鋼梁合龍施工技術(shù)論文

時(shí)間:2022-03-28 08:58:28

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鋼梁合龍施工技術(shù)論文

1鋼梁合龍總體施工方案

合龍方案的設(shè)定,主要以該橋所使用的鋼梁結(jié)構(gòu)和施工低點(diǎn)地質(zhì)條件為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。總施工方案為采用70噸吊機(jī)拼裝架設(shè),具體步驟如圖3所示:圖3鋼桁梁架設(shè)施工步驟圖步驟①:在2、3橋墩的衡量頂完成此處鋼梁的拼接工作。步驟②:分別在兩主塔側(cè)對稱架設(shè)鋼梁,并以鋼梁的架設(shè)速度為基礎(chǔ)掛設(shè)拉索,和主跨合龍段施工基本情況相匹配。步驟③:合龍段合龍。步驟④:完成最后一對斜拉索的掛設(shè),并以懸臂完成剩余邊跨鋼梁的拼裝工作。上述的四個(gè)步驟從開展工作的實(shí)質(zhì)角度來說,可以進(jìn)一步劃分為如下兩個(gè)階段的內(nèi)容:架設(shè)階段:墩頂鋼梁架設(shè)完成之后,通過對稱懸臂來完成合龍之前的其他鋼梁架設(shè)工作,在這一過程中全程對架設(shè)中心線和外形進(jìn)行控制,保證合龍口鋼梁線形最優(yōu),保證合龍工作的順利進(jìn)行。合龍階段:通過對以往成功案例的分析和相關(guān)理論的應(yīng)用,選擇操作最簡、成功率最高的方案并嚴(yán)格按照方案實(shí)施,完成鋼梁主跨合龍。

2架設(shè)階段鋼梁線形的主動(dòng)控制技術(shù)

由于本文所研究的黃岡公鐵兩用長江大橋?yàn)榇罂缍刃敝麒煨崩瓨?,在?shí)際施工過程中面臨著施工時(shí)間長、施工環(huán)境復(fù)雜、線形控制困難等多重問題,因此多角度空間斜腹桿安裝的研究尤為重要。在墩頂鋼梁的精確定位研究方面以及橫向抗風(fēng)措施的研究對于保證最終合龍的成功也同樣具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義,在合龍前,還需要對合龍施工過程中的工人安全問題、整體可移動(dòng)手腳架平臺(tái)相關(guān)問題給予高度的重視和肯定。

2.1多角度空間斜腹桿安裝方法

如上文中所介紹的,該橋采用了倒梯形截面的鋼桁梁橫,因此在斜腹件方面出現(xiàn)了面內(nèi)傾斜41.055°和面外傾斜20.3532°的多個(gè)空間角度,這客觀上增加了施工的難度。除此之外,斜腹桿安裝過程中,和其連接的上弦桿和下弦桿已經(jīng)完成安裝,因此在實(shí)際的安裝過程中,僅存的活動(dòng)空間就剩下了桿件之間的4cm拼縫間隙,這種條件下,如果拼裝過程中不能完全嚴(yán)格地按照設(shè)計(jì)進(jìn)行拼裝,那么必然影響工程的整體質(zhì)量。針對上述問題,采用了三維放樣法,在完美模擬重心之后,確定吊裝點(diǎn),這樣,吊裝工人只要按照預(yù)先做好的吊裝號(hào)碼,即可對號(hào)入座,在實(shí)際架設(shè)過程中進(jìn)行簡單的微調(diào)就能較好地完成安裝工作了。

