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【创新记】为桥梁打造更强“筋骨”!

【创新记】为桥梁打造更强“筋骨”! 武昌造船
2021-08-27
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时光的指针扳回到2011年,一项桥梁行业的新技术——正交异性钢桥面板U肋内焊技术,从中国船舶武船集团武船重工股份萌生。 2016年,该技术首次成功应用于桥梁工程,如今已在业内遍地开花,对钢结构桥梁产业发展产生了深远的影响。

正交异性钢桥面板结构桥梁

(武船重工股份承建的棋盘洲长江大桥)


技术创新记
2021/08/27
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桥梁疲劳问题



世界上很多宏伟的现代大桥,都采用了正交异性钢桥面板。该结构将面板、纵肋(U肋)和横梁通过焊接连接在一起。


正交异性钢桥面板的主要优势体现在其重量较轻,这种重量优势对于大跨度桥梁极其有利。但由荷载条件、结构体系、构造细节设计和初始制造缺陷等多种因素所决定,大量已建桥梁的正交异性钢桥面板呈“低龄化”,部分钢结构桥梁建成通车十多年就出现了大量疲劳裂缝。


正交异性钢桥面板疲劳问题作为世界性难题,成为制约钢结构桥梁应用和发展的瓶颈问题。其中,因U肋与桥面板连接焊缝焊根应力集中而导致的桥面板疲劳开裂危害最为严重,难以发现且加固困难。




02


破解世界性难题



自上世纪30年代正交异性钢桥面板被发明以来,由于U肋为封闭结构,内部空间狭小,传统技术只能从外侧将其焊接至桥面板上,这种焊缝对U肋的腹板呈偏心状态,焊缝的质量也难以确定,在现有的正交异性钢桥面板中已引起了很多裂缝。

为实现U肋内外双面焊接以提高焊缝疲劳寿命,在2011年前后,发达国家日本和国内同行开始研究U肋内焊技术,基本方案为采用自驱动焊接小车进入U肋内部进行焊接,存在可靠性差、焊接效率低等问题,均因技术方案不成熟而未能在工程中得到应用。

鉴于整个行业对于相关技术创新的迫切需求,2011年武船重工股份开始U肋内焊技术的研究工作。研究团队摒弃自驱动焊接小车方案,提出了采用外驱动多头内焊机的技术方案,由此焊接可靠性和焊接效率得到了有效的保障。

从2013年起,武船重工股份与专业设备厂家合作,共同进行U肋内焊设备的研制及焊接工艺的开发。经过多年的技术攻关成功开发了正交异性钢桥面板U肋内焊成套技术攻克了内焊机结构设计、远距离送丝、低飞溅焊接、焊缝检测等关键技术

世界首条U肋内焊自动化生产线


2016年,武船双柳厂区建设了世界上首条U肋内焊自动化生产线,并率先应用于武汉沌口长江公路大桥建设。

正交异性钢桥面板U肋内焊成套技术填补了国内外空白,科技成果被院士专家组鉴定为“国际领先”,于2017年荣获集团公司科技进步奖


U肋内焊技术在桥梁工程中的成功应用受到了业界的高度关注,基于U肋内焊技术的正交异性钢桥面板疲劳性能成为业内一大研究热点。研究结果表明,实施U肋内焊技术实现双面焊接,彻底解决了传统U肋单面焊焊根极易疲劳开裂问题,U肋与桥面板连接焊缝疲劳强度得到大幅提高。


2016年后,以U肋内焊技术为基础,业内对U肋双面焊工艺及设备开展了进一步研究,开发了U肋双面埋弧全熔透焊接技术,对于常规8mm板厚U肋,免开坡口、内外各一道埋弧焊,实现全熔透焊接,超声波探伤一次合格率达98%以上,进一步提升了桥面板U肋的焊接质量和焊接工效。





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成果应用如雨后春笋



新技术在业内迅速推广应用,至今已有20多个大型桥梁工程采用了U肋内焊技术,如武汉青山长江大桥、石首长江大桥、棋盘洲长江大桥、舟山主通道航道桥、瓯江北口大桥、深中通道桥梁工程等。


2020年11月,首个行业团体标准《公路正交异性钢桥面板U肋双面焊技术指标》正式颁布实施正交异性钢桥面板U肋内焊技术的开发与应用,大幅提升正交异性钢桥面板的安全使用寿命,有效降低桥梁维护成本,经济效益和社会效益巨大,被业内专家誉为钢桥发展史上一项革命性的技术创新。

武船重工股份,作为国内一家大型钢结构桥梁专业制造商,积极投身国家重大工程项目建设,长期致力于桥梁钢结构制造技术的创新与实践。在“交通强国”战略支撑下,我国的钢结构桥梁产业前景广阔,桥梁钢结构的制造模式转型升级之路还很漫长,武船重工股份将继续开拓创新,为我国的桥梁行业技术进步作出更大贡献!







供稿 | 武船重工股份

图文 | 张   华

编辑 | 谢金谷

审核 | 杨    芳、谢   恒



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