《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第二部分桥梁《大跨径钢箱钢桁结合梁制作技术研究》​

本期项目简介

完成单位: 中铁宝桥集团有限公司、 中铁宝桥 (扬州) 有限公司

主要完成人: 朱新华、 穆长春、 孙蕾蕾、杨亮、 吴江波、 刘志刚、 张海峰、 贾卫中、 李金宝

项目简介

　　(一)技术概况

　　本课题以蒙西华中铁路洞庭湖大桥制造为依托,首次在斜拉桥上采用先架设、合龙钢箱梁,然后安装合龙钢桁梁的施工方案。项目组对钢箱钢桁结合梁工厂制造中的技术难点进行攻关,成果开发源于制造过程中的技术创新、现有工艺的优化与改进,主要关键技术如下:

　　1.主桁大断面平行四边形杆件制造精度控制技术针对大断面平行四边形弦杆,进行制作工艺及工序工艺装备的设计及优化,通过优化专用平行四边形组焊一体胎架,有效地保证腹板及腹杆接头节点板与顶底板的角度;针对特殊部位锚箱角度采用传统方法放样效率低、易错的情况,首次采用inventor三维软件进行放样,速度快,精度高,值得推广使用;针对锚箱角度控制难度大的现状,采用将角度转换为空间尺寸的方法,通过尺寸控制角度,保证锚箱角度;作为本桥受力最重要的锚箱,设计图中承压板与锚箱腹板,分配梁与锚腹板为熔透,因锚箱内部不可达或空间狭小,考虑到钢衬垫单面熔透焊接缺点,采取散拼双面熔透的方案,并对焊缝进行超声锤击。

　　2.箱桁预拼控制技术

　　桥位现场的桁梁安装滞后于钢箱梁的安装,钢箱梁安装产生的斜拉索压缩及焊接变形收缩已经产生,造成钢桁梁安装有位移差,因此箱桁预拼不同于传统的主桁预拼,也就是厂内箱桁预拼时斜腹杆与下弦杆的螺栓孔是有错台的,而且该错台量就是钢桁梁安装的位移差,形成新型箱桁预拼方式。

　　3.钢箱梁(含节点板)整体组装精度控制技术

　　本课题节点板横向距离直接影响其后钢桁梁的安装,为控制节点板的横向距离,通过拼接板加量抵消焊接收缩产生的影响。为确保钢箱梁节段接口匹配及线形控制的质量,采用实桥线性加实桥的拼接板进行全桥的连续匹配,以保证梁段接口的连接。通过项目实施,研发了钢箱钢桁结合梁制造关键技术,形成完善的制造工艺规程,攻克了钢箱钢桁结合梁制造难题,丰富了大跨度桥梁建设技术理论,为设计更大跨度的桥梁提供前提条件和保障。

　　(二)适用范围

　　该课题的研究成果在蒙西华中铁路洞庭湖特大桥项目中全面应用,钢箱钢桁结合梁制造技术要求和技术指标均完全满足设计和规范要求,制造质量能够满足设计要求。通过它的成功建造,可以为后续相似桥梁的建设提供参考。

　　(三)获奖情况

　　通过本课题的研发,形成大跨径钢箱钢桁结合梁制作技术,获得授权发明专利1项,申报发明专利1项,获得授权实用新型专利4项,发表论文1篇。

项目创新点

　　洞庭湖特大桥是蒙西华中铁路全线重点控制性工程,该桥结构设计形式新颖,是世界最大跨度的三塔铁路斜拉桥、世界首次在斜拉桥上采用钢箱钢桁结合主梁形式、世界首次在斜拉桥上采用先架设和合龙钢箱梁,然后安装合龙钢桁梁的施工方案的铁路斜拉桥。目前,钢箱梁、钢桁梁的制造工艺研究成果较多,但钢箱钢桁结合梁的结构形式为首次应用,鉴于其先箱后桁施工模式的特殊性,国外暂无钢箱钢桁结合梁制造的技术成果。本课题针对该项目结构特点及其难点进行了深入研究,形成的关键技术及创新点如下:

　　1.大断面平行四边形杆件制造精度控制技术

　　应用激光三维扫描、inventor技术,设计工艺和专用工装,解决了杆件制作、锚箱精度控制等难题。

　　2.箱桁预拼控制技术

　　实现了主桁带压缩量试装,解决了先箱后桁架设时桁梁杆件连接精度控制难题。

　　3.钢箱钢桁结合梁制造精度控制技术

　　采取反变形、工艺量、全桥实桥预拼技术,解决了箱桁结合形式钢梁制作及安装技术难题。

同类项目比较

　　本项目依托中铁宝桥集团有限公司承建的“蒙西华中铁路洞庭湖特大桥冶制造项目,该桥是蒙西华中铁路全线重点控制性工程,大桥全长1290.24m,主梁为钢箱钢桁结合梁结构,该桥结构设计形式新颖,是世界最大跨度的三塔铁路斜拉桥、是世界首次在斜拉桥上采用钢箱钢桁结合主梁形式、是世界首次在斜拉桥上采用先架设、合龙钢箱梁,然后安装合龙钢桁梁的施工方案的铁路斜拉桥。

　　目前,钢箱梁、钢桁梁的制造工艺研究成果较多,但钢箱钢桁结合梁的结构形式为首次应用,鉴于其先箱后桁施工模式的特殊性,国外暂无钢箱钢桁结合梁制造的技术成果。

　　本项目钢箱钢桁结合梁结构设计形式新颖,国内暂无制造技术研究成果。国内已建成的桥梁中,由中铁宝桥集团有限公司制造的郑州黄河公铁两用桥主桥钢桁梁边桁上下弦杆为适应斜桁结构形式,采用平行四边形截面,但是该平行四边形为整体节点板同时没有锚箱,断面比较小。针对本项目大断面平行四边形弦杆杆件,从工厂制作方案和实际出发,进行主要杆件制作工艺及工序工艺装备的设计,包括工装设计,制作工艺、精度控制、制作要点和工艺装备进行设计优化;另外,该桥钢箱梁由下弦杆及桥面块体在厂内焊接成整体,断面尺寸大,风嘴、下弦杆、桥面顺桥向采用熔透焊缝焊接,桥面块体横梁与下弦杆采用高强螺栓连接,钢箱梁精度控制难度极大,尚没有与其结构相同的产品制作经验。

应用案例

　　本项目成果应用于蒙华铁路洞庭湖特大桥,蒙西华中铁路连接蒙陕甘宁能源“金三角冶地区与鄂湘赣等华中地区,是“北煤南运冶新的国家战略运输通道,是衔接多条煤炭集疏运线路、点网结合、铁水联运的大能力、高效煤炭运输系统和国家综合交通运输系统的重要组成部分,洞庭湖特大桥是蒙西华中铁路全线重点控制性工程。

社会效益与经济效益

　　蒙西华中铁路连接蒙陕甘宁能源“金三角冶地区与鄂湘赣等华中地区,是“北煤南运冶新的国家战略运输通道,洞庭湖特大桥是蒙西华中铁路全线重点控制性工程。

　　蒙西华中洞庭湖大桥钢梁是世界首次在斜拉桥上采用钢箱钢桁结合主梁的形式,结构设计形式新颖。大桥采用先架设、合龙钢箱梁,然后安装、合龙钢桁梁的方案,技术含量高,社会各界关注度大。蒙华铁路襄赣指挥部、中国铁道科学研究院、中铁大桥勘测设计院等多家单位的专家进行现场指导和现场观摩。该项目的施工质量得到了监理、业主一致肯定和社会各界的广泛好评,为后续工作的顺利开展创造了条件。