一、任务来源
任务来源于自选项目，根据公司所承揽工程的施工需求，自拟课题进行研究。
长江路快速通道工程第一标段项目西起西安路西侧，东至人民路交叉口东侧，全长约6.3km。总建设3座匝道桥、4座简支钢-混凝土组合梁桥，5座变截面连续钢箱梁桥，总用钢量约1.2万吨。其中，西安路钢箱梁桥约2055t、青年路钢箱梁桥约1735t、牡丹路钢箱梁桥约2055t、和平路钢箱梁桥约1800t、人民路钢箱梁桥约2055t。此项目是菏泽市重点民生工程，工期紧、任务重。

图1.1 长江路快速通道总体布置图
在现场施工中，传统的板单元组装U肋方式采用人工划线，在地面上组装板单元，容易造成板单元组装水平精度低、焊缝间隙大、不能纵向预弯校火工作量大，U肋与顶板焊接后，由于埋弧焊接热输入高的影响，顶板会出现焊接角变形。

图1.2 人工划线定位U肋 图1.3 地面组装U肋
焊接变形不仅影响板单元的制造精度，还需要通过火焰矫正使其达到平整度要求，原反变形胎架也仅是适用于固定厚度、固定宽度的板单元焊接。传统的组装焊接方式不能满足工期要求，亟需探索并研制出一种全新的钢箱梁桥板单元组装焊接反变形装置以满足工期、质量的要求。
二、应用领域
钢箱梁桥板单元组装焊接反变形加工工艺在钢箱梁桥制造、钢结构钢箱梁制造技术领域以及高速铁路桥建设等领域有着广泛的应用。这些应用领域不仅涵盖了桥梁建设，还涉及到钢结构制造技术的发展和创新。
三、技术原理
该工艺为板单元组装焊接反变形装置，由板单元组装定位装置和可三维调节反变形胎架装置两个新型装置组成。

