杨学淳1，张晓飞2，胡章枝1，安军岭2
（1. 中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601；2. 郑州恒天大建桥梁钢构有限公司，郑州450000）
摘 要：分析了桥梁波形钢腹板特点及涂层体系要求，简要介绍了桥梁波形钢腹板重防腐涂装工艺和主要设备设计选型。生产线技术先进，工艺合理，物流便捷顺畅，能够满足桥梁钢波形钢腹板长效防腐涂装要求。
关键词：桥梁波形钢腹板；重防腐涂装；涂装生产线
0 引言
波形钢腹板预应力混凝土箱形梁桥又称波形钢腹板PC桥，是指用波形钢板取代预应力混凝土箱梁的混凝土腹板作腹板的箱形梁，其显著特点是用8～30 mm厚的钢板取代厚30～80 cm厚的混凝土腹板。波形钢腹板预应力混凝土箱梁是一种钢混组合结构，它充分利用了混凝土抗压，波形钢腹板质轻、抗剪屈服强度高的优点。与传统混凝土梁相比，具有自重轻、便于装配施工、缩短施工周期、造价低、耐久性好、全寿命周期经济效益高、低碳节能等优点。据报道，某桥梁工程采用预应力波形钢腹板连续变截面箱梁结构，波形钢腹板质量是同等效果的钢筋混凝土腹板的1/10。
国内波形钢腹板预应力混凝土箱形梁的应用起步较晚，但近年来发展迅速，并开始向大跨度、复杂桥梁发展。我国地域跨度较大，桥梁类别也千差万别，由于桥梁维护较为困难，波形钢腹板一般需要根据桥梁特点及地区环境特征采用普通型或长效防腐蚀涂装工艺，本文就此进行简要介绍。
1 桥梁波形钢腹板特点
桥梁波形钢腹板材质由桥梁设计单位确定，需要满足《桥梁结构钢》（GB/T 714）、《碳素结构钢》（GB/T 700）、低合金高强度结构钢（GB/T 1591）、《高耐修结构钢》（GB/T 4171）等相关国家标准。
工件特点：工件主体为板状且呈规律性的波形，高度不统一，端部焊有翼板,部分工件焊有密集的锚栓；工件最大尺寸为7 000 mm í1 500 mm í5 000 mm，最大质量6 t；典型工件尺寸（长í宽í高）为5 500 mmí500 mm í5 000 mm），量最大（占比60%~70%）。
涂装部位：与混凝土接触部位和现场焊接部位不需要涂装，需在抛丸后进行屏蔽保护，具体情况视不同产品设计要求。
2 桥梁波形钢腹板涂层体系
桥梁波形钢腹板主要环境为低污染的乡村大气环境、有工业气体、SO2中等污染程度的城市大气和工业大气环境，其腐蚀环境级别分别为低（C2）、中等（C3）。参照《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》（JT/T 722—2008），涂层保护年限普通型为10～15 a；长效型为15～25 a，保护年限、涂层体系具体由设计单位根据建设方要求确定，涂料选用一般也由建设方指定。常用的涂层体系见表1。
表1 常用涂层体系
3 桥梁波形钢腹板涂装工艺
3.1 涂装前处理工艺
桥梁波形钢腹板涂装参照桥梁钢结构涂装技术要求，前处理有酸洗和喷丸、抛丸等方式。酸洗由于环境污染较大，且工件表面粗糙度难以保证，一般作为热浸镀预处理使用。电弧热喷涂前处理一般采用喷、抛丸处理工艺，不仅可以去除工件表面锈蚀、氧化皮等污物，还可以强化工件表面，部分消除工件焊接应力。喷丸或喷砂作业多用于室外现场作业，生产效率相对较低，劳动强度大，不适用于大批量涂装生产线作业场合；抛丸作业具有清理效率高、费用低、操作人员少等优点，适用于大批量生产。电弧热喷涂前处理要求工件表面除锈等级Sa3级、粗糙度40~80μm、清洁度1级。丸料选择须保证粗糙度要求，可以采用不同粒径的丸料组合使用，在粗糙度不够时，可以在丸料中添加钢丝切丸。
3.2 涂装底涂层工艺
锌、铝或锌铝合金是长效防腐的主要涂层材料，对钢铁基体起着阳极保护作用。锌涂层钢结构件是耐大气、土壤环境腐蚀的阳极保护涂层，在SO2气体、海水中耐蚀性较差。铝涂层既起到阳极保护作用，又因在表面形成坚固致密的三氧化二铝薄膜起到惰性保护作用，铝涂层钢结构件耐含SO2气体、淡水、海水及pH为4.5～8.5溶液和其他氧化环境。底涂层有电弧热喷铝、电弧热喷锌、热浸镀锌等不同方式，这3种方式施工及性能对比见表2。
表2 底涂层施工及性能对比
3.3 工艺流程
桥梁波形钢腹板涂装生产线节拍计算为12 min/挂。中涂层由于膜厚要求150-180 μm，按2道喷涂设计，以避免流挂，并适当延长烘干时间。工艺布置时由于车间场地限制，在部分工件涂层遍数减少的情况下，仍需要经过整个生产线，设计中未考虑从中间分流后的快速下件通道。生产线工艺流程见表3所列。
表3 涂装生产线工艺流程
