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摘要：目前，国内大跨径悬索桥钢箱梁多为全焊结构，具有结构复杂、熔透焊缝多、制造难度大等特点。以沈阳四环高坎大桥悬索桥钢箱梁为研究对象，从钢箱梁零部件余量的控制、拼装工艺流程、拼装胎架、线型控制以及现场整体组拼精度控制等几个方面，对钢箱梁的整体组拼工艺技术进行分析和总结。
关键词：钢箱梁；整体组拼；工艺控制
Abstract：The domestic steel box beam for long-span suspension bridge is mostly welded structure at present, which features complex structure, a great deal of penetration welds, difficult manufacture. Based on steel box beam for GaoKan Bridge of ShenYang fourth ,it is given an analysis and summary of the whole spellers technique of steel box beam in respect of the components residual control ,speller flow chart, speller bed-jig, line type control and whole spellers precision control of site splice.
Key words：steel box beam; whole spellers; technique control
中图分类号：[TU997] 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
工程概况
沈阳四环高坎大桥主梁采用整幅等高度钢箱梁，顶板为正交异性板结构。钢箱梁采用整体式带挑臂扁平箱形断面。箱梁全宽42.54m（外到外），标准梁高4.0m。钢箱梁横向在行车道和中央带范围内为封闭箱结构，在非机动车道范围内为底面敞开的挑臂结构。钢箱梁工地连接采用以焊接为主的栓焊组合形式，顶板、腹板及其加劲肋、底板及其加劲肋均采用焊接，顶板U肋采用高栓连接。钢箱梁顺桥向在两个主缆锚固区之间范围内采用5道纵腹板，在两个主缆锚固区以外范围内采用4道纵腹板。在主缆锚固区域的G、H、I、J梁段横向中间位置，钢箱梁梁高局部增加到5.9m，分为上、下两层，上层梁高（顶板上缘到上层底板上缘）4.0m，下层梁高（上层底板上缘到下层底板上缘）1.9m。钢箱梁纵向分成28中类型，55个梁段（M1-M27+T），梁段长度再5m-9.2m之间。
图1主梁标准横断面
板单元组拼
在板单元参与梁段组拼前首先在两拼胎架上或平台上按二拼一焊成一个吊装板块。两拼胎架要求足够的支撑刚度，不得有局部沉降。为减少焊接变形和火焰修正量，保证钢板的平面度，在板单元拼接焊缝上预留15-20mm焊接反变形量，以保证板单元的平面度。反变形预设应在组装时完成。
组装前识别每块板单元上的基准头和基准边及横、纵基线。对于横向定位，板单元宽度方向1条焊缝预留2-3mm焊接收缩量，以测量纵基线距离尺寸为准。对于纵向定位以两板单元的横基线对齐为准，基准线对位允许偏差为1mm。两拼件保证对角线差不超过3mm。顶板要求把板单元横、纵基线返到顶板无U形肋一面，以横基线为纵向定位基准调整板单元的相对位置，并打好样冲眼，作为整体组拼时顶板单元的定位基准线，两拼时除了以横纵基线定位组拼外，同时控制板单元基准端的直线度，复核宽度方向组拼尺寸是否满足公差要求，检验合格后方可焊接。
整体组拼胎架
整体组装在总拼装胎架上进行。胎架基础要求坚实牢靠，胎架承重横梁应具有足够的刚度，确保在使用过程中不发生变形。钢箱梁总拼制作纵向线形根据吊装线形制作，设计时成桥线型主塔两侧均为2%纵坡，全桥均处于R=16000m 的竖向圆曲线上，钢箱梁纵向制作线形通过调整胎架牙板高差来实现。牙板高度调整时，宜采用两块牙板上下搭接的构造形式，即有基础牙板与对线牙板连接的结构形式，避免用手工切割来调整牙板的高度。基础牙板的宽度不得小于150 毫米，对线牙板的宽度一般不得小于100 mm。牙板上平面要求用半自动切割机切割，直线度偏差不得超过0.5mm ，并打磨光滑，不得有任何突起、毛刺等影响牙板上平面质量的因素。为便于钢箱梁底板纵向焊缝单面焊双面成形时陶质衬垫的粘贴以及满足焊缝修补的需要，牙板顶边距胎架横梁平面不得小于 100mm。所有牙板厚度不得小于12mm ，全线高度偏差±2mm。
