【摘要】大跨度鋼箱梁的制造一般分為板單元制造、箱梁段組拼、橋位吊裝三個階段，由于板單元制造是整個工程的基礎。而且板單元的數量巨大，因而在制造中控制板單元的質量，滿足精度要求．提高制造效率，滿足進度要求是板單元制造的重點。本文結合南京長江第二大橋板單元的制造，系統介紹了板單元的加工方法及特點，并對制造中焊接變形的控制、板單元構件的制造精度控制等作了重點論述。
【關鍵詞】鋼箱梁 板單元 制造 工藝

一、前言
大跨度橋梁中，鋼箱梁以制造質量穩定、跨度大、架設方便而經常采用。日本的多多羅大橋和國內的江陰長江大橋、海滄橋以及在建的南京長江第二大橋均采用鋼箱梁。鋼箱梁的制造由于鋼板規劃及運輸等方面的原因，一般采用工廠、工地、橋位相結合的方式。板單元制造中，保證制造質量，提高制造效率是關鍵所在。本文以南京長江二橋的鋼箱梁為例，介紹板單元構件的制造方法及控制要點。

二、鋼箱梁板單元構件的劃分
南京長江第二大橋為鋼箱梁斜拉橋，全長1238m。鋼箱梁主梁斷面為全焊扁平流線型鋼箱梁，根據架設需要分為93段制造。每段箱梁頂板分為14個頂板單元，共有54根縱向加勁U肋；底板分為15個底板、斜底板單元，共有43根縱向加勁U肋；箱梁兩側為錨箱腹板，腹板外側為風嘴。鋼箱梁板件劃分見圖1所示。梁段之間的底板U肋在縱向定位后通過嵌補段連接，頂板U肋通過高強螺栓連接。在如此大跨度的箱梁中，要確保縱向U的間的精確定位連接，板單元的制造精度必須特別精確。

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三、帶U型加勁肋面板單元的制造
1.U肋制造
U肋制造采用雙折邊法。即板料在精切下料后機加工兩長邊坡口，使用大型壓力機分兩次進行壓彎。主要控制 U助的開口寬度 BO＋3，兩肢高低差≤2.0mm，全長扭曲≤5.0mm，端口垂直度≤1.5mm，局部不平度 2mm／m。
2.板單元制造
頂板、底板、斜底板單元均帶有U型加勁肋，主要結構形式為正交異性板結構，由面板和縱向加勁的U肋和橫向加勁的橫肋組成，構造見圖2、圖3所示。其制造工藝基本相同。

（l）板單元制造工藝流程（圖4）

（2）板單元的無余量精切下料
根據工藝試驗所得的參數，考慮制造過程中火焰切割、焊接、熱矯正等對板件尺寸的影響，對板件的外形尺寸確定適當的工藝預留量。精密切割下料并切割出板件周邊的焊接坡口。
下料時控制料件長度尺寸L±1.0，坡口角度控制在 0～+2℃，板邊直線度≤2.0mm。
（3）板單元胎架無碼組裝
正交異性橋面板直接承受汽車輪載作用，在制造時應避免加碼等對運營造成疲勞隱患的組裝方法，因而板單元使用專用無碼組拼胎架組拼，見圖5所示。

組拼作業主要控制U肋位置及U肋與面板的間隙，間隙要求≤1.0mm，U助間距在面板兩端頭及橫隔板部位≤1.0mm，其余部位≤2.0mm。
（4）板單元反變形焊接
U肋與面板角焊縫焊接后，由于焊接熱影響，面板會出現焊接角變形。焊接變形的產生不僅影響板單元的制造精度，而且若通過火焰矯正使其達到平面度要求，則需增加相當多的工作量。因而在制造中采用焊接反變形技術。
通過對焊后變形數據的實測，確定變形量，在施焊前對面板施加適當的反變形，以基本消除板單元在焊接中產生的角變形。焊接反變形胎架見圖6所示。

面板焊接采用效率高、輸入線能量少、焊接變形小的CO2氣體保護自動焊。焊接時采用船位焊接，保證焊縫的熔深及外觀成型。
由于反變形技術的應用，板單元焊接后角變形大為減小，經過820mm板厚的頂板單元的實測，未使用反變形時總角變形為40mm，使用反變形后總角變形僅為6mm，可很容易地矯正平整。

四、帶錨箱的腹板的制造
鋼箱梁上的荷載均通過腹板外側的錨箱傳遞給斜拉索和橋塔，因而錨箱腹板是鋼箱梁最重要的受力構件。全橋共有80對柱狀錨箱，其角度和縱錨板長度因箱段的位置而變化。錨箱腹板由腹板、承壓板、縱錨板、腹板板條肋等組成。錨箱結構如圖7所示。