4 关键设备设计选型
根据本项目产品特点及涂装要求，关键设备为工件输送系统，上、下件装置，热喷涂室，机器人喷铝和喷漆系统等设计和选型。生产线中的抛丸室、喷漆室、流平室、烘干室、废气处理装置等在大型产品涂装线中较为常见，本文不再赘述。
4.1 工件输送系统
对于本项目工件来说，工件为大型不规则板形工件，采用垂直输送方式可以较好地满足各工序作业要求，可选的输送方式有积放链、自行葫芦。由于工件垂直吊挂高度较高，作业过程中少许高度升降对操作人员作用不大，同时工艺过程中也无积放、储存、分流等要求，经方案比较，确定采用自行小车输送方式，与自行葫芦输送系统相比，载物车下方没有葫芦，各工序不具备升降功能，投资较为节省。
自行小车输送系统由轨道、滑触线、自行小车、控制系统等组成。工件采用上定位方式，采用I36 a工字钢作为专用轨道，滑触线母线采用铜材模压成型，截面为C型，其通过绝缘套和固定支架等附件固定在轨道腹板上，再将滑线平行嵌入在支架内。采用双驱动载物车，在抛丸段变频调速慢行，以满足抛丸工艺时间要求。
4.2 上、下件装置
对于大型板状工件，垂直吊挂上、下件是个难点。考察国内类似产品的输送转运方式，较为简单的方式是通过车间起重机，将工件垂直放置在专用小车上，再平移动到输送轨道下方，需要支撑可靠，操作相对繁琐；另外一种方式是采用翻转机与移动升降机结合，翻转过程中防止倾倒，也需要在工装上固定，且造价相对较高。本项目创新采用移动小车与卷扬机结合方式上、下工件，移动小车上设有辊道，移到轨道下方后通过卷扬机起吊，上、下件位置半空中设有缓冲架、防撞架，人工操作平台采用空中移动式，以确保人员和工件安全。
4.3 喷铝室设计
喷铝室由室体、送风系统 排风除尘系统、喷铝系统、控制系统等组成。设备室体采用型钢骨架，壁板采用镀锌板折制而成，设备进出口设有电动大门，侧面设有安全小门。室体两侧设有照明灯，室体底部设置格栅，含尘气流经除尘管道，通过旋风除尘器（一级分离）和滤筒除尘器（二级分离）处理达标后，高空排入大气。
由于喷铝粉尘为爆炸性粉尘，设备设计中需注意防爆措施，主要措施有：室体、风管和除尘器均要求良好接地；滤筒采用抗静电的阻燃材料制作；及时清理室体、风管和除尘器内的积灰等。
4.4 机器人喷铝和喷漆
机器人喷铝和喷漆系统由喷涂机器人、机器人变位机系统、工件定位系统、喷涂系统和控制系统等组成。热喷涂机放置在喷铝室外部，气管及电缆线穿管进入室体，通过拖链与机器人连接，送丝机放置在变位机上与机器人一起移动。喷漆采用高压无气喷涂，供漆系统设在喷漆室外侧，亦通过拖链与机器人连接。
喷铝、喷漆机器人根据手腕负载能力及满足运动空间范围要求，经过离线模拟仿真，沿室体长度方向各设置2台机器人。为增大机器人工作范围，室内沿纵向相对设置有2台国产机器人直线变位机系统，直线变位机系统架设于钢制承重柱上。轨道上加装PVC风琴防尘护罩，防止灰尘进入；导轨采用线性导轨，并加装了自动润滑系统，维护方便。
工件定位与机器人变位机系统集成在一起。其核心元件为光电传感器，它利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。为保证机器人安全，在喷铝室及底漆喷漆室口加装激光测距系统，激光测距仪安装在上下往复运动的机构上，测量上下两点到工件的距离，得出的差值在设定范围可以喷涂；当工件吊装偏斜超过设定范围时，系统自动报警，由人工调整吊挂偏差后，将确认信号发送至总控制系统，然后再进行喷涂。
4.5 智能监控系统
涂装生产线电控系统总体上采用“分散控制、集中监视”的控制模式，电控系统分为3个层次：监控层、控制层、设备层，通过以太网将连接在一起。监控层位于网络上层，由1台工控机、显示屏等组成，通过网络与控制层的PLC连接在一起，工控机安装西门子Wincc7.0及以上版本组态监控软件，采用52 in液晶显示器，悬挂在车间醒目位置。能够模拟显示生产线、各喷漆室、烘干室的工作状态。对各工位的故障进行报警提示，并进行记录各生产班次的产量统计。分别能够显示：工艺流程图，抛丸清理室工作状态，喷铝室工作状态，各喷漆室工作状态，各烘干室工作状态，生产数据统计等参数。
5 结语
波形钢腹板由于较优的力学性能及性价比，目前不仅用于桥梁，已延伸到工业建筑和公用建筑领域，具有较好的市场前景。本项目按流水生产线设计，采用机器人自动喷铝、喷底漆，人工补喷方式，采用智能监控系统，自动化程度较高。本项目技术先进，工艺合理，物流便捷顺畅，能够满足桥梁钢波形钢腹板长效防腐涂装要求。
（文章发表于《现代涂料与涂装》2020-3期）
(0)
