摘  要：苏州市相城区华元路元和塘景观人行桥钢桥梁为828m大跨度圆弧箱型钢桥梁，桥梁最大跨度50米。桥梁组装工艺、焊接节点复杂，焊接工程量大，底部弧形板弧度大，质量要求高。本公司针对该工程的特点及圆弧箱型梁的结构形式，探讨了不同焊接顺序和制作工艺、措施对构件最终尺寸精度及焊接质量的影响，并根据现有施工机械设备及施工措施，利用仿真模拟计算，进而控制、优化施工工艺。

关键词：大跨度钢桥梁，计算机仿真模拟

1.概述

1.1工程概况

本桥梁工程是位于苏州市相城区华元路塔桥北面商业区内的一座景观人行桥梁，由苏州市市政工程设计院有限责任公司设计。桥梁平面呈飘带形布置，两次跨越元和塘河道，将东西商业区连接成一个有机整体（图1）。河道内设置2个亲水平台，延线共设置5处上下桥人行楼梯（含2个亲水平台上下桥楼梯）。该项目桥墩为钢筋混凝土桥墩，桥梁为钢结构箱型梁，桥面为混凝土+防腐松木桥面，支座采用WBPZ(KL)系列抗震盆式橡胶支座。

图1   苏州市相城区华元路元和塘景观人行桥效果图(大截面圆弧箱型钢桥梁制作)

钢桥梁全长828m，桥宽4.0m，桥箱梁高1.2m,1.5m,1.2~1.5m三种形式组成，总吨位达1600

多吨，钢板厚度为14~20mm。引桥钢板材质为Q235B，主桥钢板材质为Q345C。全桥共设12联，每一联形式各异，造型复杂。

本工程钢结构截面形式如下（图2）

图2  大截面圆弧箱型钢桥梁截面

1.2 关键技术问题

本工程大截面圆弧箱型梁重量重，体积大，圆弧箱型梁在胎架上制作时容易使胎架造成下绕，因此在胎架制作前必须进行验算，确保构件对在胎架施压时，挠度控制在1mm之内。

由于胎架需反复利用，因此每次制作前均需安排技术人员对胎架制作平面平整度进行复测，平整度允许偏差控制在±1mm，如有偏差及时调整。

箱梁的下底面为弧形板件，宽度大，在卷板前需要清除钢板表面氧化皮，并涂上保护膜，卷圆时采用吊车配合，减少钢板因自重而使已过的钢板回直。

根据工程实际情况，确定焊接的大致顺序，并用ANSYS三维仿真软件计算取的最优的焊接顺序。能在总体拼装前能焊接完成的零件，事先焊接完成，可以用机器自动焊的焊缝尽量由机器焊，减少手工焊人为影响因素。

2 制作确保胎架平面精度

2.1 确定胎架大小

根据方案确定大截面圆弧箱型梁分段后最大弦长为13.7m，最大高度为1.5m，最大宽度为4m，所以我们确定新胎架面积最小为14m×4m=56㎡。钢箱梁最重为21.928t。

我们根据这些原始数据，并且控制胎架挠度为1mm,设计出胎架和有足够承载力的平台基础。

胎架截面如下（图3）：

图3    胎架截面(大截面圆弧箱型钢桥梁制作)

2.2布点，抄平

在胎架平台上部点（图4），总共15×7=105个点，LINE1—LINE5，每一行用水准仪测量其统一标高，LINE6与LINE7，先用数学公式计算出相邻点之间的高差，然后用水准仪测量每个点的标高，核对相邻点之间测量高差与计算高差的差值。

