CN103437273B - 装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，包括以下步骤：A、将钢卷开卷、校平、并按照设计尺寸分别切割成等长的底板和顶板、再进行预处理；B、将预处理后的底板借助输送设备经分料区运至冷压成型工序，借助成型设备将底板的两侧边分别冷压成半圆弧状、形成C型；预处理后的顶板吊运至顶板开孔工序，在顶板与连接件的拟焊接处开孔；同时，组焊与底板和顶板等长的连接件；C、将成型的底板吊装至底箱组焊工序，借助拱形的工装固定，然后在底板上沿轴向方向焊接连接件；D、将开孔后的顶板吊运至底板上，采用塞焊完成顶板的定位焊接。本发明采用流水线式生产、在工厂中实现了底箱的大规模加工和组装。

Description

装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法

技术领域

本发明涉及一种箱梁结构的加工方法，尤其是一种适用于工业化加工、结构稳定的装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法。

背景技术

混凝土桥的病害多发及对混凝土结构耐久性的质疑，开始让工程界更多的关注较混凝土桥及钢结构桥梁更具有经济优势的钢-混凝土组合结构桥梁，如申请号为200920282539.5的专利公开的钢腹板混凝土组合箱梁，其包括钢制上翼板、钢管混凝土底箱、左右波形钢腹板构成的箱梁，在钢管混凝土底板中含有预应力筋。该钢-混凝土组合结构桥梁的上翼板、钢管混凝土底箱的钢结构部分、以及左右波形钢腹板等均在工厂中预制、拼装，有利于实现桥梁构件的预制化、工厂化、标准化生产，确保施工质量，且钢管混凝土底箱以钢与混凝土之间的组合使用大幅度降低了桥梁的自重，不超过普通钢筋混凝土桥梁自重的40%，这比传统的波形钢腹板桥梁减小20%～30%，降低了下部结构的工程量及规模，降低了工程造价，提高了抗震性能。但是由于钢管混凝土底箱为在钢制的底箱中混凝土灌注形成，其在受到荷载作用下、箱室腹腔内的混凝土与钢板之间存在相对滑移，从而对整体的结构稳定性产生不利影响，造成安全隐患。

申请号为201120053439.2的专利公开了一种用于钢箱叠合梁钢箱底板连接件，其在底箱腹腔内部设置有连接件作为结构筋组件，所述连接件直接放置在底箱中连接上下金属板，所述连接件可以采用桁架式结构或网式桁架式结构。但是底箱的跨径较大（一般为30m）、高度较小约为15cm、宽度约为1~2m，如何将连接件安装入底箱的狭长的腹腔内、如何能够将连接件稳定牢固地与底箱的上下钢板进行连接、以及如何能够防止底箱在加工过程中出现反拱现象等生产工艺的设计，是实际大规模预制钢箱梁中亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，将底箱采用分体式加工，利用塞焊技术以及反变形技术有效解决了结构筋组件的定位、底箱变形等问题，形成了工艺简单、适于大规模工厂化生产的加工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，所述底箱的结构中包括钢箱体、和设置在钢箱体内的结构筋组件，所述底箱的加工方法包括以下步骤：

A、将钢卷开卷、校平、并按照设计尺寸分别切割成等长的底板坯料和顶板坯料、再进行调质预处理；

B、将预处理后的底板坯料借助输送设备经分料区传输至冷压成型工序，借助成型设备将底板坯料的两侧边分别冷压成半圆弧状、形成两端横断面呈C型的底板；预处理后的顶板坯料传输至顶板开孔工序，在顶板与结构筋组件的拟焊接处开工艺通孔；同时，组焊与底板等长且高度匹配的结构筋组件；

C、将底板传输至底箱组焊工位、并借助工装限形定位，然后在底板上沿轴向方向焊接结构筋组件；

D、将开有工艺孔的顶板传输至底板上，借助工艺通孔实现破口焊完成顶板与结构筋组件的定位焊接，形成由底板、顶板和结构筋组件组成的双端面圆弧状扁箱体结构的钢箱体。

优选的，步骤B中底板的结构中位于两侧的半圆弧末端是一小段平行于底板下平面的延伸直边，该直边的宽度为2~20mm。在半圆弧的末端采用延伸的直边结构，保证了与顶板形成同曲率的平面破口对接焊，另一方面有利于底板与顶板的结构筋组件的定位与焊接，而在力学结构上使冲击负荷的应力避免传导到半圆弧这个薄弱环节。

优选的，所述结构筋组件的结构中包括上衬板和下衬板以及焊接在上衬板与下衬板之间的加工成波浪形的螺纹钢筋，预加工焊接形成桁架式结构。所述上衬板和下衬板采用方钢，一方面方钢的平面结构与底板或者/和顶板的接触面积较大，有利于焊接；另一方面方钢的平面结构可以将顶板和底部的边缘分别搭接在方钢的平面上，有利于实现定位。

