鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)中構(gòu)件分段分節(jié)探討

曾貴祥

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550001)

0 前 言

鋼結(jié)構(gòu)橋梁整體性能良好，具備環(huán)保節(jié)能、強(qiáng)度優(yōu)良的基本特點(diǎn)，并且能夠縮減施工空間，顯著提升鋼材料利用率，剩余鋼材具備回收利用的價值，可有效控制建筑垃圾[1]。此外，鋼結(jié)構(gòu)橋梁還具備優(yōu)良的延展性，可創(chuàng)設(shè)足夠安全的環(huán)境，抗震效果在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平，是現(xiàn)代橋梁領(lǐng)域的重要類型。

1 工程概況

本橋建設(shè)于整體式路基段，以直線接緩和曲線為主，接入半徑1 100 m的左偏圓曲線。橋梁共設(shè)置7聯(lián)，左右幅長度分別為1 501、1 486 m，主橋部分采用的是鋼管混凝土桁架拱，橋梁系為鋼混疊合梁。

2 吊塔和扣塔

橋址主要位于山谷處，總體上地勢陡峭、施工區(qū)域較為狹窄，考慮到工程成本以及施工效率多方面要求，將交界墩作為吊塔平臺，為之增設(shè)扣索錨梁。以萬能桿件為基礎(chǔ)，經(jīng)拼裝后形成雙柱門式塔，具體如圖1所示。

圖1 吊塔示意圖

塔柱中間區(qū)域安裝橫系梁，頂部設(shè)置蓋梁，通過焊接的方式得到門式格構(gòu)柱，增強(qiáng)塔腳穩(wěn)定性。吊塔安裝于塔頂處，施工中盡可能降低對扣錨系統(tǒng)的不良影響?；阢q接的方式連接吊塔與扣塔，于塔頂處增設(shè)索鞍，以便鋼索順利通過。從施工環(huán)境來看，吊裝場地主要位于谷底河岸靠路側(cè)，為了不對拱肋的正常使用造成影響，引入橫向移動工藝，由此確保大型纜索吊機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，或是將吊點(diǎn)設(shè)置在跨中處。在設(shè)計(jì)主橋安裝方案時，需全方位考慮各類影響因素，為吊裝作業(yè)創(chuàng)設(shè)穩(wěn)定環(huán)境。

3 主拱圈的加工及安裝

3.1 主拱圈的加工

鋼管混凝土拱橋施工中，鋼管拱圈制作尤為關(guān)鍵，此環(huán)節(jié)也直接決定了施工質(zhì)量，需為之適配先進(jìn)設(shè)備以及高素質(zhì)人才，與具備資質(zhì)的廠家合作。在實(shí)際制作中，應(yīng)以設(shè)計(jì)圖紙為基準(zhǔn)，嚴(yán)格控制施工技術(shù)，展開全方位的自檢與復(fù)檢；結(jié)束加工作業(yè)后，做好結(jié)構(gòu)表面的防腐工作，同時完成半拱嚙合組拼作業(yè)。以三個節(jié)段為一個單位逐一預(yù)拼，經(jīng)驗(yàn)收合格后對其編號，隨后拆為散件，轉(zhuǎn)移至施工現(xiàn)場并復(fù)拼。

以鋼板為原材料，經(jīng)卷曲的方式形成主拱圈鋼管，要求所用鋼板達(dá)到平直狀態(tài)，不可出現(xiàn)翹曲、銹蝕等問題。卷管方向需要與鋼板延壓方向相同，得到初始結(jié)構(gòu)后進(jìn)一步校正?？紤]到拱圈弦桿鋼管厚度較大的問題，需要針對鋼板展開Z向拉伸試驗(yàn)，通過中頻加熱的方式制得拱肋節(jié)段。

主拱圈腹桿等桿件施工難度較大，對放樣與下料均提出了較高要求，為滿足弦桿與腹桿之間的連接要求，需遵循1∶1精準(zhǔn)放樣原則，精確標(biāo)記腹桿等結(jié)構(gòu)的具體位置，確定合適的長度下料；以鈑金展開圖為基準(zhǔn)，在連接間隙處精確放樣?？紤]到構(gòu)件質(zhì)量要求，加工單位需要適配高性能切割機(jī)等設(shè)備，在指定工廠內(nèi)完成所有桿件的加工作業(yè)。

鋼管拱圈制安過程中，需做好吊點(diǎn)開孔作業(yè)并增設(shè)附屬構(gòu)件，不可遺漏任何一處[2]。關(guān)于鋼管預(yù)留混凝土澆筑孔，需在工廠內(nèi)開好，或是在現(xiàn)場結(jié)束拱圈安裝作業(yè)后開孔。但值得注意的是，無論何時開孔，經(jīng)開孔后產(chǎn)生的蓋片均要編號，完成混凝土澆筑作業(yè)后再將其蓋上并焊接為整體。確?；炷翝仓A(yù)留孔質(zhì)量，經(jīng)焊接后應(yīng)達(dá)到平整光滑的狀態(tài)，不可出現(xiàn)漏焊或是死混凝土等問題。

3.2 節(jié)段的組拼和安裝

米撐等各類散件要統(tǒng)一運(yùn)輸至施工區(qū)域，首先拼裝成大節(jié)段，隨后吊裝。為確保后續(xù)吊裝的順利進(jìn)行，需嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定試吊，以確保吊裝系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

