美国新海湾大桥上部钢结构的设计及制造.pdf

学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 美 国新海湾大桥上部钢结构的设计及制造 马立芬 3 ld 2 2 高强螺栓 图 7 U肋 栓 接 打磨焊缝线 终止线 单位 m m 图 9 U 肋 槽 口及 端 部 打 磨 美国新海湾大桥钢塔 、 钢箱梁制造全部在上海 振华 重工 长兴基 地 制 造 ， 距 离 桥 位 约 6 1 0 3海 里 1 海里 一 1 ． 8 5 2 k m 。长 兴 基 地 占地 约 3 0 5万 平 方 米 ， 有 5 k m 深水 岸线 水 深 达 8 ～ 1 0 m ， 可 泊 巨 型 海 轮 ； 有 约 1 0 0万平 方米 生产车 间 ， 车间 内起重 能力 达 1 6 0 0 t ， 并 配 有 技术 先 进 的钢结 构 加 工 设 备 ； 长 兴基 地有 3 ． 7 k m 重型码 头 ， 最大 的码头 长 6 0 m， 可 承 重 2万 吨 。 3 ． 2 制 造难点 分析 1 钢塔 为厚 板结 构 ， 最 大板 厚 1 0 0 mm， 面板 对 接 主要 为 6 0 mm与 9 0 mm对 接 、 7 5 mm与 1 0 0 r u m对 接 ， 焊 缝 坡 口深 ， 熔 透 焊缝 多 ， 焊 接 变形 大 ， 空 间小 ， C J P 焊接 口 “ 内在 质量和焊接变形控 制难度大 。 2 塔 段体 积庞大 ， 最大钢 柱节段 长 4 7 ． 1 7 5 m， 重约 1 3 0 0 t 。塔 柱为变 截 面不规则 五边 形 ， 塔 柱 之 间的 内 、 外部 连接 板 及 纵 向加 劲 连 接板 通 过 高 强 螺栓栓接而成， 钢塔垂直度要求 1 ／ 4 0 0 0 ， 几何精度 要求高。 3 钢塔截面为变截 面五边形 ， 为 了控制焊接 变形和保证焊接质量 ， 要求钢塔柱进行翻身 。 4 钢塔第 1 、 2吊装段立体拼装后 ， 总重量达 8 0 0 0 t ， 高为 8 0 m， 对场地 、 吊装设备 、 安全、 拼装质 量都是很大的挑战。 5 合同要求板单元焊接后 ， 不允许火工校正， 且 焊接后 顶板 平整度 要求 控制 在横 向 3 ／ 1 0 0 0 ， 纵 向 1 ／ 1 0 0 0以内E 3 5 3 。U肋与面板 的焊缝熔深大于 U 肋 板厚 的 8 O ， 且 不 得 熔 穿 ， 焊 缝 采 用 超 声 波 探 伤 UT 加相控 阵方 法进 行检验 。 6 钢箱梁焊接要求高 ， 焊缝密布， 钢箱梁的焊 接 变形 和焊 接 质 量 的控 制 是 钢 箱 梁 制 造 的 难 点 和 重 点 。 7 钢 箱 梁 由 2个 分 离 的 钢 箱 和联 系 横 梁 组 成 ， 纵 、 横 向连 接 关 系 复杂 ， 在 E 2桥 墩处 的钢 箱 梁 位 于平 曲线 上 ， 竖 向有 斜 坡 及拱 度 ， 钢箱 梁 线 形 拱 度 、 旁弯 及箱 口匹配连接精度 的控制较困难。 3 ． 3 关 键制 造技 术 3 ． 3 ． 1 厚板 焊接 钢 板下 料前采 用钢 板整 平机 整平 以消除钢 板 轧 制应力 ； 焊接边及坡 口采用铣边机 加工 以确保加工 精 度和焊接质量 ； 为了控制厚板对接角变形 ， 采用卡码 将 厚板与胎 架 固定 牢 靠 。拼 板焊 接时 需采 取 如下 措 施 ①增加两端定位焊的长度 ， 同时将 中间的定位焊 也加长 ； ②用整体引熄弧板进行两端加强； ③采取在 焊缝窄板的两端同时增加电加热板使热膨胀均匀， 防 止旁弯 ； ④通过翻身焊接来控制厚板焊接变形。 3 ． 3 ． 2 钢塔柱 组装 1 通过 尺 寸 控 制 ， 将 所 有 的 不利 因素 消 化 在 板单 元 、 隔板组 件制作 过程 中， 如面板 小盖 板 的高度 控制、 纵 向筋垂直度 以及面板平整度的控制、 隔板槽 口与纵向筋的位置关系的控制等。塔柱装配过程如 图 1 0所 示 。 2 每 段塔 柱 五 面 成 型 后 ， 利 用 小 尺 寸端 标 准 段 与塔 柱大 尺寸端 或大 尺 寸 端标 准 段 与 塔 柱小 尺 寸 端 进 行 匹配 见 图 1 1 ， 模 拟 2根塔 柱 拼 接状 态 ， 从而对栓接位置尺寸进行调整、 控制 。 3 ． 3 ． 3 塔柱 翻身 钢 塔塔 柱 焊 缝密 集 ， 主 要包 括 隔 板 与 5块 面板 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 美国新海 湾大桥上部钢结构 的设计及制造 马立芬 5 钢 箱 梁 采用 多 梁段 连 续 匹配 组 装 、 焊接 和预 拼 装 同时进行 的方 案 ， 按 照不 少于 5 1的模式 在车 间 内预 拼装 ， 组装 时预 留一个 节 段 参 与 下一 轮 的预 拼 装 ， 确保整体线形及端 口匹配平顺l 1 引。 