南京大勝關(guān)長江大橋三桁超高吊索塔架施工應(yīng)用技術(shù)
1工程概況
南京大勝關(guān)長江大橋是京滬高速鐵路的控制性工程,主橋為(108+192+336+336+192+108)m六跨連續(xù)鋼桁梁拱橋,位于4#～10#墩間,橋梁承載雙線京滬高速鐵路、雙線滬漢蓉鐵路,在兩邊桁的外側(cè),各外挑5.8m的懸臂托架,支撐南京城市輕軌鐵路,橋面總寬41.6m。
南京大勝關(guān)長江大橋8#主墩鋼梁架設(shè)采用墩頂2個節(jié)間在墩旁托架上架設(shè),南側(cè)采用400t浮吊架設(shè)至南邊跨合龍口,北側(cè)采用70t架梁吊機懸臂拼裝至A37’節(jié)間,然后進行主跨合龍,由于懸拼跨度大,輔以吊索塔架+斜拉索進行懸臂拼裝。吊索塔架高度68.5m,前后吊索每桁(共三桁)設(shè)置三層,塔架立柱下端與鋼梁上弦節(jié)點預(yù)留鉸座板鉸接,吊索塔架利用塔吊分段散拼。8#墩邊跨合龍后,對8#墩側(cè)鋼梁縱向位移調(diào)整完畢后開始拼裝吊索塔架。
吊索塔架單桁單層由4根吊索組成,共三桁,每桁三層。斜拉索上端錨固于塔柱錨固區(qū),下端錨固于鋼梁上弦預(yù)留燕子板上。斜拉索均采用高強平行鋼絲,外包PE保護層,第一、二斜拉索的設(shè)計安全系數(shù)為K=2,拉索的正常使用應(yīng)力不超過高強鋼絲標準強度的50%,即拉索最大容許應(yīng)力[σ]≤0.50Rb。第三層斜拉索正常使用應(yīng)力不超過高強鋼絲標準強度的50%,并預(yù)留10%的調(diào)索儲備,即拉索最大容許應(yīng)力[σ]≤0.45Rb。
吊索塔架錨箱有上錨箱和下錨箱兩種,上錨箱用于吊索上端和塔柱錨固區(qū)連接,下錨箱用于拉索下端與鋼梁燕子板連接。前索、后索每個錨箱設(shè)計拉力均為2500t。掛索及張拉時安裝吊索的千斤頂在下錨箱處操作,因此在下錨箱設(shè)計有供千斤頂、撐腳以及張拉桿安裝的空間,以利于安裝及調(diào)整吊索時操作。斜拉索通過錨箱導(dǎo)向管被牽引預(yù)緊, 192m邊跨合龍后,60t架梁吊機后退過程中,吊裝后索A6’、A8’、A10’節(jié)點錨箱。前索下錨箱均用70t爬行吊機之尾部吊機安裝。
8#墩懸臂架設(shè)鋼梁至A32′節(jié)點后,掛設(shè)并張拉第一層斜拉索,該斜拉索錨點位于拱上弦A29′節(jié)點。繼續(xù)架設(shè)鋼梁至A34′節(jié)點,掛設(shè)并張拉第二層斜拉索,該斜拉索錨點位于拱上弦A32′節(jié)點。繼續(xù)架設(shè)鋼梁至A37′節(jié)點,掛設(shè)并張拉第三層斜拉索,該斜拉索錨點位于拱上弦A34′節(jié)點。
2吊索塔架設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)及加工
2.1 吊索塔架設(shè)計
吊索塔架是一個復(fù)雜的受力體系,其計算模型為軸心受壓桿件。經(jīng)吊索傳來的力通過塔架中心立柱頂部拉板分配給中心立柱,中心立柱通過立柱底節(jié)下鉸座支承在鋼梁節(jié)點上,將力傳給鋼梁,直至橋墩。
2.2 斜拉索計算原理
假設(shè)斜拉索索長L,塔梁兩端索孔錨板中心的幾何距離L。,梁端錨杯距梁端錨墊板的距離 為a,在牽引力T作用下,其彈性伸長量為TL/EA,
垂度影響的伸長量近似為: ,
斜拉索計算簡圖如圖1,因此可得:
式中:L0―上下兩端索孔錨板中心的幾何距離
L―斜拉索的長度
LX―L0的水平投影長度
E―垂直索的彈性模量
W―鋼索單位長度重量
A―鋼索中鋼絲的截面積
T―牽引力
2.3 吊索塔架加工
因本結(jié)構(gòu)工程量大,工期緊,要求合理安排,周密組織,科學(xué)管理,應(yīng)盡早完成前期施工的各項準備工作,滿足工程總工期和節(jié)點工期的要求。