钢箱梁节段组装分七个轮次，第一轮次的三个梁段（D、E、D ）直接在桥位拼装，打砂涂装。胎架上拼装从第二轮的梁段开始，直至第七轮完成。其中第六、第七轮中的 G、H 、I 、J 供八个梁段不在胎架上拼装，直接在主塔两端的提升站平台上拼装，之后拖拉至架设位置安装架设。每轮次拼装前都要对胎架纵横向线形进行复测，根据线形对牙板的高度进行修正保证线形正确。
3整体组拼
（1）整体拼装为露天作业，环境温度对拼装尺寸影响较大。为控制钢箱梁组装精度，减小温度对板单元定位的影响，定位底（顶）板单元及锚隔板单元的定位组装应在日出前阴天或晚上进行，避免日照和高温对钢箱梁制造尺寸的影响。钢箱梁尺寸设计基准温度为10℃。对于靠标志塔上标志线来定位的横向尺寸，均要根据环境温度与设计基准温度的温差来进行适当调整，补偿的数值根据钢材的线膨胀系数1.2×10^-2毫米/ 米·℃来计算。
（2）钢箱梁整体制造纵桥向拼装的基本原则如下：
以索塔为中心向两侧安架设顺序依次拼装梁段，基准头设置在向塔向，对第二轮次，以C 梁段为基准，梁段组装按照平底板→斜底板→中纵腹板→锚隔板→内纵腹板→边隔板→外腹板→顶板→临时吊点，的顺序分步依次组装。其他轮次以靠近匹配梁段的梁段为基准，按照上述原则组装。
板單元的组装摆放原则：（横桥向）
底板、顶板拼装：以桥中线为基准从中间向两边依次拼装，同时注意保证五块之间的总成拼装间隙合适。 底、顶板单元的一头有坡口，另一头留有配切量，无坡口。有坡口的一端为基准端朝向索塔。
横隔板： 梁段所有的横隔板以索塔中线为轴对称，加劲肋均朝向背塔向；
腹板单元： 腹板单元按照整体施工图的标识方向摆放；分清基准头和非基准头，基准头朝向索塔。
（3）平底板、斜底板组装定位
首先定位桥梁中心线处底板单元。横向定位线以标志塔上的标志线为基准，允许偏差为 0.5mm ，纵向定位参照胎架上与横隔板对应横梁的编号。定位前，从每块板单元的U 肋组装基线（基准头端）向坡口端150mm返组装检查线，作为板单元横向定位时经纬仪的测量检查线，并用划针划线做好标记。位置调准后基准头端与刚性牙板点固，横纵向固定，非基准头端横向固定，纵向可滑动。
图2底板定位示意图
中心底板完成定位后，依次向两边组焊其它的底板和斜底板单元。板单元坡口端错边量≤1mm，斜底板单元的定位，横向以胎架基础上的地线标记为基准，纵向以板单元的端口检查线为基准，合格后马板定位，完成斜底板和平底板的焊接后，根据中心板单元的定位检查线，以桥梁中心线为基准，重新放端口的检查线，用经纬仪确保直线度，并打好样冲眼，作为顶板定位时端口检查线。每个板单元在基准头端与不少于 2 处的纵向刚性牙板点固，用以纵横向固定。待每一轮次梁段所有焊接、修整完成后与顶板单元同时进行配切。因高坎大桥顶板U 肋采取栓接的连接结构，因此底板定位的尺寸和公差严格控制，而且中心底板的定位必须在日出前或阴天进行（避免日照和高温的影响）。重点控制锚管位置、横纵隔板位置底板的线形标高，确保满足±2mm的要求。
（4）纵腹板、横隔板、单元定位、
纵腹板、横隔板的组装从基准梁段开始，按照先中间后两边，由近及远的顺
序。首先从底板单元的定位端开始，以平、斜底板上的横、纵隔板定位线为基线，
按整体施工图依次交替组装纵腹板、横隔板。 中间纵腹板板单元横向定位依标志塔为基准对准桥中线组装，纵向与底板基准头对齐，并检查标高。 带锚管的横隔板定位时：
① 横桥向以锚管中心距桥中线的尺寸为准（1500mm），并考虑适当的焊接收缩量组装尺寸公差控制在±1mm 之内；用经纬仪依标志塔测量初定位，并在无日照时间复测后最后定位码固。
② 纵桥向：下边对准底板上的隔板位置线，上边按照底顶板单元图中给定的差值，在纵腹板上找准位置并复核与相邻梁段锚管的距离尺寸，公差控制在±2mm，满足要求后定位。
