高低塔斜拉桥钢桁梁合龙关键技术.docx
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高低塔斜拉桥钢桁梁合龙关键技术
高低塔斜拉桥钢桁梁合龙关键技术
摘要:
本文以红岩村嘉陵江大桥为例,介绍了一种高低塔斜拉桥钢桁梁合龙方法:
钢桁梁采用散件悬臂拼装的方案,架梁时钢梁构件通过架梁吊机提升上桥,先拼装墩顶4段钢梁,然后开始对称悬臂拼装,最后在跨中进行合龙。
通过对合龙口观测、拼接版配钻、合龙口主桁杆件安装、合龙口调位、合龙施工、合龙口桥面板安装、焊接高栓施工等步骤实现了红岩村嘉陵江大桥钢桁梁顺利、精准的合龙。
关键词:
高低塔;斜拉桥;钢桁梁;合龙;
1工程概况
红岩村嘉陵江大桥为91.4+138.6+375+120+7.8=732.8m的双主塔双索面钢桁梁斜拉桥,两主塔高度不一,大桥主梁为双层钢桁梁,上层为城市快速路,下层为轨道交通+城市支路。
图1.1红岩村嘉陵江大桥总体布置图(单位cm)
钢桁梁沿桥纵向分成49个节段,钢梁总重2.5万吨,单个构件最重为70t。
主桁采用两片主桁的纯华伦桁架,主桁中心距为28.2m,桁高11.163m,桥面板为正交异性桥面板。
标准节段钢梁由上弦杆、下弦杆、腹杆、上桥面板、下桥面板组成,加宽段钢梁还包括边纵梁及斜拉杆。
2合龙施工方案
钢桁梁采用散件悬臂拼装的方案,架梁时钢梁构件通过架梁吊机提升上桥,先拼装墩顶4段钢梁,然后开始对称悬臂拼装,最后在跨中合拢。
合龙施工根据合龙口尺寸拟采取温度调节+千斤顶顶推方式进行,具体步骤分为:
合龙口观测、拼接版配钻、合龙口主桁杆件安装、合龙口调位、合龙施工、合龙口桥面板安装、焊接高栓施工。
3主要施工设备
75t全回转架梁吊机是安装全桥杆件及桥面板件的专用起重设备,其额定起重量为75t,起升高度为桥面以上25m,桥面以下75m,共计约100m,工作幅度为9m~30m。
其主要结构组成见下图:
图2.175t全回转架梁吊机:
1-臂架;2-A型架;3-变幅;4-转台;5-梯子平台;6-副起升;7-主起升;8-驾驶室;9-电气系统;10-下车;11-回转机构;12-走行机构
4合龙前准备工作
4.1合龙口临时连接螺栓、冲钉准备
合龙口杆件板面栓群与常规主桁杆件栓群形式基本一致,均为Ø33标准大圆孔。
由于合龙受温度影响较大,现场合龙施工时间较短。
为保证合龙口在适宜温度条件下实现快速合龙,除常规的Ø32.8冲钉外需另配置一定数量的定位工艺冲钉和Ø31的小冲钉。
常规直径冲钉按板面栓孔数量的40%考虑、小冲钉按20%考虑、临时螺栓按10%考虑。
4.2合龙口调整装置加工制作
合龙口对拉(对顶)反力座装置。
该反力装置分两部分,采用M30螺栓分别固定在合龙口两侧钢梁顶面。
合龙口竖向反力座装置,该反力装置采用M30螺栓固定在合龙口较低侧钢梁顶面。
4.3线形观测、分析
在钢桁梁悬臂安装过程中,为了保证测量和安装的精度,测量采用三维直角坐标法,遵循用同等精度的仪器(全站仪)在固定的控制点上在相同时间段进行测量的原则。
每个节间安装完成后,对悬臂端的平面位置、挠度以及预先设定的几个变形观测点进行观测,并做好记录。
分析位移变化规律,与理论计算值进行对比,及时纠偏,使其符合设计和规范要求,为中跨精确合龙提前准备。
合龙前,选择通视条件较好且无风无阳光偏晒的天气条件下,分别从两岸采用同等精度的全站仪每隔2小时同时测量合龙段两端的位置、标高、轴线偏差及钢梁温度,计算合龙误差,根据拟订施工方案,调整合龙端相对高差和纵向误差。