钢箱 梁采用 正位组 装方 案 ， 即 以胎 架为外 模 ， 以 横 隔板 为 内模 ， 按 照“ 底 板一 斜底 板一 横隔板 一腹 板 一 顶 板一 角单元 ” 的顺 序实 现立 体阶梯 式推 进 ， 逐 段 组装 与焊接 。胎架 是保 证节 段外形 尺 寸和相 连节 段 端 口匹配 的重要 基 础 ， 所 以对 胎 架 的外形 尺 寸 和 线 形 以及强 度要求 较 高 。 钢箱 梁组装 顺 序 为 ① 组 装 底板 。采 用 经 纬 仪 调整就位 ， 使底板纵 向基准线与两端测量标志塔共 线 ， 并使其横基线与胎架上的横基线精确对正， 然后 将其 固定 。②组装斜底板 。将预先拼焊好的斜底板 单元 件 以两侧 的测 量 标 志塔 配 合 经 纬 仪进 行 定 位 ； 利用千斤顶精确调整斜底板使其横向基准线与底板 横 向基准 线共 线 。③组装 隔板 。隔板 是箱 梁成 型 的 保证 ， 采 用二 次数控 切割保 证 隔板外 形尺 寸 ； 控 制隔 板 的垂直 度 和 隔 板 间 的 立 位 焊 接 间 隙。 ④ 组 装 腹 板 。以两 侧 测 量 标 志 塔 进 行 腹 板 横 向位 置 精 确 定 位 ； 以控 制腹 板横 向基准 线与底 板 、 斜 底板 横 向基准 线 共线进 行纵 向位 置 的精 确定 位 。⑤组装 顶板 。严 格控制顶板各线形控制点的标高 ， 以控制箱体高度 及 纵面 、 横 面 线 形 。焊 接 使 用 C O 气 体 保 护 焊 打 底 ， 埋 弧焊 盖面 ， 背面 贴 陶瓷衬 垫 方 法 ， 实 现 在 顶板 对接缝单面焊接双面成型。⑥组装角单元。角单元 与箱梁连接 ， 对 箱梁宽度 尺寸及 接缝 错边 量进行 控 制 。 4 钢 塔 、 钢 箱梁 的 吊装运输 4 ． 1 吊装 该桥 最大钢箱梁重 约 1 7 0 0 t ， 长 7 O m， 因箱 梁顶 板 不允许安装 吊耳进行 吊装 ， 为此设 计 了专用 吊梁工 装 ， 采 用 2 2 0 0 t 浮 吊进行 钢箱梁 的吊装 见 图 1 5 。 4 ． 2 运 输 所 有钢 结构采 用振 华重 工 自有 的船 队运输 至 美 国加 州 ， 于 2 0 0 9年 1 2月 3 1 H开 始 ， 分 9个 船 次 陆 续 发运 ， 截止 2 0 1 1年 7月 ， 全 部顺 利发 运完成 。 钢 塔采 用躺倒 方式 _ 1 运 输 ， 每 船 4根 塔 柱 。钢 箱梁采用双层叠放方式并辅以专用工装和绑扎等措 施 ， 确保 了在船运途中不会产生损伤。 5 结 语 美 国新 海湾 大 桥 所 有 钢 结 构 制 造 于 2 0 1 1年 7 图 1 5钢箱梁 吊装 月 全部 完成 ， 到 目前 为止 ， 现场 钢结 构安装 已顺 利完 成 ， 正在 安装 主缆 。在钢 结构 制造过 程 中 ， 通过 合理 的厚板焊接措施、 合适 的钢塔和钢箱梁组装工艺控 制 、 可行 的组 装 和 翻 身 工 装 、 辅 以 大 型 高 精 度 的装 备 ， 使钢 塔 和钢箱 梁 的制 造 质 量 满 足 了设 计 和规 范 的要求 ， 为现场顺利安装和准确合龙打下基础 ， 也为 以后 同类工程 提供 了经验 。 参 考 文 献 [ 1 ]邓文 中．美 国旧金 山海 湾大 桥 东段 的故 事E J ] ．桥 梁， 2 0 1 1， 5 1 6 1 8 ． [ 2 ]AS TM ’A7 0 9 ／ AT 0 9 M一 9 6 ， 桥梁结构钢标准规范[ S ] ． [ 3 ]Ame r i c a n We l d i n g S o c i e t y ， AN S I／AA S HT O ／AWS D1 ．5 2 0 0 2 ，An Ame r i c a n Na t i o n a l S t a n d a r d B r i d g e We l d i n g C o d e [- S ． E 4 ]AN s I／AA S HT O ／A WS D1 ． 5 2 0 0 2 ， 桥梁 焊 接 规范 E s ] ． [ 5 ]AA S HT O．S t a n d a r d S p e c i f i c a t i o n s f o r Hi g h wa y B r i d g e s [ s ] ． [ 6 ]戴永宁．南京长 江第 三大桥 钢索塔技 术 [ M] ．北京 人 民交通出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 7 ]李毅 ， 李军平．南京三桥钢塔 节段焊接 变形及 几何精 度的控制l- J ] ．钢结构 ， 2 0 0 6 ， 3 8 9 9 1 ． [ 8 ]沈斌．