2.2墩頂4節(jié)間鋼梁精確定位

在完成合龍工作之前,主塔鋼梁的架設(shè)工作是獨(dú)立進(jìn)行的,為了保證最終合龍后橋梁線性符合標(biāo)準(zhǔn),在兩段主塔的架設(shè)過程中必須嚴(yán)格按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)施工,無論是平面位置還是其高程都必須完全一致,這是保證合龍過程中各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的重要前提,同樣也是保證橋梁整體性能水平符合預(yù)先設(shè)計(jì)要求的必然選擇。我們必須認(rèn)識(shí)到,每個(gè)鋼梁節(jié)間的架設(shè)水平都對后一節(jié)間的架設(shè)有相應(yīng)的影響,所產(chǎn)生的誤差將會(huì)不斷積累下去,因此對其線形、高程以及平面位置的控制有著非常重要的意義。在墩頂節(jié)間的架設(shè)過程中,需通過千斤頂來保證其各項(xiàng)指標(biāo)誤差必須小于預(yù)設(shè)值,然后對鋼梁各結(jié)構(gòu)焊接抗風(fēng)牛腿,并預(yù)留好施工間隙,方便后續(xù)施工。

2.3鋼梁臨時(shí)鎖定及橫向抗風(fēng)措施

上文中已經(jīng)對抗風(fēng)措施有了簡單論述,這里我們對臨時(shí)鎖定和橫向抗風(fēng)進(jìn)行更為詳細(xì)的介紹。橋梁兩側(cè)的上、下游上弦桿件的外側(cè)焊接鋼牛腿,然后如圖4所示進(jìn)行抄墊操作,這樣就能夠有效地保證鋼梁的臨時(shí)鎖定了,同樣對于大風(fēng)天氣的風(fēng)載轉(zhuǎn)移到上下游橋柱和橋墩鋼梁支座上去。該方案結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,對風(fēng)載導(dǎo)致的扭矩力傳遞明確,有效地避免了大規(guī)模、復(fù)雜鎖定裝置使用導(dǎo)致的施工難度增加問題,這對于今后其他大型橋梁的抗風(fēng)和臨時(shí)鎖定施工有一定的借鑒意義。

2.4鋼梁架設(shè)安全施工腳手平臺(tái)研究

在實(shí)際的架設(shè)過程中,包括架設(shè)線的測量等,都和手腳架平臺(tái)之間有著內(nèi)在的聯(lián)系,所研制的公路、鐵路可移動(dòng)整體施工平臺(tái)如圖5所示,極大地提高了施工的安全度,為施工人員的人身安全的保障提供了強(qiáng)有力的支持的同時(shí),對于施工速度的提升和施工質(zhì)量的保障也同樣有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本工程中,墩旁托架的限制,鐵路腳手平臺(tái)必須在中跨的架設(shè)完成后才能進(jìn)行安裝。

2.5鋼梁懸臂架設(shè)的線形控制

在完成主塔墩頂?shù)匿摿杭茉O(shè)工作之后,具體的高程、平面位置以及最為重要的線形已經(jīng)基本固定,以此為基礎(chǔ),在合龍工作開展之前,需要對2、3號(hào)主塔鋼梁的節(jié)間搭設(shè)懸臂。在實(shí)際的施工過程中,需配合主動(dòng)測量和糾偏技術(shù),通過對相關(guān)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析,以具體數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來判別下一階段的施工是否需要采用微調(diào)處理,為后續(xù)的合龍工作的展開降低難度。

3合龍調(diào)整措施及其敏感性分析

敏感性分析是保證所采用調(diào)整措施符合工程實(shí)際使用需求的重要方法。客觀來說,我們進(jìn)行合龍調(diào)整的目標(biāo)就是最大限度地降低合龍口兩端線形的差異,使其在標(biāo)高、轉(zhuǎn)角方面具有極高的一致性,同時(shí)順橋向間隙與桿件長度匹配,中軸線保持水平。在實(shí)際的施工過程中,鋼梁調(diào)整有多種途徑,如溫度變化、橫向?qū)?,都是較為常見的調(diào)整方法,這些方法中,有些是主動(dòng)措施,有些則屬于被動(dòng)措施。該橋梁在合龍之前,采用了當(dāng)前國內(nèi)最為先進(jìn)的3Dbridge斜拉橋空間有限元分析軟件分析了不同調(diào)整措施的敏感性水平,具體情況如下:

3.1溫度變化

溫度變化客觀上會(huì)對鋼梁的相關(guān)變量產(chǎn)生影響,如系統(tǒng)穩(wěn)定變化、路面溫度變差變化、斜拉索穩(wěn)定變化等,而系統(tǒng)溫度的夜間變動(dòng)情況規(guī)律較為明朗,而其他因素由于受到日照、風(fēng)速等多個(gè)環(huán)境要素的影響而難以確定具體的規(guī)律。通過敏感性分析可以發(fā)現(xiàn),溫度每上升10℃將會(huì)產(chǎn)生X方向位移34mm,而溫度下降所導(dǎo)致的位移規(guī)律則相反。不過我們必須認(rèn)識(shí)到,系統(tǒng)溫度的變化難以進(jìn)行人工控制,屬于一種典型的被動(dòng)控制,此種控制方案只能等恰當(dāng)時(shí)機(jī),在黃岡公鐵兩用長江大橋的合龍中,難以滿足快速合龍的施工要求。

3.2梁面壓重

動(dòng)態(tài)壓重和靜態(tài)壓重共同構(gòu)成了梁面壓重,下面我們將進(jìn)行分別論述。動(dòng)態(tài)壓重,在實(shí)際應(yīng)用過程中主要是通過對運(yùn)梁臺(tái)車在路面停放位置的改變來進(jìn)行調(diào)整,具體操作防范相對簡單,通常情況下主要在調(diào)整豎向Z撓度和繞Y轉(zhuǎn)角的過程中搭配其他措施使用。靜態(tài)壓重,在本工程中,主要是根據(jù)實(shí)際的壓重效果吊機(jī)位置,在充分考慮操作的便利性的基礎(chǔ)上選擇主塔鋼梁主跨L19節(jié)間公路面上下游兩側(cè)進(jìn)行靜態(tài)壓重。通過敏感性分析我們可以發(fā)現(xiàn),單側(cè)不對稱壓重的情況下,橫斷面剛度帶來的合龍口Z撓度以及橫向偏載荷導(dǎo)致的合龍口鋼梁橫斷面產(chǎn)生整體扭轉(zhuǎn)。作為一種較為常見的主動(dòng)調(diào)整措施,壓重對于上述兩種問題的調(diào)整有較良好的效果。除此之外,單桁不對稱壓重,還能夠有效地調(diào)整斷面扭轉(zhuǎn),不過由于壓重材料的組織和運(yùn)輸相對復(fù)雜,因此在實(shí)際的應(yīng)用過程中經(jīng)常性地采用預(yù)壓重的方式進(jìn)行。

3.3調(diào)整斜拉索

根據(jù)現(xiàn)有斜拉索資源張拉千斤頂資源數(shù)量和現(xiàn)場的實(shí)際施工環(huán)境,本工程中選擇了張拉和張放18號(hào)斜拉索來調(diào)整合龍口相關(guān)參數(shù)。通過敏感性分析我們可以發(fā)現(xiàn),中、邊跨18號(hào)索每根索索力增加100t,合龍口整體產(chǎn)生63mm的豎向Z撓度和0.35千分弧度的繞Y轉(zhuǎn)角;主跨18號(hào)索每根索索力增加100t,合龍口整體產(chǎn)生39mm的豎向Z撓度和0.27千分弧度的繞Y轉(zhuǎn)角;主跨上游側(cè)18號(hào)索索力增加100t,合龍口上游產(chǎn)生20mm的豎向Z撓度,下游產(chǎn)生17mm的豎向Z撓度,同時(shí)產(chǎn)生0.12千分弧度的繞Y轉(zhuǎn)角和-7mm的橫向Y位移,這也就是說,這里的主跨18號(hào)索單側(cè)不對稱張拉,由于鋼梁橫斷面剛度使得合龍口整體產(chǎn)生豎向Z撓度,同時(shí)由于單側(cè)偏載使得合龍口鋼梁橫斷面產(chǎn)生整體扭轉(zhuǎn)和橫向位移(兩側(cè)上弦產(chǎn)生3mm高差和7mm的橫向位移)。此種施工措施作為一種典型的主動(dòng)調(diào)整措施,在實(shí)際的應(yīng)用過程中具有操作方便快捷、在豎向Z撓度和繞Y轉(zhuǎn)角上的調(diào)整效果良好的特點(diǎn),是對上述兩項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的主要途徑,不過由于糾偏的量級(jí)過小,因此在鋼梁橫斷面扭轉(zhuǎn)方面的應(yīng)用并不能取得預(yù)期效果。