中跨合龙完成后再次对钢桁梁线型进行测量。
4.4测量技术要求
由于钢桁梁采用大悬臂拼装工艺,悬臂端安装精度的测量受多种复杂因数影响,为了将这些影响因素减小到最小,测量时主要遵循以下几个原则:
测量前须核对监测点位置是否正确。
测量须选择无风、无偏晒的时段进行。
测量须选择环境温度相对稳定的时段进行,每次测量须记录杆件及环境温度,所有测量数据须修正到基准温度(+20摄氏度)。
须选择气候相对稳定的时间对合龙口两端杆件连续72小时不间断监测,每隔2个小时收集一次温度及测量数据,并汇总分析。
4.5主桁测点布置
对于上、下弦杆件,每根杆件设置1个基本几何控制点。
几何控制点均分布在弦杆的顶板上。
每个几何控制观测点都有唯一的编号,由节点编号和控制点编号组成。
几何观测点均布置在构件顶面上。
主桁测点为下弦杆顶面最后一排螺栓孔后退10cm,上弦杆由于顶面没有螺栓孔,因此将测点定在腹板最后一排螺栓孔后退10cm位置,在测点位置设置测量棱镜。
布置见下图:
4.6杆件应力监测
钢桁梁杆件截面的应力监测是施工监测的主要内容之一,也是施工过程中的安全预警系统的主要内容。
杆件应力测试应根据施工阶段仿真计算结果来进行布置,一般布置在拉、压应力较大的控制截面关键杆件上,具体根据监控单位要求进行布设。
传感器布置在杆件的外表面上,传感器在杆件上的方向为顺着杆件的轴线方向。
钢桁梁上、下弦杆应力监测断面如图所示,每个断面上下缘布置两个应力及温度传感器。
测试频率:
节段安装完成、斜拉索张拉、涉及较大荷载变化等阶段段。
测试频率:
节段安装完成、斜拉索张拉、涉及较大荷载变化等阶段段。
4.7拼接板配钻
合龙口拼接板暂未加工,待钢桁梁拼装至合龙前工况时,根据连续测量数据进行合龙口拼接板配钻。
根据测量数据在工厂进行拼接板配钻,配钻完成后运输至现场进行安装。
5合龙施工
5.1合龙口计算分析
通过计算分析获得合理合龙口的目标状态(线形、内力)是保证合龙口自然合龙的基础条件,具体数值以监控指令为准。
根据现阶段测量结果,温度在30度左右时,钢梁里程与设计里程基本一致,因此若合龙时温度较高,通过温度调整钢梁里程基本可以实现合龙。
通过最近几日对钢梁进行24h观测,并通过计算得到,温度变化10度,100m钢梁长度变化约14.8mm,对于主跨375m,温度变化10度,长度变化约55.5mm。
表5.1测量记录表
图5.1B32-B34净距偏差柱状图
5.2合龙时应力
主桁结构的最大拉应力发生于,最大应力为130.6Mpa。
合龙时结构应力云图下图所示。
图5.2合龙前结构应力云图
5.3合龙顺序
合龙段钢桁梁安装顺序为下弦杆—斜腹杆—上弦杆—下桥面板—上桥面板,具体见下图。
5.4合龙施工步骤
钢桁梁合龙施工预计在2020年10月上旬,根据重庆多年来10月上旬的夜间平均气温情况,初步确定合龙时的环境温度为25℃,温差±3℃。
合龙施工是以早晚气温相对稳定,钢桁梁无阳光偏晒影响时的实测值为依据,结合连续24小时观测当天的温度变化,确定合龙口栓孔位置偏差的允许范围为不大于±d/2(d为栓孔直径),方便打入锥形冲钉为宜。
施工步骤如下:
连续24小时观测合龙口位置,记录实际偏差值,若偏差较大,则启用合龙口调整措施,调整顺序为轴线→高差→纵向。
合龙口偏差调整至满足设计规范要求,选取温度较低时段采集合龙口数据,然后根据数据对上、下弦杆、腹杆拼接板进行配钻,配钻完成后将拼接板挂在合龙杆件的一端。
主桁合龙口依次吊装下弦杆、腹杆及上弦杆,吊装时先固定一端,完成临时螺栓及冲钉施工,另一端悬臂。