南 京长江第三 大桥钢塔 制造 精度 管理[ J ] ．桥 梁 建 设 ， 2 0 0 7， 4 5 9 6 1 ， 6 4 ． E g ]郭文辉 ， 余 团营 ， 孟培元 ， 等．舟 山桃天 门大桥 钢箱梁板 块制造焊接变形控制E J ] ．焊接 ， 2 0 0 6 ， 7 5 0 5 2 ． [ 1 O ]李 衍．相 控 阵 超声 检 测 国 际动 态 [ J ] ．无 损探 伤 ， 2 0 0 8， 6 1 4， 8 ． E 1 1 ]牟彦春 ， 金南辉 ， 葛翔．电站锅炉 接管座 角焊缝超 声 相控阵检测技术[ J ] ．无损检测 ， 2 0 1 1 ， 1 7 5 7 8 ． [ 1 2 ]王辉平 ， 杨元录 ， 郭 勇， 等．西堠 门大桥钢箱梁制造工 艺技术 _ J ] ．公 路 ， 2 0 0 9 ， 1 9 0 9 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 世 界 桥 梁 2 0 1 2， 4 0 5 [ 1 3 ]王永 田．美 国旧金 山新海湾大桥船运技术[ J ] ．中国水 运 ， 2 O 1 1 ， 7 5 4 5 5 ． 编辑 穆卓辉 De s i g n a n d Fa b r i c a t i o n o f S t e e l Co mpo n e n t s f o r S u pe r s t r u c t u r e o f Ne w Ba y Br i d g e i n t he Un i t e d S t a t e s MA Li fe n S h a n g h a i Zh e n h u a H e a v y I n d u s t r y Co ． ，L t d ． ，S h a n g h a i 2 0 0 1 2 5，Ch i n a Ab s t r a c t The Ne w Ba y Br i dg e i n t he Uni t e d St a t e s i s a s i n g l e t owe r s e l f a nc ho r e d s t e e l S U S pe ns i o n br i d ge ． The t owe r i s a n a s y mme t r i c a l pe n t a g o n s t r u t wi t h v a r i a b l e c r o s s s e c t i on ． The s t e e l bo x gi r d e r，a bo l t e d a nd we l de d s t r uc t u r e 。i s c o m p o s e d o f t wo s e p a r a t e d b ox e s a n d t h e c o n n e c t i ng c r o s s b e a m s be t we e n．Ba s e d o n t he de s i g n f e a t ur e s a n d t he d i f f i c ul t i e s un de r l y i n g t he f a b r i c a t i o n o f t he s t e e l t owe r a nd t he s t e e l bo x gi r d e r ，t he m e a s ur e s s uc h a s t he ma t c hi n g a s s e m b l y o f t he s t a nd a r d s e c t i on a n d t h e t owe r c ol u m n，t he 3 6 0 。 r o t a t i n g t u r n ov e r a nd f l o a t i ng c r a ne l i f t i n g we r e a d o pt e d t o e f f e c t i v e l y c on t r o l t he ge o m e t r i c a c c ur a c y o f t h e c r o s s s e c t i o n of t he t o we r c ol u m n，we l di n g d e f o r ma t i on a nd we l di n g qu a l i t y，a nd t he s a f e t y a nd q ua l i t y of t h e s t a n di n g po s i t i o n pr e a s s e m b l y．