[科普中国]-弦杆

弦杆发展历史

进入 21 世纪以来，我国的桥梁建设步入快速发展时期。钢桁梁桥作为铁路桥梁的主要形式，在连接方式、结构形态、焊接技术等方面都产生了很大变化: 由从前的铆接方式发展为栓焊、全焊连接; 由单一的 H 形、箱形构件发展为整体节点结构; 由普通角焊缝发展为熔透焊缝 。20世纪 60 年代，整体节点的思想在一些工业发达国家( 如日本) 逐渐推广，20 世纪 80 年代起，整体节点在钢桥中得到广泛应用此后，随着 14MnNbq 钢在我国的成功研制和焊接技术的提高，整体节点技术在我国迅速发展现阶段我国一些大跨度钢桥，如芜湖长江起来大桥、武汉天兴洲大桥、郑州黄河桥以及正在建设中的沪通长江大桥等均采用了这一技术。所谓整体节点，是指将主桁节点单元包含的弦杆、节点板、隔板及与其他各部相连接的接头板，在工厂组焊成整体节点杆件，在桥上进行节点外拼接。无平直段称作整体节点，有平直段称作整体节点弦杆 。与传统的拼装式节点相比 整体节点在外观、应力分布、工地拼装工作量、施工工期与施工质量等方面均具有其独特优势 。

弦杆设计特点弦杆制作工艺控制要点以往单根整体节点杆件制作长度为一个节间长，包括一个整体节点，本桥整体节点杆件( 以下称为弦杆)由2 个节间组成，包括两个整体节点，致使杆件长细比较大，且弦杆横纵向连接关系多、焊缝密集，焊接工作量大，焊接变形和焊接收缩难度大。弦杆与其他构件连接部位精度要求较高，特别是其与插入式构件( 如腹杆) 的公差配合精度很难控制，同时，由于弦杆断面小、结构为非对称形式，因此焊接极易变形 构件制作精度极难控制 是该桥的又一难点; 整节段之间采用多拼口的高强度螺栓连接，而整节段的全焊设计又造成焊接变形的不易控制，因此，制孔方案就要充分考虑到焊接变形、设备能力、生产工效等综合因素，确定合理方案保证连接精度，这也是该桥的重点之一。

沪通长江大桥整体节点数量多，必须制定合理的制作工艺，方能确保各弦杆具备良好的互换性，实现多方位拼接、孔群密集、几何尺寸、孔群精度要求高等目标，以此来保证节段拼接及桥位安装架设的全桥线型，因此，控制和减小焊接变形，保证箱口尺寸，满足栓孔精度及孔群相互关系及严格控制下弦杆、桥面板的焊接收缩量、修整收缩量及杆件变形量等是整体节点弦杆制作技术的关键。

关键部件的精度控制竖板外形及直度控制

每块竖板是由两块节点板和三块竖板平直段构成，保证竖板制作精度，关键是对节点板外形、节点中心线间的几何尺寸及接料直度的控制。节点板宽度尺寸较大，需要先完成钢板接料并探伤后再整体程切下料，接料位置注意需按照Q/ CR9211—2015《铁路钢桥制作规范》要求避开杆件主要焊缝位置。下料矫平后精确划线，划线包括腹杆轴线、水平中心线及对接端机加工线 。节点板外轮廓尺寸应满足如下技术要求:

1)对接接头与节段垂直中心线平行，与水平中心线垂直，以保证接料直度;

2)控制节点中心至对接接头的尺寸，以保证左、右弦杆两块节点板中心线错位满足精度要求。

为了保证竖板单元节点中心距，采用分段接料的方法，在完成二接一和三接一的接料工作后，对工件进行修整，确保尺寸和线型后进行左右两部分的对接。同时节点板与竖板对接时，需在接料平台上按杆件线形焊接档脚以确保竖板单元下边缘线形精度。下弦杆竖板节间预留焊接收缩量和修整收缩量10mm，确保杆件焊接后节间长度尺寸控制在允许偏差之内。

