CN102407397A - 提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法，主要针对正交异性钢桥面板单元U形纵肋与桥面板的纵向连接角接焊缝的焊趾。施工要点是先将桥面板单元固定在水平位的施工胎架上，转动施工胎架，使桥面板单元与地面形成15°～25°的倾斜夹角，使U形纵肋一侧的焊缝处于亚船形位置，由焊接小车采用不加焊丝的全自动钨极氩弧焊将所有处于亚船形位置焊缝的焊趾重熔一次，再转动施工胎架使桥面板单元处在同样夹角的位置用相同工艺将另一侧焊趾重熔一次。施工中钨极氩弧焊焊枪装夹在焊接小车上，通过调节焊枪的装夹状态来保证焊枪与焊趾的合理角度和距离。在施工胎架上采用全自动施焊效率高且易于控制，重熔焊缝质量稳定可靠。

Description

提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法
技术领域
本发明涉及一种提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法，具体地说是一种基于钨极氩弧焊重熔工艺提高正交异性钢桥面板单元U形纵肋与桥面板的纵向连接角接焊缝疲劳强度的施工方法。
背景技术
正交异性钢桥面板自二战后问世以来，因自重轻，极限承载力大，钢箱梁自身高度低，易于加工制造，施工周期短等优点，已被欧洲、日本等国家广泛使用在大、中跨度桥梁中。上个世纪末，随着正交异性钢桥面板理论的不断成熟和施工工艺的提高，美国等国家也开始越来越多的应用。我国于20世纪70年代初引进钢桥面板技术，90年代开始大规模修建采用正交异性钢桥面板的钢桥，特别是大跨度索支撑钢桥，迄今为止，国内已建成近百座大跨度正交异性钢桥面板的斜拉桥、悬索桥、拱桥和梁桥。这些钢桥的建造，加快了交通基础设施的建设步伐，对社会经济的发展起到了非常重要的作用。尽管在设计时借鉴了国外正交异性钢桥面板桥的设计思想，但是限于当时对正交异性钢桥面板的整体认知水平，有些钢桥还是重蹈了国外既有钢桥曾经出现疲劳裂纹的覆辙，个别钢桥投入使用不久就出现大量疲劳裂纹，直接影响结构安全和行车安全。因此，有必要对正交异性钢桥面板的疲劳裂纹进行分类分析，明确其产生的原因，以利于有针对性的进行研究，并为今后正交异性钢桥面板的设计、制造和安装，以及钢桥设计规范的修订提供依据。
正交异性钢桥面板的疲劳裂纹分为两大类：一类是主应力引起的疲劳，如U形纵肋对接接头部位；另一类是面外变形引起的疲劳，如U形纵肋与面板焊接连接部位、U肋纵肋与横肋交叉连接部位、腹板垂直加劲肋与面板焊接连接部位。这四种裂纹是迄今为止发现数量最多的裂纹。产生这些裂纹是内因和外因共同作用的结果。外因就是反复作用的汽车活载，特别是超载车辆，内因就是构造细节本身，包括施工工艺因素的影响，外因和内因的共同作用使得在关键构造细节处产生较大的循环应力集中，从而产生疲劳裂纹。
从上述的原因分析来看，外因是一个交通管理问题，暂且对此不作分析。内因除构造细节外，主要还是施工工艺和施工质量问题，就上述四种常见较多的疲劳裂纹来分析，腹板垂直加劲肋与面板焊接连接部位，现从设计上就注视了此问题，因腹板上的垂直加劲肋是加强腹板的，故可让腹板垂直加劲肋与面板不连接，并留有一定量的间隙，从而解决了此问题。U形纵肋与横肋交叉连接部位，现设计横肋上的U形纵肋穿过孔时，通过优化孔的形状，从有利于施工角度来保证焊缝端头的焊接质量，从而也使该部位的疲劳裂纹得到了控制。U形纵肋对接焊接头部位，由于此对接接头均为现场嵌补段的对接，采用的是带钢衬垫的对接缝，且最易发生疲劳裂纹的部位是纵肋下翼缘的仰焊位置，故此问题的控制关键在于严格控制焊接质量。至于U形纵肋与面板焊接连接部位，由于其分布在整个桥面板上，且数量很大，是发现疲劳裂纹最多的部位，如单纯只是靠现有的施工技术手段来保证焊缝质量，已不能控制疲劳裂纹的产生，必须找到一种新的施工工艺来保证焊缝质量，从而提高焊接接头的疲劳强度，延长疲劳寿命。