图3.1 板单元组装定位装置

图3.2 可三维调节反变形胎架装置
板单元组装定位装置的基本的构成及特征：此装置由定位部分、底座部分、制动部分组成：（1）定位部分由固定部分、板单元定位模板部分、模板连接部分组成，选择H型钢作为门架固定装置，根据确定好的钢箱梁桥的分段方案，通过钢箱梁桥顶板的T形板设计出适合所有板单元的定位模板，采用扭矩扳手将T型板和H型钢门架使用螺栓拧紧，实现板单元的定位；（2）底座部分由支座部分和预拱度调节部分组成，采用H型钢组合支座作为胎架，根据反拱值用扳手调节可调螺杆的螺栓丝头高度，以达到预拱度的要求；（3）制动部分使用可调节固定，通过楔形块调节门架与组合支座间的间隙，将U肋上下左右压紧固定，再通过楔形块调节定位模板两端和板单元间的间隙，使其固定；通过上述方法完成板单元的装配。
可三维调节反变形胎架装置的基本的构成及特征：此装置由支座系统部分和调节控制系统部分组成：（1）支座系统部分使用方管-支撑作为转动底座，底座和支撑采用销轴连接，可实现船位焊，支撑和胎架采用螺栓连接，适用性强；（2）调节控制系统部分由宽度调节部分、反拱调节部分、拉弯部分组成，在板单元的宽度方向的不同位置设置C形卡扣（一端固定、一端可调），可适用不同宽度的板单元，将楔形块嵌入板单元与C形卡扣的间隙中，板单元固定好后拧紧C形卡扣和鱼腹梁的连接螺栓，使用鱼腹梁进行一次反拱调节，然后根据反拱值调整螺杆丝头高度以实现二次反拱调整，最后再使用紧线器进行拉弯，使板单元与反变形胎架贴合；通过上述方法可实现板单元的反变形焊接。
四、性能指标
1.相对于传统人工划线定位板肋、地面组装板单元精度低、效率低，组装定位装置可以精准定位板肋，按照预拱度在胎架上进行装配，板单元组装的一次验收合格率达到了98%。（预期指标为95%）
2.相对于传统的固定厚度、固定宽度且不能调节反拱值的板单元反变形胎架，使用可三维调节的反变形胎架焊接板单元，板单元焊接完成后校火量比例降低10%左右，板单元平整度达到了90%以上。（预期指标为85%）
3.使用组装焊接反变形工艺后，提高了装配精度，保证了焊接质量，组装焊接效率得到了显著提高，缩短了加工工期。
五、与国内外同类技术比较
相对于国内外同类技术，该工艺通过板单元定位装置和可三维调节反变形胎架装置的使用，可以精准定位肋板，提高了板单元组装一次验收合格率；可以适用于不同宽度、不同厚度的板单元，增加反变形胎架的适用度，且可以调节反拱值，使板单元焊接完成后的校火量降低10%以上，降低返工返修量，整体提高了板单元的装配精度和质量。
另外，该工艺能够有效地控制焊接变形，提高生产效率，减少人力资源成本，并且改善工作环境。该工艺的推广应用不仅提高了国内钢箱梁桥制造的整体技术水平，也为类似工程项目提供了先进的技术参考。
六、成熟度
钢箱梁桥板单元组装焊接反变形加工工艺已经在菏泽市长江路快速通道工程等重大项目中得到了成功的应用，证明了其技术的可行性和有效性。同时，该工艺不仅在国内得到了广泛的认可和应用，还在国际市场上获得了认可，提升了中国钢桥梁制造技术的国际竞争力。因此，可以认为该工艺的技术成熟度非常高。
七、成果创新性、先进性
1.使用H型钢作为固定装置，使用T型定位模板确定板单元上的板肋位置，采用扭矩扳手将T型板和H型钢门架使用螺栓拧紧。
2.采用H型钢组合支座作为胎架，根据反拱值用扳手调节可调螺杆的螺栓丝头高度，以达到预拱度要求。
3.使用楔形块调节门架与组合支座间的间隙，将板肋上下左右压紧固定，再通过楔形块调节定位模板两端和板单元间的间隙，使其固定。
4.使用C形卡扣和楔形块固定好宽度后用螺栓将C形卡扣和鱼腹梁进行连接，再使用鱼腹梁进行一次反拱调节，然后使用螺栓进行二次反拱调整。
5.适用于不同宽度、不同拱度的U肋形式的板单元、I肋形式的板单元、T肋形式的板单元的组装及反变形焊接。
八、作用意义
随着本工艺的应用，板单元的组装焊接一次验收合格率显著提高，提高了装配和焊接效率，节省了返修费用，提高了制作质量，取得了较好的经济效益，对企业发展具有深远的意义，同时也保障了长江路快速通道工程顺利施工。
1.经济效益
生产加工钢箱桥梁板单元时，U肋焊缝每米需要气保焊丝0.265kg（约6.5元），焊缝每米人工费约5元，刨开（一根碳棒长度0.7m，费用2元/根）打磨后再焊接每米人工费约10元。板单元焊接变形采用背烧的方式进行矫正，一人矫正一块板单元平均需要1.5小时，人工费每人每天200元，合计矫正一块板单元的人工费用约37.5元；背烧矫正会消耗氧气和丙烷，结合工艺人员和气站管理人员计算，矫正一块板单元需要消耗气体的费用约12元。
该工艺实施前，西安路钢箱梁桥第一段已经做完，U肋总长度约2800m（62块板单元）；该工艺实施范围：西安路钢箱梁桥第二段、人民路钢箱梁桥、青年路钢箱梁桥、牡丹路钢箱梁桥、和平路钢箱梁桥。
板单元组装定位部分：该工艺实施前一次验收合格率85.2%，工艺实施后一次验收合格率98%，减少了返修率，节省了返修费用，提高了装配效率。
（1）节省返修焊材费用
节省返修焊材费用=（28500-2800）×2×6.5×（50/500）×（98%-85.2%）=4276.48元。
节省碳棒（用于碳弧气刨）费用=（28500-2800）×2×2×（50/500）×（98%-85.2%）/0.7=1879.77元。
（2）节省返修人工费用
节省返修人工费用=（28500-2800）×2×（5+10）×（50/500）×（98%-85.2%）×40%=3947.52元。
（3）节省人工划线费用
工艺实施前：人工划线定位安装，每人每天制作完成板单元5个；工艺实施后：减少了人工划线定位的时间，每人每天装配制作完成6个。员工工资每天200元。
节约人工划线费用：（630÷5-630÷6）×200+630×（98%-85.2%）×200=20328元。
采用板单元组装定位装置后，长江路快速通道工程第一标段钢箱梁桥板单元组装可节省费用为：4276.48+1879.77+3947.52+20328=30431.77元。
板单元焊接变形矫正部分：该工艺实施前，每一块板单元都会产生焊接变形，需要矫正；工艺实施后，板单元焊接变形矫正量比例均在10%左右，大大减少了焊接变形矫正率，节省了矫正费用，提高了板单元合格率。
（1）节约焊接变形矫正人工费用
节约焊接变形矫正人工费用=（630-62）×37.5×（100%-10%）=19170元。
（2）节约焊接变形矫正气体消耗费用
节约焊接变形矫正气体消耗费用=（630-62）×12×（100%-10%）=6134.4元。
采用可三维调节反变形胎架装置后，长江路快速通道工程第一标段钢箱梁桥板单元焊接变形矫正可节省费用为：19170+6134.4=25304.4元。
综上所述，长江路快速通道工程第一标段钢箱梁桥板单元在生产制作时采用组装焊接反变形加工工艺后，共可节省费用=30431.77+25304.4=55736.17元。
2.社会意义
（1）该装置可以重复、多次使用，节省材料使用，减少建筑废材的产生，符合绿色建筑的发展趋势。
（2）该工艺的研制可以大大减少板单元焊接变形的矫正工作量，降低了工人的劳动强度。
（3）该工艺有效的解决了生产和服务过程中的质量问题，加快了钢桥装配进度，保障了长江路快速通道工程顺利施工。

