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扁箱型鋼結構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已就位橋段的標高變化，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已就位橋段的標高變化，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高符合橋梁設計線形。
    關鍵詞：拼裝支架 撓曲變形 豎向線形 預變形

    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。橋的索塔為鋼箱結構，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。鋼箱梁的結構形式為雙箱、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。鋼橋在廠內分段制作，出廠前預拼裝后運到現場。現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，必須確保結構內力及變形滿足成橋后的設計要求。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構安裝及焊接過程形成的附加內力。但由于拼裝平臺所用桁架梁為彈性結構，承載后的彈性變形將引起支架頂部鋼箱梁安裝標高的變化，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節。


    鋼橋在工廠內分段制作過程中，按照設計線形，設置專用胎架進行拼裝，以保證全跨各分段鋼箱梁標高滿足橋梁設計的豎向線形要求。通過出廠前的預拼裝，檢查拼裝成的橋梁標高與設計豎向線形的制作偏差。預裝后，各段間接口處焊接定位耳板，用于現場安裝定位。
    三、安裝用支架
    鋼橋現場拼裝支架，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。桁架梁采用標準桿件拼裝而成，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，用于放置可調楔形塊，作為鋼梁段放置的支撐點，以便于梁底標高微量調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的鋼梁腹板位置，各支撐點的標高均取定于鋼橋橋面標高，應符合對成橋豎向線形的設計要求，支架形式見圖4、圖5。


    根據施工載荷，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，拼裝支架結構受力分析結果如下：
    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力為-33.5MPa，軍用墩的最小墩身壓應力為-16.7MPa；軍用墩的最大豎向位移為0.178cm。由計算結果可以確定軍用墩強度及變形均滿足施工要求。
    軍用梁構件的最大壓力為-331145N，最大拉力為254954N；軍用梁的最大構件壓應力為-162MPa，軍用梁的最大拉應力為123MPa；軍用梁的最大豎向位移為2.340cm。由計算結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制拱度以消除其對鋼梁拼裝的影響。
    四、支架基礎
    由于支架基礎直接建造在灞河河床上，必須保證基礎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定性。依據《建筑樁基技術規范 JGJ 94-94》和西安康特管樁技術有限公司提供的靜壓樁資料，結合灞河2＃橋工程7＃墩和8＃墩之間地質柱狀圖中土體性狀的工程地質描述，鋼梁拼裝平臺基礎的設計綜合考慮上部結構荷載條件、工程地質條件、場地與設備制約等因素，選用PHC-AB400-95-12型靜壓樁，采用靜壓法施工。樁頂部設置承臺，與管樁剛性連接。承臺頂部預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，如果樁壓到設計標高，將樁中伸入承臺的接長鋼筋直接與樁帽焊接，焊縫長度應不小于5倍鋼筋直徑；如果樁未壓到設計標高，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。根據拼裝支架的結構形式，樁按列排布，樁總數為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、線形調整和焊接后，再進行后續單元的吊裝。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為基準狀態，確定各支撐點初始狀態標高。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高值。對照初始狀態桁架上各支撐點標高值，計算出各承載階段桁架的變形量。將單元內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變形標高。通過在各支撐點設置預變形標高，與單元內橋段吊裝就位后支架的變形抵消，使各橋段最終安裝標高與設計豎向線形相符。
    各支撐點布置就位，完成各點預設標調整后，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支點位置的標高。標高測量一般在早上或無日照影響的情況下進行。與預先采用ANSYS建模計算對應位置標高值對比，確定偏差值。偏差值小于3mm時，下部支點暫不調整；超出3mm時，調整各支點的標高值。后續各段鋼梁依次進行吊裝就位，每段吊裝就位后，均應對前部已安裝段及新就位段的梁頂面標高進行復測，與計算值比照，并且在偏差超標情況下進行相應支點標高的調整 。由于后續鋼梁段的吊裝就位引起支架整體變形，會導致前部已就位鋼梁段的標高和對接口間隙變化，因此后續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。
    完成單元內全部梁段的吊裝就位后，對單元內的梁段頂板標高進行復測，與鋼橋的設計線形所對應的各點的標高進行對比，各對應點的標高偏差值小于3mm時不做調整，超出此偏差值時進行相應支點的標高調整。單元段鋼梁全部吊裝就位后便可以進行后續單元支架的拼裝及墊梁、調整墊鐵的布置和標高調整。
    已吊裝到支架上的鋼梁先進行線形調整和測量，再進行各分段接口的腹板、頂板、底板對接口的調整和固定。焊接開始前對梁頂標高進行復測，確認偏差在規定范圍內后，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。單元內梁段焊接完成后，進行后續單元梁段的吊裝。首先根據前一單元段吊裝過程中支架實際變形量的測量值，對照各支撐點標高計算值，進行比較后，對后續單元鋼梁段安裝前的支撐點點預設標高值進行修正。梁段吊裝過程中，每次支架加載后都應對支墩基礎進行沉降觀測，及時掌握基礎沉降對支架標高的影響。各橋段的吊裝，按既定程序進行跟蹤測量和調整。依次完成全橋各段鋼梁的吊裝。鋼橋拼裝見圖8。

    六、結束語
    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，節省了約800噸施工周轉材料。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，根據計算結果，對支撐桁架上鋼梁就位的支撐點設定預拋高，使鋼梁拼裝過程中的預變形抵消桁架承重后的下撓變形。鋼梁安裝就位后，梁頂面標高與成橋豎向線形標高偏差可以控制在5mm以內。提高了安裝精度，減少了鋼橋就位后的調整工作量，保證了全橋的豎向線形控制達到設計要求。
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