成都府河桥塔端钢锚箱制作技术 成都府河桥塔端钢锚箱制作技术
苏 甜
(中铁山桥集团有限公司, 河北秦皇岛 066205)
摘 要：成都府河桥塔端钢锚箱分段为异形结构，包含双锚箱，结构形式复杂，钢塔节段间为全断面高强度螺栓连接；钢锚箱内部多处熔透焊缝的质量控制、锚箱位置及角度的安装精度、栓孔连接精度控制等为制作难点。根据制作难点，研究确定了钢锚箱分步划锚头组装位置线、钢锚箱侧位组装、熔透焊缝优化、钢锚箱整体机加工栓孔连接边等有针对性的制作方案，该方案经过实践检验，证明是合理、可行的。
关键词：钢锚箱； 焊接变形； 划线； 栓孔精度
1 工程概况
成都世纪城路东延线跨府河桥主桥全长215 m。主桥跨径为(130+85) m,为预应力混凝土独塔单索面斜拉桥，塔梁固结，边、中跨度之比为0.59，斜拉索布置于桥梁中心线处，呈扇形布置。主桥桥塔侧面为“人”字形独塔体系，由成都市高新区LOGO演化而来，分为主塔和副塔两部分。桥塔为预应力钢筋混凝土结构，主塔柱中锚固区采用钢锚箱的锚固形式，并作为桥塔内模,桥塔结构布置见图1。
图1 塔端钢锚箱总体布置
2 钢锚箱结构特点
塔端钢锚箱自下而上分为10节，总高度达32.2 m。组成钢锚箱的主要构件有：侧拉板、端部承压板、锚头单元(锚腹板、锚头横隔板、锚下承压板、锚垫板、加劲肋)、水平连接板、竖向连接板、法兰、套筒等，见图2。钢塔节段间为全断面高强度螺栓连接。锚腹板及锚下承压板与侧拉板间为熔透焊缝，其余为部分坡口角焊缝。
1—水平连接板；2—竖向连接板；3—锚下承压板；4—端部承压板；5—锚腹板；6—侧拉板加劲；7—锚垫板；8—法兰；9—套筒；10—侧拉板；11—剪力钉。
图2 钢锚箱结构示意
3 制作难点及质量控制方案分析
3.1 钢锚箱正装与侧装方案比选
钢锚箱分段为异形结构且高度为3～5 m不等，若采用正位组装方式，组装胎型的设计复杂且成本高，吊装和支撑有很大的难度，存在部分高空焊接工作，存在一定的安全隐患；优点是在组焊锚头单元和端部承压板时可以对称施焊，有利于焊接变形的控制，但锚腹板及锚下承压板与侧拉板间熔透焊缝、侧拉板与端部承压板间坡口角焊缝受条件影响不利于连续焊，焊缝质量不能保证。相反，若采用侧位组装方式，制作简易胎架即可，成本低廉，吊装、支撑、焊接等操作均简便安全，熔透焊缝的质量得到保证，但应注意焊接变形的控制。经过方案比较，选定侧位组装的方式。
3.2 熔透焊缝设计优化
根据设计图纸，锚腹板及锚下承压板与侧拉板间的熔透焊缝受内部空间窄且高的影响，不能较好地清根，焊缝质量无法保证。通过焊接试验评定结果，确定了锚腹板及锚下承压板宽度按负差下料，单元件焊钢衬垫，待锚头单元组焊完成后，整体与侧拉板间带缝贴钢衬垫焊接可保熔透焊缝质量。
3.3 划线及机加工
锚垫板锚点平面的位置及角度是影响拉索角度和受力的关键，全断面栓接对钢锚箱几何尺寸精度及制孔精度的要求会非常严格，如何控制节段间栓孔连接的空间位置精度以及连接面平面度是本桥制造的难点，“划线+机加工”是保证锚垫板位置及角度、栓孔连接的重要手段。
1)锚垫板锚点平面的位置及角度是影响拉索角度和受力的关键，但经过“锚箱单元+侧拉板+端部承压板+连接板+加劲板”全部焊接完成后产生的焊接变形，会导致锚垫板的锚点平面的位置及角度发生一定的改变。
解决方案：钢锚箱焊接修整完成后，以锚点为基准划连接部位的机加工线，以此保证锚点位置的精准；而锚垫板与锚头单元分离，待锚箱与其余件组焊完成后，再划线组焊锚垫板，以便微调锚点平面的位置及角度。
2)钢塔节段间为全断面高强度螺栓连接，包含4处水平连接及8处竖向连接，这种节段连接方式比较新颖，相较于此前制作的钢塔全断面焊接连接或者较多焊接加少许螺栓连接的形式，全断面栓接对钢锚箱几何尺寸的精度及制孔精度的要求会严格得多，如何控制节段间栓孔连接的空间位置精度以及连接面平面度是本桥制作的难点。
