量，采用翻身烧焊。由于桁架外形尺寸大，结构不规则，吨位重，重心偏离严重且上下弦存在较大高低差，车间行车的起重吨位、起升高度及多台桥机同步吊装所需安全距离均无法满足桁架的整体吊翻身装。为此，对桁架进行合理的分段制造，并选择关键拼装基准。3 桁架分段制造工艺桁架长约33 m，宽约21 m，高约3 m（含t=125mm 筒体），质量约325 t，结构不规则，其上弦高低差约3.8 m，下弦高低差约6.2 m，重心偏离严重，车间无法整体翻身。工艺方案：1）整片桁架分成上弦、腹杆及下弦三大部分（见图3）。1.腹杆 2. 上弦 3. 下弦 4. 铸钢组件图3 铰点段桁架分段示意图2）下弦为四面箱形结构，箱体高度约1 m（不含铸钢组件筒体高度），长约30 m，质量约220 t，内外腹板板厚50 mm，全为CJP 焊缝，内部隔板板厚20 ～ 40 mm 不等，80% 的焊缝为CJP 焊缝，并设有直径为Φ4 400 mm，高为2 957.5 mm 的铰点组件。结构外形不规则，重心偏离严重，无法整体翻身制作。为此将下弦分成下弦A、下弦B 及铰点组件三部分，其中铰点组件安装在下弦B 内，仅制作时单独制作，待组件制作好后再拼装至下弦B。该方案有效地解决了车间无法翻身制作的问题，降低了下弦A 段和B 段焊接难度并提高了焊接质量，更有利于控制整段桁架长度尺寸。同时，上弦A 段及C段可以采用组对焊接，减少焊接变形。4 桁架分段制作工艺4.1 下弦A 段制作下弦A 段为四面箱形结构，长约13 m，宽约15 m，质量约98 t，全为厚板焊接。内外腹板（箱体内侧）及隔板均焊有剪力钉，底板超出内腹板250 mm，内外腹板共有8 块疲劳等级最高的零件，此疲劳零件严禁任何损伤和搭焊。工艺方案：1）周圈预留加工余量 疲劳零件在下料时，避免在起弧和收弧位置以及切割至数控胎架位置时产生母材缺陷。下料后，机加工去除余量，并加工出焊接坡口。2）预留余量 下弦A 段与B 段合拢口处长度方向预留余量，余量预留在A 段。用于补偿厚板焊接收缩及控制A、B 段拼装时长度方向尺寸。3）校平 腹板、隔板、顶板及底板单独拼板，校平。4）剪力钉安装 考虑到构件箱体内净空间大小，剪力钉专用焊枪操作的方便性、箱体内隔板成型焊接的难度等，腹板、隔板及底板剪力钉单独划线安装。5）吊点设置 构件采用空翻模式，2 个主吊点均设置在上部与腹杆对接处，辅助吊点设置在底板。①若2 个主吊点均设置在上部与腹杆对接处，缺点是由于重心偏离严重，单个吊点偏载严重。②若一个吊点设置在腹杆对接处，另一个设置在A/B 段合拢口处，缺点是腹杆对接处与合拢口处不在一条水平线上，不便于使用一台桥式起重机起吊。腹杆最高点超出合拢口位置，起吊时钢丝绳与腹杆干涉。③辅助吊点设置在底板。由于疲劳构件不允许任何临时构件焊接，只能将吊点设置在底板上，缺点是底板超出内腹板250 mm，吊装时易折弯。综合分析后，主吊点均设置在上部与腹杆对接处，对受力较大的吊点进行加强。辅助吊点设置在底板，长度超出底板宽度，避免吊装时底板受力折弯（见图4、图5）。1. 合拢口 2. 疲劳零件 3. 剪力钉图4 下弦A 段结构6）整体焊接 构件四面装配成形后，进行整体烧焊。避免三面成形焊接结构内凹，造成平整度超标。该方案施行有效保证A、B 段合拢后整体尺寸。保护了疲劳零件，避免疲劳零件临时搭焊。提高焊缝成形质量，并保证构件的整体平整度。4.2 下弦B 段制作下弦B 段全长约17 m，质量约122 t，中间法兰通过666 套高强度螺栓进行连接，法兰板厚80 mm，连接板厚40 mm，长3 446 mm，宽1 280 mm，法兰板与连接板贴合间隙≤ 2 mm，法兰端部贴合间隙≤ 1 mm。