本結(jié)構(gòu)采用專業(yè)分工的流水作業(yè)生產(chǎn)模式,H型梁嚴格按照生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn):
(1)放樣處理
在整個鋼結(jié)構(gòu)制造中,放樣工作是非常重要的一環(huán),因為所有的零件尺寸和形狀都必須先行放樣,然后依樣進行加工,最后才把各個零件裝配成一個整體。因此,放樣工作的準確與否將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
放樣前,放樣人員必須熟悉制作施工圖及本工程的一些特殊工藝要求。在放樣的同時,放樣人員核對制作施工圖,如發(fā)現(xiàn)施工圖有遺漏、錯誤或其它原因須更改施工圖時,必須取得設(shè)計院的書面認可,不可擅自修改。
(2)下料
根據(jù)材料的用途和精確程度,一般采用以下幾種方法進行下料,即自動切割機下料、半自動切割機下料。
(3)材料的矯正、邊緣處理
本工程中需要做邊緣加工的部位:設(shè)計圖紙中有技術(shù)要求的焊接坡口;尺寸精度要求嚴格的加勁板、腹板及有孔眼的節(jié)點板等。用機械和火焰矯正法對鋼板進行矯正,保證平直度。
鋼板表面的銹跡應(yīng)清除干凈,除銹后表面應(yīng)無可見油脂和污垢,且無氧化皮,鐵銹和油漆涂層等附著物應(yīng)基本清除干凈,其殘留物應(yīng)附著牢固。
(4)鉆孔
本結(jié)構(gòu)采用鉆模套鉆法鉆孔。即鉆孔前先制作鉆模,材料用45#鋼板(δ=16mm),鉆模用數(shù)控鉆床鉆孔。鉆模作為鉆頭定心用,待鉆工件上定位完成后須報質(zhì)檢員驗收合格后方可施工。在首件構(gòu)件加工完成后復(fù)查尺寸,誤差在允許范圍內(nèi)方可繼續(xù)施工。
(5)鋼板對接
由于鋼板規(guī)格所限,所以在本結(jié)構(gòu)中加工鋼梁和鋼柱時,一部分鋼板需要進行對接。對接鋼板采用埋弧焊對接,因本結(jié)構(gòu)選用鋼板板厚較厚,因此在對接處開坡口以保證對接焊縫全部熔透。在焊接背面時必須進行清根處理,當發(fā)現(xiàn)正面焊縫有氣孔、夾渣等缺陷則必須將此處打磨到清除為止。
(6)組立H型鋼
彈出下翼緣板中心線,再以中心線為基線彈出腹板厚度線,平放在組立機平臺上,端頭緊貼靠模,吊起腹板將端頭緊貼靠模(注意有斜度的要將大頭緊貼端頭靠模),腹板要立在線上,用輥輪壓緊定位后測量翼緣,板邊之間墊薄鐵板調(diào)整,直到誤差允許范圍內(nèi)(±2mm)為止,放下壓輥整體定位,然后從端頭開始將腹板與翼緣板自動點焊初步成型。
(7)焊接H型鋼
?、購?fù)核組裝件幾何尺寸是否符合要求,查看所有焊縫區(qū)域內(nèi)清潔情況,如有殘留割渣、水、污物,應(yīng)進行處理。
?、跈z查焊絲是否是指定的規(guī)格及清潔干燥情況。
?、郯匆?guī)定焊接參數(shù),調(diào)節(jié)焊接電流,進絲速度和行走速度。
④采取船形位置施焊,工件要求基本墊成水平。
⑤焊接時使用的焊劑必須經(jīng)過烘焙。烘焙約1小時,溫度150-300℃。本工程焊接低碳合金鋼的熔煉焊劑在使用中放置時間不許超過8小時。焊劑反復(fù)使用后重復(fù)使用次數(shù)不許超過10次。未用完的焊劑,使用次數(shù)未超過十次的,應(yīng)回收起來,以便下次使用。
3吊索塔架安裝
3.1 準備工作
(1)沖釘
吊索塔架拼裝用沖釘選用材質(zhì)45號鋼制作,并經(jīng)過淬火回火熱處理后才能使用,其硬度應(yīng)滿足HRC≥40。本吊索塔架選用的沖釘直徑分別為mm、mm和兩種規(guī)格。沖釘制作完畢后,對其進行抽檢,不符合要求的不能使用,吊索塔架拼裝以前應(yīng)準備好2000個沖釘。
(2)腳手架
吊索塔架拼裝前應(yīng)準備好各種腳手支架,包括底節(jié)拼裝腳手、標準節(jié)拼裝腳手、非標準節(jié)拼裝腳手、橫向聯(lián)結(jié)系拼裝腳手、聯(lián)結(jié)桁架拼裝腳手、掛索平臺腳手、錨固區(qū)聯(lián)結(jié)系拼裝腳手等。
