随着国家经济蓬勃发展，开展了越来越多的大跨度拱桥建设，尤其在山区复杂地形环境中不断涌现。为增强拱桥的横向刚度，设计常采用拱脚分叉的X形提篮拱结构，由此衍生出变宽变高双曲线拱肋结构，其加工难度大大增加。虽然常规平行结构的钢桁拱肋制造有卧拼和立拼的案例可循，而对于大跨度拱桥双曲线钢管桁架拱肋的加工工艺，仍需进一步探索研究。

　　 郑万铁路重庆段奉节梅溪河双线特大桥，全长687.8m，设计时速350km。主桥为劲性骨架钢筋混凝土上承式提篮拱桥，拱跨340m，一孔跨越梅溪河，无铰拱结构，拱圈设计劲性骨架，弦管内压注C60混凝土，拱圈外包C55混凝土。

　　 拱轴立面采用悬链线，拱轴系数m=3.2，计算跨径340m，矢高74m，矢跨比1/4.595。拱圈平面呈提篮形布置，分为拱脚分叉段和拱顶合并段，分叉段半跨采用3道横梁连接;竖面整体内倾3.48°，形成拱脚分叉的X形结构，拱脚中心距16m，拱顶轴线中心距7m。拱肋高度按1.5次抛物线变化，上、下弦管中心高度从拱脚10m过渡到拱顶5m。钢拱肋为变宽变高钢桁拱架结构，主要由8根主弦管及相关连接系杆件组成，上、下主弦管各4根，为750×24钢管，横梁弦管560×16，连接系为四肢组合角钢结构，腹杆4∟200×20，上下平联4∟160×16，其余连接件4∟100×10。拱肋用钢量4 083.3t，弦管材质为Q390D，连接系及节点板为Q345D，填板等小型零件为Q235。钢拱肋整体模型如图1所示，横断面如图2所示。

　　 拱肋节段由主弦管、平联杆、直腹杆、斜腹杆、内撑杆、节点板、横梁杆件、合并段横联杆件等组成。钢管与组合角钢构件之间采用节点板焊接，钢管与钢管之间相贯焊接。

　　 1)变宽变高钢桁拱架结构，拱脚分叉、通过横梁连接，拱顶合并成整体，竖面内倾3.48°，结构庞大的拱肋节段加工及匹配拼装难度大，而提篮拱桥的双向曲线构造更加大了线形控制难度，节段制造精度直接影响现场安装及成桥线形，因此制造线形控制是重点。

　　 2)主弦管以折代曲加工，卷管加工的椭圆度及管口相贯线切割精度要求高。

　　 3)主弦管与连接系杆件之间采用节点板焊接，因拱轴双向曲线的复杂构造，节点板尺寸及安装角度各异，其放样、下料、安装难度大，焊接变形控制要求严。

　　 4)设计采用Q390D,Q345D等高强度钢材，高强材料熔透焊接工艺要求高、工艺评定试验难度大。

　　 钢拱肋在厂内分段制作，主弦管以折代曲加工，采用卧拼+立拼工艺拼装，然后船运至现场采用缆索吊斜拉扣挂法安装。

　　 为充分利用150t缆索吊的起重能力，尽量划分大节段、减少吊装次数，要求单节合并段最大质量150t、分叉段单肢质量≤75t，除拱脚预埋段及拱顶合龙段外，半跨划分16个节段，全桥共计32个节段、48个吊装单元。节段JD1～JD11位于拱肋分叉区域，节段JD12～JD16位于拱顶合并区域，分叉区域横梁与上下游拱肋单肢整体制作，单节长7.36～14.42m。拱肋节段划分如图3所示。

　　 拱肋拼装制造流程如图4所示，工艺综述如下。

　　 1)根据焊接设计要求，针对典型接头形式及高强材料，进行焊接工艺评定试验，确定工艺参数。

　　 2)设计主弦管以折代曲的线形，进行单管卷制加工及主弦管接长。

　　 3)设计并搭设底层卧拼胎架，采取3+1侧卧式拼装内侧单桁片。

　　 4)内侧单桁片拼装完成下胎后，利用同一胎架及地样3+1侧卧式拼装外侧单桁片。

　　 5)安装上层胎架，在外侧单桁片上吊装内侧单桁片，采用3+1侧卧式拼装单肢双层桁架。

　　 6)横梁合并段JD3,JD6,JD9独立立式拼装横梁杆件，拱顶合并段JD12～JD16一次性总体匹配立式拼装合并段横联杆件，形成整体节段。

　　 本工程主要焊接接头形式有全熔透对接接头、全熔透T形接头、不开坡口T形接头，根据结构特点和焊接位置，确定12组接头试件进行焊接工艺评定试验。试件下料前核查钢材炉批号及质量证明书，复验化学成分及力学性能，所有焊评试件在外观检验和无损检测合格后，进行接头力学性能试验，对各类接头试件分别进行接头拉伸、焊缝金属拉伸、接头侧弯、低温冲击、宏观断面酸蚀及接头硬度等试验，对圆柱头焊钉ML15AL(22)试件进行接头拉伸及30°弯曲锤击试验，要求各接头熔合良好。

