钢结构桥梁焊接变形的控制与矫正

城市基础设施建设　天津建设科技２００８·增刊　

郭建文　

（中铁十八局集团五公司，天津３００１４３）　

摘要：文中以天津市某跨河桥为例，阐述了从钢板切割加工、箱梁及桁架杆件制作到整体　

焊接拼装全过程中，针对焊接变形，所采用的控制与矫正技术措施。这些措施的实　

施，有效控制了变形，满足了钢结构施工精度要求。　

关键词：钢结构；焊接变形；控制；矫正　

中图分类号：ＴＵ３９１文献标识码：Ｃ文章编号：１００８—３１９７（２００８）Ｓ２—０２１０—０３　

天津市某跨河桥为一座自锚式桁吊组合钢　

结构桥，桥梁跨径布置为２６　ｍ＋１２８　ｍ＋２６　ｍ，桥　

梁总长度１８０　ｍ，桥梁面积４　９８５，２　ｍ２。桥梁上部　

结构主要由主桁架、钢吊杆、钢箱梁构成，全部为　

钢结构，见图１。其中主桁架由上弦杆、竖杆、斜　

杆以及横、斜撑构成，共同组成空间桁架结构。　杆件的钢板厚度为４０～６５　ＩＴＩＩＴＩ，主桁架通过１１个　

下节点与箱梁连接。吊杆采用直径为１０　ｅｍ的钢　拉杆，分别锚固在主梁及主桁架上。主箱梁梁高　

由１．２　ｍ渐变至１，５　ｍ，板厚为１２～２０　ＩｎｌＴｌ。　

图１桥梁横断面　上酃钢结构在制造上分以下几个阶段：板块　

收稿日期：２００８—０２＿一２１　作者简介：郭建文（１９７２一），男，工程师，学士，从事施工技术　研究工作。　

２１０　＿＿＿——　单元制造、工厂组焊构件、桥位吊装、构件问焊　

接。各构件的几何形状直接影响上部钢结构的　

制造质量和受力情况，而该工程焊缝多、焊接变　

形大，对焊接变形的控制是钢构件制造的难点，　因此必须采取合理的工艺控制焊接变形，确保上　

部钢结构制造的精度要求。　

１焊接变形的一般控制途径　

焊接变形会降低结构的使用性能，引起结构　形状和尺寸的改变，影响结构精度，甚至会引起　

焊接裂纹，造成事故。减小焊接变形，可以改善　

焊接质量，提高焊接结构的承载能力。一般来　

说，钢结构焊接变形的控制途径主要有以下几　

种。　１．１合理的焊接工艺　坡口角度越大，填充焊缝的金属量越大，横　向收缩量沿板厚越不均匀，角变形越大。开坡口　填充的金属量要少于不开坡口，对减少焊接变形　

是有利的。　

１．２采用对称焊　在焊接过程中，随着焊缝数量的增加，焊件　

的刚度不断增加，先焊的焊缝容易使焊件发生变　

形，后焊的焊缝则影响较小。因此，为减小焊接　变形，对于对称焊缝，应采用对称焊以抵消焊接　

变形；而对于非对称焊缝，应先焊焊缝少的一侧，　

后焊接焊缝多的一侧。

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１．３刚性固定　利用夹具、胎具等强制手段，以外力固定被　

焊工件来减小焊接变形，具体方法有胎具固定法　

和局部增加刚性法。对于一些大型的或结构较　

为复杂的焊件，也可以先组装后焊接，即先将焊　

件用点焊或分段焊定位后，再进行焊接。这样可　

以利用焊件整体结构之间的相互约束来减小焊　

接变形。　

１．４焊接顺序和熔敷顺序　尽可能减少热量的输入，且必须以最小限度　

的线能量进行焊接，不要把热量集中在一个部　

位，尽可能均等分散。平行的焊缝尽可能的沿同　

焊接方向同时进行焊接，从结构的中心向外进　

行焊接，从板的厚处向薄处焊接。　

１．５调整焊接方向　对于同一焊接接头，不同的焊接方向造成接　

头位置产生的焊接应力方向不同，在４ｏ～６５　ｎｌｌｎ　

的厚板多层焊接时，应及时调整焊接方向，使焊　

接应力在接头位置相互抵消，最大程度的减小焊　

接应力，从而减小杆件的焊接变形。　

１．６锤击焊道　

焊后用圆头小锤对红热状态下的焊缝进行　

锤击，不仅有细化焊缝金属晶粒的作用，而且锤　

击造成的塑性变形可以减少焊接应力，减小焊接　

变形。　１．７焊后热处理　焊后热处理是将焊件整体或局部焊后加热　

保温，然后空冷的一种方法。焊接后热作用是减　

缓焊接接头的冷却速度，降低焊接应力，减小焊　

接变形，改善焊接接头的力学性能。　

２焊接变形的控制与矫正　

在该桥钢结构制作、安装过程中，根据原材　

钢板、杆件的实际情况，采取了不同的措施对加　

工变形进行控制。　２．１钢板切割加工变形控制　

由于切割过程是钢板局部受热过程，切割结　

束后造成钢板的局部变形。钢板厚度在１０　ｎｌｌｎ　

以上时，杆件制作下料采用数控机床下料，做到　

完整切割；钢板厚度在１０　ｎｌｌｎ以内切割时，在切　割线上每隔１　ｍ留４０　ｎｌｌｎ不割，待全部切割完冷　

却后再切割余下的部分。如板从边缘开始号料，　

在边缘处需留１０　ｎｌｌｎ切割一次，使板材两边能够　