采用钨极氩弧焊重熔工艺提高焊接接头疲劳强度的试验及应用均有报道，并被国际焊接协会推荐使用，但从应用情况看，多数应用于重要构件的重要焊缝，至于象正交异性钢桥面板板单元制造这类外形结构基本相同，数量较多的批量构件的应用，还没有相关报道，因此需找到一种既能适应大生产，又不影响工程施工进度的施工方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度问题，而提供一种基于钨极氩弧焊重熔工艺提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法。
本发明为了达到上述目的采取的技术措施是：提供一种提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法，按如下步骤施工：
⑴、准备一个放置桥面板单元的施工胎架，施工胎架的胎架基体下设有铰轴和支座，在胎架基体近四个角处采用支撑杆固定，通过调节支撑杆使胎架基体处于水平位置；
⑵、将已焊接完工的桥面板单元放置在施工胎架上，并用胎架基体两侧的锁紧夹具将桥面板单元固定；
⑶、转动施工胎架，使桥面板单元与地面形成15°～25°的倾斜夹角，调节支撑杆固定施工胎架，使U形纵肋一侧的焊缝处于亚船形位置；
⑷、将自动行走的焊接小车放置在U肋处于亚船形位置的一侧，焊接小车上固定有钨极氩弧焊焊枪，调试好焊枪装夹在焊接小车的状态以保证焊枪与焊趾的合理角度和距离，设定好焊接小车的行走速度和氩气的流量；
⑸启动焊接电源及焊接小车，采用不加焊丝的全自动钨极氩弧焊，使钨极氩弧焊焊枪产生的电弧沿焊缝焊趾移动，对焊趾重新熔化一次，使焊缝与基本金属之间形成平滑光顺过渡；焊接小车从U肋一端向另一端移动，将处于亚船形位置的焊缝逐条进行施焊；
⑹、转动施工胎架，让U形纵肋另一侧未重熔的焊缝处于同样角度的倾斜位置；
⑺、同步骤⑸，采用不加焊丝的全自动钨极氩弧焊将余下处于亚船形位置的所有焊缝的焊趾处重熔一次；
⑻、转动施工胎架，使桥面板单元处于水平位置，同样在胎架基体近四个角处调节支撑杆将其固定在水平位置；
⑼、松开两侧固定的锁紧夹具，将桥面板单元从施工胎架上吊出。
本发明所述的桥面板单元为正交异性钢桥面板单元，不加焊丝的钨极氩弧焊重熔工艺实施部位为正交异性钢桥面板的U形纵肋与桥面板的纵向连接角接焊缝的焊趾。所述的需重熔的焊缝焊趾在施工过程中处在一个15°～25°合理的夹角，即亚船形位置。
本发明所述的不加焊丝的全自动钨极氩弧焊是将钨极氩弧焊的焊枪装夹在一台可自动行走的焊接小车上，通过控制焊枪装夹在焊接小车的状态来保证焊枪与焊趾的合理角度和距离。采用全自动施焊可减少人为不可控制的干扰因素，易于控制操作，工作效率较高，重熔焊缝质量稳定可靠。
本发明所述的施工胎架是针对桥面板单元的特点及本发明施工要点制作的。所述的施工胎架至少包含有胎架基体、铰轴、支座、支撑杆和锁紧夹具，所述的铰轴设置在胎架基体与支座的连接处，通过铰轴使胎架基体围绕支座顶端转动，以调节固定在胎架基体上的桥面板单元与地面倾斜的角度；所述的支撑杆设置在胎架基体近四个角处，其长度可调节，通过支撑杆固定胎架基体的放置状态；所述的锁紧夹具设在胎架基体两侧，每个锁紧夹具有两根销轴与胎架基体连接，需固定桥面板单元时，拔出一根销轴，锁紧夹具可绕余下的一根销轴转动，需锁紧固定时，安装好两根销轴，保证桥面板单元与胎架基体固定。