　　 经工艺试验确定，厂内钢板对接及卷管焊缝采用埋弧自动焊，使用CHW-S14(5.0)焊丝，配CHF43焊剂;对接全熔透焊缝、T形接头全熔透和T形贴角接头焊接均采用CO₂气体保护，选用CHT711(1.2)药芯焊丝和CHW-50C6(1.2)实心焊丝，CO₂气体纯度≥99.5%;手工电弧焊用于定位焊，焊条采用CHE507(4.0);电弧螺柱焊用于预埋段焊钉焊接，所用瓷环与焊钉配套;对接焊缝均采用钢衬垫。

　　 以折代曲指将拱肋曲管分解成多个直线短管，众多直管顺次连接形成的多段线近似代替理想曲线。根据设计拱轴线形坐标及监控单位提供的预拱度要求，并结合首轮拼装实测的焊接变形量，通过实际放样得出以折代曲线形。

　　 由设计拱轴节点标高叠加监控单位提供z轴预拱度数值，得出节点z轴控制坐标，x,y轴坐标依照原设计不变，确定拱轴中心线上的节点坐标;依据拱肋结构尺寸关系，确定主弦管中心节点坐标，采用样条曲线圆滑拟合主弦管中心线及拱轴中心线。在主弦管中心曲线基础上向两侧偏移375mm，得出管壁内、外弧曲线，综合考虑卷管管节长度、拱肋节段划分线并避开主节点，从一端开始在外弧曲线上排列管节划分点，然后以外弧曲线上的管节划分点向内弧线作垂线，得出该垂线与主弦管中心曲线交点，将该交点采用多段线前后顺次连接，得出管节节点中心线。将管节节点中心线(多段线)向两侧偏移得出内、外弧多段线，该多段线上的相应节点即为管节外壁分段点，对应连接形成管节的分段线，得到以折代曲线形，提取管节长度及折线角度，用于弦管卷制及相贯线切割作业。

　　 由以折代曲的线形设计原理可知，管节长度越小，多段线的线形越逼近理想曲线，但同时管节对接缝增多，不仅焊接工作量巨大，也增加质量风险，因此管节长度不宜过小。综合考虑线形偏差、环缝数量及设备能力，确定管节长度在1.8～2.5m，为避免环缝与主节点位置干涉，允许少数管节长度为1.0～1.2m。规范要求以折代曲的弦弧线形偏差≤8mm，按上述放样方法得出的偏差一般在1～4mm，满足要求。

　　 钢板卷制前开制直缝对接坡口，并做压边处理，然后采用万能式卷板机进行卷制。卷管后焊接直缝，再次做校圆处理，经校圆后检查椭圆度均在±1.5mm以内，满足≤D/500的规范要求。

　　 由于数控相贯线切割机可同时切割相贯线及环缝坡口，所以不必将管节对接环缝专门设计成直管圆口与曲管椭圆口的相贯对接。通过三维放样得出相贯线角度，输入数控机器，并设置环缝坡口的控制参数，一次性完成相贯线及环缝坡口的切割。切割前，注意根据管节上的直缝位置，设置切割起点，保证相邻两个管节的直缝环向间隔≥200mm，满足对接缝错开要求。

　　 每节段两端的管节相贯线切割时，注意在端头预留20mm余量，待拼装时修割，以保证单个拱肋节段的整体长度，另外合龙段预留200～400mm余量供现场测量合龙口尺寸后修割。单节段主弦管管节对接接长在专用平台上进行，平台上应根据控制线形做好定位基准及限位块，接长拼接时应注意调整两个方向的曲线线形。

　　 双向曲线造型导致节点板尺寸及安装角度各不相同，需提前建立详细的三维整体模型，根据模型调整节点板角度及局部尺寸，并精准提取出相关参数信息用于加工。

　　 根据拱肋竖面内倾结构特点，卧拼胎架设计为双层渐次变高胎架结构，底层胎架根据地样布置，并与地面采用膨胀螺栓连接固定，上层胎架为活动结构，采用法兰螺栓与底层胎架连接。双层变高胎架使内、外侧两层桁片组装可共用一套地样基准来控制线形(见图5,6)。