边横隔板单元横向定位时以 U 肋槽口中线间距为基准并适当考虑横隔板立对接焊接收缩量影响。
横、纵隔板的安装重点控制：锚管的位置、角度；板面平面度；横纵隔板间距及与箱梁底板的垂直度、横隔板对接处 U 肋槽口间距；纵腹板上边的标高满足线形要求；同时兼顾横隔板上沿 2％的横向坡度，并用组装拉杆固定。横、纵隔板的整体施焊严格按照焊接工艺规程规定的焊接顺序施焊，以便有效的控制焊接变形和减小残余内应力。 立对接焊缝完成焊接后要及时进行焊缝处的修整，保证立对接处的板面平面度符合验收规范的要求。
（5）顶板单元定位
顶板U 肋高强度螺栓连接孔采用先孔法制造。因此，钢箱梁顶板整体组装应按照由中心向两边，从定位端开始呈阶梯顺序进行。对于顶板纵向定位，首先验证两拼时返到顶板上的组装定位基准线，同时用经纬仪校正该基准线与桥梁中心线的垂直度，以保证螺栓孔的同心度。基准梁段的基准端要用经纬仪检查板边的垂直度和直线度，顶板展开定位时采用吊线锤方法保证每各梁段端口的垂直度。组装时相邻梁段同位置相对 U 肋错边量不得大于 2mm，每隔一根 U 肋用两块工艺拼接板连接一根 U 肋，用冲钉定位、M22 螺栓紧固。每侧拼接孔群冲φ25.8钉4个、螺栓 4 个。当顶板与纵隔板定位时，要在早上日出前或者阴天完成，首先重新检查梁段端口的垂直度，确保梁段间的U 肋已经用临时拼接板栓接，并满足工艺要求。完成所有复查并合格后，可以完成顶板与纵隔板的定位，并开始焊接。如果顶板与纵腹板间存在较大的间隙，需报告质检人员，通知主管工程师处理后方可进行组焊。因存在偏差不能够拼接的 U 肋要在早上日出前或者阴天完成孔距的測量，做好记录，同时记录顶板上 U 肋检查线的距离，将记录反馈送到技术部。栓和后，用经纬仪重新修正检查线，并在指定的位置打好样冲眼做好记录。
结语
本文对大型钢箱梁的整体组拼工艺控制技术进行了初步探讨，意识到对板单元合理的组拼顺序及现场拼装过程中严格把好各道工序的质量关，是钢箱梁整体组拼的控制要点。本文所介绍的钢箱梁整体组拼工艺技术是经过实践验证的成熟技术，可供同类型钢结构拼装时借鉴。
参考文献：
[1] TB 101212-98，铁路钢桥制造规范[S]
[2] GB 50017-2003，钢结构设计规范[S]
[2] JTJ 025-86，公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S]
关键词：钢箱梁；整体组拼；工艺控制
Abstract：The domestic steel box beam for long-span suspension bridge is mostly welded structure at present, which features complex structure, a great deal of penetration welds, difficult manufacture. Based on steel box beam for GaoKan Bridge of ShenYang fourth ,it is given an analysis and summary of the whole spellers technique of steel box beam in respect of the components residual control ,speller flow chart, speller bed-jig, line type control and whole spellers precision control of site splice.
Key words：steel box beam; whole spellers; technique control
中图分类号：[TU997] 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
工程概况