3.4縱向頂推

按照實(shí)際的合龍要求,在實(shí)際的合龍過程中為了保證此項(xiàng)工作的順利完成,合龍口兩端鋼梁必須能夠縱向移動(dòng)方面必須有長距離、高精度移動(dòng)能力,所以我們需要采用兩級(jí)調(diào)整的模式來完成對鋼梁軸向X位移操作提供支持。其中第一級(jí)為大范圍粗略調(diào)整,也就是說,通過對圖4所示的裝置來將牛腿與塔柱之間的抄墊更換為500t千斤頂,以此為基礎(chǔ)來重新構(gòu)建一個(gè)“鋼梁縱向大位移頂推裝置”;而第二級(jí)則是在小范圍內(nèi)的細(xì)致調(diào)整,所形成的裝置如圖10所示,通過敏感性分析我們可以發(fā)現(xiàn),用以對合龍口軸向X位移進(jìn)行微調(diào)。由敏感性分析成果可知,鋼梁沿縱橋縱向頂推200t,那么實(shí)際上合龍口產(chǎn)生42mm的軸向X位移和-22mm的豎向Z撓度。必須認(rèn)識(shí)到,縱向頂推作為當(dāng)前階段使用最為頻繁的一種主動(dòng)調(diào)整措施,由于本身有兩級(jí)調(diào)控措施,在實(shí)際的應(yīng)用過程中表現(xiàn)出強(qiáng)大的可操控性,整體調(diào)整效果良好,有較大的使用價(jià)值。

3.5合龍口平面橫向?qū)?/p>

如上文中所論述的,在鋼梁的建設(shè)過程中,每一段節(jié)間都嚴(yán)格地控制了誤差水平,因此在最終的合龍口上,絕對橫向Y位移的量實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)先設(shè)定的施工規(guī)范,不過由于合龍口兩端之前仍然有微小的橫向Y位移,根據(jù)施工的具體情況,設(shè)置了在雙層路面的如圖11所示的橫向?qū)b置,對這Y位移進(jìn)行微調(diào)操作,直至兩端吻合。通過對此方面數(shù)據(jù)的敏感性分析我們可以發(fā)現(xiàn),合龍過程中,公路面合龍口兩端的對拉力為10噸,和鐵路路面相等,經(jīng)此操作之后,能縮短22mmY位移。作為一種典型的主動(dòng)調(diào)整措施,合龍口平面橫向?qū)趯?shí)際的工程應(yīng)用中,表現(xiàn)出良好的精確性,同時(shí)操作也相對簡單,能夠快速實(shí)現(xiàn)對橫向Y位移的大規(guī)模調(diào)整,因此應(yīng)用范圍相對廣泛,多見于我國國內(nèi)多項(xiàng)工程中。

3.6架梁吊機(jī)對提鋼梁

在施工過程中,由于多種因素的營銷,合龍口兩段的鋼梁上,無論是橫向還是縱向上都客觀存在高差,同時(shí)兩段的實(shí)際扭轉(zhuǎn)情況也不盡相同,這種情況下,整體相對扭轉(zhuǎn)的存在不可避免,因此要求我們在實(shí)際的施工過程中必須以相對扭轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用兩段的吊梁機(jī)進(jìn)行如圖12所示操作,以50噸提升力推進(jìn)兩端的吻合。通過敏感性分析我們可以發(fā)現(xiàn),在50噸提升力的狀態(tài)下,能夠促使兩層路面的上、下游弦桿分別產(chǎn)生42mm和26mm相對高差,并能產(chǎn)生一定水平的橫向Y位移,正調(diào)整方式所產(chǎn)生的調(diào)整遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了所需要的調(diào)整量,因此不僅能夠有效地滿足調(diào)整的客觀需求,同時(shí)還為其提供了一定水平的冗余。此種方法具有較好的可操作性、方便快捷的同時(shí),對于鋼梁橫截面的整體扭轉(zhuǎn)效果良好,因此被選為本工程的主要糾偏措施。