　　 拱肋上下游单肢采用双层侧卧式3+1连续匹配拼装，包含单桁片组装、单肢双层桁架拼装，半跨16个节段可分成5个轮次进行拼装，各轮次节段组合如下:(1)第1轮次节段JD1～JD4;(2)第2轮次节段JD4～JD7;(3)第3轮次节段JD7～JD10;(4)第4轮次节段JD10～JD13;(5)第5轮次节段JD13～JD16。

　　 根据拱肋制造线形，在硬化平整场地上放出地样线，根据地样基准摆放底层胎架并固定，复核胎架平面位置及标高合格后，按次序摆放内侧单桁片的接长弦管，统一调整线形后采用码板临时固定，复查主弦管整体线形并检查管口错边≤2mm。根据地样基准精确对位安装节点板并调整平面角度，保证节点环板铅垂竖直，定位好点焊固定;根据节点板位置安装腹杆，复核整体线形无误后焊接节点焊缝。焊后再次复核线形偏差，无误后在管口及节点位置做好定位基准点标志，方可解体下胎。

　　 在同一胎架及地样标准上按上述方法拼装外侧单桁片，外侧单桁片制作完成后不下胎，直接安装上层胎架，利用法兰螺栓与底层胎架立柱连接固定，调整好胎架标高后，顺次吊装已拼装完成的内侧单桁片，进行单肢双层桁架拼装，根据基准点安装平联杆及内撑杆件。

　　 检查各控制点线形符合要求后在胎架上进行焊接作业，以先焊主要焊缝后焊次要焊缝、同时对称施焊、尽量减小焊接变形为原则，确定焊接顺序为:先焊接节点环板与主弦管之间的熔透缝，再焊接腹杆与环板之间的角焊缝，最后焊接节点板与环板、主弦管之间的熔透缝。

　　 单肢双层桁架制作完成后，合并节段需二次立式拼装，横梁合并段JD3,JD6,JD9独立立式拼装横梁杆件;拱顶合并段JD12～JD16一次性总体匹配立式拼装横联杆件。

　　 由于单肢双层桁架已成稳定体系，立拼时无须增加过多支撑结构，参照卧拼工艺，在硬化地面上根据控制点铅垂投影坐标做出地样，并按地样摆放立拼胎架支墩，调整好平面布置及胎架垫高后吊装单肢双层桁架，通过垂线对控制点和节段端口合地样，调节胎架垫高以保证立面线形。依据节点环板及定位基准安装横梁杆件或横联杆件。拱顶合并段总体匹配立拼，重点控制节段端口线形。

　　 1)采用以折代曲方式设计双曲拱肋线形，不仅避免了火工煨弯造成的受热不均进而导致钢材内部晶粒变化等缺陷，而且能够良好地保证最终线形与理想曲线的吻合度。

　　 2)采用数控相贯线切割机一次操作可同时切割相贯线及环缝坡口，不必针对短管节接长专门设计成直管圆口与曲管椭圆口的相贯对接，避免了圆口与椭圆口对接引起的错边偏差。

　　 3)每节段两端管节的端头相贯线切割时，应注意根据焊接收缩预留节段拼装的修割余量，以调整节段整体长度，合龙口预留余量待现场实测后配切。

　　 4)根据拱肋竖面内倾结构特点，卧拼胎架设计为双层渐次变高胎架结构，底层胎架固定，上层胎架为活动结构，使内、外侧两层桁片组装可共用同一套地样基准，胎架结构简单，定位标准统一，便于拼装线形控制。

　　 5)四肢组合角钢结构的连接杆件与主弦管通过节点板连接，单片卧拼过程节点板的定位精度直接影响后续连接杆件的安装难度，渐次变高的双层胎架使得节点环板处于竖直状态拼装，便于定位及校核，将复杂的空间线形及角度巧妙地转换为二维立面，简化操作难度，便于线形控制。

　　 6)拱肋节段单肢卧拼、合并段立拼的制造工艺，相比于整体立拼工艺，在同样保证拼装线形的基础上，大大减少胎架材料投入，节约成本;同时，单肢先行卧拼易于操作、施工效率高、风险小，卧拼后的稳定单肢桁架结构也便于立拼。

　　 7)以先焊主要焊缝后焊次要焊缝、同时对称施焊的原则进行施焊，有效减少了焊接变形量。

　　 8)对悬挑过长的节段间连接斜杆进行临时支撑固定，防止存放及运输等过程发生变形。

　　 通过对高强度钢材焊接工艺试验、弦管以折代曲线形设计、双层渐次变高胎架、拱肋单肢卧拼、整桁架拱肋加工制造技术。奉节梅溪河双线特大桥成功应用该技术，拱肋加工质量及线形精度得到良好控制，并通过现场节段安装的实践证明其可行性及优越性，具有较高的推广应用价值。