沈阳四环高坎大桥主梁采用整幅等高度钢箱梁，顶板为正交异性板结构。钢箱梁采用整体式带挑臂扁平箱形断面。箱梁全宽42.54m（外到外），标准梁高4.0m。钢箱梁横向在行车道和中央带范围内为封闭箱结构，在非机动车道范围内为底面敞开的挑臂结构。钢箱梁工地连接采用以焊接为主的栓焊组合形式，顶板、腹板及其加劲肋、底板及其加劲肋均采用焊接，顶板U肋采用高栓连接。钢箱梁顺桥向在两个主缆锚固区之间范围内采用5道纵腹板，在两个主缆锚固区以外范围内采用4道纵腹板。在主缆锚固区域的G、H、I、J梁段横向中间位置，钢箱梁梁高局部增加到5.9m，分为上、下两层，上层梁高（顶板上缘到上层底板上缘）4.0m，下层梁高（上层底板上缘到下层底板上缘）1.9m。钢箱梁纵向分成28中类型，55个梁段（M1-M27+T），梁段长度再5m-9.2m之间。
图1主梁标准横断面
板单元组拼
在板单元参与梁段组拼前首先在两拼胎架上或平台上按二拼一焊成一个吊装板块。两拼胎架要求足够的支撑刚度，不得有局部沉降。为减少焊接变形和火焰修正量，保证钢板的平面度，在板单元拼接焊缝上预留15-20mm焊接反变形量，以保证板单元的平面度。反变形预设应在组装时完成。
组装前识别每块板单元上的基准头和基准边及横、纵基线。对于横向定位，板单元宽度方向1条焊缝预留2-3mm焊接收缩量，以测量纵基线距离尺寸为准。对于纵向定位以两板单元的横基线对齐为准，基准线对位允许偏差为1mm。两拼件保证对角线差不超过3mm。顶板要求把板单元横、纵基线返到顶板无U形肋一面，以横基线为纵向定位基准调整板单元的相对位置，并打好样冲眼，作为整体组拼时顶板单元的定位基准线，两拼时除了以横纵基线定位组拼外，同时控制板单元基准端的直线度，复核宽度方向组拼尺寸是否满足公差要求，检验合格后方可焊接。
整体组拼胎架
整体组装在总拼装胎架上进行。胎架基础要求坚实牢靠，胎架承重横梁应具有足够的刚度，确保在使用过程中不发生变形。钢箱梁总拼制作纵向线形根据吊装线形制作，设计时成桥线型主塔两侧均为2%纵坡，全桥均处于R=16000m 的竖向圆曲线上，钢箱梁纵向制作线形通过调整胎架牙板高差来实现。牙板高度调整时，宜采用两块牙板上下搭接的构造形式，即有基础牙板与对线牙板连接的结构形式，避免用手工切割来调整牙板的高度。基础牙板的宽度不得小于150 毫米，对线牙板的宽度一般不得小于100 mm。牙板上平面要求用半自动切割机切割，直线度偏差不得超过0.5mm ，并打磨光滑，不得有任何突起、毛刺等影响牙板上平面质量的因素。为便于钢箱梁底板纵向焊缝单面焊双面成形时陶质衬垫的粘贴以及满足焊缝修补的需要，牙板顶边距胎架横梁平面不得小于 100mm。所有牙板厚度不得小于12mm ，全线高度偏差±2mm。
钢箱梁节段组装分七个轮次，第一轮次的三个梁段（D、E、D ）直接在桥位拼装，打砂涂装。胎架上拼装从第二轮的梁段开始，直至第七轮完成。其中第六、第七轮中的 G、H 、I 、J 供八个梁段不在胎架上拼装，直接在主塔两端的提升站平台上拼装，之后拖拉至架设位置安装架设。每轮次拼装前都要对胎架纵横向线形进行复测，根据线形对牙板的高度进行修正保证线形正确。
3整体组拼
（1）整体拼装为露天作业，环境温度对拼装尺寸影响较大。为控制钢箱梁组装精度，减小温度对板单元定位的影响，定位底（顶）板单元及锚隔板单元的定位组装应在日出前阴天或晚上进行，避免日照和高温对钢箱梁制造尺寸的影响。钢箱梁尺寸设计基准温度为10℃。对于靠标志塔上标志线来定位的横向尺寸，均要根据环境温度与设计基准温度的温差来进行适当调整，补偿的数值根据钢材的线膨胀系数1.2×10^-2毫米/ 米·℃来计算。
（2）钢箱梁整体制造纵桥向拼装的基本原则如下：
以索塔为中心向两侧安架设顺序依次拼装梁段，基准头设置在向塔向，对第二轮次，以C 梁段为基准，梁段组装按照平底板→斜底板→中纵腹板→锚隔板→内纵腹板→边隔板→外腹板→顶板→临时吊点，的顺序分步依次组装。其他轮次以靠近匹配梁段的梁段为基准，按照上述原则组装。
板單元的组装摆放原则：（横桥向）
底板、顶板拼装：以桥中线为基准从中间向两边依次拼装，同时注意保证五块之间的总成拼装间隙合适。 底、顶板单元的一头有坡口，另一头留有配切量，无坡口。有坡口的一端为基准端朝向索塔。
横隔板： 梁段所有的横隔板以索塔中线为轴对称，加劲肋均朝向背塔向；
腹板单元： 腹板单元按照整体施工图的标识方向摆放；分清基准头和非基准头，基准头朝向索塔。
（3）平底板、斜底板组装定位
