南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋三桁超高吊索塔架施工應(yīng)用技術(shù)
2017-04-12
1工程概況
南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋是京滬高速鐵路的控制性工程,主橋?yàn)?108+192+336+336+192+108)m六跨連續(xù)鋼桁梁拱橋,位于4#～10#墩間,橋梁承載雙線京滬高速鐵路、雙線滬漢蓉鐵路,在兩邊桁的外側(cè),各外挑5.8m的懸臂托架,支撐南京城市輕軌鐵路,橋面總寬41.6m。
南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋8#主墩鋼梁架設(shè)采用墩頂2個(gè)節(jié)間在墩旁托架上架設(shè),南側(cè)采用400t浮吊架設(shè)至南邊跨合龍口,北側(cè)采用70t架梁吊機(jī)懸臂拼裝至A37’節(jié)間,然后進(jìn)行主跨合龍,由于懸拼跨度大,輔以吊索塔架+斜拉索進(jìn)行懸臂拼裝。吊索塔架高度68.5m,前后吊索每桁(共三桁)設(shè)置三層,塔架立柱下端與鋼梁上弦節(jié)點(diǎn)預(yù)留鉸座板鉸接,吊索塔架利用塔吊分段散拼。8#墩邊跨合龍后,對(duì)8#墩側(cè)鋼梁縱向位移調(diào)整完畢后開(kāi)始拼裝吊索塔架。
吊索塔架單桁單層由4根吊索組成,共三桁,每桁三層。斜拉索上端錨固于塔柱錨固區(qū),下端錨固于鋼梁上弦預(yù)留燕子板上。斜拉索均采用高強(qiáng)平行鋼絲,外包PE保護(hù)層,第一、二斜拉索的設(shè)計(jì)安全系數(shù)為K=2,拉索的正常使用應(yīng)力不超過(guò)高強(qiáng)鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的50%,即拉索最大容許應(yīng)力[σ]≤0.50Rb。第三層斜拉索正常使用應(yīng)力不超過(guò)高強(qiáng)鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的50%,并預(yù)留10%的調(diào)索儲(chǔ)備,即拉索最大容許應(yīng)力[σ]≤0.45Rb。
吊索塔架錨箱有上錨箱和下錨箱兩種,上錨箱用于吊索上端和塔柱錨固區(qū)連接,下錨箱用于拉索下端與鋼梁燕子板連接。前索、后索每個(gè)錨箱設(shè)計(jì)拉力均為2500t。掛索及張拉時(shí)安裝吊索的千斤頂在下錨箱處操作,因此在下錨箱設(shè)計(jì)有供千斤頂、撐腳以及張拉桿安裝的空間,以利于安裝及調(diào)整吊索時(shí)操作。斜拉索通過(guò)錨箱導(dǎo)向管被牽引預(yù)緊, 192m邊跨合龍后,60t架梁吊機(jī)后退過(guò)程中,吊裝后索A6’、A8’、A10’節(jié)點(diǎn)錨箱。前索下錨箱均用70t爬行吊機(jī)之尾部吊機(jī)安裝。
8#墩懸臂架設(shè)鋼梁至A32′節(jié)點(diǎn)后,掛設(shè)并張拉第一層斜拉索,該斜拉索錨點(diǎn)位于拱上弦A29′節(jié)點(diǎn)。繼續(xù)架設(shè)鋼梁至A34′節(jié)點(diǎn),掛設(shè)并張拉第二層斜拉索,該斜拉索錨點(diǎn)位于拱上弦A32′節(jié)點(diǎn)。繼續(xù)架設(shè)鋼梁至A37′節(jié)點(diǎn),掛設(shè)并張拉第三層斜拉索,該斜拉索錨點(diǎn)位于拱上弦A34′節(jié)點(diǎn)。
2吊索塔架設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及加工
2.1 吊索塔架設(shè)計(jì)
吊索塔架是一個(gè)復(fù)雜的受力體系,其計(jì)算模型為軸心受壓桿件。經(jīng)吊索傳來(lái)的力通過(guò)塔架中心立柱頂部拉板分配給中心立柱,中心立柱通過(guò)立柱底節(jié)下鉸座支承在鋼梁節(jié)點(diǎn)上,將力傳給鋼梁,直至橋墩。
2.2 斜拉索計(jì)算原理
假設(shè)斜拉索索長(zhǎng)L,塔梁兩端索孔錨板中心的幾何距離L。,梁端錨杯距梁端錨墊板的距離 為a,在牽引力T作用下,其彈性伸長(zhǎng)量為TL/EA,
垂度影響的伸長(zhǎng)量近似為: ,
斜拉索計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1,因此可得:
式中:L0―上下兩端索孔錨板中心的幾何距離
L―斜拉索的長(zhǎng)度
LX―L0的水平投影長(zhǎng)度
E―垂直索的彈性模量
W―鋼索單位長(zhǎng)度重量
A―鋼索中鋼絲的截面積
T―牽引力
2.3 吊索塔架加工
