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扁箱型鋼結(jié)構(gòu)橋梁采用支架拼裝時豎向線型的控制

作者：張 強    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
采用鋼桁架作為大跨度鋼橋的拼裝支架進行現(xiàn)場吊裝時，由于鋼桁架在承重后的彈性撓曲變形將引起拼裝單元內(nèi)已就位橋段的標(biāo)高變化，從而影響成橋后豎向線 形和各梁段間的接口對接。
    摘 要：采用鋼桁架作為大跨度鋼橋的拼裝支架進行現(xiàn)場吊裝時，由于鋼桁架在承重后的彈性撓曲變形將引起拼裝單元內(nèi)已就位橋段的標(biāo)高變化，從而影響成橋后豎向線 形和各梁段間的接口對接。因此，必須在鋼橋拼裝階段采取預(yù)變形措施抵消支架 承載后的變形，以保證鋼橋各段安裝成橋后的標(biāo)高符合橋梁設(shè)計線形。
    關(guān)鍵詞：拼裝支架 撓曲變形 豎向線形 預(yù)變形

    一、工程概況
    本工程是西安灞河2#橋，該橋為斜拉索橋，主跨145米。橋的索塔為鋼箱結(jié)構(gòu)，與水平面成75°傾斜角，垂直高度78米。主跨鋼箱梁及鋼塔的制造及安裝總工程量為4400噸。鋼箱梁的結(jié)構(gòu)形式為雙箱、雙室扁箱型鋼箱梁，箱梁截面高度2.41米，梁面寬度29.80米。鋼橋總重為2800噸。梁底板距河床高度為11.86米。鋼橋在廠內(nèi)分段制作，出廠前預(yù)拼裝后運到現(xiàn)場?，F(xiàn)場采用軍用墩支架搭建拼裝平臺，支架的每個安裝單元跨度為12米，每個安裝單元內(nèi)可拼裝四個鋼梁分段，總重約250噸。鋼橋成橋后如圖1所示。

    二、施工要點
    橋梁施工過程中，必須確保結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形滿足成橋后的設(shè)計要求。灞河2# 橋鋼箱梁的安裝采用支架搭建拼裝平臺，便于安裝中鋼梁縱橋向軸線偏差控制，同時最大程度減小結(jié)構(gòu)安裝及焊接過程形成的附加內(nèi)力。但由于拼裝平臺所用桁架梁為彈性結(jié)構(gòu)，承載后的彈性變形將引起支架頂部鋼箱梁安裝標(biāo)高的變化，從而影響成橋的豎向線型。因此采用支架拼裝的方法進行鋼箱梁安裝時，豎向線形的控制便成了重點控制環(huán)節(jié)。


    鋼橋在工廠內(nèi)分段制作過程中，按照設(shè)計線形，設(shè)置專用胎架進行拼裝，以保證全跨各分段鋼箱梁標(biāo)高滿足橋梁設(shè)計的豎向線形要求。通過出廠前的預(yù)拼裝，檢查拼裝成的橋梁標(biāo)高與設(shè)計豎向線形的制作偏差。預(yù)裝后，各段間接口處焊接定位耳板，用于現(xiàn)場安裝定位。
    三、安裝用支架
    鋼橋現(xiàn)場拼裝支架，采用64式軍用梁作為承重桁架梁，65式軍用墩作為支墩，組成拼裝支架。桁架梁采用標(biāo)準(zhǔn)桿件拼裝而成，所有連接均為鉸接。


    桁架梁上橫向布置雙I40b工字鋼作為載荷分配梁，分配梁上縱向布置I32a～I10不等高度的工字鋼為墊梁，用于放置可調(diào)楔形塊，作為鋼梁段放置的支撐點，以便于梁底標(biāo)高微量調(diào)整和鋼梁掛索的落架。鋼梁段在支架上的各支撐點布置在相應(yīng)的鋼梁腹板位置，各支撐點的標(biāo)高均取定于鋼橋橋面標(biāo)高，應(yīng)符合對成橋豎向線形的設(shè)計要求，支架形式見圖4、圖5。


