跨河大桥焊接收缩及温度对钢箱梁安装的影响

跨河大桥焊接收缩及温度对钢箱梁安装的影响

方文凯　刘清泉　陈　洋　祁　霜　田　坤

（中建钢构有限公司，广东深圳　５１８０４０）

摘　要：介绍跨河大桥钢箱梁结构的焊接施工技术要点，并对桥梁钢箱梁结构的焊接收缩及温度对安装的影响进行分析。结合天津蓟汕跨海河特大桥钢结构工程施工实例，充分考虑现场实际施工条件，通过实际施工中的监测与分析，提出了本工程钢箱梁结构合理的焊接方法与安装施工注意事项。关键词：桥梁；钢箱梁；焊接收缩；温度ＤＯＩ：１０􀆰１３２０６／ｊ．ｇｊｇ２０１６０５０１８

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（ＣｈｉｎａＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｔｅｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣｏ．Ｌｔｄ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０４０，Ｃｈｉｎａ）

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｌａｉｎｅｄｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆｗｅｌｄｉｎｇｆｏｒｂｏｘｇｉｒｄｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｒｏｓｓ⁃ｒｉｖｅｒｂｒｉｄｇｅ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｗｅｌｄｉｎｇｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｂｏｘｇｉｒｄｅｒｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ．ＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃａｓｅｏｆＴｉａｎｊｉｎＪｉｓｈａｎ⁃ＨａｉｈｅＲｉｖｅｒＢｒｉｄｇｅｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆｗｅｌｄｉｎｇａｎｄｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｆｏｒｂｏｘｇｉｒｄｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｆｕｌｌｙｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｔｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｂｒｉｄｇｅ；ｂｏｘｇｉｒｄｅｒ；ｗｅｌｄｉｎｇｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

　　近些年来，随着国民经济的快速发展，我国市政工程建设取得了突飞猛进的发展，公路桥梁作为市政工程重要组成部分，建设速度也得到了空前的加快，兼具美学层面意味的桥梁钢结构形式被广泛采用，天津蓟汕跨海河特大桥就是利用大跨度的钢箱梁结构形式来追求一种视觉上的造型美感。

该工程为多跨变截面连续钢箱梁结构，由于钢箱梁结构跨度长、质量大、分块多，且施工现场焊接环境受海河面风速、湿度、腐蚀等因素影响，因此其安装焊接难度较高。在施工过程中，应根据现场各方面的实际情况，充分考虑焊接收缩及温度变化对钢箱梁安装的影响，选择正确的装配和焊接顺序。１　工程概况

天津蓟汕跨海河特大桥项目位于天津市津南区和东丽区交界，为蓟汕高速与国家会展中心两项目并行段，共用桥梁断面，以共用护栏中间为界，内侧为蓟汕高速部位，跨越的主要河道为海河，工程效果见图１。

蓟汕大桥项目钢结构包括蓟汕高速三标和国家会展通道两部分，总用钢量约为１１０００ｔ。主桥

ＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ􀆰２０１６（５），Ｖｏｌ􀆰３１，Ｎｏ􀆰２０９

第一作者：方文凯，男，１９８９年出生，助理工程师。Ｅｍａｉｌ：６３２４５００６０＠ｑｑ．ｃｏｍ收稿日期：２０１５－１１－３０

图１　天津蓟汕跨海河特大桥效果

１９～２２号墩钢箱梁为变截面连续梁，共３跨，跨度为（７０＋１１０＋７０）ｍ，总长度２５０ｍ，总桥宽５５􀆰２ｍ分为左右两幅，主要材质为Ｑ３４５ｑＤ。

２􀆰６５ｍ，中支点梁高４􀆰５ｍ，中跨跨中梁高２􀆰５ｍ，采如图２所示，单个箱室宽度３􀆰０８，３．１ｍ，两侧悬臂２７􀆰６ｍ，本桥处于３０００ｍ半径圆弧段的道路中心线相应位置处法向顺时针转２２°布置。

