3.1 鋼構箱型橋樑基本組成元件
鋼構箱型樑通常分為兩種橫斷面,即矩形與梯形斷面,其通常用在跨距比傳統預力 樑較長之橋樑路段,而絕大部份用於公路鋼構箱型樑均與混凝土橋面版組合而成,不論 是直線形或曲線形箱型樑,其主要基本組成有以下部份:
1.箱型鋼樑
上有一片與下方對稱之上翼鈑或兩片較窄之左右上翼鈑,上翼鈑下連接垂直 或傾斜之左右腹鈑,樑最下方則有下翼鈑與腹鈑相連接。在了解箱型鋼樑之基本 構造可清楚看出,箱型鋼樑大可看成兩個 I 型鋼樑將其下翼鈑連貫而成。在箱樑 腹鈑內側可能焊有橫向加勁鈑是為了增強橫斷面之抗剪能力;而為了提高支承處 抗反作用力,必須於箱樑支承處之內橫隔樑加設支承加勁鈑;而為了使下翼鈑避 免受壓力造成挫屈,亦必須加焊縱向加勁鈑。
2.剪力釘
為了達到鋼樑與橋面版之複合作用,在上翼鈑上植焊剪力釘與橋面版連結。
3.橫隔粱系統
箱型鋼樑之橫隔樑系統可分為內、外兩大類。外橫隔樑裝設於兩個獨立箱型 鋼樑之間,使外載重能均勻分布於整個橋樑上部結構;而內橫隔樑則分佈於箱型 鋼樑長向之內部與支承處,其主要目的在增強箱型鋼樑之扭曲勁度與畸變勁度。
4.上側支撐
在未澆置混凝土橋面版之前,為了增強箱型鋼樑之扭曲勁度,通常在上翼鈑 下緣,腹鈑上緣處裝設上側支撐。
3.2 鋼構箱型橋樑製程簡述
鋼構箱型樑製造流程大致分為進鈑預塗、一次加工、二次加工、假安裝及塗裝,最 後成品出廠如圖 3-1 流程圖所示,以下依各製造階段說明之。
3.2.1 鋼鈑進場與預塗
依陳純森(2004)【13】論述,鋼構箱型樑之主要材料分為三種,即為結構用 鋼料、結合材料及防護材料。在結構用鋼料上,目前以美規 ASTM〈American Society for Testing & Materials 美國材料試驗協會〉所定出一種專門作為橋樑工程使用 的鋼種 ASTM A709 為主要鋼材。此鋼材除強度符合需求外,尚有良好的加工性、
熔接性、甚至低溫韌性。本階段於製程方面為防止進料與製程時間過久而生銹,
以自動噴砂機配合人工施作除銹及噴塗 15μm 之無機鋅粉底漆。
3.2.2 一次加工
本階段製程概分為以下幾個項目:
1.接鈑電銲
由於鋼箱樑製造長度非鋼材製造工廠規格品,以及依設計有相異鈑厚接 合,另一方面可能考慮運輸材料之困難,本階段需將鋼鈑以全滲透電銲方式進 行鋼鈑相接作業。
2.落樣切割
依陳純森(2004)【13】論述,在規劃設計時每塊鋼鈑使用不同,在鋼鈑表 面繪製記號以供製造時使用均稱為落樣,早期落樣以人工放樣,近來由於電腦
圖 3-1 鋼構箱型樑製造流程圖
鋼鈑進場 一次加工 二次加工 假安裝 塗 裝
除 銹
預塗底漆
接鈑電焊
落樣切割
構件冷作 加工 小組合
電焊
整 形
大組合 電焊
整 修
吊運安裝 量 測
引 孔
植剪力釘 卸 裝
表面處理 塗 漆
裝運出廠
軟體發達,而利用 NC 切割機直接放樣,依鋼鈑落樣線工廠利用 NC 切割機、輕 便型瓦斯切割機、人工氧氣乙炔切割等進行切割。
3.構件冷作加工
本製程是利用各式鑽床進行各箱樑端部翼鈑、腹鈑、縱向加勁鈑及連接鈑 之鑽孔作業;以及運用各式加工機械進行切削、彎曲成型作業。
4.小組合電焊
本作業將上翼鈑、下翼鈑、左右腹鈑各單片鋼件與加勁鈑進行組立、電銲;
另其他如單片隔鈑、人孔蓋鈑之組立與銲接,在本階段完成單片構件,即可進 行大組立電焊作業。
5.整型作業