一、推广应用的范围、条件和前景
钢箱梁桥板单元组装焊接反变形加工工艺的应用范围非常广泛。这项技术已经在菏泽市长江路快速通道工程上得到了成功的应用，并且受到了业主和业内专家的高度评价。该工艺适用于钢箱梁桥不同厚度、不同宽度的板单元板肋（U肋、T肋、I肋）的组装焊接反变形加工制作，特别是在大跨度的钢桥面板制造中，该工艺的应用尤为重要。
该工艺的推广应用需要满足一定的技术、设备和个人条件，具备一定的金属加工技术和设备，如C型夹具、U型肋、调节杆、支座、支架等。U型肋与面板的角缝采用C02气体保护自动小车焊接时，需要有胎架、翻转支座、压紧器等设备。除设备外，还应具有一支熟练的技术团队，能够掌握组装定位装置、反变形胎架的设计和操作，以及焊接工艺技术。
该工艺应用于钢结构建筑工程领域，钢结构桥梁的发展迎合了现代化建设的需求，是未来的发展趋势，具有广阔的发展前景。此工艺的应用能够解决钢结构桥梁在制作生产过程中的精度低、返工多等问题，提高钢箱梁桥的制造质量和生产效率，还能改善工作环境，减少人力资源成本。此外，该技术的应用还有助于提高中国钢桥梁制造技术的国际竞争力，为我国相关行业的发展打下基础，保障我国国民经济和国防工业现代化的可持续发展的需要。
二、存在的问题和改进意见
本次工艺研究中，率先提出了利用门架和T形板做为定位模板，在胎架上装配板单元，使用转动底座-方管支撑、鱼腹梁调整预拱度，板单元在可三维调节的反变形胎架上进行反变形焊接，此工艺可以适用不同厚度、不同宽度的板单元的组装焊接。但是当旋转板单元时，需人工拆卸、安装方管支撑，后期准备借鉴液压杆原理，替代方管支撑，使板单元旋转时更加安全、高效。
另外，还需加强技术研发和建立完善的培训体系。一方面，提高技术的自动化水平和智能化程度，降低对人工技能的依赖；另一方面，加强对技术人员的培训，提高他们的操作技能和维护能力。