3.2 拼裝方法
吊索塔架因底節(jié)重量大,采用浮吊安裝,其余部位采用2臺塔吊共同安裝,先安裝中心立柱,再安裝聯(lián)結(jié)系,最后安裝錨箱。塔吊安裝時同步隨塔架高度增加逐步自升,塔吊撐桿設(shè)計為可調(diào)節(jié)式,確保鋼梁縱移時塔吊垂直度在可控范圍內(nèi)。吊索塔架總體布置見圖2所示。
3.3 質(zhì)量控制
拼裝質(zhì)量標準如下:
桁距(中至中)偏差 ±10mm
吊索架橫向?qū)挾绕?±10mm
吊索架高度誤差 ±50mm
吊索架垂直誤差5’
4斜拉索掛設(shè)及張拉
4.1斜拉索掛設(shè)順序
(1)掛索總順序:先第一層索,再第二層索,最后第三層索。
(2)對于某層索,先同步掛設(shè)中桁斜拉索,再掛設(shè)兩邊桁斜拉索。
(3)對于某桁索:先同步掛設(shè)1#、3#前后索再同步掛設(shè)2#、4#前后索。斜拉索編號如圖3所示。
(4)對于某根索,先放索,錨固端錨頭掛設(shè),再張拉端錨頭掛設(shè)。
4.2 放索
斜拉索采用水平轉(zhuǎn)盤放索,索盤放置在橋面板上;在放索過程中,由于索盤自身的彈性和牽引產(chǎn)生的偏心力,會使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生加速,導(dǎo)致散盤,所以現(xiàn)場應(yīng)對轉(zhuǎn)盤加設(shè)剎車裝置。
前索將張拉端錨頭牽出放于錨頭小船上,船身兩側(cè)開有小孔用以將錨頭固定在小船上。在張拉端錨頭上安裝放索錨座,用10t卷揚機配合20t滑車組牽引錨座放索,直至斜拉索全部展開。后索將錨固端錨頭牽出放于錨頭小船上,船身兩側(cè)開有小孔用以將錨頭固定在小船上。在錨固端錨頭上安裝放索錨座,用10t卷揚機配合20t滑車組牽引錨座放索,直至斜拉索全部展開。
4.3 斜拉索張拉
(1)在張拉端錨杯上安裝張拉桿Ⅰ并使張拉桿Ⅰ戴滿一個螺帽,然后安裝張拉桿Ⅱ及硬牽引裝置(包括650t穿心式千斤頂及撐腳),用千斤頂牽引張拉桿直至錨杯戴帽。張拉端錨杯戴帽如圖4所示。
(2)張拉端錨頭戴帽后,利用650t穿心式千斤頂配張拉桿張拉索力至設(shè)計噸位,擰緊錨固螺母。
(3)斜拉索的張拉作業(yè)遵循“平衡、對稱、同步、分級”的原則。
(4)一層24根斜拉索同步張拉至設(shè)計噸位,需24臺千斤頂同步作業(yè)。張拉過程千斤頂要分級加載,不得一步到位;分級值為索力的10%,張拉結(jié)束后各斜拉索索力誤差值控制在5%以內(nèi)。
5吊索塔架在合龍過程中的應(yīng)用
通過調(diào)整斜拉索索力,可以控制主跨合龍口縱橫向位移及豎向轉(zhuǎn)角,取消了墩頂頂落梁裝置的布置。確保鋼梁合龍時線形滿足施工監(jiān)控要求。
6 結(jié)語
隨著南京大勝關(guān)長江大橋鋼梁順利的架設(shè)及合龍,吊索塔架施工應(yīng)用逐漸走向成熟,其具有減少鋼梁桿件安裝內(nèi)力、減少伸臂端撓度、增加伸臂端桁梁的側(cè)傾穩(wěn)定性和增加鋼梁剛度、防止晃動等優(yōu)點,越來越得到重視和發(fā)展。
參考文獻:
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[3]王東輝,覃永剛.南京大勝關(guān)長江大橋鋼梁架設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)[J].橋梁建設(shè),2009,(2):5―8
作者簡介:
張東超,(1984-),男,助理工程師,2006年畢業(yè)于吉林建筑工程學(xué)院交通土建專業(yè), 工學(xué)學(xué)士
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