图4    胎架制作平面测量布点图

制作完一段钢箱梁后重新抄平并详细记录，如合格率低于95%，调整加固至合格率达到95%后制作下段钢梁。

3 卷板机预弯精度控制

由车间技术负责人制定卷板机操作规程，经单位总工批准后实施，并将交底到施工班组长。

减小导轨的摩擦系数，安排工人在每次卷板完成后，用铲子修刮导轨，用铁砂皮去绣去毛刺，使两接触导轨接触面积大于75%，调好镶条，使油槽润滑油畅通等。

在卷板前清除板材表面的氧化皮，并涂上保护涂料，为了减少钢板因自重而使已过的钢板回直。

我们用一台10t的吊车配合卷板机工作（图5），并且安排工人不断测量圆弧内侧弧度，吹扫剥落的氧化皮。

图5   工人的卷板过程

图6   模板分段对比示意图(大截面圆弧箱型钢桥梁制作)

用数控机床按照卷板所需形状，制作了1/10圆的薄钢板模板（图6），用模板和卷板后成型的零件进行了对比。

为对弯折后圆弧形零件的精度由原来的76%提高了了94%，虽然合格率没达到100%，但这样的弯折方法大幅度的提高了圆弧形零件的精度。

4、采用有限元ANSYS三维仿真软件确定最优的焊接顺序

工程中焊接变形，主要是由焊接过程中的不均匀的热影响产生的。焊接残余应力是引起焊接变形的根源，没有焊接残余应力的存在就不会产生焊接变形。根据工程实际情况，制定合理的焊接顺序和方向，可使局部的焊接变形变小或者抵消，从而达到减小整体变形的目的。

钢箱梁主要焊缝由（图7）1-8号焊缝组成，我们先由车间技术人员根据工程实际情况编写焊接方案，并根据焊接方案用ANSYS大型三维有限元软件进行论证。 

图7   焊缝示意图

本工程中钢箱梁面板的宽度为4米，底板的宽度为2米。且面板一侧的零件及焊缝较底板多，所以先确定组装面板一侧零件后翻身焊底板一侧零件为大方向。

焊接顺序（图8）主要为7-3-1-4-2，焊接原则为相同焊缝应同时对称焊接 ，并由中间向两边，多人同时施焊。

图8   焊接顺序示意图

确定了具体焊接顺序后，采用用ANSYS软件进行了论证（图九），论证结果表明变形量控制在理想范围。

图9   ANSYS分析结果

实际操作过程中考虑减少T200×100×14×14的T型腹板竖向加劲肋因焊接产生的变形和实际加工制作的方便，车间直接加工成H405×100×14×14的H型钢（图10），而后采用分段切割的方法根据实际长度切割成T型腹板竖向加劲肋。

图10  T型腹板竖向加劲肋成型图

这样可以减少整体组装时的一条竖向焊缝和避免因工人焊接水平差异而造成的焊接缺陷。同理，能够整体组装前就可以单独制作完成的零部件均提前制作完成。

焊接完成见下图（图11）：

图11  大截面箱型梁焊接成型图

5 工程应用情况

由我司大截面圆弧箱型梁的制作工艺成功应用于大截面圆弧箱型梁钢结构的制作，提高了我国的钢结构加工技术水平，为我司焊接工艺完善提供了依据，提高焊接效率和焊接质量。

此次我司大截面圆弧箱型梁的加工制作质量、尺寸精度均符合规范，为现场安装提供了可靠的技术保障，从而保证了元和塘景观人行桥这样的集团公司重点项目的质量和工期，得到业主和总包的好评与嘉奖，为以后制作大截面圆弧箱型梁打下坚实的基础。

6 结 语

苏州市相城区元和塘景观人行桥工程经过三百多天的艰苦奋战，终于圆满地完成了预定的目标任务，我们深深地感受到，在上级领导和业主的关心与支持下，在监理部门的紧密配合下，我们的精诚团结下， 通过改进施工方法方法，在竣工验收中，一次性通过验收，受到建设单位、监理单位和上级主管部门的一致好评。为企业施工同类类型工程提供了宝贵的资料。

图12  制作完成的大截面箱型梁

参考文献

[1]《钢结构工程施工质量验收规范》GB-50205

[2]《建筑钢结构焊接技术规程》JCJ81

 （苏州二建建筑集团有限公司钢结构工程公司，江苏 21500）