钢管混凝土拱桥钢管拱肋的加工与控制？

钢管混凝土结构是在钢管内填充混凝土形成的组合结构，兼具钢结构和混凝土结构的特点，有效发挥了混凝土和钢的力学特性，利用钢管的箍效应，大大提高了结构的抗压和抗变形能力。钢管混凝土系杆拱桥造型美观、结构严谨、受力科学、经济合理，近年来在公路和城市桥梁建设中得到广泛应用。但由于其技术含量高、工艺严密、程序繁多、施工难度大，总结今后此类桥梁的建设管理经验具有现实的指导意义。本文以南河大桥为例，浅谈其钢管拱肋的制作和施工控制。

2项目概况

南河大桥位于江苏省溧阳市西部，是新建宁杭高速公路上的一座跨南河特大桥，全长659.44米..技术标准:设计荷载超过20，荷载为-120；桥面净宽为2×15.25米；；渠道级别为规划级别5；净空标准为50.0×5.0m；；地震烈度为7度。

南河大桥主跨为下承式预应力混凝土系杆拱结构，具有刚性系杆拱。计算跨度为126.28 m，拱轴线为二次抛物线，矢高为25.256 m，矢跨比为1: 5。拱肋采用哑铃形钢管混凝土，上下钢管外径为1 lOem，钢管和腹板壁厚为1。4em，填充40 #微膨胀混凝土(见图1)。风撑呈K形，由外径为110cm和80cm的焊接钢管组成。全桥共设置4根拱肋，6对风撑(见图2)，38根横梁，76根吊杆。

3钢管拱肋加工

3.1主要工艺流程

原材料检验→放样→下料→加工→组装焊接→火工微弯段组装及腹板焊接→吊杆相关零件(附件)组装焊接工艺检验→安装排气排浆孔→拱肋预组装→油漆防锈。

3.2加工方案要点

节段划分:为便于吊装，拱肋钢管分段制作。根据现场吊装能力，本桥每根拱肋分为两个拱脚预埋段和七个中间吊装段，每个K形抗风柱为一个节段。

制造方法:用卷板机将钢板卷成圆管；组装焊接成设计基础长度的6m和17m拱肋管和风撑管；上下拱肋管的设计轴线由火工轻微弯曲成型，然后在设置的专用胎架上完成定位、焊接和节段拼装。每个风撑管段装配在另一个平面夹具上。

大接头余量:为保证每一步施工方案和工艺满足设计要求，达到规定的偏差精度，上下拱肋管大接头增加80mm余量，在拼装管片时预留，仅在管片计算长度处进行正对。增加焊接补偿:考虑到节段拼装，腹板焊接会影响每个拱肋节段的上下管间距，可沿径向线增加5mm作为焊接补偿，以保证设计几何尺寸。

划线:标出拱肋管在0℃和180℃时的径向线，作为火工和管片组装检查的划线。

安装标记:为了便于现场安装，拱肋预拼装前，应通过测量径向线和站号线来标记现场安装时各接头的控制点，并在涂漆时采取一定的保护措施。

3.3施工控制要点

(1)根据设计文件提供的相关验收规范和工艺要求，编制了各工序的具体验收项目和标准。

(2)放样应保证所有支撑表、套料卡和下料草图的正确性和完整性，并标明角度、尺寸、名称、数据等。样品和样品条在后续过程中的位置。

(3)对所有零件的下料进行检查，超差部分不得流入下道工序；火焰切割的零件必须清洗抛光，有热变形的必须校正后才能使用。

(4)坡口边缘的直线度和角度应符合公差要求。

(5)胎架应有足够的刚度以控制结构变形，必要时应标出胎架的中心线、定位基准线和辅助线。

(6)所有装配不得强行进行，以免损坏母材，并严格安装管路，控制间隙。焊接完成后，应及时校正。

(7)严格控制拱肋管烟火温度，严禁用水冷却。

(8)制定周密的专业测量流程，检测仪器必须经过计量部门检验，操作时要考虑环境影响。

(9)完善安全措施。

4个关键流程

4.1焊缝焊接

焊接是一项专业性、标准化的工作，在钢结构工程施工中非常重要。因此，对该桥钢管拱肋加工过程进行全过程监控是关键。

4.1.1焊前准备

施工技术部根据设计文件，参照有关标准、规范和规程，制定焊接工艺原则，明确焊接方法、工艺措施、质量标准和验收规范。本桥拱肋钢管的焊接方法有手工电弧焊、CO2气体保护焊和自动埋弧焊。