4合龍步驟

4.1總體概述

龍口鋼梁的調(diào)整方案制定工作需要我們進(jìn)行一個(gè)完整的全面檢測,以此為數(shù)據(jù)參與敏感性檢測。在方案實(shí)施之前,需要將合龍口鋼梁預(yù)先調(diào)整至理想狀態(tài),然后根據(jù)對其進(jìn)行的連續(xù)檢測,通過數(shù)據(jù)復(fù)核理論的應(yīng)用,找出具體影響因素的實(shí)際影響能力,根據(jù)相應(yīng)指標(biāo)體系為其賦予權(quán)重比例。通過對“鋼梁縱向頂推裝置”的應(yīng)用,完成主塔鋼梁的邊跨側(cè)縱移15cm移動(dòng),這為后續(xù)調(diào)整施工和相關(guān)構(gòu)建的安裝提供了必要的操作空間,極大地方便了后續(xù)操作。在實(shí)際的安裝過程中,首先完成2根下弦桿到E44′節(jié)點(diǎn)的安裝操作,完成此項(xiàng)操作之后,繼續(xù)采用專業(yè)設(shè)備完成對安裝斜桿到A44′節(jié)點(diǎn)的安裝,并為后續(xù)的2根上弦桿到A44′節(jié)點(diǎn)安裝提供支持,最后在E45/A45節(jié)點(diǎn)處完成對合龍段弦桿前端拼接板的安裝工作,通過主動(dòng)和龍過程中所產(chǎn)生的一系列事實(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及上文中所論述的相關(guān)參數(shù)指標(biāo)的敏感性分析結(jié)果,選擇合理的調(diào)整措施,為整個(gè)鋼梁的安全、平穩(wěn)合龍?zhí)峁?shù)據(jù)支持,三維4個(gè)變量調(diào)整到位,按先合龍弦桿、再合龍斜桿的順序依次進(jìn)行,同時(shí)開始2號(hào)塔主跨L21(A44~A45)處的其他焊接工作。

4.2將鋼梁調(diào)整到預(yù)設(shè)狀態(tài)

由于在最初設(shè)計(jì)階段提出了合龍口連續(xù)36小時(shí)檢測的要求,我們需要通過對上文中所分析的各類型調(diào)整措施的應(yīng)用,將鋼梁的狀態(tài)調(diào)整至符合預(yù)設(shè)要求的水平。在X軸向上的調(diào)整:通過對“縱向頂推”的充分利用,完成預(yù)調(diào)整工作;在豎向Z撓度及繞Y轉(zhuǎn)角上的調(diào)整:主要是通過對“調(diào)整斜拉索”和“梁面壓重”的利用完成;橫向Y位移調(diào)整:利用“合龍口平面橫向?qū)贝胧⑵湔{(diào)整到預(yù)設(shè)狀態(tài);橫斷面扭轉(zhuǎn)調(diào)整:利用“架梁吊機(jī)對提鋼梁”措施完成調(diào)整。必須認(rèn)識(shí)到,上述四個(gè)變量的調(diào)整都是彼此相關(guān)的,合龍段兩端鋼梁的預(yù)調(diào)整工作必須嚴(yán)格按照施工程序進(jìn)行,環(huán)環(huán)相扣,為合龍工作的順利完成奠定良好基礎(chǔ)。

