大跨度鋼拱結(jié)構(gòu)豎轉(zhuǎn)提升施工法

        作者:張強(qiáng) 李磊    
        時(shí)間:2013-11-05 16:28:20 [收藏]
        大跨度鋼拱結(jié)構(gòu)采用豎轉(zhuǎn)提升施工法安裝,鋼拱肋在地面低支架拼裝成兩個(gè)可繞拱腳轉(zhuǎn)動(dòng)的半跨鋼拱,通過安裝在臨時(shí)塔架上的液壓穿心千斤頂,將兩側(cè)的半跨拱肋豎轉(zhuǎn)提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高后合攏
            關(guān)鍵詞:大跨度鋼拱結(jié)構(gòu)豎轉(zhuǎn)提升施工法

          摘要:大跨度鋼拱結(jié)構(gòu)采用豎轉(zhuǎn)提升施工法安裝,鋼拱肋在地面低支架拼裝成兩個(gè)可繞拱腳轉(zhuǎn)動(dòng)的半跨鋼拱,通過安裝在臨時(shí)塔架上的液壓穿心千斤頂,將兩側(cè)的半跨拱肋豎轉(zhuǎn)提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高后合攏。拱肋的拼裝在低支架完成,降低了對(duì)大型施工機(jī)械的依賴和高空作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn),易于保證結(jié)構(gòu)線性和焊接的質(zhì)量。

          關(guān)鍵詞:大跨度鋼拱;豎轉(zhuǎn)提升;低支架拼裝

          1 工程概況

          本施工法應(yīng)用于雙向十車道三連跨(40+200+40m中承式提籃系桿拱橋的主拱肋施工,主拱肋為鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu),見圖1。.拱肋向橋軸中心線斜傾,傾角為78°343”,為空間曲線形式,兩主肋頂端在主跨中心處距離為20m,拱腳處兩拱肋中心距離為40.99m,主拱肋對(duì)稱布置在路面的橫向側(cè)分帶內(nèi),每榀主拱肋由4支φ1200mm壁厚24mm鋼管組成高5000mm、寬2800mm的平行四邊形截面。細(xì)部結(jié)構(gòu)見圖2、圖3。兩道主拱肋之間設(shè)有5H型橫撐,每道橫撐為空鋼管構(gòu)成的格構(gòu)桁架梁,拱頂橫撐中心尺寸為3500mmx3800mm,主拱肋鋼材材質(zhì)為Q345D,最大焊接板厚度為40mm。主拱肋安裝完成后,拱肋上下弦鋼管和綴板內(nèi)灌注C50號(hào)微膨脹混凝土。

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          鋼拱橋主視

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          拱肋弦桿與腹桿連接

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          3:拱肋橫斷面(大跨度鋼拱結(jié)構(gòu)豎轉(zhuǎn)提升施工法)

          2 鋼拱肋施工重點(diǎn)難點(diǎn)與對(duì)策

          1)拱鉸轉(zhuǎn)軸中心線的安裝定位:拱鉸轉(zhuǎn)軸中心線是拱肋拼裝和豎轉(zhuǎn)施工的基準(zhǔn)。決定著現(xiàn)場(chǎng)拼裝和能否實(shí)現(xiàn)拱肋的精確合龍。

          對(duì)策:建立精確的測(cè)控網(wǎng),采用傳統(tǒng)施工工藝與先進(jìn)的測(cè)繪手段相結(jié)合的施工方法,完成拱鉸下座的定位和安裝。                      

          2)鋼拱肋拼裝定位精度控制:由于主拱肋采取現(xiàn)場(chǎng)低支架拼裝,拱肋拼裝線形相當(dāng)于成拱曲線繞鉸軸旋轉(zhuǎn)一定角度,拼裝過程各拱肋段定位坐標(biāo)的標(biāo)定是拱肋拼裝技術(shù)準(zhǔn)備重點(diǎn)

          對(duì)策:采用Solidwork軟件建立拱肋的三維模型,在模型上將拱肋旋轉(zhuǎn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝位置,確定拱肋段各定位點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)前后的相互位置關(guān)系。現(xiàn)場(chǎng)拼裝前建立精確的測(cè)控網(wǎng)站,嚴(yán)格測(cè)量和復(fù)測(cè)程序。                                                            

          3)拱肋豎轉(zhuǎn)提升體系統(tǒng)各部位的結(jié)構(gòu)安全性是豎轉(zhuǎn)提升的重要保證。

          對(duì)策:全面考慮拱肋施工現(xiàn)場(chǎng)的氣候環(huán)境、施工工況等影響因素,對(duì)主要承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元應(yīng)力分析。在豎轉(zhuǎn)過程中,對(duì)結(jié)構(gòu)重要部位進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)。

          4)鋼拱肋豎轉(zhuǎn)采用4臺(tái)穿心千斤頂進(jìn)行牽引,多頂同步和載荷均勻是豎轉(zhuǎn)提升順利實(shí)施的難點(diǎn)。

              對(duì)策:采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù),建立豎轉(zhuǎn)提升控制網(wǎng)絡(luò),通過安裝在提升千斤頂上的壓力傳感器和位移傳感器實(shí)現(xiàn)提升千斤頂?shù)臓恳臀灰票O(jiān)控并及時(shí)進(jìn)行均衡調(diào)整.