因本結(jié)構(gòu)工程量大,工期緊,要求合理安排,周密組織,科學(xué)管理,應(yīng)盡早完成前期施工的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,滿足工程總工期和節(jié)點(diǎn)工期的要求。
本結(jié)構(gòu)采用專業(yè)分工的流水作業(yè)生產(chǎn)模式,H型梁嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn):
(1)放樣處理
在整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)制造中,放樣工作是非常重要的一環(huán),因?yàn)樗械牧慵叽绾托螤疃急仨毾刃蟹艠?然后依樣進(jìn)行加工,最后才把各個(gè)零件裝配成一個(gè)整體。因此,放樣工作的準(zhǔn)確與否將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
放樣前,放樣人員必須熟悉制作施工圖及本工程的一些特殊工藝要求。在放樣的同時(shí),放樣人員核對(duì)制作施工圖,如發(fā)現(xiàn)施工圖有遺漏、錯(cuò)誤或其它原因須更改施工圖時(shí),必須取得設(shè)計(jì)院的書(shū)面認(rèn)可,不可擅自修改。
(2)下料
根據(jù)材料的用途和精確程度,一般采用以下幾種方法進(jìn)行下料,即自動(dòng)切割機(jī)下料、半自動(dòng)切割機(jī)下料。
(3)材料的矯正、邊緣處理
本工程中需要做邊緣加工的部位:設(shè)計(jì)圖紙中有技術(shù)要求的焊接坡口;尺寸精度要求嚴(yán)格的加勁板、腹板及有孔眼的節(jié)點(diǎn)板等。用機(jī)械和火焰矯正法對(duì)鋼板進(jìn)行矯正,保證平直度。
鋼板表面的銹跡應(yīng)清除干凈,除銹后表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)油脂和污垢,且無(wú)氧化皮,鐵銹和油漆涂層等附著物應(yīng)基本清除干凈,其殘留物應(yīng)附著牢固。
(4)鉆孔
本結(jié)構(gòu)采用鉆模套鉆法鉆孔。即鉆孔前先制作鉆模,材料用45#鋼板(δ=16mm),鉆模用數(shù)控鉆床鉆孔。鉆模作為鉆頭定心用,待鉆工件上定位完成后須報(bào)質(zhì)檢員驗(yàn)收合格后方可施工。在首件構(gòu)件加工完成后復(fù)查尺寸,誤差在允許范圍內(nèi)方可繼續(xù)施工。
(5)鋼板對(duì)接
由于鋼板規(guī)格所限,所以在本結(jié)構(gòu)中加工鋼梁和鋼柱時(shí),一部分鋼板需要進(jìn)行對(duì)接。對(duì)接鋼板采用埋弧焊對(duì)接,因本結(jié)構(gòu)選用鋼板板厚較厚,因此在對(duì)接處開(kāi)坡口以保證對(duì)接焊縫全部熔透。在焊接背面時(shí)必須進(jìn)行清根處理,當(dāng)發(fā)現(xiàn)正面焊縫有氣孔、夾渣等缺陷則必須將此處打磨到清除為止。
(6)組立H型鋼
彈出下翼緣板中心線,再以中心線為基線彈出腹板厚度線,平放在組立機(jī)平臺(tái)上,端頭緊貼靠模,吊起腹板將端頭緊貼靠模(注意有斜度的要將大頭緊貼端頭靠模),腹板要立在線上,用輥輪壓緊定位后測(cè)量翼緣,板邊之間墊薄鐵板調(diào)整,直到誤差允許范圍內(nèi)(±2mm)為止,放下壓輥整體定位,然后從端頭開(kāi)始將腹板與翼緣板自動(dòng)點(diǎn)焊初步成型。
(7)焊接H型鋼
?、?gòu)?fù)核組裝件幾何尺寸是否符合要求,查看所有焊縫區(qū)域內(nèi)清潔情況,如有殘留割渣、水、污物,應(yīng)進(jìn)行處理。
?、跈z查焊絲是否是指定的規(guī)格及清潔干燥情況。
?、郯匆?guī)定焊接參數(shù),調(diào)節(jié)焊接電流,進(jìn)絲速度和行走速度。
④采取船形位置施焊,工件要求基本墊成水平。
?、莺附訒r(shí)使用的焊劑必須經(jīng)過(guò)烘焙。烘焙約1小時(shí),溫度150-300℃。本工程焊接低碳合金鋼的熔煉焊劑在使用中放置時(shí)間不許超過(guò)8小時(shí)。焊劑反復(fù)使用后重復(fù)使用次數(shù)不許超過(guò)10次。未用完的焊劑,使用次數(shù)未超過(guò)十次的,應(yīng)回收起來(lái),以便下次使用。
3吊索塔架安裝
3.1 準(zhǔn)備工作
(1)沖釘
吊索塔架拼裝用沖釘選用材質(zhì)45號(hào)鋼制作,并經(jīng)過(guò)淬火回火熱處理后才能使用,其硬度應(yīng)滿足HRC≥40。本吊索塔架選用的沖釘直徑分別為mm、mm和兩種規(guī)格。沖釘制作完畢后,對(duì)其進(jìn)行抽檢,不符合要求的不能使用,吊索塔架拼裝以前應(yīng)準(zhǔn)備好2000個(gè)沖釘。
