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扁箱型鋼結(jié)構(gòu)橋梁采用支架拼裝時(shí)豎向線型的控制

作者:張 強(qiáng)    
時(shí)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí),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(duì)接。
    摘 要:采用鋼桁架作為大跨度鋼橋的拼裝支架進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí),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(duì)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(jì)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?yàn)樾崩鳂颍骺?45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(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)?,F(xiàn)場(chǎng)采用軍用墩支架搭建拼裝平臺(tái),支架的每個(gè)安裝單元跨度為12米,每個(gè)安裝單元內(nèi)可拼裝四個(gè)鋼梁分段,總重約250噸。鋼橋成橋后如圖1所示。

    二、施工要點(diǎn)
    橋梁施工過(guò)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(jì)要求。灞河2# 橋鋼箱梁的安裝采用支架搭建拼裝平臺(tái),便于安裝中鋼梁縱橋向軸線偏差控制,同時(shí)最大程度減小結(jié)構(gòu)安裝及焊接過(guò)程形成的附加內(nèi)力。但由于拼裝平臺(tái)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(jìn)行鋼箱梁安裝時(shí),豎向線形的控制便成了重點(diǎn)控制環(huán)節(jié)。


    鋼橋在工廠內(nèi)分段制作過(guò)程中,按照設(shè)計(jì)線形,設(shè)置專用胎架進(jìn)行拼裝,以保證全跨各分段鋼箱梁標(biāo)高滿足橋梁設(shè)計(jì)的豎向線形要求。通過(guò)出廠前的預(yù)拼裝,檢查拼裝成的橋梁標(biāo)高與設(shè)計(jì)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(chǎng)安裝定位。
    三、安裝用支架
    鋼橋現(xiàn)場(chǎng)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~I(xiàn)10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(diǎn),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(diǎn)布置在相應(yīng)的鋼梁腹板位置,各支撐點(diǎn)的標(biāo)高均取定于鋼橋橋面標(biāo)高,應(yīng)符合對(duì)成橋豎向線形的設(shè)計(jì)要求,支架形式見(jiàn)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(diǎn)的分布,采取ANSYS實(shí)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(jì)算結(jié)果可以確定軍用墩強(qiáng)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(jì)算結(jié)果可以確定軍用梁強(qiáng)度滿足施工要求,其豎向變形可通過(guò)增加預(yù)制拱度以消除其對(duì)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(guò)程測(cè)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(tái)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)荷載條件、工程地質(zhì)條件、場(chǎng)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(tái),與管樁剛性連接。承臺(tái)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(jiàn)圖6。

    靜壓法施工時(shí),如果樁壓到設(shè)計(jì)標(biāo)高,將樁中伸入承臺(tái)的接長(zhǎng)鋼筋直接與樁帽焊接,焊縫長(zhǎng)度應(yīng)不小于5倍鋼筋直徑;如果樁未壓到設(shè)計(jì)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(xì)石混凝土,并在混凝土中均分插入6*φ14鋼筋與承臺(tái)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(jiàn)圖6。


    五、鋼橋安裝線形控制
    橋梁的拼裝支架以12米長(zhǎng)度為一個(gè)拼裝單元,在完成一個(gè)拼裝單元的鋼梁吊裝、線形調(diào)整和焊接后,再進(jìn)行后續(xù)單元的吊裝。鋼橋從主跨兩端分兩個(gè)吊裝單元分別向跨中方向進(jìn)行吊裝。吊裝過(guò)程對(duì)鋼橋豎向線形跟蹤測(cè)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(jìn)行不同加載階段的支架變形計(jì)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(diǎn)初始狀態(tài)標(biāo)高。采用ANSYS實(shí)體建模,計(jì)算各梁段在支撐桁架上依次吊裝就位后,桁架在每個(gè)加載階段的各點(diǎn)標(biāo)高值。對(duì)照初始狀態(tài)桁架上各支撐點(diǎn)標(biāo)高值,計(jì)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(diǎn)處的最終變形值,作為鋼梁分段吊裝前的各支點(diǎn)位置的預(yù)變形標(biāo)高。通過(guò)在各支撐點(diǎn)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(jì)豎向線形相符。
    各支撐點(diǎn)布置就位,完成各點(diǎn)預(yù)設(shè)標(biāo)調(diào)整后,便可進(jìn)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(cè)量橋段頂板對(duì)應(yīng)支點(diǎn)位置的標(biāo)高。標(biāo)高測(cè)量一般在早上或無(wú)日照影響的情況下進(jìn)行。與預(yù)先采用ANSYS建模計(jì)算對(duì)應(yīng)位置標(biāo)高值對(duì)比,確定偏差值。偏差值小于3mm時(shí),下部支點(diǎn)暫不調(diào)整;超出3mm時(shí),調(diào)整各支點(diǎn)的標(biāo)高值。后續(xù)各段鋼梁依次進(jìn)行吊裝就位,每段吊裝就位后,均應(yīng)對(duì)前部已安裝段及新就位段的梁頂面標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè),與計(jì)算值比照,并且在偏差超標(biāo)情況下進(jìn)行相應(yīng)支點(diǎn)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(huì)導(dǎo)致前部已就位鋼梁段的標(biāo)高和對(duì)接口間隙變化,因此后續(xù)鋼梁段安裝就位時(shí)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(duì)單元內(nèi)的梁段頂板標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè),與鋼橋的設(shè)計(jì)線形所對(duì)應(yīng)的各點(diǎn)的標(biāo)高進(jìn)行對(duì)比,各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的標(biāo)高偏差值小于3mm時(shí)不做調(diào)整,超出此偏差值時(shí)進(jìn)行相應(yīng)支點(diǎn)的標(biāo)高調(diào)整。單元段鋼梁全部吊裝就位后便可以進(jìn)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(jìn)行線形調(diào)整和測(cè)量,再進(jìn)行各分段接口的腹板、頂板、底板對(duì)接口的調(diào)整和固定。焊接開(kāi)始前對(duì)梁頂標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè),確認(rèn)偏差在規(guī)定范圍內(nèi)后,進(jìn)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(jìn)行后續(xù)單元梁段的吊裝。首先根據(jù)前一單元段吊裝過(guò)程中支架實(shí)際變形量的測(cè)量值,對(duì)照各支撐點(diǎn)標(biāo)高計(jì)算值,進(jìn)行比較后,對(duì)后續(xù)單元鋼梁段安裝前的支撐點(diǎn)點(diǎn)預(yù)設(shè)標(biāo)高值進(jìn)行修正。梁段吊裝過(guò)程中,每次支架加載后都應(yīng)對(duì)支墩基礎(chǔ)進(jìn)行沉降觀測(cè),及時(shí)掌握基礎(chǔ)沉降對(duì)支架標(biāo)高的影響。各橋段的吊裝,按既定程序進(jìn)行跟蹤測(cè)量和調(diào)整。依次完成全橋各段鋼梁的吊裝。鋼橋拼裝見(jiàn)圖8。

    六、結(jié)束語(yǔ)
    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(tái)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(shí)向跨中方向進(jìn)行吊裝的施工順序,提高了施工機(jī)具和現(xiàn)場(chǎng)人員的工作效率,縮短了工期。通過(guò)對(duì)拼裝支架承載后變形進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果,對(duì)支撐桁架上鋼梁就位的支撐點(diǎn)設(shè)定預(yù)拋高,使鋼梁拼裝過(guò)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(dá)到設(shè)計(jì)要求。
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