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1、板桁结构非对称整体节点杆件工艺设计,中铁大桥局集团第七工程有限公司科技中心南京大胜关长江大桥工艺组QC小组,2007年度中铁大桥局集团第28次QC成果发表资料,目 录,1 工程概况2. 小组概况3 选题理由 3.1 构件形式 3.2 选题依据 4. 设定目标 5. 方案比选 6. 控制难点 7 对策及实施 7.1 制定对策表 7.2 对策实施,8效果检查 9成果总结 9.1 主要成果 9.2 标准化 9.3 巩固措施10.总结及今后打算,1、工程概况 南京大胜关长江大桥主桥由两联连续钢桁梁和一联连续钢桁拱组成。 108+192+2336+192+108m的连续钢桁拱桥位于4#10#墩间，北侧和
2、两联2x84m钢桁梁毗邻，南侧与跨大堤混凝土连续梁相衔接。7#墩两侧206.5m范围位于半径35000m的竖曲线上，其余位于5.9的线路纵坡上。主桥立面图如桥式立面布置图（附图1）：,图1,桥梁承载6线铁路均为300Km/h高速铁轨，采用三桁结构，见钢梁横断面布置图:,图2,图2,铁路桥面采用正交异性钢板的整体道碴桥面结构，钢桥面板与带整体节点的主桁下弦杆通长连接，共同承受主桁内力。因此在下弦节点的构造上，不同于一般桁架结构的整体节点。,2、小组概况,小组自成立以来按照PDCA循环开展活动，活动时间为2007年6月9月记录活动为6次，小组出勤率达95%以上。,QC小组概况表（表一）,QC小组成
3、员表（表二）,3、选题理由3.1 构件形式 南京大胜关长江大桥铁路桥面与一般桁架结构铁路桥面的纵横梁体系不同，采用了整体桥面结构，整体节点下弦杆件设桥面板接头板与正交异性钢桥面板焊连。下弦杆件主桁节点板在弦杆的上水平板上开槽，节点板从槽口中穿出，使节点板保持为一个整体。节点板两侧及开槽的端部以熔透焊缝与上水平板连接，使桥面板可靠地和下弦杆、主桁节点板连接。,普通整体节点杆件节点板与水平板采用坡口角焊缝，焊缝收缩后节点板开档将缩小0.5mm左右，大胜关下弦杆件上水平板与节点板采用熔透焊，焊接收缩后节点板开档将比理论尺寸缩小23mm。基于武汉天兴洲公铁路两用大桥钢梁制造对熔透焊缝收缩的控制经验，对
4、大胜关下弦杆件节点板两侧上水平板连接的熔透焊收缩在工艺上补偿相应收缩量，可做到对钢梁节点板开档尺寸的良好控制。,3.2 选题依据 主桁下弦杆件与桥面板连接边焊接桥面板接头板，边桁下弦杆件只有一侧有桥面板接头板，为非对称整体节点杆件，杆件形式如下图所示（附图3）:,边桁下弦杆件示意图:,图3,根据材料力学原理，杆件在偏心受压时,产生弯矩,杆件受力产生旁弯，旁弯计算公式如下（公式一）：P：载荷（KN）；b ：偏心距（mm）；L：杆件长（mm）；E：弹性模量(钢材弹性模量约为210Gpa)；I：构件惯性矩（mm4）。,因边桁下弦杆件仅一侧有桥面板接头板，受焊接收缩时产生的内应力影响，必定会造成旁弯。
5、 为预测及控制杆件受焊接影响收缩旁弯的数据，根据对以上公式（公式一）的进一步推导，结合多次实验数据的总结，得出杆件受焊接变形与焊缝塑性变形区中心到截面中心轴的距离，熔敷金属截面积，构件长度，构件惯性矩等因素有关。,所推导旁弯计算公式如下（公式二）： f：旁弯（mm）；e：焊缝塑性变形区中心与截面中心轴的距离（mm）；Aw ：熔敷金属截面积（mm2）；L：构件长度（mm）；I：构件惯性矩（mm4）,根据以上公式推算出大胜关长江大桥边桁下弦非对称杆件焊接收缩旁弯数据，如下表所示（表三）：,（表三）：非对称焊接旁弯预测,南京大胜关长江大桥制造规则对杆件整体旁弯的规定如下： 钢梁长度：4000mmL1
6、6000mm 旁弯值fx3.0mm 根据上表计算结果显示，部分杆件在焊接桥面板接头板后旁弯值已超出制规要求。 因此我们QC小组把“板桁结构整体节点非对称杆件焊接旁弯控制”作为课题，去发现问题，分析问题，解决问题，提高钢梁制造质量。,4、设定目标 为了达到以上目标，公司科技中心和我们QC小组专门制订了方针和目标。如下表所示(表四)：,5. 方案比选 在开展QC小组活动过程中，为解决非对称的边桁下弦杆件旁弯问题，提出方案如下：,方案1、制造一个刚性固定胎架，在下弦边桁杆件与 桥面板接头板焊接时进行刚性固定，在杆件 旁弯的反侧加千斤顶进行固定，约束焊接旁 弯变形。如下图所示：,刚性固定控制方案:,图