均受热以保证板材切割后的平直度。　

２．２箱梁Ｊｍ－ｒ中变形控制　

焊接过程是杆件变形过程，由于组成箱梁的　

腹板、隔板、底板及顶板钢板组成类型较多，厚度　

１２～４０　ｎｌｌｎ不等，一级熔透焊口占９０％以上，施工　

中箱梁的变形控制难度较大。　

箱梁底板长２０　ｍ、宽４～６　ｍ，局部存在２０～　

１２　ｃｍ的变化，需要对接焊接。在钢板对接前必　

须对本块钢板存在的变形进行矫正，尤其是在该　

钢板上存在对接焊口而产生的焊接变形时，只有　

对整块底板进行变形矫正后方可安装隔板、腹　

板。　箱梁腹板、隔板安装后，从中央向四周焊接，　

焊接应力从中央向四周释放。先焊接腹板、隔板　组成的框架，再焊接与底板连接焊缝。同一道焊　

缝焊接必须控制好层间温度，做好应力的必要释　

放，减小焊接变形。箱梁隔板、腹板与底板之间　

的焊缝焊接完成后，对底板下侧隔板、腹板对应　

位置进行局部热处理释放部分应力以减小焊接　

变形，使部分应力得到释放，控制加热温度６００～　

６５０℃。　２．３上部杆件加工变形控制　

斜杆焊接变形控制，斜杆长度在１３　ｍ以上，　

钢板厚度５Ｏ～６５　ｎｌｌｎ，采用埋弧半自动焊焊接，焊　

缝金属量较大，焊接变形量大。每道焊缝焊接１５　

２０遍，焊接时必须随时观察杆件的变形，随时　

调整焊接顺序，利用焊接工艺本身调整焊接变　

形，节约人力、物力。对杆件焊接完成后仍然存　

在局部变形时，采用火焰矫正方式进行调整，火　

焰矫正采用杆件横截面带状、三角形加热，控制　

火焰温度６００～８００℃。变形矫正时，应尽可能一　

次矫正到位，避免在同一位置重复进行火焰矫　

正。　上部杆件焊接时对杆件加设临时支撑，以减　

小焊接变形。在火焰矫正变形时应注意：将杆件　

处于自由状态，对它的约束力越小，矫正的难度　

就越小，效果越明显，杆件最好垫到支架上，采用　

２１１

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角铁的尖角作支撑面，减小对杆件的摩擦力；火　

焰矫正采用三角形、线状、带状几种方式配合千　斤顶等设备，根据杆件的受热面冷却后收缩的原　

理，对杆件相应位置进行火焰矫正。　

２．４上部结构安装时变形控制　

上部结构安装时搭设满堂支架，上部桁架组　

拼成型后，进行上部桁架的焊接。先焊接主弦　杆，后焊接主弦杆与箱梁连接部位。这样有利于　

安装应力的释放，减少桁架整体的安装应力，减　

小焊接变形。从两侧向中间方向进行，在中间位　置合龙。主弦杆焊接完成后，焊接应力会在桁架　

与箱梁连接的部位得到释放，桁架内部存在焊接　

应力会减少到最低。　

２．５人行道、坡道桥杆件变形控制　

人行道、坡道桥横梁、纵梁焊接采用船形焊　

接方式，容易造成角变形，可以采用火焰带状加　热矫正。由于矫正工作量较大，采用火焰矫正效　

率较低。因此，该工程采用调直机矫正，效率较　

高，效果较理想，矫正工字钢梁一般矫正两次即　可得到理想的效果。　

２．６人行道纵肋面板变形矫正　

该钢板为２　０００　１，Ｂｉｎ×４　５００　１，Ｂｉｎ×６　１，Ｂｉｎ，钢板　

厚度较薄，与周围钢板焊接变形较大，为了控制　

焊接变形，要求采用断续焊接方法焊接。同时，　

２１２一　在纵肋上开１０　１，Ｂｉｎ×２００　１，Ｂｉｎ×６　１，Ｂｉｎ的长孔，采用　

塞焊形式焊接。　

实际操作时由于焊接方法不得当，造成局部　

钢板的平面凸起变形，影响上面的木龙骨安装，　

必须进行变形调整。　

３结语　

随着科学技术的发展，钢结构桥梁以造型独　

特、结构合理、外观新颖而被人们所认可。而在　

钢结构桥梁的建造过程中，焊接变形是不可避免　

的。这就要求工程技术人员必须从焊接工艺及　

结构受力方面进行具体分析，采取合理有效的方　

法、措施控制钢结构加工和安装过程中的焊接变　

形，并对超出公差要求的焊接变形进行矫正，以　

达到设计要求的精度，使钢结构工程能更好地为　人类服务。　参考文献：　［１］郭文辉，余团营，孟培元，等．舟山桃天门大桥钢箱梁板块　制造焊接变形控制［Ｊ］．焊接，２００６，（７）：５０—５２．　［２］孙昌茂．长大悬索桥横隔板焊接变形的控制与矫正技术　［Ｊ］．钢结构，２００２，１７（２）：４１—４２．　［３］　刘志刚．船舶焊接变形的控制与矫正［Ｊ］．船海工程，　２００２，３１（１）：１９—２０．　［４］林海青，单光圣．焊接Ｈ型钢焊接变形的控制与矫正［Ｊ］．　山东冶金，２００２，２４（５）：２３—２，４．

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