各構件經接鈑、小組合電焊後,依林東豐(1997)【14】論述因焊接部位受 到局部性之急熱及急冷之交替作用,發生不均勻之熱膨脹變形,即高溫加熱部 位發生塑性變形,熔著金屬亦自身收縮,以致焊接部位附近處有殘留應力及發 生變形之情形。
而本作業即是要消除焊接所發生應變之工作,其方法者眾,但常用者為加 熱法,可分為局部加熱冷卻法及加熱加壓法。
3.2.3 二次加工
本階段製程概分為兩個項目:
1.大組合電焊作業
將已完成小組合及鑽孔之鋼鈑,放在構台並以冶具固定之,通常組合是依 下翼鈑、內隔鈑、左右腹鈑、上翼鈑之順序先點銲假固定之。
再將組合妥善之箱型樑利用螺栓接合及電銲等方式,可以緊密將箱型樑各 單元構件結合在一起,而電銲的方法包括填角銲、部分滲透電銲及全滲透電銲 等;電銲依操作方式可分為人工電銲、半自動電銲、全自動電銲等。
2.整修作業
組合完成之單元箱型鋼樑,一定有許多焊接瑕疵如 undercut、overlap 等、
瓦斯切割瑕疵如切割面粗糙、翻轉時構件受傷、甚至局部變形等,都需要以人 工使用各式工具加以焊補、磨平、拋光、整形等。
3.2.4 假安裝
鋼橋屬於精密、複雜、現場施工困難之結構物,故需要在工廠內進行「假安 裝」作業,以利即時修改,避免徒增運輸成本及不必要之困擾,本階段製程概分 為以下項目:
1.吊運安裝與卸裝
各單元箱型鋼樑於大組電銲、整修完成後,即將每個箱型鋼樑依設計無載重
之高程、位置、方位角等運用各式起重機具進行組合安裝,借此可修正其製造 誤差,在完成假安裝後即進行卸裝作業。
2.量測與引孔
各單元箱型鋼樑完成假安裝後,即進行各項量測工作如跨徑、拱度、各項尺 寸等,在各量測尺寸合格後,便依連接鈑之孔位利用簡易鑽孔機,將孔引入箱 型鋼樑另一端部,使箱型鋼樑真正連接起來。
3.植焊剪力釘
爾後於上翼鈑與混凝土接觸面,使用植釘機銲植入剪力釘。
3.2.5 塗裝
依陳純森(2004)【13】論述,箱型鋼樑為鋼鐵材料其主要化學成份為鐵〈Fe〉
元素,由於自然之化學反應,鐵元素很容易與空氣中之氧氣〈O2〉結合,成為氧化 鐵化合物,即為鐵銹。經過長時間的化學作用,鐵銹會自然掉落,甚至於產生針 孔麻點,逐漸侵蝕鋼鈑之厚度,而降低鋼樑結構之安全性,所以有效的塗裝是延 長鋼橋使用壽命必須之製程。
1.表面處理
再進行油漆塗裝前,首先要將鋼樑各構件表面進行除銹作業,一般是將鋼 砂或矽砂以高壓空氣噴擊箱型樑外露面及內部生銹與銲道處,其潔淨度達到規 範要求,其目的使之鋼材表面與第一道防蝕油漆緊密黏合。
2.油漆塗裝
將已表面處理完畢之鋼樑,在兩小時內必須實施油漆塗裝,一般是利用幫 浦產生之壓縮空氣,直接加壓於塗料,將塗料透過噴鎗嘴,霧化均勻噴於箱型 樑之表面,而產生與水氣隔絕作用,保護箱型樑。
3.3 小結
本章首先對鋼構箱型橋樑基本組成元件給予介紹,而鋼材也不只運用於橋樑之主 樑,凡上部結構之橋面版,下部結構之帽樑、橋柱等都可以選擇使用鋼構系統。
而第二節即針對鋼構箱型樑之廠內製程加以敘述,共概分五大製作階段,每一製作 階段又分若干製程如圖 3-2,使本研究能掌握各製程作業特性、製程順序、製作工法,
俾利運用工作安全分析法,進行鋼構箱型樑製程危害辨識。
鋼鈑進場 一次加工 二次加工 假安裝 塗 裝
除 銹
預塗底漆
接鈑電焊
落樣切割
構件冷作加工
小組合電焊
整 形
大組合電焊
整 修
吊運安裝
量 測
引 孔
植剪力釘
卸 裝
表面處理
塗 漆
圖 3-2 鋼構箱型樑製造流程圖示