钢箱形桥底板平整度控制措施的研究

钢箱形桥底板平整度控制措施的研究

董江涛

中铁上海局集团建筑工程有限公司机电设备制造安装分公司，工程师

摘要：钢箱形桥在设计中一般桥梁底板都采用相对薄的钢板，箱内的隔板、腹板等箱内结构焊接在底板上，由于焊接应力的存在造成底板变形，进而影响桥梁下部整体观感质量。本文针对薄板箱体结构焊接变形进行细致分析，研究焊接角变形的成因，找到影响变形的因素，制定了焊接变形控制措施，进而有效控制了钢箱形桥底板平整度，提升了桥梁整体观感质量。

关键词：钢箱形桥；薄板焊接；焊接变形控制；

引言

钢箱形桥在制作过程中底板变形是一个较常见的问题

本文通过研究钢箱形桥底板平整度控制措施着手，分析变形原因，有针对性的制定控制措施，

1.钢结构焊接应力变形种类

板单元焊接受热后板面会出现纵向、横向收缩、角变形和波浪变形。一般沿着焊缝方向的变形称之为纵向变形，垂直于焊缝方向的变形称之为横向变形，板单元围绕着焊缝产生的角位移就是角变形，薄板焊接时产生的波浪形收缩变形成为波浪变形。由于U型肋的纵向排列，对板面起到纵向定位控制，会降低甚至限制纵向收缩变形、角变形和波浪变形，但却无法降低横向收缩变形。因此顶板单元焊接完成之后主要存在的问题就是板面横向收缩变形。

2.钢结构焊接变形的基本控制措施

钢结构的焊接变形控制措施一般分为焊前控制措施和焊后控制措施。常见的焊前控制措施主要从焊缝的形式、焊接顺序和工艺参数方面考虑。一般像顶板单元这种焊缝分布相对均匀且焊缝形式固定的钢结构，采取对称焊接的方式能起到一定的防止应力变形的作用。焊后控制措施主要是火焰校正机械校正。机械校正一般适用于体积较小或者形状适合的钢构件，对于体积较大的钢构件，一般只能采取火焰校正。像桥面顶板单元这种体积相对较大的钢构件一般只能采取焊后火焰校正措施来控制焊接变形量。

3.反变形焊接胎架的使用

采用反变形胎架进行顶板焊接时，首先将胎架调整成胎面横向起拱在状态，与顶板焊接变形方向相反的一个胎面。将顶板平铺到胎架上，沿纵向将板的两边进行固定，通过侧边的固定及胎面的起拱度使板底面紧贴胎架表面，从而预先使顶板在焊接前呈现出一种与焊后变现相反的横向变形。利用反变形胎架产生的这个横向反变形，来抵抗焊接后的横向收缩变形。焊接完成之后，待顶板完全冷却，松开胎架的固定装置，使顶板回复自由，其由焊接产生的横向收缩变形量与预先设置的横向反变形相互抵消，使顶板保持正常平整度。

图1 反变形焊接胎架

图2 反变形焊接胎架放置顶板4.使用反变形焊接胎架的优点

4.1有利于控制焊接变形量

经过实际测量得出，在不使用焊接反变形胎架制作的顶板单元时，焊后产生的横向变形量大约为每米15-25mm。使用反变形焊接胎架制作的顶板单元焊接后的顶板横向变形量仅为每米0.03-0.55mm。由此可以看出，反变形焊接胎架能通过预先设定的反变形量来有效抵消焊接产生的收缩产生的变形量。

图3 顶板平整度测量

4.2有利于焊缝的成型质量

在使用反变形焊接胎架时一般可以将胎架调整成与地面成45°角的倾斜面，这样固定在胎架上的顶板与U型肋之间的角焊缝都会变成船形焊缝。一般船形焊缝要比平面角焊缝更容易施焊，质量上也更有保证。这样也避免了一般平位角焊缝常见的质量问题，减少后期焊缝处理所增加的工作量。

4.3有利于节省资源

通过反变形焊接胎架制作的顶板，不但有效控制了焊接变形量，还省去了后期为恢复板面平整度而采取的火工校正的环节，节省了大量的人力和物力，缩短了制作时间，为保证生产工期和施工进度提供了较大帮助。

5.需要持续改进的地方

反变形焊接胎架的反变形量设定是使用过程中的控制要点，不同的板厚、组装U型肋的数量以及焊接工艺都会对焊接变形量产生影响。所以要想准确设定反变形量需要对不同种类型的顶板单元进行深入的研究，一般可通过对比法、实验法来估算出反变形量。对比法就是参考同类型板单元或者相似类型的板单元，参照其变形量来估算当前制作的板单元的变形量，从而设定反变形焊接胎架的变形量。实验法就是先不使用反变形胎架焊接一块顶板单元，然后测量其焊接变形量，根据该实验板的变形量来设定反变形胎架的变形量。

6.结束语

综上所述，在钢桥顶板单元焊接变形控制措施中，利用反变形焊接胎架进行顶板焊接能有效控制焊接变形量，且有利于提高焊缝的成型质量，同时也节省资源、缩短制作时间，有利于提高工作效率。反变形焊接胎架在其他的钢结构生产制作中也有广泛的使用价值。

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（作者信息：董江涛，男，工程师，2012年毕业于大连交通大学。）

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