原作者:铁道部山海关桥梁工厂 刘春凤 张西兰 出处:
【论文摘要】下承板梁桥的制造，以往采用的工艺是先在桥梁各部件的半成品上号钻小孔，将板梁整体组装，再扩钻至设计的孔径。这种制造方法虽然钉孔重合率好，但是工作量大，操作难度也很大。现介绍一种新的制造方法，即一次将桥梁各部件的半成品出足孔径的生产工艺，并对制造工艺中的问题进行探讨。
1 前 言
下承板梁桥的跨度一般小于40 m，其主要承重结构是2片工字形截面的主梁。在2片主梁之间，有纵梁和横梁组成的桥面系，桥面搁置在纵梁上，主梁间设有下平联。在桥梁制造中，涉及到的主要问题是主梁、横梁的下料，预留收缩量及出孔等。因此，需要做出较为合理的工艺，以保证桥梁的质量。
2 主 梁
2.1 主梁盖板
跨度较小的板梁桥一般只采用单层盖板，跨度较大则采用双层盖板。跨中区段用2层盖板，两端区段用1层盖板。在盖板的制造中，单层盖板下料之后即可卡样出孔。但在双层盖板制造时，首先要考虑双层盖板的出孔问题。通常有2种工艺方案：一种是每块板先出孔，出孔后组焊在一起；另一种是2块板先组焊在一起，然后再一起出孔。前一方案由于焊接收缩量很难控制，导致焊后2层盖板的钉孔重合率较差，因此一般很少采用。在后一方案中，2层盖板间有较大的间隙，钻孔时易积切屑。但从实际经验来看，这个方案还是可行的。在组焊双层盖板时，为了避免双层盖板在施焊过程中发生变形，要采取一定的工艺措施加以控制。如双层盖板两边的焊缝同时施焊，或者在单边施焊时用卡具将双层盖板与另一盖板同时卡住，增强盖板强度以控制变形。
2.2 主梁腹板
主梁腹板由于尺寸比较大，施焊次数及修整量也多，相应的收缩量也较大。为了确保孔的位置准确，采用组焊、修整后出孔是比较可行的办法。
下承板梁桥的拱度是设置在主梁上。确切地说是设置在主梁的腹板上，因此在腹板下料出孔时，要把主梁的起拱考虑进去。通常情况下腹板都需要接料，下料方案有下列3种：①根据腹板的规格尺寸先接成一大块荒料，然后在这块荒料上切割出腹板，见图1。这样下料虽然拱度曲线能与设计值完全吻合。但整平和刨边都很困难，就目前工厂的设备能力来说，此方案是不可行的；② 将腹板下成3段料即1块梯形(N1)、2块矩形(N2)，然后接成腹板料，见图2。这种方案从工艺和设备能力来讲是可行的，同时能够保证腹板的拱度和质量，但是，腹板的拱度值不能与设计的拱度值曲线完全吻合，拱度值不很理想。③ 将腹板料下成3段料，即1块矩形，2块梯形，然后接成腹板料，这种方案的结果与方案②相同。
图1 腹板下料方案1
图2 腹板下料方案2
在实际工作中，按方案③接料时很容易出现把料接反的错误。因此，采用方案②下料比较多。方案(2)中梯形料N1的锐角α，由腹板的拱度值及矩形料N2的长边尺寸决定。即：
α=90-θ,θ=sin-1(f/L1)
式中，f为预设拱度值，L1为矩形料N2的长边尺寸。L1大小由接料焊缝的位置决定。从腹板的受力来看，梁中弯矩最大，所以接料焊缝的位置最好取在距梁端L/4～L/3处，同时要错开腹板上的孔群200 mm以上。
主梁腹板的收缩量是个比较大的问题，它受到诸多因素如材质、劲肋的数量、焊角的大小、施焊过程中的电流、电压以及修整过程中的收缩量等的影响。可用以下经验公式计算收缩量ΔL。
ΔL=400/(H+2B)+250 n/L
式中，ΔL为每米的收缩量(mm)，H为腹板高，B为盖板宽，n为单侧竖劲肋数量，L为腹板长。此外，矩形料N2应留2次切头量，以确保主梁最后的长度尺寸。
2.3 主梁组焊工艺
主梁的4条主焊缝用自动电焊机施焊，为了保证主梁的拱度需先组焊下盖板，再组焊单侧的劲肋，这里应注意主梁腹板与横梁相连的孔群，孔群位置的劲肋要在出孔后施焊，以防孔与劲肋过多的错位。在整个施焊过程中，要及时对主梁进行修整，修整内容包括盖板与腹板的垂直度、主梁的拱度值、腹板的旁弯，然后对腹板钻孔，最后组焊另一侧的劲肋。
腹板出孔要注意腹板与横梁相连的孔群，要保证孔中线与下盖板相交点的切线垂直，见图3，切不可将孔群中线与水平线垂直，否则板梁桥在架设安装完毕后，将没有预拱度。同时，一定要保证腹板与横梁相连孔群与下盖板的孔距，即图3中的h+0.5+0.3。
图3 腹板出孔位置示意
3 横 梁
3.1 横梁上盖板
横梁的上盖板有2个弯折见图4，将盖板分成3个控制尺寸段，由于盖板又窄又长，煨弯后很难与腹板的相应段相吻合，应采用分段下料的方法，分段下料煨弯后与腹板组对，最后施焊。从横梁受力来说接料焊缝位置选在AB、CD段比较合理。为使中段尺寸尽量小，将接料焊缝位置选在煨弯切点上50～100 mm范围内，即E、F点。为了保证上盖板AB、CD段的长度尺寸，AE、DF段下料时要留2次切头量。
图4 横梁上盖板示意
3.2 横梁腹板
受材料规格的局限，用整块板下料原材料消耗比较大，切成的料整平困难。为降低成本提高效率，应采用分段下料方案(见图5)。方案1是从bc断开分成3段，方案2是从ab断开分成3段。从内力分布看，第1种方法接料焊缝正好在腹板受剪的区域内，所以采用第2种方法好一些。
图5 横梁腹板下料方案
3.3 横梁盖板与腹板的组焊
横梁的盖板与腹板组焊时，如图4的B、C两处盖板与腹板吻合程度，即盖板与腹板缝隙的大小，对焊接收缩量的影响很大。同时，上盖板与腹板的施焊量较大，焊接收缩量也很大。这样在制造时，就很难预测收缩量的值。通常是在上盖板组焊完毕以后，横梁上部的两端向中倾斜，所以横梁上部的孔不能在组焊前钻出，而横梁下部的孔数量比较多，全部组焊后出孔，工作量很大。这样横梁腹板的孔就要组焊修整前出一部分，组焊修整后再钻出另一部分，卡钻2次来完成，见图6。
图6 横梁的腹板与盖板组焊、钻孔示意
组焊修整前卡钻的样板是一块矩形样板，使用该样板把图中A部位的孔钻出。组焊修整后再使用条形样板，把图中B部位的孔钻出。这里要注意的是在第2次卡钻出孔时，是以第1次钻出的腹板两端最下部2个孔为准，找出斜方L值，确定接钻样板的位置。此外，由于当横梁受力时，横梁下盖板受拉，上盖板受压。致使板梁桥两侧的主梁上端向里倾斜。故划线2次接钻时，横梁腹板上部两端孔的距离b比下部两端孔的距离a要大3～4 mm，这样桥在架设完成以后,2片主梁上端略微向外倾斜，对主梁受力有益。