中间位置为铸钢组件，组件筒体与腹板垂直度≤ 2 mm。下口为液压缸顶升孔，顶升板板厚150 mm，两侧顶升板开档为±3 mm，同轴度为5 mm。工艺方案：1）余量预留及加工 中间法兰下料时外圈预留余量，下料后矫平，控制其平整度，加工外圈及厚度方向余量，厚度方向采用双面加工，保证贴合度。2）法兰钻孔 将法兰进行组对钻出螺栓孔，完成后对法兰和连接板贴合面进行涂装，保证贴合面粗糙度符合要求，并立即采用工艺螺栓将两者连成一体，拧紧，外围一圈注射密封胶，防止法兰贴合面生锈。3）吊点设置 主吊点设置在疲劳构件与桁架腹杆对接缝位置，辅助吊点设置在箱体下部，两辅助吊点安装时尽可能等高。主吊点开档尺寸较大，翻身时采用吊梁，防止侧向力过大致使腹板受力变形。图5 下弦A 段吊装示意1）整体焊接 构件四面装配成形后，整体进行烧焊。避免三面成形焊接结构内凹，造成平整度超标。2）内孔修割 构件焊接完成且各项尺寸检测合格后，整体划线修割内外腹板内孔余量，确保同轴度，及与铸钢焊接间隙均匀，划线修割需再次复核铸钢圆心与液压油缸顶升孔中心相关尺寸，以内孔十字中线为圆心，整体修割内外腹板内孔余量。3）铸钢组件安装 将铸钢组件穿入桁架内，并固定牢固。调整铸钢件，使其圆心与腹板圆心（十字中心线）重合，调整铸钢安装高度，保证铸钢组件符合要求。对铸钢与腹板及筒体与腹板进行打底焊，烧焊箱体内部筋板与筒体之间的焊缝，然后进行翻身焊接，整体焊接结束后，检测桁架整体平整度及各轴线之间开档尺寸保证符合要求。下弦B 段与铸钢组件进行拼装烧焊，拼装主要检测并控制以下三部分：1）铸钢端面与桁架外腹板整体平整度。2）筒体与桁架内腹板垂直度。3）铸钢圆心与液压缸顶升孔圆心相关尺寸。合格后即可进行焊接，焊接过程中进行翻身，最终筒体朝上参与下弦A+B段拼装。5 桁架拼装工艺桁架成形后将与配重箱、配重梁、转轴及其他结构组件等相连，结合现场使用功能，桁架拼装时主要控制整体长度尺寸；铰点孔、液压缸顶升孔及安全插销孔三孔相对位置；与相邻组件合拢口开档尺寸。工艺方案：1）划出整片桁架地样线，以铸钢组件圆心为基准进行拼装。2）长度尺寸控制 以铸钢圆心为基准调整下弦A段拱度测量整体长度后划出下弦A 段合拢口处修割余量并进行余量修割及坡口开制。3）孔位控制 以铸钢圆心为基准，将上弦B 段、A 段及C 段依次摆放到位，检测铸钢圆心与安全插销孔圆心两者形位尺寸（铸钢圆心与液压缸顶升孔中心相关尺寸已在铸钢组件安装时调校到位）、A 段及C 段斜度，合格后将腹杆摆放到位并固定牢固。4）合拢口开档尺寸控制 测量上弦C 段与下弦B段垂直点开档尺寸，预留焊接收缩余量，保证焊后开档尺寸满足要求。5）焊接 上弦A、B、C 三段及下弦A、B 段分别焊接，完成后复测整体长度尺寸、三孔相对位置及合拢口开档尺寸并进行调整，测量整片桁架平整度，合格后对腹杆与上下弦之间的对接缝进行烧焊。6 结论承制的铰点段桁架外形尺寸大、形状不规则、吨位重，且外方设计对临时构件焊接的限制更是加大了制造难度。通过合理分段、变形控制、精度控制等方法，保证了结构的制造质量。举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章2021微信公开课PRO最全亮点请收好7年！2000多次！他爬上高塔，只为干这件事！爱心腊八粥 情暖环卫工煎饼大姐给金矿救援者送500斤苹果，网友：平平安安！国外代孕知多少？美国各州法规迥异，昔日放开的印度眼下严管
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