本发明的施工方法具有如下优点：
①  本发明中所采用的施工胎架结构简单，容易制造。
②   在专用施工胎架上应用专用的锁紧夹具，使桥面板单元方便地进行装夹和拆卸。
③   在专用施工胎架上，由于采用了设置有可转动铰轴的支座支撑形式，故能保证焊缝处在一个合理夹角的亚船形位置施焊。
④   由于采用了全自动钨极氩弧焊重熔工艺，将钨极氩弧焊焊枪装夹在一台可自动行走的焊接小车上施工，可减少人为不可控制的干扰因素，使操作易于控制，工作效率较高，重熔焊缝质量稳定可靠。
附图说明
图1为本发明针对的正交异性钢桥面板典型的结构示意图。
图2为本发明针对的采用钨极氩弧焊重熔焊缝焊趾部位的示意图。
图3为本发明采用的施工胎架示意图。
图4为本发明桥面板单元件在施工胎架上装夹固定示意图。
图5为本发明桥面板单元件向一侧倾斜进行钨极氩弧焊重熔示意图。
图6为本发明桥面板单元件向另一侧倾斜进行钨极氩弧焊重熔示意图。
图7为本发明桥面板单元件在施工胎架上拆出示意图。
上述图中：1-桥面板，2-U形纵肋，3-U形纵肋与桥顶板的纵向连接角接焊缝，4-焊趾，5-焊枪，6-胎架基体，7-铰轴，8-支座，9-锁紧夹具，10-支撑杆，11-桥面板单元，12-焊接小车，13-横隔板， 14-风嘴，15-桥底板，16-地面，17-销轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：本发明的施工方法在建桥施工中应用，本发明针对的正交异性钢桥的典型结构如图1所示，该桥型施工中涉及到的结构有桥面板1，横隔板13，风嘴14，桥底板15。本发明所述的不加焊丝钨极氩弧焊重熔工艺实施部位为正交异性钢桥的U形纵肋2与桥面板1的纵向连接角接焊缝3，参见图2，图2中右图是放大的焊缝3、焊趾4及钨极氩弧焊焊枪5。
本发明的一种提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法，按如下步骤施工：
  ⑴准备一个放置桥面板单元11的施工胎架，参见图3，将施工胎架的胎架基体6调整处于水平位置，并在胎架基体近四个角处采用支撑杆10将施工胎架固定在水平位置；
⑵、参见图4，将已焊接完工的桥面板单元11放置在胎架基体6上，并用胎架基体两侧的锁紧夹具9将其固定；
⑶、参见图5，转动胎架基体6，使桥面板单元11与地面16形成15°～25°的倾斜夹角，使U形纵肋一侧处于亚船形位置；
⑷、将一台可自动行走的焊接小车12放置在U肋处于亚船形位置的一侧，并将钨极氩弧焊焊枪5固定在焊接小车12上，调试好焊枪装夹在焊接小车的状态来保证焊枪5与焊趾4的合理角度和距离，设定好焊接小车的行走速度和氩气的流量；
⑸启动焊接电源及焊接小车12，即可使钨极氩弧焊焊枪5产生的电弧沿焊缝焊趾4移动，从而使焊趾4重新熔化一次，这样即可保证焊缝与基本金属之间形成平滑光顺过渡；让焊接小车12从U肋一端向另一端移动，并使其将处于亚船形位置的焊缝3逐条进行施焊；
⑹、参见图6，转动胎架基体6，让U形纵肋2另一侧焊缝处于同样角度的倾斜位置；
⑺、同步骤⑸，采用不加焊丝的全自动钨极氩弧焊将U形纵肋2处于亚船形位置一侧的所有焊缝的焊趾4处重熔一次；
⑻、参见图7，转动胎架基体6，使桥面板单元11回到水平位置，并在胎架基体6近四个角处采用支撑杆10将其固定；
⑼、松开两侧固定的锁紧夹具9，将桥面板单元11从施工胎架上吊出。