横隔板精度控制

隔板是控制杆件宽度、高度及箱型对角线、防止扭曲变形的重要零件，相当于弦杆组焊内胎，其尺寸精度必须严格控制。采用等离子数控切割机切割隔板，确保隔板高度、宽度、垂直度偏差在 0 ～ 0. 5 mm 之内，在制作中及时对切割的隔板进行质量抽查，确保隔板的制作精度。

箱体组装根据沪通桥下弦杆的结构特点，箱体组装采用胎型正位组装顺序，如图 5 所示。即在专用组装胎型上首先铺下水平板单元，对线并临时固定，然后依次组装隔板和竖板单元，形成槽形，焊接修整后，组装上水平板单元，形成箱形为了保证整体节点杆件的几何尺寸和连接精度，在箱体的组装、焊接过程中应遵循以下要求:

1) 分别以下水平板的纵肋栓孔及其上的纵向轴线作为隔板组装的基准线，组装前，应首先按照 GB 50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》对每块隔板的外形尺寸进行验证，然后划出隔板宽度中分线作为组装基准线，中分线应与中轴线重合，对线组对竖板成槽型。

2) 注意隔板的相同边缘标记位于同侧，并保证水平板、竖板与隔板的密贴，同时须保证竖板上边缘平直。当隔板对角线存在偏差时，应按照偏差同向的原则放置横隔板。

3) 组装上水平板时，应根据水平板上节点板穿出处的槽口中心尺寸控制节点板竖板的水平距离，保证上水平板顺利穿过节点板槽口。

4) 组装箱体后，外侧四条主焊缝采用 CO2 气体保护焊打底+ 埋弧自动焊的焊接方式，焊接时应保证4 条主焊缝在平台上同向对称施焊，以防止扭曲变形。

5)主焊缝焊接后组装并焊接箱体两侧的横梁接头板，横梁接头板的组装位置仍以有孔纵肋的栓孔为基准划线进行，并确保与内部横隔板对应。

6)上、下水平板的箱外纵肋分段组装，以便穿过箱外横梁接头板。纵肋两端遮挡箱体竖板栓孔的部分待箱体钻孔完成后组焊。正位组装法有以下优点:

1)水平板置于胎型平台上，相当于组装水平基准面;

2)两侧竖板同时组对，便于控制横向组装精度;

3)为实现对称焊接提供了条件;

4)减少翻身次数。

栓孔钻制下弦杆箱体栓孔采用龙门数控钻床钻制，钻孔前需检测其旁弯、竖弯、扭曲，合格后划基准孔位置线钻孔。箱外各类接头板须在箱体钻孔前完成组焊，从而彻底避免焊接接头板时对箱体直线度及栓孔极边孔距的影响，杆件钻孔后再分别划线火焰切割手孔及上、下水平板两头二次切割量。

沪通桥下弦杆竖板两端均设置连接孔群，而且节点部位断面大，导致杆件往往无法整体通过龙门数控钻床。为此，以往制作工艺通常采用龙门数控钻床钻制靠近节点一端的箱口两侧竖板栓孔，再进行复杂的立体划线，利用大型整体覆盖式机械样板接钻箱体另一端的两个竖板栓孔，然后利用其他小型样板接钻杆件水平板栓孔的制孔方法 。这种制孔方法工序多，工艺过程复杂，且人为因素影响较大。因此在沪通桥实际生产中引进了双龙门三维数控钻床，利用双龙门的精密联动，同时一次性完成杆件两端栓孔的钻制，从而简化了整体节点杆件箱体钻孔的工艺过程，避免了复杂的立体划线及不易操作的大型覆盖式样板，从而大幅提高杆件的钻孔效率，有效地保证了栓孔的精度，也降低了工装成本。

弦杆应用展望本文以沪通长江大桥主航道桥下弦杆为工程背景，结合采用整体节点技术的钢桁梁桥下弦杆的设计特点，详细研究了整体节点下弦杆的制作工艺，阐述了在沪通桥弦杆的制作过程中的工艺优化措施，明确了制作工艺中的控制要点并提出了具体控制措施。通过沪通桥节段拼装精度控制结果来看，本桥所采用的制作工艺科学、合理，各控制要点和措施精确有效，可供今后类似工程参考。1