7、4,方案2、在下弦边桁杆件与桥面板接头板焊接前将 杆件进行预弯，预弯值按公式二计算结果 进行取值；预弯示意图:,钢梁预弯控制方案:,图5,方案3、将待焊杆件成对栓合固定，同时施焊，可形 成相对约束，将焊接旁弯相互消除。如下 图所示 :,图6,栓合固定控制方案:,方案比选表格如下（表五）：,根据上述方案比选，选取刚性固定控制方案为最佳方案，在杆件组拼工艺上进行“非对称杆件组拼时在刚性固定胎架上对拼焊接桥面板拼头板板单元”的规定。,6、控制难点,为了使小组活动突出重点，小组在进行QC活动时根据上述所确定的方案进行了分析，并总结了如下控制难点：,难点项目表如下 （表六）：,7、对策及实施,7.1 制
8、定对策表 确定控制难点后，小组针对工艺方案实施时须采取的措施、责任人、计划完成日期及检查进行了认真的讨论，并制定了对策表 ：,对策表（表七）,7.2 对策实施 难点项目1：全新的工艺方案 针对南京大胜关长江大桥非对称的下弦边桁杆件制造精度要求，QC小组由专人负责编制了南京大胜关长江大桥边桁下弦杆件制造工艺，并在边桁下弦杆件组拼工艺图中使用了基于南京大胜关长江大桥边桁下弦杆件制造工艺编制的新工艺流程。,难点项目2：需设计刚性固定胎架 刚性固定胎架的设计专门编制了设计受力计算书，并全面考虑了各种钢梁的外部规格，制造场地选取在制造分厂的尾端，介于钢梁组拼胎架与钢梁成品存放场地之间。做到了胎架的可靠性
9、、易实施性、便捷性等各方面要求。,难点项目3：非称杆件焊接旁弯计算公式新颖 为对计算公式的准确性进行验证，根据非对称杆件焊接旁弯计算公式预测，得出的杆件SE0E1焊接旁弯数据满足南京大胜关长江大桥制造规则要求，QC小组决定利用试制机会，在不进行约束的情况下，按以上工艺流程要求对SE0E1z进行了制造，并进行了数据收集。 数据收集结果如下：,SE0E1z杆件纵向收缩旁弯： fx2.0 计算所得焊接收缩旁弯的数据：fx=1.94mm 计算所得数据与实际旁弯数据相吻合，且满足制规要求。,在开展QC活动中对数据进行确认和分析，根据非对称焊接旁弯预测计算公式计算，后续制造边桁下弦杆件存在旁弯数据超出制规
10、要求的情况，新工艺制定了非对称下弦杆件与桥面板接头板进行对拼焊接时须在刚性固定胎架上进行。,8、效果检查 试制杆件SE0E1于2007年8月顺利通过评审，评审专家对我公司非对称杆件制造旁弯控制进行了询问，QC小组成员的报告得到了专家认同，所收集的数据满足制规要求，杆件焊接旁弯变形数据收集如下（表八）：,按刚性固定工艺制造非对称钢梁旁弯数据表（表八）：,9、成果总结9.1 主要成果 根据钢梁制造旁弯数据显示，按照新工艺要求所制造钢梁已能满足南京大胜关长江大桥钢梁制造规则要求。取得了部分成果：,效 益 汇 总 表（表九）,效 益 汇 总 表(续),9.2 标准化 为能形成一套新型工艺，QC小组在活
11、动过程中将非对称钢梁制造工艺流程进行了创新，新增“刚性固定胎架上对拼焊接桥面板接头板板单元”工艺流程，在非对称的边桁下弦杆件组拼工艺图纸上进行要求。,9.3 巩固措施 在小组成员的共同努力下，合理进行非对称杆件工艺流程的制定，取得了一定的成果，积累了宝贵的经验。为了巩固成果，我们将对整个方案制定过程和QC小组活动的有关资料进行归纳整理，以便于下一阶段工作的顺利进行。,10、总结及今后打算 通过本次活动，在开展QC小组活动过程中解决了边桁下弦非对称杆件旁弯控制的技术难题，取得了满意的效果。这些成果的取得与我公司重视质量管理、强化质量意识是分不开的。小组成员团结合作、艰苦努力、密切配合，将QC活动与ISO9001系列标准相结合，形成了一套层层保证的质量管理体系，同时在QC工具的运用上也有了很大程度的提高，但对知识的追求和管理的完善是无止境的。,在下一步的工作中，我们将继续推广QC小组活动，将工艺经验归纳整理，使之系统化；同时搜集更多国内外计算、施工资料，分析研究，完善、创新，以将今后的钢梁工艺做得更好。,欢迎各位领导和专家指导,谢 谢 ！,