1.制造工藝流程（圖8）

2．制造控制的重點
其包括：①部件組拼精度控制；②焊縫焊接質量控制；③腹板焊接變形控制。
3.腹板組拼
首先組焊錨箱合件。組焊時使用定位胎架進行組裝，采用平角位置對稱施焊，確保焊縫質量和焊接不產生大的不對稱變形。
腹板組焊板條肋后，依據縱、橫基準線精確定出錨箱的組裝位置及組裝角度，并據此在平臺上組裝錨箱。
4.錨箱腹板焊接
（l）腹板與板條肋的焊接
腹板與板條肋焊接使用埋弧自動焊，焊絲使用H08Mn2E，焊劑使用SJ10lq，焊接時采用船位焊。
（2）熔透焊縫的焊接
承壓板與縱錨板、錨箱與腹板間均為熔透焊縫，采用開雙面U型坡口焊接，坡口及焊道布置見圖9所示。焊接時采用手工多道焊，焊條采用SHJ507Ni焊條。焊前預熱100～150℃，層溫控制在100～150℃。一側焊后另一側進行清根處理，確保熔透。

5．焊接變形的控制
（l）增加腹板剛度，控制豎向及彎曲變形
腹板與錨箱焊縫為大坡口熔透焊縫，焊接后在腹板錨箱位置產生局部凹凸和翹曲變形，經實測在錨箱腹板背側豎向彎曲變形最大達16mm。
采取在腹板背側的板條肋上增加臨時連接件，使腹板上板條肋連為整體，以增大腹板的抗彎剛度，控制焊接豎向彎曲變形在6mm以內。
（2）利用剛性約束，控制焊接角變形
由于屢次的焊接熱過程使得焊接角變形異常嚴重。采用在腹板錨箱背面加裝約束馬板的措施，施焊前先將馬板點固于錨箱背側，增加腹板上錨箱部位的剛性約束，制約腹板角變形的產生。馬板見圖10所示。腹板使用馬板后焊接角變形原先的最大18mm減小為6mm，減少了矯正的工量，保證了幾何尺寸的精確性。

五、帶單側加勁肋的橫隔板的制造
橫隔板作為鋼箱梁組拼的內胎，且縱向與U肋要精確配合，加工精度要求特別高。但橫隔板構造上僅豎板的一側有板式加勁助，料件超長超大。除錨箱處的橫隔板外，其余橫隔板僅厚10mm，屬于薄板結構，易產生焊接蕈狀變形。為保證質量，將橫隔板整體分為一個中間板塊、兩個邊側板塊制造。橫隔板構造見圖11所示。
l.制造工藝流程（圖12）

2.料件組排
將豎板置于平臺上按組裝位置線，組裝加勁肋等件。組拼時控制加勁板條肋與豎板的縫隙小于 0.5mm，垂直度小于1.0mm。
3.焊接
由于加勁的偏于腹板一側，焊后易在豎板上產生蕈狀變形，因而焊接時需將橫隔板固接于平臺上，施加約束，以控制焊接變形的產生。
焊接采用線能量小，焊接效率高的CO2氣體保護半自動焊。
4.矯正
由于采用了約束變形措施，焊接后僅有局部蕈狀變形，使用火焰矯正。保證板面的平面度≤3mm／m，板邊直線度≤lmm（局部≤2mm）。
5.精密切割
經矯形后的橫隔板，依據縱橫基準線定位于切割胎架上，采用數控火焰切割機精切周邊。

六、桁架式縱隔板的制造工藝
桁架式縱隔板在鋼箱梁的橫隔板間起縱向加強作用。每段鋼箱梁有8塊縱隔板，構造上采用鋼管作為斜桿與板件共同受力。構造見圖13所示。

由于桁架式縱隔板為板系與桿系混合結構，幾何尺寸定位較為困難，因而使用定位胎架作為組拼的控制手段。
焊接時將定位胎架作為變形控制胎架，以約束焊接變形。
焊接采用線能量小，焊接效率高的CO2氣體保護半自動焊。由于胎架的控制，焊后基本無變形。

七、風嘴制造
風嘴為一側開口的不規則四邊形結構，風嘴構造見圖14所示。由于風嘴處于箱梁外側，對成橋后橋梁外觀線形的影響很大，因而，風嘴外形尺寸的控制是制造工藝的控制重點。

風嘴的頂板、腹板、底板單件組裝板條助，焊接矯正完成后，參與整體組拼。
風嘴組擠在平臺上進行，以隔板作為內部定位基準，組焊其余各件。對于風嘴端部隔板間距較大的位置，使用工藝隔板保證風嘴外部尺寸。通過合理調整焊接順序，基本控制焊接變形在精度要求的范圍內。

八、結論
在大跨度鋼箱梁板單元構件的制造過程中，通過采用精密切割、U形肋無碼組裝、焊接變形控制、無余量切割等新工藝、新方法，在提高單元構件制造質量的基礎上，大幅度提高了制造效率，為以后鋼箱梁板單元構件的制造提供了一個可供借鑒的范例。

參考文獻
[1]平原身幸.多多羅大橋[J]橋梁と基礎，1998．8
[2]日本道路協會標準.道路橋書.同解說