方案确定：侧拉板经过数控切割机下料后，即使外形尺寸、切割面垂直度满足Q/CR 9211—《铁路钢桥制造规范》不大于2 mm的要求，但栓孔连接面会存在一定斜度，再加上组焊时两侧拉板间错边、焊接变形等影响，导致栓孔连接边精度达不到要求，因此机加工节段间的栓孔连接面是必要的。侧拉板下料后的外形尺寸不够精确，不能作为划钢锚箱各部分组装位置线的基准，经过反复讨论，参见图3，将侧拉板主要边向内返 200 mm划基准线，检查各顶点间斜方尺寸，并及时调整基准线，注意将各个尺寸偏差均分，并检查其下料尺寸是否合格。
图3 侧拉板下料划线
1—锚头单元中心线；2—侧拉板中心线；3—TMT控制点；4—基准线。
图4 侧拉板锚头划线
基准线确定后用样冲标记，参照图4，根据基准线划侧拉板中心线，再根据侧拉板中心线划锚头单元中心线，精确定位锚头单元控制点，使各尺寸偏差均分。反复检查确定划线正确无误后，进行其他细部划线，“侧拉板+锚头单元+端部承压板”整体组焊修整。
修整合格后，以TMT控制点为基准划中部上端水平连接边的机加工线，以此保证锚头控制点的位置精准；机加工后，以该边为基准划中部下端水平连接边的机加工线，以此保证箱体高度；以端部承压板上已钻孔为基准，划端部承压板上、下水平连接边机加工线。加工完成后组焊各连接板(上工序钻孔且板厚预留机加工量)，修整后再次根据上述过程划各连接面的机加工线并加工(图5)，以此消除焊接连接板时产生的变形，保证连接面的空间位置精度及平面度满足要求。
1—水平连接板；2—端部承压板；3—TMT锚点；4—TMT控制点；5—锚头单元；6—侧拉板。
图5 锚箱整体加工尺寸控制
4 钢锚箱制作
4.1 零件制作
1)为保证下料精度，锚腹板、锚下承压板、侧拉板等异型零件采用数控火焰切割机下料，用板料矫平机赶平，并在明显位置做写号标记；锚管采用数控带锯机下料。
2)锚腹板及锚下承压板与侧拉板间的焊接边，每边按公差-5 mm下料；侧拉板上各连接边预留机加工量；锚垫板和承压板厚度预留机加工量。
3)各连接板及拼接板焰切下料完成后用平板数控钻床钻孔，端部承压板上部孔群采用上工序平板数控钻孔，下部孔群待预拼装时投孔钻孔。
4)质量要求：各零件下料长宽允许偏差为±2.0 mm，两极边孔中心距离允许偏差为±1.0 mm。
4.2 组焊锚头单元
1)锚下承压板划线：锚下承压板和锚腹板两端分别组焊钢衬垫，划承压板横纵中心线，根据横向中心线划锚腹板组装位置线，先划锚腹板组装中心线，后根据中心线划锚腹板组装边线。锚腹板横向定位点做样冲标记。划线须用划针，锚腹板中心线平行度偏差为±0.5 mm。
2)锚下承压板与锚腹板组焊：锚腹板与锚下承压板组装时纵向按锚腹板边线定位，横向使锚腹板中心线与锚下承压板的纵向中线对齐。此时注意锚腹板平面与锚下承压板平面垂直。为减少焊接变形，锚腹板开口端使用工艺板保证开口间距。采用对称焊接两侧锚腹板与锚下承压板间的坡口角焊缝，焊接过程中每焊3～5道配合火焰修整，控制道间温度。预热采用电加热，严禁采用火焰加热。焊后去除工艺板并在平台上火焰修整，检测成型角度并探伤。
3)加劲板及锚头横隔板组焊：根据索孔中心线划锚下加劲肋与锚头横隔板组装线，组装加劲板及锚头横隔板并焊接，控制焊接变形，焊接过程中每焊3～5道配合火焰修整，确保锚下承压板平面度。修整合格后机加工锚下承压板端面、索孔及腹板两边(图6)。
图6 锚头单元机加工示意
4)质量要求：锚腹板与承压板间、锚头横隔板与锚腹板及承压板间坡口角焊缝全长超声波探伤100%合格，焊缝等级Ⅱ级；保证锚下承压板平面度不大于0.5，锚头单元的宽度偏差满足±1.0 mm。