主拱圈鋼管安裝工藝尤為關(guān)鍵，本工程采用兩岸對稱懸拼的方式，為確保吊裝穩(wěn)定性，要求吊裝重量控制在160 t以內(nèi)(不考慮扣點(diǎn)重量)。以單肋吊裝的方式為主，從而完成所有主拱圈節(jié)段的吊裝作業(yè)。值得注意的是，首先需要吊裝拱桁第一節(jié)段，在此基礎(chǔ)上橫向梁片分次吊裝，采取臨時鉸接措施，以便與拱腳穩(wěn)定連接起來，達(dá)到扣掛錨固狀態(tài)后再設(shè)置米撐[3]。在上述基礎(chǔ)上，即可展開拱桁第二節(jié)段的吊裝作業(yè)，遵循相同的方式完成橫向兩片的吊裝，基于內(nèi)法蘭栓接的方式實(shí)現(xiàn)與第一節(jié)段的穩(wěn)定連接，增設(shè)米撐等附件，調(diào)節(jié)好各結(jié)構(gòu)標(biāo)高，通過焊接的方式增強(qiáng)對接鋼板穩(wěn)固性，最后扣掛錨固?；谏鲜隽鞒坛掷m(xù)吊裝，最終完成所有拱圈節(jié)段的吊裝。關(guān)于鋼管拱肋的分段拼裝作業(yè)，在此過程中易產(chǎn)生對接接頭錯臺的問題，從而對結(jié)構(gòu)承載力造成不良影響，因此，錯臺需控制在0.2倍鋼管壁厚內(nèi)，同時不超過2 mm。

完成單肋節(jié)段的安裝作業(yè)后，需要在第一時間拉攬風(fēng)索，使其達(dá)到橫向穩(wěn)定狀態(tài)?？鄱谓Y(jié)束后，便可在節(jié)段間增設(shè)橫向米撐，通過焊接的方式提升穩(wěn)定性。只有在拱圈合龍后方可焊接扣段，且要建立在拱圈標(biāo)高達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上。拱圈接頭部分采用先栓接后焊接的方式，在缺乏米撐結(jié)構(gòu)時，很容易發(fā)生橫向變形。以工程實(shí)際情況為準(zhǔn)，確定是否有必要采取橫向加固措施。在本次鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中，拱圈剪力撐與風(fēng)撐斜腹桿均使用到高強(qiáng)螺栓連接的方式，從而大幅度緩解高空手工焊接工作量。本次施工中，螺栓均使用M24扭剪型，摩擦系數(shù)≥0.55，有效預(yù)拉力225 kN。構(gòu)件表面可不采取噴丸措施，但需要除銹并整平，拼裝等各環(huán)節(jié)均使用手槍式電動擰緊工具，因此，施工效率得到了顯著提升。

3.3 主拱圈合龍

1)測量拱肋線形是合龍之前的必備工作，需要針對拱圈展開至少24 h的監(jiān)測，以便獲悉各時間段的溫度情況，分析與懸臂端點(diǎn)撓度所呈現(xiàn)出的基本關(guān)系，并將其繪制為曲線。為確保拱圈合龍質(zhì)量，應(yīng)在溫度相對穩(wěn)定的時間段展開，基于工程情況，合龍溫度需控制在15℃～20℃。

2)利用瞬時合龍裝置在短時間內(nèi)完成主拱圈合龍作業(yè)，施工之前需要分析主拱圈線形與位置，合理調(diào)整偏差并復(fù)核，在合龍過程中遵循雙肋同時合龍的原則。此后，精確測定拱圈所在位置以及線形，以設(shè)計(jì)規(guī)范為指導(dǎo)，利用扣索做進(jìn)一步調(diào)整，在確保無誤后固定合龍裝置，并順利合龍拱圈。

3)控制現(xiàn)場焊接質(zhì)量，應(yīng)與工廠焊接完全一致。當(dāng)結(jié)束主拱圈第八節(jié)段的安裝后，便要對拱腳處實(shí)行封鉸措施。施工中，首先焊定鉸軸，隨后完成弦管接長件的焊接，并焊接外包管，在上述基礎(chǔ)上澆筑拱座預(yù)留槽，最終經(jīng)封鉸后得到無鉸拱。

3.4 松扣與卸扣

做好上述工作后，逐級松扣，此時在自重作用下，空鋼管拱圈將達(dá)到無鉸拱狀態(tài)。注重松扣流程：從跨中開始逐步向兩側(cè)展開，為對稱分索逐級松扣的方式，每放松一級后，均要維持15～20 min，安排專員測量數(shù)據(jù)并記錄，在確保無誤后進(jìn)入到第二級放松循環(huán)中，持續(xù)操作到達(dá)最后一級時，應(yīng)當(dāng)保留10%的索扣力，結(jié)束對拱圈鋼管的澆筑施工且滿足工程強(qiáng)度要求后，即可完全放松扣索。

3.5 鋼管混凝土澆筑

測試各環(huán)節(jié)施工質(zhì)量，在無誤后展開上下弦管的澆筑施工，本工程為C60自密實(shí)微膨脹混凝土，通過泵送頂升注壓的方式展開。從拱腳處開始，逐步施工至拱頂處，整個過程一次性完成；分析管內(nèi)混凝土強(qiáng)度，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%后，便可進(jìn)入到下一根鋼管的施工作業(yè)。

為確保壓注質(zhì)量，有必要將管內(nèi)污物清理干凈，同時管壁達(dá)到足夠濕潤的狀態(tài)，通過泵送的方式注入水泥漿，隨后壓注混凝土，結(jié)束此環(huán)節(jié)作業(yè)后，需隨即關(guān)閉倒流截止閥。

4 結(jié)束語

綜上所述，橋梁鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)中，以鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝尤為關(guān)鍵，會直接影響到橋梁工程的整體質(zhì)量。對此，施工人員需要確保鋼結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量，嚴(yán)格遵循規(guī)范完成安裝作業(yè)，推動橋梁工程的開展。

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