    根據(jù)施工載荷，軍用墩、桁架梁及墊梁、分布梁自重和支撐點的分布，采取ANSYS實體建模，拼裝支架結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果如下：
    軍用墩的最大墩身壓力為-536133N，最小墩身壓力為-266788N；軍用墩的最大墩身壓應(yīng)力為-33.5MPa，軍用墩的最小墩身壓應(yīng)力為-16.7MPa；軍用墩的最大豎向位移為0.178cm。由計算結(jié)果可以確定軍用墩強度及變形均滿足施工要求。
    軍用梁構(gòu)件的最大壓力為-331145N，最大拉力為254954N；軍用梁的最大構(gòu)件壓應(yīng)力為-162MPa，軍用梁的最大拉應(yīng)力為123MPa；軍用梁的最大豎向位移為2.340cm。由計算結(jié)果可以確定軍用梁強度滿足施工要求，其豎向變形可通過增加預(yù)制拱度以消除其對鋼梁拼裝的影響。
    四、支架基礎(chǔ)
    由于支架基礎(chǔ)直接建造在灞河河床上，必須保證基礎(chǔ)的承載力及抗沉降的能力，才能保證橋梁拼裝過程測量尺寸的穩(wěn)定性。依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范 JGJ 94-94》和西安康特管樁技術(shù)有限公司提供的靜壓樁資料，結(jié)合灞河2＃橋工程7＃墩和8＃墩之間地質(zhì)柱狀圖中土體性狀的工程地質(zhì)描述，鋼梁拼裝平臺基礎(chǔ)的設(shè)計綜合考慮上部結(jié)構(gòu)荷載條件、工程地質(zhì)條件、場地與設(shè)備制約等因素，選用PHC-AB400-95-12型靜壓樁，采用靜壓法施工。樁頂部設(shè)置承臺，與管樁剛性連接。承臺頂部預(yù)埋鋼板和地腳螺栓與上部支架連接。樁基示意圖見圖6。

    靜壓法施工時，如果樁壓到設(shè)計標(biāo)高，將樁中伸入承臺的接長鋼筋直接與樁帽焊接，焊縫長度應(yīng)不小于5倍鋼筋直徑；如果樁未壓到設(shè)計標(biāo)高，由于管樁的樁頭均采用專用工具鋸斷，口平齊，故不能利用樁帽與鋼筋連接。需在樁頭的樁管內(nèi)填充不小于420mm深的C30細石混凝土，并在混凝土中均分插入6*φ14鋼筋與承臺連接。根據(jù)拼裝支架的結(jié)構(gòu)形式，樁按列排布，樁總數(shù)為140根。樁位布置圖見圖6。