长度分别为２．９９，３ｍ，箱梁底宽２１􀆰７ｍ，桥面宽度线上，且为２２°斜交桥，横梁布置原则为按道路中心

箱梁截面采用变高度形式，边支点梁高

用二次抛物线连接，钢箱梁为单箱７室直腹板断面，

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施工技术

缩，因加热、冷却这种温度变化在钢箱梁局部范围急速地进行，在焊接完成并冷却至常温后产生焊接收缩变形。

全桥结构安装需经历季节变化，结构形成过程中会存在较大的温差，受温度变化的影响也较大，不

图２　钢箱梁横截面

同温度作用会产生不同的温度变形和温度应力。

考虑焊接收缩和温度变形因素的影响，全桥钢箱梁安装施工时，边跨和中跨分别预留Ｌ２、Ｌ６、Ｌ１０三个合龙段不安装，待其他节段安装完成后，在胎架３􀆰２　焊接收缩对合龙段的影响

合龙段与相邻节段安装对接时，对接处焊缝间隙预留焊缝收缩对安装长度的影响。

为消除钢桥焊接变形的累积收缩量，保证全桥的顺利合龙，合龙段长度预留足够的配切余量，确保梁段的长度和相邻间距精度。相邻吊装段间纵距＝理论尺寸＋焊接收缩量＋工艺间隙，根据实测数据３􀆰３　温差对合龙段的影响

进行Ｌ２、Ｌ６、Ｌ１０合龙段长度方向余量的配切［２］。拆除前进行安装焊接。

２　焊接施工方法

如图３所示，全桥纵向沿跨中对称划分，共划分为１１个节段，由１９～２２号墩依次编号：Ｌ１—Ｌ１１。本工程现场焊接工程量较大，钢桥材质主要采用Ｑ３４５ｑＤ，主结构最大板厚约２２ｍｍ。焊接技术要求现场焊接主要采用手工电弧焊、ＣＯ２气体保护焊和埋弧自动焊，对接焊缝分布见图４。

高，焊接难度高，焊接区域广；主要以高空组装焊接，

温度的变化将对箱形变截面钢桥的性能产生很

图３　钢箱梁节段划分示意

大影响，每天日出、日落都会产生气温的变化。合龙段安装过程中，如果温差过大，全桥长度方向将产生变形，从而导致合龙段无法正常安装。

多跨连续钢箱梁桥合龙段安装过程中，合龙温度的选择很关键。合龙段温度较高，与合龙段相邻节段钢箱梁会随着温度的下降产生收缩，在对接口处可能会产生裂缝；若合龙温度较低，随着温度升高，其他已安装节段伸长，合龙段承受较大压应力，影响其强度。

为满足主桥钢箱梁的安装精度要求，减小温差造成的影响，使主桥钢箱梁结构体系升温和降温的幅度相同，根据天津市近些年气温实际变化，选择年最高气温和最低气温的平均值作为结构合龙时的温度。设定现场安装合龙段的温度在８～１８℃范围内，进行安装焊接施工。４　检测点的设置与记录

在合龙段Ｌ６节段与相邻节段Ｌ７对接焊缝处设置２个监测点，合龙时预留焊缝间隙为６ｍｍ，两监测点间距为２０６ｍｍ，在不同环境温度时监测２个监测点的间距，检测频率：每天检测３次，记录下检测时气温及监测点之间的长度值。监测点布置见图５，检测记录见表１。

（下转第１０７页）

１—顶板纵向焊缝；２—腹板焊缝（８条）；

３—底板纵向焊缝；４—环焊缝。图４　对接焊缝分布示意

根据焊缝的焊接位置和操作方便进行焊接方法选择：

１）尽量采用埋弧自动焊，即使用ＣＯ２气体保护２）现场焊接时，以先焊长焊缝，后焊短焊缝，先３）各节段现场对接焊缝：先焊腹板的对接焊

［１］

焊打底，用自动埋弧焊盖面。

焊熔敷量大的焊缝，后焊熔敷量小的焊缝为原则，制定现场焊缝合理的焊接顺序。

缝，后焊顶、底板的横向对接焊缝，最后焊接嵌补段的焊缝

。

３　安装方案和焊接环境的选择

３􀆰１　焊接收缩和温度变形对安装的影响

由于焊接加热，熔合线以外的母材会产生膨胀，随后冷却，熔池金属和熔合线附近母材产生收８４

钢结构　２０１６年第５期第３１卷总第２０９期