钢箱梁的制造及现场安装技术分析

摘要：钢箱梁桥作为桥梁工程中的一种经典的结构形式，结构特殊在全球范围内得到了广泛的认可。随着技术的不断革新，钢箱梁的安装工艺也日益的成熟。本次研究以黄茅海跨海通道项目中的大桥钢箱梁为例，深入探讨其制造流程，详细阐述钢箱梁生产中各个单元件的制作情况。之后，就焊接工艺技术、喷砂除锈及涂装技术、现场安装技术等技术内容进行相应分析，以期为时候钢箱梁的制造与安装作业的开展，提供宝贵的实践经验。

关键词：钢箱梁；制造；安装；技术

1工程概况

黄茅海跨海通道项目东连港珠澳大桥，西接西部沿海高速，是组成粤港澳大湾区重要跨江通道，路线全长 29.93 千米，设计时速 100km/h。黄茅海大桥钢为黄茅海跨海通道项目钢结构制造 G3 标段，主桥钢箱梁跨径设置为100+280+720+720+280+100=2200m，为独柱塔双索面三塔斜拉桥，高跨比为 0.25，边中跨比为 0.53，主通航孔满足通航要求，主梁由分体式两个钢箱梁及横向连接箱组成。

一、加工制造技术

1加工工艺概述

本工程钢箱梁节段的结构设计较为复杂，涉及大量焊缝，焊接过程中的变形和残余应力的风险大，为了能稳定箱体结构，提高产品质量，加速制造流程。需遵守从基础零件到整体结构的逐步构建原则。先完成各个零件的加工准备，然后进入到板单元及块体的制造环节，在工厂完成生产后，这些预制好的板单元和块体会经过适当的包装，并运输到桥位现场。 在到达桥位后，预制的板单元和块体会逐一进行组装，形成整体节段被称为节段拼装。拼装完成后，将进行节段间的连接作业。最后，在节段拼装与连接完成后，工作人员需进行必要的补涂装，保证钢箱梁结构的完整。

2分块方案

根据本工程钢箱梁结构特点，结合钢材供应商加工能力、钢材运输特点、钢箱梁加工工艺等因素对钢箱梁进行分块，便于钢箱梁制造。其中钢箱梁顶板横向分为 5块，底板横向分为 6 块，隔板横向分为 5 块（其中 2 块带到腹板单元中制作）。

3钢板预处理

钢材进厂复验合格后，方可投入生产。下料前先对其材质、规格及炉批号进行移植或记录，辊板预处理，然后进行抛丸除锈、喷涂车间底漆，除锈等级为 GB 8923.1-2011规定的 Sa2.5 级，喷涂无机硅酸锌车间底漆一道（厚度≥20μm）。

4零件加工

4.1 一般零件加工

根据零件的具体形状和大小确定下料方法，较长矩形板件采用多嘴头门式切割机精切下料，形状复杂的板件采用数控切割机精切下料，型钢采用锯切机或焰切下料，钢板对接坡口采用火焰精密切割或刨边机加工。

4.2 U 肋加工

在此工程项目中，U形肋结构部分设定两种不同的截面尺寸，板厚统一设定为8毫米。这些U形肋通过钢板冷弯成型技术制成。在进行U形肋的加工时，先利用等离子切割机进行钢板下料的切割。接着，加工肋条的两侧长边，使其平整、垂直的。最终，折弯这些肋条，使其满足设计图纸中基本加工要求。之后，在U形肋选用一种双定尺材料，使每个U形肋段的使用长度恰如其分，既要避免材料浪费，又要增强结构的完整性。

5 拼接板制作

在进行顶板U形肋与纵肋的连接时，需要使用高强度螺栓。在拼接板的制作时，需要依据其具体位置和连接方式，将“先孔法”与“后孔法”结合起来进行制孔。其中，先孔法的制作工艺相对简单。要求加工者在零件下料完成后，立即利用样板或数控机床进行制孔。后孔法的制作工艺相对复杂。在下料时，需要预留一定的余量。首先，钻制一部分孔群，然后在试拼装时再进行另一端孔群的钻制。