    五、鋼橋安裝線形控制
    橋梁的拼裝支架以12米長度為一個拼裝單元，在完成一個拼裝單元的鋼梁吊裝、線形調(diào)整和焊接后，再進行后續(xù)單元的吊裝。鋼橋從主跨兩端分兩個吊裝單元分別向跨中方向進行吊裝。吊裝過程對鋼橋豎向線形跟蹤測控。全橋吊裝作業(yè)最終在跨中完成合攏。
    使用64式軍用梁做為鋼橋拼裝支架，在施工前根據(jù)施工各階段的工況進行不同加載階段的支架變形計算。拼裝支架在自重、分配梁重及墊梁重量作用下的狀態(tài)為基準(zhǔn)狀態(tài)，確定各支撐點初始狀態(tài)標(biāo)高。采用ANSYS實體建模，計算各梁段在支撐桁架上依次吊裝就位后，桁架在每個加載階段的各點標(biāo)高值。對照初始狀態(tài)桁架上各支撐點標(biāo)高值，計算出各承載階段桁架的變形量。將單元內(nèi)全部鋼梁載荷加到桁架梁上后，各梁段支撐點處的最終變形值，作為鋼梁分段吊裝前的各支點位置的預(yù)變形標(biāo)高。通過在各支撐點設(shè)置預(yù)變形標(biāo)高，與單元內(nèi)橋段吊裝就位后支架的變形抵消，使各橋段最終安裝標(biāo)高與設(shè)計豎向線形相符。
    各支撐點布置就位，完成各點預(yù)設(shè)標(biāo)調(diào)整后，便可進行鋼梁分段的吊裝。每段鋼梁在支架上就位后，首先調(diào)整其縱橋向中心與鋼梁中心線重合，然后測量橋段頂板對應(yīng)支點位置的標(biāo)高。標(biāo)高測量一般在早上或無日照影響的情況下進行。與預(yù)先采用ANSYS建模計算對應(yīng)位置標(biāo)高值對比，確定偏差值。偏差值小于3mm時，下部支點暫不調(diào)整；超出3mm時，調(diào)整各支點的標(biāo)高值。后續(xù)各段鋼梁依次進行吊裝就位，每段吊裝就位后，均應(yīng)對前部已安裝段及新就位段的梁頂面標(biāo)高進行復(fù)測，與計算值比照，并且在偏差超標(biāo)情況下進行相應(yīng)支點標(biāo)高的調(diào)整 。由于后續(xù)鋼梁段的吊裝就位引起支架整體變形，會導(dǎo)致前部已就位鋼梁段的標(biāo)高和對接口間隙變化，因此后續(xù)鋼梁段安裝就位時僅與前段鋼梁頂板上的定位板用螺栓連接定位，下底板及腹板上的定位板暫不連接定位。
    完成單元內(nèi)全部梁段的吊裝就位后，對單元內(nèi)的梁段頂板標(biāo)高進行復(fù)測，與鋼橋的設(shè)計線形所對應(yīng)的各點的標(biāo)高進行對比，各對應(yīng)點的標(biāo)高偏差值小于3mm時不做調(diào)整，超出此偏差值時進行相應(yīng)支點的標(biāo)高調(diào)整。單元段鋼梁全部吊裝就位后便可以進行后續(xù)單元支架的拼裝及墊梁、調(diào)整墊鐵的布置和標(biāo)高調(diào)整。
    已吊裝到支架上的鋼梁先進行線形調(diào)整和測量，再進行各分段接口的腹板、頂板、底板對接口的調(diào)整和固定。焊接開始前對梁頂標(biāo)高進行復(fù)測，確認(rèn)偏差在規(guī)定范圍內(nèi)后，進行鋼梁的焊接。整體焊接順序與吊裝順序相同，先焊接梁段間腹板接口，再焊接下底板的接口，最后焊接上頂板的接口。單元內(nèi)梁段焊接完成后，進行后續(xù)單元梁段的吊裝。首先根據(jù)前一單元段吊裝過程中支架實際變形量的測量值，對照各支撐點標(biāo)高計算值，進行比較后，對后續(xù)單元鋼梁段安裝前的支撐點點預(yù)設(shè)標(biāo)高值進行修正。梁段吊裝過程中，每次支架加載后都應(yīng)對支墩基礎(chǔ)進行沉降觀測，及時掌握基礎(chǔ)沉降對支架標(biāo)高的影響。各橋段的吊裝，按既定程序進行跟蹤測量和調(diào)整。依次完成全橋各段鋼梁的吊裝。鋼橋拼裝見圖8。

    六、結(jié)束語
    在西安霸河2#橋鋼橋安裝中，采用了軍用墩支架作為拼接平臺的施工方法，節(jié)省了約800噸施工周轉(zhuǎn)材料。由于采取從主跨兩端同時向跨中方向進行吊裝的施工順序，提高了施工機具和現(xiàn)場人員的工作效率，縮短了工期。通過對拼裝支架承載后變形進行計算，根據(jù)計算結(jié)果，對支撐桁架上鋼梁就位的支撐點設(shè)定預(yù)拋高，使鋼梁拼裝過程中的預(yù)變形抵消桁架承重后的下?lián)献冃巍ｄ摿喊惭b就位后，梁頂面標(biāo)高與成橋豎向線形標(biāo)高偏差可以控制在5mm以內(nèi)。提高了安裝精度，減少了鋼橋就位后的調(diào)整工作量，保證了全橋的豎向線形控制達到設(shè)計要求。
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