上述加工方法中将底箱分解为底板、顶板和结构筋组件分别进行加工，最后组焊在一起，不仅实现了各部件的定位，而且耐冲击能力增强，整体性好，韧性高，抗弯性强，尤其是底板的直线段与半圆弧段由一块钢板利用冷压技术成型，避免应力集中。

采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1）本发明采用工厂预制的方法解决了传统底箱施工复杂、工期长、自重大的缺点，有利于实现自动化生产加工、缩短工期并保障质量；（2）本发明采用分体加工、组合焊接定位方法实现了结构筋组件与底板和顶板的定位连接，使底箱的内部应力有效作用于整个箱体、提高了底箱结构的稳定性；（3）在进一步改进的方案中，底板的直线段与半圆弧段由一块钢板利用冷压技术成型，提高了箱体的整体抗冲击能力。

附图说明

图1是底箱的横断面结构示意图；

图2是图1中A处的结构示意图；

其中，1、顶板，2、结构筋组件，2-1、上衬板，2-2、螺纹钢筋，2-3、下衬板，3、底板，4、钢箱体。

具体实施方式

一种装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，所述底箱的结构中包括钢箱体4、和设置在钢箱体4内的结构筋组件2。本实施例中以跨径30m、梁高为1.8m、梁宽3.7m的装配式钢箱组合梁为例，说明其底箱的加工方法，该底箱跨径30m、高度15cm、宽度为1.2m，钢箱体4内均布有4组结构筋组件2。在工厂中制备该底箱具体包括以下步骤：

A、将钢卷开卷、校平、并按照设计尺寸分别切割成等长的底板坯料和顶板坯料，再进行调质预处理。采用开卷机、校平机将钢卷展开、初校、精校成平整度符合要求的钢板，并由辊轮输送设备运至裁剪工位，按照设计要求借助剪板机先纵剪、再横剪，实现底板坯料和顶板坯料的裁剪、下料。底板坯料和顶板坯料的长度相等30m，宽度不同。经裁剪的坯料经辊轮输送设备运至预处理工位，经抛丸、喷漆、烘干完成去氧化皮处理。

本工序关键是利用PLC控制开卷、预处理的速度与输送设备传输速度的匹配。

B、将预处理后的底板坯料借助输送设备经分料区传输至冷压成型工序，借助成型设备将底板坯料的两侧边分别冷压成半圆弧状、形成两端横断面呈C型的底板3；预处理后的顶板坯料传输至顶板开孔工序，在顶板与结构筋组件2的拟焊接处开工艺通孔；同时，组焊与底板3等长且高度匹配的结构筋组件2。

预处理后的平板状的底板坯料借助辊轮输送设备经分料区直接运至冷挤压成型工序，在该工序借助多辊挤压、分步曲率导引的方法冷弯成型，经过18道压辊，6道成型辊碾压 ，分步渐进式将底板坯料两侧的钢板折弯，将底板坯料两侧逐渐冷轧成半圆弧状，且半圆弧的末端还预留与半圆弧相切、平行于底板下平面的延长直边，该直边宽2~20mm，形成横断面呈中间为直线段、两侧为半圆段、半圆段外侧延续2~20mm延长直边的类似两端半圆弧（C形）折弯结构，半圆弧的直径即为底箱的高度。

预处理后的顶板坯料由辊轮输送设备运送至分料区后经横向输送滚床输送至缓冲区，再借助轨道车或者设置在缓冲区上方的吊装设备传输至顶板开孔工位，在该工位借助等离子割孔机完成顶板坯料的开工艺通孔，完成顶板的处理。通孔的位置与结构筋组件的拟焊接处相对应。

同时组焊结构筋组件2，所述结构筋组件2采用多种形式，如肋板孔式结构筋组件、桁架式结构筋组件、网式桁架式结构筋组件或焊钉连接式结构筋组件。无论采用哪种形式的结构筋组件，其固定焊接的原理相似，本实施例中以桁架式结构筋组件为例说明结构筋组件在本发明中的焊接。桁架式结构筋组件2的结构中包括上衬板2-1和下衬板2-3以及焊接上衬板2-1与下衬板2-3之间的加工成波纹状的螺纹钢筋2-2，预加工焊接形成桁架式结构，所述上衬板2-1、下衬板2-3采用方钢，螺纹钢筋2-2采用带肋钢筋。带肋钢筋有利于与混凝土形成握合力，而上衬板2-1、下衬板2-3采用方钢一方面有利于增大焊接面积，另一方面有利于顶板1与底板3的定位。