4.3 钢锚箱整体组焊
4.3.1 组焊侧拉板及锚头单元
1)在侧拉板上根据机床划的定位点，划基准线、侧拉板中心线、锚下承压板外边线、锚头单元中心线。根据锚头单元中心线，划锚腹板外边缘线，线两端打样冲标记。侧拉板中心线、锚下承压板外边线、锚腹板边缘线返至背侧，锚下承压板外边线分别与两边基准线的交点返到厚度端面上。
2)首先将侧拉板置于组装平台上，组装锚头单元，如图7所示。组装时使侧拉板边缘与胎形挡角密贴，用平尺检测并调整使锚下承压板外端面与侧拉板上的锚下承压板外边线重合，锚下承压板中线交于锚点中心标记上，偏差控制在±0.5 mm。同时检查锚腹板平面与侧拉板上锚腹板外边缘线的重合情况，偏差大时查找原因并纠正。组装完成后点焊定位。
1—此边与挡角密贴；2—锚点中心。
图7 侧拉板与锚头单元组装示意
3)组装上部侧面拉板，首先使侧拉板与胎型挡角密贴，用吊锤检查端面上的线是否在同一位置，保证两块侧面拉板的相对位置准确，检查上、下两块侧拉板中心线是否在同一铅垂面上，偏差应不大于0.5 mm。用平尺检测锚下承压板外端面与侧拉板上的锚头定位线重合率，使其偏差控制在不大于1 mm的范围内。再次测量锚孔中心距，经专业检验确认合格后完成侧拉板与锚头单元的焊缝焊接和探伤。
4)为了减小侧拉板的焊接变形，焊接锚腹板、锚下承压板与侧拉板间熔透角焊缝时应注意：钢锚箱的焊接必须严格执行预热和保温的工艺，防止出现裂纹。预热和保温必须用电加热，不得使用火焰加热；同一锚头单元的锚腹板、锚下承压板与两边侧拉板间角焊缝应对称交替施焊；控制道间温度在预热温度下限至200 ℃之间；焊接过程中，应注意检查侧拉板的焊接变形，并配合火焰修整、探伤。
5)质量要求：锚腹板及锚下承压板与侧拉板间的熔透焊缝全长“超声波+磁粉探伤”100%合格，焊缝等级Ⅰ级；侧拉板平面度偏差不大于2 mm，侧拉板间距偏差不大于1 mm。
4.3.2 组焊端部承压板
1)组焊端部承压板上剪力钉后，在承压板上，以承压板中心线为基准，向两边平行划侧拉板组装边线。
2)侧拉板边与端部承压板上组装线对齐，侧拉板上基准线与端部承压板上基准线分别对齐。焊接侧拉板与端部承压板间的坡口角焊缝。
3)质量要求：组装时箱口对角线差不大于3 mm，水平扭曲偏差不大于2 mm。
4.3.3 组焊锚垫板
1)组装锚垫板时确保锚下承压板索孔中心线与锚垫板中心线对齐，保证索孔同心度。锚垫板与锚下承压板间隙应不大于0.2 mm。定位焊焊接锚垫板。
2)质量要求：锚垫板组焊角度偏差为±0.1°。
4.3.4 连接端面机加工
1)立体划上下端面机加工线：以锚点中心为基准，沿箱体上下端面与水平连接板连接部位划机加工线；以端部承压板上已钻孔为基准，划端部承压板上下水平连接边机加工线。应综合协调利用各项允许偏差，使各部尺寸和参数组合处于最佳。
2)端面机加工：加工前将钢锚箱卡固在机加工胎架上，使用铣镗床对箱体上下端面与水平连接板连接部位机加工。机加工完成后焰切上述部位坡口。
3)质量要求：钢锚箱高度偏差±1 mm，上、下端面与轴线的角度偏差不大于25″，上下两端面平行度不大于50″，端面平面度偏差不大于0.2 mm，锚点三向坐标偏差限值均为±2 mm。
4.3.5 连接面机加工
1)组焊水平及竖向连接板，钢锚箱外形尺寸修整合格后，立体划上下端面(水平连接板)机加工线(图8)。以锚点中心为基准，划中部水平连接面机加工线；以端部承压板上已钻孔为基准，划端部承压板上下水平连接面机加工线。应综合协调利用各项允许偏差，使各部尺寸和参数组合处于最佳。划线完成经专业检验合格后方可进行机加工。
图8 锚箱连接面机加工示意
2)端面机加工：加工前将钢锚箱卡固在机加工胎架上，使用铣镗床对箱体水平连接板机加工。
