《交通運輸科學技術新成果推廣目錄》（２０２０）—第二部分橋梁《大跨徑鋼箱鋼桁結(jié)合梁制作技術研究》?

本期項目簡介

完成單位: 中鐵寶橋集團有限公司、 中鐵寶橋 (揚州) 有限公司

主要完成人: 朱新華、 穆長春、 孫蕾蕾、楊亮、 吳江波、 劉志剛、 張海峰、 賈衛(wèi)中、 李金寶

項目簡介

　　(一)技術概況

　　本課題以蒙西華中鐵路洞庭湖大橋制造為依托,首次在斜拉橋上采用先架設、合龍鋼箱梁,然后安裝合龍鋼桁梁的施工方案。項目組對鋼箱鋼桁結(jié)合梁工廠制造中的技術難點進行攻關,成果開發(fā)源于制造過程中的技術創(chuàng)新、現(xiàn)有工藝的優(yōu)化與改進,主要關鍵技術如下:

　　1.主桁大斷面平行四邊形桿件制造精度控制技術針對大斷面平行四邊形弦桿,進行制作工藝及工序工藝裝備的設計及優(yōu)化,通過優(yōu)化專用平行四邊形組焊一體胎架,有效地保證腹板及腹桿接頭節(jié)點板與頂?shù)装宓慕嵌?針對特殊部位錨箱角度采用傳統(tǒng)方法放樣效率低、易錯的情況,首次采用inventor三維軟件進行放樣,速度快,精度高,值得推廣使用;針對錨箱角度控制難度大的現(xiàn)狀,采用將角度轉(zhuǎn)換為空間尺寸的方法,通過尺寸控制角度,保證錨箱角度;作為本橋受力最重要的錨箱,設計圖中承壓板與錨箱腹板,分配梁與錨腹板為熔透,因錨箱內(nèi)部不可達或空間狹小,考慮到鋼襯墊單面熔透焊接缺點,采取散拼雙面熔透的方案,并對焊縫進行超聲錘擊。

　　2.箱桁預拼控制技術

　　橋位現(xiàn)場的桁梁安裝滯后于鋼箱梁的安裝,鋼箱梁安裝產(chǎn)生的斜拉索壓縮及焊接變形收縮已經(jīng)產(chǎn)生,造成鋼桁梁安裝有位移差,因此箱桁預拼不同于傳統(tǒng)的主桁預拼,也就是廠內(nèi)箱桁預拼時斜腹桿與下弦桿的螺栓孔是有錯臺的,而且該錯臺量就是鋼桁梁安裝的位移差,形成新型箱桁預拼方式。

　　3.鋼箱梁(含節(jié)點板)整體組裝精度控制技術

　　本課題節(jié)點板橫向距離直接影響其后鋼桁梁的安裝,為控制節(jié)點板的橫向距離,通過拼接板加量抵消焊接收縮產(chǎn)生的影響。為確保鋼箱梁節(jié)段接口匹配及線形控制的質(zhì)量,采用實橋線性加實橋的拼接板進行全橋的連續(xù)匹配,以保證梁段接口的連接。通過項目實施,研發(fā)了鋼箱鋼桁結(jié)合梁制造關鍵技術,形成完善的制造工藝規(guī)程,攻克了鋼箱鋼桁結(jié)合梁制造難題,豐富了大跨度橋梁建設技術理論,為設計更大跨度的橋梁提供前提條件和保障。

　　(二)適用范圍

　　該課題的研究成果在蒙西華中鐵路洞庭湖特大橋項目中全面應用,鋼箱鋼桁結(jié)合梁制造技術要求和技術指標均完全滿足設計和規(guī)范要求,制造質(zhì)量能夠滿足設計要求。通過它的成功建造,可以為后續(xù)相似橋梁的建設提供參考。

　　(三)獲獎情況

　　通過本課題的研發(fā),形成大跨徑鋼箱鋼桁結(jié)合梁制作技術,獲得授權(quán)發(fā)明專利1項,申報發(fā)明專利1項,獲得授權(quán)實用新型專利4項,發(fā)表論文1篇。

項目創(chuàng)新點

　　洞庭湖特大橋是蒙西華中鐵路全線重點控制性工程,該橋結(jié)構(gòu)設計形式新穎,是世界最大跨度的三塔鐵路斜拉橋、世界首次在斜拉橋上采用鋼箱鋼桁結(jié)合主梁形式、世界首次在斜拉橋上采用先架設和合龍鋼箱梁,然后安裝合龍鋼桁梁的施工方案的鐵路斜拉橋。目前,鋼箱梁、鋼桁梁的制造工藝研究成果較多,但鋼箱鋼桁結(jié)合梁的結(jié)構(gòu)形式為首次應用,鑒于其先箱后桁施工模式的特殊性,國外暫無鋼箱鋼桁結(jié)合梁制造的技術成果。本課題針對該項目結(jié)構(gòu)特點及其難點進行了深入研究,形成的關鍵技術及創(chuàng)新點如下:

　　1.大斷面平行四邊形桿件制造精度控制技術

　　應用激光三維掃描、inventor技術,設計工藝和專用工裝,解決了桿件制作、錨箱精度控制等難題。

　　2.箱桁預拼控制技術

　　實現(xiàn)了主桁帶壓縮量試裝,解決了先箱后桁架設時桁梁桿件連接精度控制難題。

　　3.鋼箱鋼桁結(jié)合梁制造精度控制技術

　　采取反變形、工藝量、全橋?qū)崢蝾A拼技術,解決了箱桁結(jié)合形式鋼梁制作及安裝技術難題。

同類項目比較

　　本項目依托中鐵寶橋集團有限公司承建的“蒙西華中鐵路洞庭湖特大橋冶制造項目,該橋是蒙西華中鐵路全線重點控制性工程,大橋全長1290.24m,主梁為鋼箱鋼桁結(jié)合梁結(jié)構(gòu),該橋結(jié)構(gòu)設計形式新穎,是世界最大跨度的三塔鐵路斜拉橋、是世界首次在斜拉橋上采用鋼箱鋼桁結(jié)合主梁形式、是世界首次在斜拉橋上采用先架設、合龍鋼箱梁,然后安裝合龍鋼桁梁的施工方案的鐵路斜拉橋。

　　目前,鋼箱梁、鋼桁梁的制造工藝研究成果較多,但鋼箱鋼桁結(jié)合梁的結(jié)構(gòu)形式為首次應用,鑒于其先箱后桁施工模式的特殊性,國外暫無鋼箱鋼桁結(jié)合梁制造的技術成果。

　　本項目鋼箱鋼桁結(jié)合梁結(jié)構(gòu)設計形式新穎,國內(nèi)暫無制造技術研究成果。國內(nèi)已建成的橋梁中,由中鐵寶橋集團有限公司制造的鄭州黃河公鐵兩用橋主橋鋼桁梁邊桁上下弦桿為適應斜桁結(jié)構(gòu)形式,采用平行四邊形截面,但是該平行四邊形為整體節(jié)點板同時沒有錨箱,斷面比較小。針對本項目大斷面平行四邊形弦桿桿件,從工廠制作方案和實際出發(fā),進行主要桿件制作工藝及工序工藝裝備的設計,包括工裝設計,制作工藝、精度控制、制作要點和工藝裝備進行設計優(yōu)化;另外,該橋鋼箱梁由下弦桿及橋面塊體在廠內(nèi)焊接成整體,斷面尺寸大,風嘴、下弦桿、橋面順橋向采用熔透焊縫焊接,橋面塊體橫梁與下弦桿采用高強螺栓連接,鋼箱梁精度控制難度極大,尚沒有與其結(jié)構(gòu)相同的產(chǎn)品制作經(jīng)驗。

應用案例

　　本項目成果應用于蒙華鐵路洞庭湖特大橋,蒙西華中鐵路連接蒙陜甘寧能源“金三角冶地區(qū)與鄂湘贛等華中地區(qū),是“北煤南運冶新的國家戰(zhàn)略運輸通道,是銜接多條煤炭集疏運線路、點網(wǎng)結(jié)合、鐵水聯(lián)運的大能力、高效煤炭運輸系統(tǒng)和國家綜合交通運輸系統(tǒng)的重要組成部分,洞庭湖特大橋是蒙西華中鐵路全線重點控制性工程。

社會效益與經(jīng)濟效益

　　蒙西華中鐵路連接蒙陜甘寧能源“金三角冶地區(qū)與鄂湘贛等華中地區(qū),是“北煤南運冶新的國家戰(zhàn)略運輸通道,洞庭湖特大橋是蒙西華中鐵路全線重點控制性工程。

　　蒙西華中洞庭湖大橋鋼梁是世界首次在斜拉橋上采用鋼箱鋼桁結(jié)合主梁的形式,結(jié)構(gòu)設計形式新穎。大橋采用先架設、合龍鋼箱梁,然后安裝、合龍鋼桁梁的方案,技術含量高,社會各界關注度大。蒙華鐵路襄贛指揮部、中國鐵道科學研究院、中鐵大橋勘測設計院等多家單位的專家進行現(xiàn)場指導和現(xiàn)場觀摩。該項目的施工質(zhì)量得到了監(jiān)理、業(yè)主一致肯定和社會各界的廣泛好評,為后續(xù)工作的順利開展創(chuàng)造了條件。