本发明所使用的施工胎架是针对桥面板单元的特点及本发明施工要点制作的。所述的施工胎架至少包含有胎架基体6、铰轴7、支座8、锁紧夹具9、支撑杆10，所述的铰轴7设置在胎架基体6与支座8的连接处，通过铰轴7能使胎架基体6围绕支座8顶端转动，从而调节固定在胎架基体6上表面的桥面板单元11与地面16倾斜的角度；所述的支撑杆10设置在胎架基体6近四个角处，通过支撑杆10固定胎架基体的放置状态；所述的锁紧夹具9设在胎架基体6两侧，每个锁紧夹具有两根销轴17与胎架基体连接，需固定桥面板单元时，拔出一根销轴，锁紧夹具可绕余下的一根销轴17转动，需锁紧固定时，安装好两根销轴，保证桥面板单元11与胎架基体6固定。
本发明的一种提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法，适用于桥梁钢结构桥面板单元，也适用于其它钢结构类似板单元。

Claims (3)

1.一种提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法，其特征在于：按如下步骤施工：
⑴、准备一个放置桥面板单元的施工胎架，施工胎架的胎架基体下设有铰轴和支座，在胎架基体近四个角处采用支撑杆固定，通过调节支撑杆使胎架基体处于水平位置；
⑵、将已焊接完工的桥面板单元放置在施工胎架上，并用胎架基体两侧的锁紧夹具将桥面板单元固定；
⑶、转动施工胎架，使桥面板单元与地面形成15°～25°的倾斜夹角，调节支撑杆固定施工胎架，使U形纵肋一侧的焊缝处于亚船形位置；
⑷、将自动行走的焊接小车放置在U肋处于亚船形位置的一侧，焊接小车上固定有钨极氩弧焊焊枪，调试好焊枪装夹在焊接小车的状态以保证焊枪与焊趾的合理角度和距离，设定好焊接小车的行走速度和氩气的流量；
⑸启动焊接电源及焊接小车，采用不加焊丝的全自动钨极氩弧焊，使钨极氩弧焊焊枪产生的电弧沿焊缝焊趾移动，对焊趾重新熔化一次，使焊缝与基本金属之间形成平滑光顺过渡；焊接小车从U肋一端向另一端移动，将处于亚船形位置的焊缝逐条进行施焊；
⑹、转动施工胎架，让U形纵肋另一侧未重熔的焊缝处于同样角度的倾斜位置；
⑺、同步骤⑸，采用不加焊丝的全自动钨极氩弧焊将余下处于亚船形位置的所有焊缝的焊趾处重熔一次；
⑻、转动施工胎架，使桥面板单元处于水平位置，同样在胎架基体近四个角处调节支撑杆将其固定在水平位置；
⑼、松开两侧固定的锁紧夹具，将桥面板单元从施工胎架上吊出。
2.根据权利要求1所述的提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法，其特征在于：所述的桥面板单元为正交异性钢桥面板单元，不加焊丝的钨极氩弧焊重熔工艺实施部位为正交异性钢桥面板的U形纵肋与桥面板的纵向连接角接焊缝的焊趾。
3.根据权利要求1所述的提高正交异性钢桥面板焊接接头疲劳强度的施工方法，其特征在于：所述的施工胎架至少包含有胎架基体、铰轴、支座、支撑杆和锁紧夹具，所述的铰轴设置在胎架基体与支座的连接处，通过铰轴使胎架基体围绕支座顶端转动，以调节固定在胎架基体上的桥面板单元与地面倾斜的角度；所述的支撑杆设置在胎架基体近四个角处，其长度可调节，通过支撑杆固定胎架基体的放置状态；所述的锁紧夹具设在胎架基体两侧，每个锁紧夹具有两根销轴与胎架基体连接，需固定桥面板单元时，拔出一根销轴，锁紧夹具可绕余下的一根销轴转动，需锁紧固定时，安装好两根销轴，保证桥面板单元与胎架基体固定。
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