          3 鋼拱肋現(xiàn)場(chǎng)拼裝

          本工程主拱拱肋矢高50m,拱肋拼裝工藝段劃分長(zhǎng)度為1927m,最大單段重量為115t。如采用滿堂支架進(jìn)行拱肋安裝,支架的鋼材用量約計(jì)2000t。如此多的施工輔助用料給工程施工成本控制造成巨大負(fù)擔(dān),滿堂支架上進(jìn)行拱肋高空拼裝,需選用350t履帶式起重機(jī)兩臺(tái)配合作業(yè),才能滿足吊裝作業(yè)要求,由于拱肋施工全部在高空進(jìn)

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          拱肋低支架拼裝布置(大跨度鋼拱結(jié)構(gòu)豎轉(zhuǎn)提升施工法)

          行拼裝和焊接時(shí),施工安全保障和焊接質(zhì)量控制上困難較大、成本較高。通過對(duì)主拱肋現(xiàn)場(chǎng)拼裝、焊接方案的成本、工期及施工安全各方面比對(duì),最終選定采用豎轉(zhuǎn)施工法,將拱肋分成兩部分,分別在低支架上拼裝、焊接后,將鋼拱肋豎轉(zhuǎn)提升至設(shè)計(jì)工位,再完成合龍焊接的施工法。從而減少了的高空拼裝、焊接工作量,縮短了工期,簡(jiǎn)化了施工。此施工法提高了現(xiàn)場(chǎng)拱肋的拼裝、焊接效率、便于焊接質(zhì)量的控制、拼裝支架用量少也降低對(duì)起重設(shè)備的要求,并最大限度的降低施工的安全風(fēng)險(xiǎn)?,F(xiàn)場(chǎng)拱肋拼裝布置圖見圖4

              1)依據(jù)GPS測(cè)控點(diǎn),建立鋼拱肋現(xiàn)場(chǎng)拼裝定位測(cè)控網(wǎng),測(cè)控網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)均采用激光測(cè)距儀和精度等級(jí)1″的全站儀進(jìn)行定位,對(duì)定位點(diǎn)做永久性防護(hù)。

          2)鋼拱肋通過安裝在拱腳的轉(zhuǎn)鉸完成定位和豎轉(zhuǎn)提升,轉(zhuǎn)鉸下座安裝在拱腳混凝土承臺(tái)上。轉(zhuǎn)鉸下座在混凝土承臺(tái)預(yù)埋件上的定位精度是轉(zhuǎn)鉸下座安裝的控制要點(diǎn)。拱橋兩跨端的轉(zhuǎn)鉸每?jī)蓚€(gè)一組,分別安裝在兩條相互平的軸線上,采用激光測(cè)距儀和精度等級(jí)1″的全站儀進(jìn)行轉(zhuǎn)鉸下座的定位測(cè)量。每組鉸軸中心線的同軸度偏差小于3mm;水平度偏差小于3mm;鉸軸中心線與拱橋縱向軸線垂直度偏差小于3mm。 

          3)轉(zhuǎn)鉸下座安裝、焊接完成后清理鉸座內(nèi)與鉸軸的接觸面并涂抹固體潤(rùn)滑劑,然后吊裝鉸軸。鉸軸就位后調(diào)整鉸軸與鉸座的裝配間隙,并復(fù)測(cè)鉸軸軸線與鉸座軸線的同軸度,確保其同軸度偏差小于1mm。將安裝調(diào)整完成的鉸軸臨時(shí)固定。

          4) 吊裝首段拱肋與拱鉸軸組對(duì)焊接,采用雙

          150t履帶吊抬吊,通過對(duì)首段鋼拱肋上下端口處出廠前標(biāo)定的定位點(diǎn)三維坐標(biāo)觀測(cè),進(jìn)行拱肋安裝定位。同一跨端的兩個(gè)拱肋首段吊裝就位后進(jìn)行臨時(shí)支護(hù),并完成拱肋下端部與鉸軸間的裝配和焊接。焊接完成后將拱肋下端臨時(shí)支點(diǎn)拆除,拱肋下支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)移到鉸軸上。復(fù)測(cè)首段拱肋安裝位置無誤后,依次吊裝后續(xù)拱肋工藝段。拱肋在支架上的組裝控制線形應(yīng)為拱肋預(yù)拱度拱與成橋后拱肋線形的疊加。拱肋間一字撐的吊裝與拱肋吊裝同步進(jìn)行。