6板单元制作

6.1 顶板单元制作

钢箱梁的顶板单元是一种复杂的结构，主要由U肋、板肋以及隔板接板等多个组件构成。针对顶板单元不同的结构特性，可采用两种不同的制作工艺，用于满足各种工程需求。对于那些不带开孔且形状为矩形的顶板单元，施工人员可采用先组装后切边的工艺方式进行加工制造。首先将各个部件进行组装，形成一个完整的板单元结构，然后再在切边和坡口位置上进行对应调整，使板单元的尺寸形状完全符合设计标准要求。

对于形状不规则或带有开孔的顶板单元，施工人员可采用先下料后组装的制作方式，先测量并切割材料，然后预留必要的加工余量，以便在后续组装时进行适当调整。在完成下料后，各部件会逐一组装，最终形成一个完整的顶板单元。

6.2 底板板单元制作

钢箱梁底板单元类似于顶板单元，由U肋和板肋等部件组成，形成复杂的结构。针对底板单元的不同形式，对应的制作工艺不同。对于形状为矩形且无开孔的底板单元，需要采用先组装后切边的制作方式。而对于形状不规则或带有开孔的底板单元，依旧需要采用先下料后组装的模式。在下料时，要测量并切割材料，并预留出足够的加工余量。完成下料后，各部件会被逐一组装，最终构建出完整的底板单元。

6.3 腹板单元制作

腹板单元由腹板、纵肋、隔板接板等部分构成。腹板按作业指导书要求工艺量数控下料，参与板单元制作。

6.4 锚腹板单元制作

锚腹板单元由腹板、纵肋、隔板接板、锚箱等部分构成，其制作工艺流程为：分别组焊腹板单元、锚箱→腹板单元翻身并组焊锚箱→组焊锚垫板→修正纵横基线。

6.5风嘴单元制作

风嘴单元是一个结构复杂的组件，主要由底板、斜顶板、顶板以及各类隔板等多个部分构成。首先，对拼焊胎型进行全面的检验，接下来，将风嘴底板单元准确放置在胎型上。随后，根据设计要求进行隔板的组焊。继续焊接斜顶板单元和顶板单元，从而构建出风嘴的主体结构。最后，对整个风嘴单元进行最后的调整，所有横纵基线的准确无误。

6.6下稳定板制作

下稳定板是由腹板、翼缘板、加劲组成的工型结构。制作工艺流程为：腹板定位→

组焊翼缘板→组焊加劲→修正基线→打砂涂装。

6.7 横梁制作

横梁的结构也相当复杂，由顶板单元、底板单元、腹板单元及隔板单元等多个组件组合而成。在制作这些构件时，同样可以借鉴上述板单元的制作工艺，并留出一个短边作为切口端，以便于后续的调整组装。首先，严格检测拼焊胎型。接着，将底板单元安放在胎型上。然后，按照规定的顺序依次焊接隔板、腹板单元和顶板单元，形成完整的横梁结构。在焊接过程中，应特别注意可能出现的变形现象，并在最后阶段进行调整，确保横梁的尺寸与形状准确。

7焊接方案

7.1焊接工艺评定

针对本项目钢箱梁结构特点及质量要求，按照等强度、等韧性匹配原则，依据《铁路钢桥制造规范》（Q/CR9211-2015）进行焊接工艺评定试验，评定项目要覆盖所有的焊接接头，且焊缝力学性能不得低于母材标准值。

7.2板单元焊接工艺

7.2.1 顶板单元焊接

在顶板单元的制作中，U肋的焊接是一个必不可少的环节。为了保证焊接质量，施工人员可采用内外双面焊接工艺，熔深需达到设计要求的75%。然后，引入U肋组焊一体机，自动完成U肋与顶板的水平组装，并同步进行U肋内侧的焊接。在完成内侧焊接后，将顶板单元将转移至反变形胎架上，进行船位埋弧焊的外侧焊接。

在接板与顶板的焊缝处理上，采用龙门式智能焊接机器人进行对称焊接。当焊缝从平角位转到立位位置时，机器人需要连续焊接，避免熄灭电弧，减少焊接中断可能对焊接质量造成的影响。此外，焊缝的端部也需要进行连续包角焊处理，以进一步增强焊缝的强度。

