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 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

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。

图1　天津蓟汕跨海河特大桥效果

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11 000 t。主桥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250 m，总桥宽55.2 m分为左右两幅，主要材质为Q345qD。

箱梁截面采用变高度形式，边支点梁高2.65 m，中支点梁高4.5 m，中跨跨中梁高2.5 m，采用二次抛物线连接，钢箱梁为单箱7室直腹板断面，如图2所示，单个箱室宽度3.08，3.1 m，两侧悬臂长度分别为2.99，3 m，箱梁底宽21.7 m，桥面宽度27.6 m，本桥处于3 000 m半径圆弧段的道路中心线上，且为22°斜交桥，横梁布置原则为按道路中心线相应位置处法向顺时针转22°布置。

图2　钢箱梁横截面

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22 mm。焊接技术要求高，焊接难度高，焊接区域广；主要以高空组装焊接，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。

图3　钢箱梁节段划分示意

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气体保护焊打底，用自动埋弧焊盖面。

2)现场焊接时，以先焊长焊缝，后焊短焊缝，先焊熔敷量大的焊缝，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。

3)各节段现场对接焊缝：先焊腹板的对接焊缝，后焊顶、底板的横向对接焊缝，最后焊接嵌补段的焊缝[1]。

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，在胎架拆除前进行安装焊接。

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，根据实测数据进行L2、L6、L10合龙段长度方向余量的配切[2]。

3.3　温差对合龙段的影响

温度的变化将对箱形变截面钢桥的性能产生很大影响，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6 mm，两监测点间距为206 mm，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。

图5　监测点布置示意

从表1监测数据上可以看出，温差变化容易导致全桥在长度方向上的变形，合龙段对接焊缝间隙随温度变化而大小不同，当环境温度为15℃时，全桥发生温度变形值较小，且对接处焊缝间隙满足设计要求。

表1　监测点记录

环境温度/℃监测点间距/mm温度变形值/mm[1**********]-4102093

5　结束语

通过上述分析可知，多跨连续钢箱梁桥的施工必须选择科学合理的安装方法和焊接方式，要充分考虑焊接收缩和温度变化对钢箱梁安装的影响，合理设置合龙段和对接处焊缝间隙，选取合适温度进行合龙，控制全桥线型，使结构满足设计要求。

参考文献

[1]　王伟锋，崔锡根.钢箱梁桥吊装精度控制技术[J].钢结构，2011，26(1)：75-78.

[2]　李小松.港珠澳大桥深水区非通航孔桥钢箱梁焊接变形控制[J].钢结构，2015，30(5)：71-74.

[3]　JTG/D60—2004　公路桥涵设计通用规范[S].

[4]　GB 50661—2011　钢结构焊接规范[S].

[5]　中国建筑工程总公司.钢结构工程施工工艺标准[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[6]　JTG T F50—2011　公路桥涵施工技术规范[S].

EFFECTS OF WELDING CONTRACTION AND TEMPERATURE ON BOX GIRDER INSTALLATION OF CROSS-RIVER BRIDGE

Fang Wenkai　Liu Qingquan　Chen Yang　Qi Shuang　Tian Kun

(China Construction Steel Structure Co.Ltd， Shenzhen 518040， China)

ABSTRACT：This paper explained the technical key points of welding for box girder structure of cross-river bridge, and analyzed the effects of welding contraction and temperature on box girder installation. Combined with the case of Tianjin Jishan-Haihe River Bridge steel structure project, this paper proposed the key points of welding and installation for box girder structure by monitoring and analysis of practical construction, with fully consideration of the site conditions.

KEY WORDS：bridge; box girder; welding contraction; temperature

收稿日期：2015-11-30

DOI:10.13206/j.gjg201605018

第一作者：方文凯，男，1989年出生，助理工程师。

Email:[email protected]