(2)腳手架
吊索塔架拼裝前應(yīng)準(zhǔn)備好各種腳手支架,包括底節(jié)拼裝腳手、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拼裝腳手、非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拼裝腳手、橫向聯(lián)結(jié)系拼裝腳手、聯(lián)結(jié)桁架拼裝腳手、掛索平臺(tái)腳手、錨固區(qū)聯(lián)結(jié)系拼裝腳手等。
3.2 拼裝方法
吊索塔架因底節(jié)重量大,采用浮吊安裝,其余部位采用2臺(tái)塔吊共同安裝,先安裝中心立柱,再安裝聯(lián)結(jié)系,最后安裝錨箱。塔吊安裝時(shí)同步隨塔架高度增加逐步自升,塔吊撐桿設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)式,確保鋼梁縱移時(shí)塔吊垂直度在可控范圍內(nèi)。吊索塔架總體布置見(jiàn)圖2所示。
3.3 質(zhì)量控制
拼裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下:
桁距(中至中)偏差 ±10mm
吊索架橫向?qū)挾绕?±10mm
吊索架高度誤差 ±50mm
吊索架垂直誤差5’
4斜拉索掛設(shè)及張拉
4.1斜拉索掛設(shè)順序
(1)掛索總順序:先第一層索,再第二層索,最后第三層索。
(2)對(duì)于某層索,先同步掛設(shè)中桁斜拉索,再掛設(shè)兩邊桁斜拉索。
(3)對(duì)于某桁索:先同步掛設(shè)1#、3#前后索再同步掛設(shè)2#、4#前后索。斜拉索編號(hào)如圖3所示。
(4)對(duì)于某根索,先放索,錨固端錨頭掛設(shè),再?gòu)埨隋^頭掛設(shè)。
4.2 放索
斜拉索采用水平轉(zhuǎn)盤放索,索盤放置在橋面板上;在放索過(guò)程中,由于索盤自身的彈性和牽引產(chǎn)生的偏心力,會(huì)使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生加速,導(dǎo)致散盤,所以現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)盤加設(shè)剎車裝置。
前索將張拉端錨頭牽出放于錨頭小船上,船身兩側(cè)開(kāi)有小孔用以將錨頭固定在小船上。在張拉端錨頭上安裝放索錨座,用10t卷?yè)P(yáng)機(jī)配合20t滑車組牽引錨座放索,直至斜拉索全部展開(kāi)。后索將錨固端錨頭牽出放于錨頭小船上,船身兩側(cè)開(kāi)有小孔用以將錨頭固定在小船上。在錨固端錨頭上安裝放索錨座,用10t卷?yè)P(yáng)機(jī)配合20t滑車組牽引錨座放索,直至斜拉索全部展開(kāi)。
4.3 斜拉索張拉
(1)在張拉端錨杯上安裝張拉桿Ⅰ并使張拉桿Ⅰ戴滿一個(gè)螺帽,然后安裝張拉桿Ⅱ及硬牽引裝置(包括650t穿心式千斤頂及撐腳),用千斤頂牽引張拉桿直至錨杯戴帽。張拉端錨杯戴帽如圖4所示。
(2)張拉端錨頭戴帽后,利用650t穿心式千斤頂配張拉桿張拉索力至設(shè)計(jì)噸位,擰緊錨固螺母。
(3)斜拉索的張拉作業(yè)遵循“平衡、對(duì)稱、同步、分級(jí)”的原則。
(4)一層24根斜拉索同步張拉至設(shè)計(jì)噸位,需24臺(tái)千斤頂同步作業(yè)。張拉過(guò)程千斤頂要分級(jí)加載,不得一步到位;分級(jí)值為索力的10%,張拉結(jié)束后各斜拉索索力誤差值控制在5%以內(nèi)。
5吊索塔架在合龍過(guò)程中的應(yīng)用
通過(guò)調(diào)整斜拉索索力,可以控制主跨合龍口縱橫向位移及豎向轉(zhuǎn)角,取消了墩頂頂落梁裝置的布置。確保鋼梁合龍時(shí)線形滿足施工監(jiān)控要求。
6 結(jié)語(yǔ)
隨著南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋鋼梁順利的架設(shè)及合龍,吊索塔架施工應(yīng)用逐漸走向成熟,其具有減少鋼梁桿件安裝內(nèi)力、減少伸臂端撓度、增加伸臂端桁梁的側(cè)傾穩(wěn)定性和增加鋼梁剛度、防止晃動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越得到重視和發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
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作者簡(jiǎn)介:
張東超,(1984-),男,助理工程師,2006年畢業(yè)于吉林建筑工程學(xué)院交通土建專業(yè), 工學(xué)學(xué)士