          5)依次完成相鄰三段鋼拱肋吊裝和調(diào)整后,開始第一段與第二段拱肋間接口的焊接。由于拱肋斷面由四支鋼管組成,接口的焊接應(yīng)保證全斷面對(duì)稱施焊,以減小焊接變形對(duì)拱肋線形的影響,確保吊桿錨孔的安裝位置與設(shè)計(jì)相符,拱肋接口焊接時(shí)應(yīng)搭設(shè)防風(fēng)棚,由于焊接施工處在冬季,要求焊接前進(jìn)行焊接預(yù)熱,焊接過程進(jìn)行層間溫度監(jiān)控,焊后進(jìn)行保溫緩冷。焊后24h進(jìn)行超聲波、射線探傷檢驗(yàn)。

          6)拱肋拼裝焊接完成后對(duì)拱肋線形進(jìn)行全面復(fù)測(cè),鋼拱肋表面及拱肋上、下弦鋼管內(nèi)部進(jìn)行修補(bǔ)和清理。在完成豎轉(zhuǎn)提升錨索安裝后,進(jìn)行拱肋的現(xiàn)場(chǎng)面漆的噴涂。

          4 鋼拱肋豎轉(zhuǎn)提升

              鋼拱肋按豎轉(zhuǎn)單元完成低位拼裝后,采取豎轉(zhuǎn)提升的方法將兩側(cè)的半跨拱肋吊裝到拱肋合攏位置。拱肋豎轉(zhuǎn)施工布置見圖5

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          5   拱肋豎轉(zhuǎn)提升布置

           

          每側(cè)拱肋豎轉(zhuǎn)提升分別搭設(shè)461m高提升塔架,塔架頂部安裝承重桁架梁。在承重桁架梁下弦吊掛4臺(tái)350t液壓穿心千斤頂作為提升裝置,每臺(tái)千斤頂安裝一束31×Φ15.24鋼絞線,每座塔架頂部安裝1臺(tái)200t液壓穿心千斤頂安裝后背平衡索,后背平衡索為一束19×Φ15.24鋼絞線。根據(jù)轉(zhuǎn)體施工計(jì)算,最重側(cè)豎轉(zhuǎn)拱肋重量為1187t,按照拱肋在豎轉(zhuǎn)過程中最不利天氣和施工工況:當(dāng)?shù)赜杏涊d最大風(fēng)力8級(jí)風(fēng),分別驗(yàn)算拱肋在豎轉(zhuǎn)起始和到位狀態(tài)下索力。豎轉(zhuǎn)起始狀態(tài)每束提升索最大索力為217t,后背平衡索每束最大索力為115t。豎轉(zhuǎn)到位狀態(tài)提升索每束最大索力為172t,后背平衡索最大索力為140t。提升千斤頂安全系數(shù)為1.6,后背千斤頂安全系數(shù)1.4,提升索安全系數(shù)3.7,后背索安全系數(shù)6.3。提升千斤頂共用1臺(tái)80L/min流量的液壓站。提升千斤頂采取間歇式作業(yè),豎轉(zhuǎn)提升線速度為56m。

              1)豎轉(zhuǎn)提升設(shè)備控制采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)    豎轉(zhuǎn)提升控制系統(tǒng),采用1臺(tái)計(jì)算機(jī)控制柜,通過信號(hào)電纜與泵站、提升油缸、電控柜等設(shè)備上安裝的控制模塊連接,由計(jì)算機(jī)對(duì)各系統(tǒng)的反饋信號(hào)采集、比對(duì)后自行控制提升系統(tǒng)的運(yùn)行。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)布置如圖6

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          計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)布置

          2 4臺(tái)提升千斤頂均載、同步工作,是豎轉(zhuǎn)提升施工的關(guān)鍵技術(shù)。通過安裝在提升千斤頂上的壓力傳感器和位移傳感器,對(duì)每臺(tái)油缸承受的工作載荷和每個(gè)行程的位移進(jìn)行監(jiān)控,并在出現(xiàn)個(gè)別千斤頂上的壓力或位移超差時(shí),由計(jì)算機(jī)自行控制調(diào)整,以保證豎轉(zhuǎn)提升過程提升千斤頂?shù)木d和同步。

              3)通過施工過程監(jiān)控,對(duì)拱肋結(jié)構(gòu)、提升塔架、提升動(dòng)力系統(tǒng)的安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 