7.2.2 底板单元焊接

底板单元 U 肋设计为外侧单面 K8 角焊缝，采用门式多电极焊接专机在反变形胎架上进行平位外焊。

7.2.3 板肋板单元焊接

桥梁结构的腹板单元、风嘴板单元以及横梁板单元都是由板块与板肋组合而成的关键构件，采用专用焊接胎架进行焊接。焊接胎架的面板，需要正反旋转，使焊缝保持在最佳船型位置进行焊接。同时，采用门式多电极焊接，保持焊缝牢固。同时，为了最大限度地控制焊接变形，还需调整适应的焊接方向和顺序，并规划相应的焊接路径，并适时调整焊接参数，有效降低了由于焊接热输入导致的结构变形。

7.2.4 锚箱焊接

锚箱结构复杂，操作空间小，焊缝密集。根据锚箱结构特点，采用 CO2 气体保护焊进行焊接。为控制焊接变形和焊接接头性能，制定合理的焊接电流、电压、焊接速度等参数和合理的焊接顺序。焊接后对承压板与腹板熔透角焊缝焊趾部位进行超声波锤击处理，以改善该部位应力状态，减小应力集中。

7.2.5 隔板单元焊接

横隔板单元主要采用龙门式智能焊接机器人系统并配合专用胎架进行焊接。通过程序设置，采用两个机器人对称焊接加劲肋两侧角焊缝，焊缝端部的自动包角，既保证焊接质量，也提高焊焊接效率。

8涂装方案

二、现场安装技术

1总体安装思路

本工程结合钢箱梁设计要求，在工厂采取横向和纵向分段的处理方式。每个分段在工厂内需完成检测后，才能出厂。完成制造后，这些分段将逐一运输到施工现场，准备进行安装。然后，在现场先搭设临时支架。紧接着，施工人员需要利用汽车起重机或其他吊装设备，将分段逐一吊装到预定位置上。

2 吊耳选用

吊耳是连接吊装设备和钢箱梁的关键组件。本项目选用材料材质不低于Q345C的钢板进行吊耳制造。同时，在吊耳腹板与钢箱梁顶板之间的角焊缝必须达到熔透标准，吊耳板与顶板之间的角焊缝采用双面贴角焊，焊脚尺寸设定为8mm，在吊耳制造完成后，需经过无损检测，确保合格后方可投入使用。在安装前，每一个分段的钢箱梁被视为独立的刚体进行简化处理。若吊耳未能置于主隔板正上方，焊接处则需要进行加固处理。完成吊耳的焊接后，再次进行无损探伤检测。

3吊机选型

在选择吊装设备时，使用汽车起重机来进行梁段的吊装。起重机的起重量、回转半径及起重高度等关键参数，需要与现场的平面布局相结合。根据现场的平面布局要求，设定汽车起重机的最大吊重设定为45吨。起重机的最大工作半径设定为20米，其中最终梁段的最大工作半径为16米。起重机的臂长设定为31.48米。经过实际测试，260吨的汽车起重机能够有效满足施工现场的吊装要求。

4现场安装技术

在开展正式吊装前，先进行试吊。吊装作业员应利用四个卸扣，将钢丝绳稳固连接到每个吊耳上。然后，在钢箱梁的两端系上50米长的浪风绳，当指挥员发布试吊指令后，起钩过程必须缓慢进行，直至钢丝绳达到紧张状态，此时应立即终止起钩操作。随后，针对吊绳、吊耳、吊具等所有组件进行全面的安全检查，确认各部件均处于安全状态。在所有检查结果无误后，钢箱梁将被缓慢提升至最高不超过200毫米的高度，并保持悬空5至10分钟。

在进行箱梁焊接作业时，必须严格遵循焊接工艺标准，有效控制焊接过程中产生的变形，并全面监控实时检测的进展情况，以便及时识别和解决潜在的质量问题。在吊装作业启动之前，需要在每一分段的横向和纵向分段位置上进行定位轴线。在钢箱梁的吊装过程中，每个构件的四个吊点需均匀受力，然后，使用倒链进行辅助调节，接口需直顺。在完成就位后，施工人员需采取必要的措施稳固接口，减少松钩后的二次处理。

三、总结

通过黄茅海跨海通道项目钢箱梁案例的分析研究与实践，钢箱梁制造过程中的单元件制作技术、焊接工艺技术、喷砂除锈及涂装技术、现场安装技术等内容实用可行，在保证安全施工情况下，也保证了工程质量，可为其他类似钢箱梁制造安装项目提供借鉴。