工艺评定:焊接工艺评定是钢结构制造的基础，施工单位必须结合工程实际完成工艺评定文件，并作为竣工文件保存。根据对接接头、搭接接头和丁字接头的焊缝形式，确定相应的焊接方法，不得随意改变。

25mm范围内，应按要求清洗，除去表面油污、铁锈、水垢和灰尘等。·焊接前清洗干净，陶瓷垫片必须按操作规程施工。

生产试板:为保证焊缝质量，南河大桥拱肋结构配备生产试板，与相应焊缝材质相同、厚度相同、坡口相同、轧制方向相同，按照相应的技术标准进行力学性能测试，确保其参数符合规范要求。制定生产试板评定流程，明确规定用途、适用范围、参考标准和流程内容，确保焊缝的焊接质量。

4.1.2焊接要求

工厂焊接:南河大桥拱肋钢管制作组装过程中，纵、环缝采用V型槽，单面焊接，双面成型，反面(管内)贴陶瓷垫片。焊缝填充过程分为四步，即co2气体保护焊打底填充两步，埋弧焊填充一步和盖面一步。引弧板和灭弧板分别安装在纵缝焊接的始端和末端，坡口类型与纵缝相同。环缝焊接采用滚动胎架，仰焊焊接。每道工序的焊接应一次完成。因故停焊继续焊接时，不得从母材上引弧，引弧处应刨削或打磨成1: 4的斜坡搭接，搭接长度不小于50 mm..

现场安装:现场安装采用手工电弧焊，抗风柱与拱肋相贯线及节段对接采用对称焊接。拱肋合拢段定位后，达到设计合拢温度后才能进行焊接。

4.1.3焊缝质量检验

南河大桥焊缝等级满足GB50205的一级焊缝要求。焊缝的外观质量应美观整齐，尺寸应符合设计和工艺要求，以保证无裂纹、气孔、夹渣、焊瘤、弧坑等焊接缺陷。其内在质量要求在焊接24小时后，焊缝长度的100%应进行超声波检查，10%应进行X射线探伤。

4.2分段线性加工

拱肋段是构成拱轴线的基本单元，其线形取决于拱肋管的微弯。火工品微弯法是火工品和外力形成设计曲线。根据设计拱轴线方程，通过计算机计算确定每节上下拱肋钢管所有控制点的坐标，作为微弯和测控的依据，并编制具体的验收标准工艺文件。

实施步骤:设计搭建模型胎架→标出其纵横中心线和辅助线→确定胎架上各站线位置，准确安装支架和施加外力的设备→将带肋钢管就位，设定平面坐标→划出加热区域→分区域加热施加外力。

控制点:

(1)确保上胎架上待弯曲的钢管位置正确，即钢管的径向线及其中心线应与胎架的纵向中心线和中心线一致；

(2)加热应从两端向中间对称进行；

(3)外力施加要对称、合理，压力要逐渐、适当；

(4)强调压力和温度的协调控制；

(5)加热带应避开环缝位置，约定带宽可根据实际情况适当调整；

(6)随时观察测量拱轴线的坐标，控制弯曲。

4.3拱肋预拼接

拱肋成型是否符合设计线形是桥梁成桥的关键。因此，拱肋节段完成后，必须通过预拼接对其跨度、拱轴线、水平度(拱轴线的横向偏差)、吊杆位置的准确性进行全面检查，为现场吊装做好准备。南河大桥拱肋工厂预拼装采用水平整块预拼装方案。

预拼装法:完全按照现场分段吊装顺序，从拱脚预埋段开始，从两端对称进行。合拢段应留有管片制造余量(现场安装时去除)，其他管片的制造余量应去除(仅留环缝余量)。

控制点:

(1)选择足够刚性的平面场地和空间，并配备相应的吊装设备和胎架工装。

(2)检测仪器应送至专门的计量单位进行校准。

(3)根据编制的预装配工艺制定预装配计划。

(4)按照预装配方案进行预装配，妥善保存预装配测量数据，并采取一定措施保护预装配控制点，以备安装时使用。

通过工厂预拼装，检测了拱肋节段的加工精度，最大限度地消除了拱肋节段的加工偏差，完成了现场吊装的各项准备工作。

5结束语

随着国家交通建设的快速发展，作为桥梁工程中合理利用复合材料的典范，钢管混凝土拱桥的发展方兴未艾。然而，其主体结构钢管拱肋的制作、成拱技术、预拼装技术、质量控制和监督程序等都没有定性和定量的规范和程序，这是一个亟待解决的课题。希望以上能对此有一定的参考价值。

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