          在豎轉(zhuǎn)施工開始前,對(duì)拱肋、提升塔、承重桁架梁、提升吊點(diǎn)等主要構(gòu)件采用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行工況應(yīng)力分析。根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果,在豎轉(zhuǎn)施工過程中結(jié)構(gòu)的高應(yīng)力區(qū)安裝應(yīng)變片,進(jìn)行施工全過程應(yīng)力狀態(tài)檢測(cè)。從而監(jiān)控豎轉(zhuǎn)施工全過程的結(jié)構(gòu)受力的安全性。同時(shí),采用光電經(jīng)緯儀對(duì)提升塔的傾斜狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,并根據(jù)預(yù)先確定的提升塔最大允許傾斜值,對(duì)提升塔側(cè)傾值進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。對(duì)提升動(dòng)力系統(tǒng)的油泵、油缸、提升千斤頂后錨盤、后背錨、穩(wěn)繩地錨、控制計(jì)算機(jī)均安排專業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)控,并保證監(jiān)控崗位與提升總指揮間的通信暢通。

          4)完成豎轉(zhuǎn)提升設(shè)備的安裝、調(diào)試及空車試運(yùn)轉(zhuǎn)后,進(jìn)行提升索和后背索的初張拉。然后解除拱肋拼裝過程中對(duì)拱肋和轉(zhuǎn)鉸軸的全部約束。拱肋豎轉(zhuǎn)提升加載按照20%、40%、60%、80%90%、100%分級(jí)加載。加載過程中根據(jù)對(duì)提升塔加載后傾斜值的觀測(cè),及時(shí)調(diào)整后背索張緊力,以保證提升塔傾斜值在計(jì)算設(shè)定值范圍內(nèi)。

          5)提升千斤頂加載至設(shè)計(jì)載荷,將拱肋提升至全部脫離拼裝支架,懸停24h。拱肋懸停期間,按專業(yè)分組進(jìn)行豎轉(zhuǎn)系統(tǒng)各部分的安全檢查。在各專業(yè)組的檢查結(jié)果確認(rèn)一切正常,由現(xiàn)場(chǎng)總指揮確認(rèn)正式豎轉(zhuǎn)提升。

          6)拱肋豎轉(zhuǎn)提升接近合攏位置時(shí),采用全站儀對(duì)拱肋合龍口處的定位點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行觀測(cè),將提升控制改為人工控制,按設(shè)計(jì)合龍位置進(jìn)行微調(diào),實(shí)現(xiàn)拱肋吊裝合龍。由于豎轉(zhuǎn)施工定位準(zhǔn)確的特點(diǎn),合龍段長(zhǎng)度僅為400mm,從而便于合龍口的調(diào)節(jié)和安裝工作在較短的時(shí)間完成。

          7 合龍口的焊接定位應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的施工程序進(jìn)行,在焊接定位前,先在弦管內(nèi)部采用高強(qiáng)螺栓定位夾板連接和緊固,保證合龍段與接口兩側(cè)拱肋弦管壁的緊密貼合,同時(shí),定位連接螺栓應(yīng)滿足傳遞合龍期間拱肋因環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力,以保證合龍段與拱肋間焊接在無應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行。完成合龍段安裝后,搭設(shè)焊接防風(fēng)棚,將合龍段整體封閉,再進(jìn)行合龍焊接。先焊接合龍段與一側(cè)拱肋弦管間接口,另一側(cè)為自由端。在完成一側(cè)合龍口的焊接后,再焊接另一側(cè)合龍口。所有合龍口的焊接均應(yīng)遵循對(duì)稱施焊、同規(guī)范焊接的原則。焊接過程按工藝要求進(jìn)行焊縫區(qū)域的預(yù)熱、保溫和焊后緩冷。

          8)拱肋合龍焊接完成后24h進(jìn)行超聲波及射線無損檢測(cè)。焊縫檢查合格后,安裝、焊接合龍口處的腹桿和綴板。完成全部焊接及檢驗(yàn)工作后進(jìn)行拱肋卸載。然后拆除吊耳、吊索、提升千斤頂和提升塔架。測(cè)量拱肋卸載后線形。施工轉(zhuǎn)入拱肋內(nèi)部混凝土頂升工序。

          結(jié)

          采用豎轉(zhuǎn)提升施工法,完成了跨度200m,重2223t,拱肋矢高50m的鋼管桁架式提籃拱的安裝。該施工法簡(jiǎn)化了大跨度重型桁架拱結(jié)構(gòu)高空拼裝作業(yè)的工作量和施工難度,降低了施工成本,減少了高空吊裝施工的安全隱患,降低了焊接作業(yè)的難度,縮短了工期。在施工前,采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行施工仿真技術(shù)和結(jié)構(gòu)分析軟件,進(jìn)行了縝密的結(jié)構(gòu)計(jì)算與工況分析。在施工過程中,建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控,對(duì)施工全過程進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè),保證了拱肋豎轉(zhuǎn)過程的安全、順暢,實(shí)現(xiàn)了鋼拱肋最終精確合龍。

           1.河北金環(huán)鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司,石家莊0500012.石家莊市張石高速公路籌建處,石家莊050001

           

           


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