3)质量要求：钢锚箱高度偏差±1 mm，上、下端面与轴线的角度偏差不大于25″，上、下两端面平行度不大于50″，端面平面度偏差不大于0.2 mm，锚点三向坐标偏差限值均为±2 mm。
4.3.6 预拼装
1)预拼装：预拼装在专用预拼装胎架上进行，每次预拼装3～4个节段，预拼装高度11.2～13.1 m。
2)钢锚箱预拼装检查合格后，安装锚管套筒。组装时使用专用定心工具测量并调整套筒出口点坐标满足偏差±3 mm要求后定位焊接，且测量数据调整与锚垫板的位置关系。
预拼装时将竖向连接板的拼接板使用冲钉定位并用螺栓紧固，对未钻制的螺栓孔位置做好标记，待预拼装解体后钻制该部分高强度螺栓孔。
5 结束语
世纪城路府河桥钢塔制作质量满足要求，锚头单元与侧拉板间熔透焊缝质量等级Ⅰ级，100%超声波及磁粉探伤合格。钢锚箱几何尺寸及制孔精度经厂内预拼装满足要求，工地架设顺利，证明了该桥钢锚箱制作工艺方案及其难点解决措施的合理性，为以后全断面栓接异形钢塔的制作积累了经验。
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MANUFACTURING TECHNIQUES OF TOWER-SIDE STEEL ANCHOR BOX ON FUHE BRIDGE IN CHENGDU
Su Tian
(China Railway Shanhaiguan Bridge Group Co.Ltd，Qinhuangdao 066205，China)
ABSTRACT：Tower-side steel anchor box of Fuhe Bridge in Chengdu was sectioned to special-shaped structures, as well as double anchor boxes and complicated structure form. The sections of steel tower were connected by full-section high strength bolts. There are many manufacturing difficulties such as the quality control of the steel anchor box’s penetration weld, precision control on anchor box’s position and angle, and on connection with bolts between sections. According to manufacturing difficulties, the manufacturing plans for assembly line of anchor head, the steel anchor box side-assembled, optimization of penetration weld, machining on the edge of the whole sections connected by bolts were studied and determined. The plan was verfied and determined to be reasonable and feasible.
KEY WORDS：steel anchor box; welding deformation; lineation; accuracy of holes
收稿日期：-11-14
DOI：10.13206/j.gjg04016
作 者：苏甜，女，1983年出生，工程师。
Email：408039420@