4.3合龍口36小時(shí)連續(xù)監(jiān)測

完成對合龍段鋼梁的預(yù)調(diào)整工作之后,按照施工要求,我們要對其進(jìn)行36小時(shí)的連續(xù)檢測,通過多種途徑對其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測并作好記錄工作,找到各項(xiàng)因素對合龍口兩端鋼梁所產(chǎn)生的具體影響,并將其進(jìn)行量化、賦值處理。

4.4鋼梁向邊跨側(cè)縱移15cm

在施工過程中,針對鋼梁本身的不平衡索力,可選擇“鋼梁縱向頂推裝置”完成調(diào)整,對兩側(cè)主塔鋼梁反向頂推15cm,為預(yù)裝件的施工提供必要的施工操作空間,同時(shí)也保證了溫度變化對合龍后連接構(gòu)件的溫度變化條件下的穩(wěn)定性的保證提供支持。

4.5安裝合龍段主桁桿件

第一,安裝合龍段2根下弦桿,將桿件吊裝到位,安裝桿件與鋼梁E44′節(jié)點(diǎn)的全斷面拼接板,按要求插打沖釘。另一端帶長圓孔的腹板拼接板安裝到2號(hào)塔鋼梁E45節(jié)點(diǎn)上,且此拼接板與合龍桿件之間不連接(等待合龍時(shí)連接)。

4.6合龍主桁4根弦桿

第一,一切準(zhǔn)備就緒,選擇夜間溫度較為恒定時(shí)段進(jìn)行主桁桿件的合龍。首先對合龍口進(jìn)行全面監(jiān)測,然后對相應(yīng)變量進(jìn)行調(diào)整。第二,利用“縱向頂推”措施分別將兩主塔鋼梁向主跨側(cè)縱移,同時(shí)利用各項(xiàng)調(diào)整措施對其他3個(gè)變量進(jìn)行實(shí)時(shí)微調(diào),現(xiàn)場實(shí)時(shí)觀察合龍口4根弦桿兩側(cè)腹板長圓孔相對情況,直至將長圓孔銷軸插入長圓孔內(nèi),使合龍口兩端Z方向互相約束。第三,繼續(xù)將兩主塔鋼梁向主跨側(cè)縱移,同時(shí)根據(jù)需要對相關(guān)變量進(jìn)行微調(diào),直至弦桿合龍點(diǎn)兩側(cè)腹板圓孔重合,立即將圓孔銷軸插入圓孔內(nèi),使4根弦桿的合龍點(diǎn)形成鉸接,并迅速完成剩余拼接板的安裝,并按要求插打沖釘。全部合龍施工工程僅耗時(shí)5h,在這一過程中需要注意在太陽升起之前,需要及時(shí)完成所有縱向束縛解除工作,以避免溫度對鋼梁位置的影響。

4.7合龍斜桿及安裝橋面板

合龍斜桿下口合龍點(diǎn),插打沖釘?shù)轿?,以此為基礎(chǔ),我們進(jìn)一步完成對合龍段主桁桿件的高栓施工操作后,利用栓焊依次完成兩層面板施工,最終完成所有的合龍工作。

5結(jié)語

本研究中的黃岡長江大橋主跨鋼梁合龍工作順利完成,整體合龍質(zhì)量遠(yuǎn)高出預(yù)先設(shè)定施工標(biāo)準(zhǔn),鋼梁整體線形流暢,穩(wěn)定性極高。在合龍施工以及前期準(zhǔn)備過程中,多種國內(nèi)外領(lǐng)先施工技術(shù)得到了順利應(yīng)用,較好地控制了架設(shè)過程中各桿件具體精度參數(shù),并通過行之有效的敏感性分析和現(xiàn)場相關(guān)驗(yàn)證,找出了最為符合本工程施工條件的調(diào)整措施并投入實(shí)踐,為本工程施工難、精度要求高問題的解決提供了強(qiáng)有力的支持,同時(shí)也極大地加強(qiáng)了施工的安全性,降低了工程施工風(fēng)險(xiǎn),對我國日后同類橋梁的合龍施工提供了借鑒和參考。

作者:張露單位:中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司