U r i b pl a t e e l e m e nt s we r e we l de d by p or t a l a ut o ma t i c we l d i n g ma c hi n e，a s s i s t e d b y t wo wa y a n t i d e f o r ma t i o n j i g s ，wh i c h g u a r a n t e e d t h e d e p t h o f we l d i n g p e n e t r a t i o n a n d me t t h e r e q ui r e m e nt o f no f l a t t e ni ng c o r r e c t i o n f o r t he p l a t e e l e me n t a f t e r we l d i n g．The we l d i n t he U r i b pl a t e e l e me n t wa s i n s p e c t e d by t he ph a s e d a r r a y i n s p e c t i o n me t h o d，s ol v i n g t h e pr o bl e m o f i n t e r n a l q u a l i t y i n s p e c t i o n o f t h e U r i b we l d j o i n t s ．Th e c o n s e c u t i v e a s s e mb l i n g ，we l d i n g a n d p r e a s s e mbl y o f t he s t e e l bo x gi r d e r we r e c ompl e t e d i n t he f a c t o r y t o m a ke s ur e t he ge ome t r y o f t he b ox g i r de r a n d t he ma t c hi n g pr e c i s i o n f or t he o pe ni n g o f t he b ox me e t t he d e s i g n r e qu i r e me n t ． Ke y wo r ds Ne w Ba y Br i d ge ；s u s p e n s i on br i d ge ；s t e e l b ox g i r de r；s t e e l t o we r；d e s i g n；f a br i c a t i on t e c hni q u e；t r a ns po r t a t i o n ’ l ， I D , l ’ l ， ● ， ● ， - ’ ’ ● ， ’ ’ ● ’ ’ ， mI m， ， m ’ ’ l l ， ’ ， l ， ’ ’ ， ， ， ’ ， I ’ ， ， ， ， ， ， ● ， ● ， ● ， ● ， ’ ， ● ’ I P , I I ’ ， l ， ● ， ● ● ， I 欢迎订阅2 0 1 3年度 桥 梁建 设 桥 梁建 设 是中国科技论文统计源期刊、 中文核心期刊、 中国科学引文数据库来源期刊、 中国学术期 刊综合 评价 数据 库统计 源期 刊 、 中国核 心期 刊 遴选 数 据 库收 录期 刊 、 中 国学 术期 刊 光 盘版 入 编期 刊 、 中 国科技期 刊网入 网期刊 、 I C ON DA数据库收录期刊 、 C A J C D规范 执行 优秀期刊 、 波 兰 哥 白尼索引 I C 收录期 刊 、 美 国 剑 桥科 学文摘 C S A 收 录期 刊 。 5 4。 梁建设 国际连续出版物号 I S S N 1 0 0 3 4 7 2 2 ， 国内连续出版物号 C N 4 2 ～l 1 9 1 ／ U、 邮发代号 3 8 ～ 梁建设 为双月刊 双月 2 8日出版 ， 大 1 6 开本 1 2 0 页 ， 每册定价 1 5 ． 0 0 元 ． 全年定价 9 0 ． 0 0 元。 全 国各 地 邮局订 阅 ， 编辑 部亦 可办理 邮 购 。 桥 桀建 设 持有广告经营许可证， 代办设计， 收费合理， 时效持久， 欢迎洽谈。 编 辑部地 址 武汉市 建设 大道 1 0 3号 电话 0 2 7 8 3 5 1 9 5 0 6 编 辑部 ， 8 3 5 5 0 0 8 1 广告 部 E ma i l q l k x y j s p u b l i c ． wh ． h b ． c n q l j s z t mb e c ． c o rn 邮编 4 3 0 0 3 4 传真 0 2 7 8 3 3 6 0 0 0 5 桥梁建 2 O1 2 设 编辑 部 年 9月 桥 桥 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m