根据实测偏差结合理论分析,如有必要,通过拉索、配重初步(微调)调整合龙口高差。
等待与采集合龙口数据相同的时间段立即打入冲定及高强螺栓,进行固定。
若采取顶拉措施,根据监控计算结果南岸钢梁会产生4000KN的水平力,单侧为2000KN,M30高栓的设计预拉力为355KN,单个螺栓可提供的水平摩擦力为355×0.45×2=319.5KN,因此需要2000×2/319.5=12.5个,因此现场安装不少于14颗高强螺栓。
解除P4墩位置的临时限位,保证P4墩支座位置处于自由滑动状态。
安装下层桥面板、上层桥面板。
将合龙段冲钉置换成高拴并且100%终拧。
5.5合龙口高程调整措施
若合龙口高程偏差较大,根据现场实际情况及监控计算情况,通过南岸7#索、北岸14#索及在桥面上增加配重的方式对南北两岸进行高程调整。
若合龙口高程偏差较小(<20mm),合龙口竖向偏差采取“七”字型反力装置及千斤顶顶进行调整。
在单个合龙口,将“七”字型反力装置固结在较低一侧弦杆顶面,50t机械千斤顶放置在较高侧弦杆顶面,通过反向顶升以强制消除合龙口竖向偏差。
轴线调整措施:
为消除两侧悬臂端安装过程中造成的轴线相对偏差,若主桁间距呈“外八字型”,采用设置25t手拉葫芦及φ48mm钢丝绳对上下游弦杆进行对拉纠偏。
手拉葫芦布置示意图如下:
图5.5主桁“外八字型”轴线调整示意图
若主桁间距呈“内八字型”,则采用现场原有的□500*500mm塔吊附着撑杆,进行顶撑调整。
图5.6主桁“内八字型”轴线调整示意图
5.6合龙口里程调整措施
温度调整:
通过最近几日对钢梁进行24h观测,并通过计算得到,温度变化10度,100m钢梁长度变化约14.8mm,对于主跨375m,温度变化10度,长度变化约55.5mm。
10月上旬昼夜温差约10度,因此若里程在最低温度时偏差小于55.5mm时,可通过温度变化进行里程调整。
。
跨
中顶拉:
若合龙最低温度时里程偏差大于55.5mm,可在跨中位置设置反力架,通过反力架将P4侧钢梁向P3侧拉动。
在中跨下弦杆合龙口顶面分别设置1对顶拉反力装置和1台200t千斤顶,通过反向顶升以强制消除上弦合龙口里程方向偏差,实现快速合龙。
顶拉措施实施前需将P4墩顶临时限位解除。
具体顶拉示意见下图:
图5.7合龙口顶拉装置调位示意
根据现阶段测量结果,温度在30度左右时,钢梁里程与设计里程基本一致,因此通过温度调整钢梁里程基本可以实现合龙,若通过温度调整无法实现合龙则采取顶拉措施。
5.7合龙
合龙主桁构件安装就位,合龙口偏差调整就位后,当杆件栓孔及拼接板栓孔基本重合时,立即将上下弦杆的合龙口打入冲定、施拧普通螺栓,完成主桁架合龙。
主桁架合龙后立即将P4墩顶临时限位全部解除,保证梁体可可通过支座自由滑动。
待主桁合龙后,进行上下桥面板安装。
合龙段桥面板由X-D、X-K、SZ-G、SZ-F组成。
桥面板选用4个25t马蹄形卸扣及4根Φ48mm(L=13.8m),抗拉强度为1570Mpa的钢丝绳。
6结语
钢桁梁斜拉桥钢桁梁采用散件悬臂拼装法进行安装时,往往面临杆件构件多、线型控制与合龙难度大的问题,本文介绍了一种高低塔斜拉桥钢桁梁合龙的方法,通过现场整体布局、杆件转运方式优化、施工流程的合理调配、线型控制及合龙控制的措施,实现了红岩村嘉陵江大桥钢桁梁顺利、精准的合龙。
本施工技术可为我国其他高低塔斜拉桥的合龙提供参考作用。
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