首先定位桥梁中心线处底板单元。横向定位线以标志塔上的标志线为基准，允许偏差为 0.5mm ，纵向定位参照胎架上与横隔板对应横梁的编号。定位前，从每块板单元的U 肋组装基线（基准头端）向坡口端150mm返组装检查线，作为板单元横向定位时经纬仪的测量检查线，并用划针划线做好标记。位置调准后基准头端与刚性牙板点固，横纵向固定，非基准头端横向固定，纵向可滑动。
图2底板定位示意图
中心底板完成定位后，依次向两边组焊其它的底板和斜底板单元。板单元坡口端错边量≤1mm，斜底板单元的定位，横向以胎架基础上的地线标记为基准，纵向以板单元的端口检查线为基准，合格后马板定位，完成斜底板和平底板的焊接后，根据中心板单元的定位检查线，以桥梁中心线为基准，重新放端口的检查线，用经纬仪确保直线度，并打好样冲眼，作为顶板定位时端口检查线。每个板单元在基准头端与不少于 2 处的纵向刚性牙板点固，用以纵横向固定。待每一轮次梁段所有焊接、修整完成后与顶板单元同时进行配切。因高坎大桥顶板U 肋采取栓接的连接结构，因此底板定位的尺寸和公差严格控制，而且中心底板的定位必须在日出前或阴天进行（避免日照和高温的影响）。重点控制锚管位置、横纵隔板位置底板的线形标高，确保满足±2mm的要求。
（4）纵腹板、横隔板、单元定位、
纵腹板、横隔板的组装从基准梁段开始，按照先中间后两边，由近及远的顺
序。首先从底板单元的定位端开始，以平、斜底板上的横、纵隔板定位线为基线，
按整体施工图依次交替组装纵腹板、横隔板。 中间纵腹板板单元横向定位依标志塔为基准对准桥中线组装，纵向与底板基准头对齐，并检查标高。 带锚管的横隔板定位时：
① 横桥向以锚管中心距桥中线的尺寸为准（1500mm），并考虑适当的焊接收缩量组装尺寸公差控制在±1mm 之内；用经纬仪依标志塔测量初定位，并在无日照时间复测后最后定位码固。
② 纵桥向：下边对准底板上的隔板位置线，上边按照底顶板单元图中给定的差值，在纵腹板上找准位置并复核与相邻梁段锚管的距离尺寸，公差控制在±2mm，满足要求后定位。
边横隔板单元横向定位时以 U 肋槽口中线间距为基准并适当考虑横隔板立对接焊接收缩量影响。
横、纵隔板的安装重点控制：锚管的位置、角度；板面平面度；横纵隔板间距及与箱梁底板的垂直度、横隔板对接处 U 肋槽口间距；纵腹板上边的标高满足线形要求；同时兼顾横隔板上沿 2％的横向坡度，并用组装拉杆固定。横、纵隔板的整体施焊严格按照焊接工艺规程规定的焊接顺序施焊，以便有效的控制焊接变形和减小残余内应力。 立对接焊缝完成焊接后要及时进行焊缝处的修整，保证立对接处的板面平面度符合验收规范的要求。
（5）顶板单元定位
顶板U 肋高强度螺栓连接孔采用先孔法制造。因此，钢箱梁顶板整体组装应按照由中心向两边，从定位端开始呈阶梯顺序进行。对于顶板纵向定位，首先验证两拼时返到顶板上的组装定位基准线，同时用经纬仪校正该基准线与桥梁中心线的垂直度，以保证螺栓孔的同心度。基准梁段的基准端要用经纬仪检查板边的垂直度和直线度，顶板展开定位时采用吊线锤方法保证每各梁段端口的垂直度。组装时相邻梁段同位置相对 U 肋错边量不得大于 2mm，每隔一根 U 肋用两块工艺拼接板连接一根 U 肋，用冲钉定位、M22 螺栓紧固。每侧拼接孔群冲φ25.8钉4个、螺栓 4 个。当顶板与纵隔板定位时，要在早上日出前或者阴天完成，首先重新检查梁段端口的垂直度，确保梁段间的U 肋已经用临时拼接板栓接，并满足工艺要求。完成所有复查并合格后，可以完成顶板与纵隔板的定位，并开始焊接。如果顶板与纵腹板间存在较大的间隙，需报告质检人员，通知主管工程师处理后方可进行组焊。因存在偏差不能够拼接的 U 肋要在早上日出前或者阴天完成孔距的測量，做好记录，同时记录顶板上 U 肋检查线的距离，将记录反馈送到技术部。栓和后，用经纬仪重新修正检查线，并在指定的位置打好样冲眼做好记录。
结语
本文对大型钢箱梁的整体组拼工艺控制技术进行了初步探讨，意识到对板单元合理的组拼顺序及现场拼装过程中严格把好各道工序的质量关，是钢箱梁整体组拼的控制要点。本文所介绍的钢箱梁整体组拼工艺技术是经过实践验证的成熟技术，可供同类型钢结构拼装时借鉴。
参考文献：
[1] TB 101212-98，铁路钢桥制造规范[S]
[2] GB 50017-2003，钢结构设计规范[S]
[2] JTJ 025-86，公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S]