C、将成型的底板3传输至底箱组焊工位，借助工装限形定位，然后在底板3上沿轴向方向焊接结构筋组件2。

限形定位的工装沿底板3的轴向方向呈拱形。具体的，加工成C型的底板3由真空吸盘吊车搬运至底箱组焊工位的驱动滚床上，底板3下方的升降定位工装将底板3托起，所述升降定位工装沿底板3的轴向方向呈中部稍隆起的上弦弓形，底板3的两端借助配重块下压、固定；然后在底板上沿轴向方向焊接桁架式结构筋组件的下衬板2-3，下衬板的焊点为螺纹钢筋2-2的波谷位置，底板3的直边边缘搭接在上衬板2-1的平面上，便于定位。采用上弦弓形的升降定位工装后，使焊接的底箱成上弦弓形或者平板状，避免形成下弦弓形，提高底箱的抗冲击能力。

限形定位的工装还可以采用三点支撑限位，即底板3的两端借助等高的卡具固定、中间借助高于两端卡具5~10mm的卡具固定。

所述结构筋组件2设置3~6组，平行均布在底箱的钢箱体4内。其中两侧的结构筋组件2对称设置在底板3与顶板1的连接处，且底板3与顶板1的边沿分别搭接在上衬板2-1的平面上、形成焊缝。

D、将开有工艺孔的顶板1传输至底板3上，借助工艺通孔实现破口焊完成顶板1与结构筋组件2的定位焊接，形成由底板3、顶板1和结构筋组件2组成的双端面圆弧状扁箱体结构的钢箱体4。

完成底板3与结构筋组件2的下衬板2-3定位焊接后，将顶板1借助带有真空吸盘的吊车吊运至底板3的上方，顶板的两侧边搭接在上衬板2-1上，并将顶板1上的开孔位置与螺纹钢筋2-2的波峰位置相对应。底板3与顶板1之间的边沿留有1~5mm的间隙，便于形成稳定的焊接结构。

顶板1与结构筋组件2的焊接首先完成两侧的焊缝，再依次对称向内侧焊接。底板3与上衬板2-1的焊接采用自动埋弧焊焊接。在顶板1与结构筋组件2焊接时，也需要限形定位工装的固定。

完成底箱的组焊后，升降定位工装下降、底箱落至驱动滚床上，在驱动滚床的作用下、底箱进入下一工序。

综上，本发明采用流水线式生产、在工厂中实现了底箱的大规模加工和组装，有利于缩短建桥的工期、且不受自然环境的影响、加工的质量有保障，有利于实现规模化生产。

Claims (7)

1.一种装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，所述底箱的结构中包括钢箱体（4）、和设置在钢箱体（4）内的结构筋组件（2），其特征在于所述底箱的加工方法包括以下步骤：

A、将钢卷开卷、校平、并按照设计尺寸分别切割成等长的底板坯料和顶板坯料、再进行调质预处理；

B、将预处理后的底板坯料借助输送设备经分料区传输至冷压成型工序，借助成型设备将底板坯料的两侧边分别冷压成半圆弧状、形成两端横断面呈C型的底板（3）；预处理后的顶板坯料传输至顶板开孔工序，在顶板与结构筋组件（2）的拟焊接处开工艺通孔；同时，组焊与底板（3）等长且高度匹配的结构筋组件（2）；

C、将底板（3）传输至底箱组焊工位、并借助工装限形定位，然后在底板（3）上沿轴向方向焊接结构筋组件（2）；

D、将开有工艺孔的顶板（1）传输至底板（3）上，借助工艺通孔实现破口焊完成顶板（1）与结构筋组件（2）的定位焊接，形成由底板（3）、顶板（1）和结构筋组件（2）组成的双端面圆弧状扁箱体结构的钢箱体（4）。

2.根据权利要求1所述的装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，其特征在于步骤B中底板（3）的结构中位于两侧的半圆弧末端是一小段平行于底板（3）下平面的延伸直边，该直边的宽度为2~20mm。

3.根据权利要求2所述的装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，其特征在于所述结构筋组件（2）的结构中包括上衬板（2-1）和下衬板（2-3）以及焊接在上衬板（2-1）与下衬板（2-3）之间的加工成波浪形的螺纹钢筋（2-2），预加工焊接形成桁架式结构。

4.根据权利要求3所述的装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，其特征在于所述结构筋组件（2）设置3~6组，平行均布在底箱的钢箱体（4）内。

5.根据权利要求4所述的装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，其特征在于其中两侧的结构筋组件（2）对称设置在底板（3）与顶板（1）的连接处，且底板（3）与顶板（1）的边沿分别搭接在上衬板（2-1）的平面上、形成焊缝。

6.根据权利要求1所述的装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，其特征在于步骤D中顶板（1）的焊接首先完成两侧的焊缝，然后再依次对称向内侧焊接。

7.根据权利要求1所述装配式钢箱组合梁用底箱的加工方法，其特征在于步骤C中限形定位的工装沿底板（3）的轴向方向呈拱形；或者采用三点支撑限位，底板（3）的两端借助等高的卡具固定、中间借助高于两端卡具5~10mm的卡具固定。