獨(dú)塔斜拉橋傾斜橋塔鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

甘玉林

摘要：文章結(jié)合大連市翔鳳河橋主塔施工，簡(jiǎn)單介紹獨(dú)塔斜拉橋傾斜橋塔銅結(jié)構(gòu)施工方法。

關(guān)鍵詞：橋塔；豎轉(zhuǎn)；溫度變形；傾斜橋塔

中圖分類號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2016）08-56-02

1工程概況

翔鳳河橋位于大連小窯灣商務(wù)區(qū)九號(hào)路，斜跨于翔鳳河上。為獨(dú)塔斜拉橋，跨徑130m，橋?qū)?1.5m，橋塔采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，橋面以上高68m，橋塔后傾20°。主塔鋼結(jié)構(gòu)件重172t，主塔中砼424m³，總重達(dá)1232t。

主塔在車間分段制作完成，運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)施工，在輔跨上鋪設(shè)的橋塔合攏胎位上合攏。豎塔時(shí)，將吊車站位在輔跨邊跨側(cè)，直接將橋塔豎起。

2焊接工藝評(píng)定

2.1焊接工藝評(píng)定流程

焊接工藝評(píng)定是保證主塔鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的極為重要的環(huán)節(jié)。焊接工藝評(píng)定是編制一切焊接工藝的依據(jù)，需在鋼結(jié)構(gòu)制造開工前完成。評(píng)定試驗(yàn)用的母材應(yīng)與主塔一致，選用C.S.P含量上限制備試板。試板焊接時(shí)，要考慮坡口根部間隙、環(huán)境和約束等極限狀態(tài)，以使評(píng)定結(jié)果具有廣泛的適用性。焊縫力學(xué)性能等方面和母材匹配。

2.2火焰切割工藝評(píng)定

主塔加工之前，用代表性的試件進(jìn)行火焰切割工藝評(píng)定。對(duì)于切割前已經(jīng)噴上車間底漆的鋼材，其進(jìn)行火焰切割工藝評(píng)定的試件，必須涂上相同型號(hào)、相同噴涂方法的底漆。通過(guò)火焰切割工藝評(píng)定試驗(yàn)，驗(yàn)證熱量控制技術(shù)。

3計(jì)算軟件建立實(shí)體模型并進(jìn)行前期計(jì)算

采用Solidworks對(duì)本橋進(jìn)行建立三維電子模型，以對(duì)吊裝重量、涂裝面積進(jìn)行計(jì)算，據(jù)此對(duì)主塔鋼構(gòu)件焊接制安順序做出合理調(diào)整。對(duì)吊裝過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力變化采用ANSYS分析軟件，計(jì)算模型有678465板單元，4630梁?jiǎn)卧?個(gè)索單元。

采用ANSYS對(duì)各工況條件下進(jìn)行模擬計(jì)算各工況下橋塔結(jié)構(gòu)應(yīng)力、橋塔結(jié)構(gòu)變形、吊耳結(jié)構(gòu)力、鉸接結(jié)構(gòu)力、支座結(jié)構(gòu)力、吊車?yán)M(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見下表：

經(jīng)計(jì)算，橋塔變形最大值59.08mm，發(fā)生在工況0°起吊，動(dòng)載荷系數(shù)φ=1.1；計(jì)算模型橋塔自重：175.32T（含吊耳、轉(zhuǎn)軸等臨時(shí)結(jié)構(gòu)重量）。驗(yàn)算示意圖見以下圖片：

根據(jù)模擬計(jì)算，對(duì)位移較大處鋼結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行一定量的調(diào)整，并增加臨時(shí)固定結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)少相應(yīng)誤差。

4工廠內(nèi)加工

4.1主塔專用生產(chǎn)線

為保證主塔質(zhì)量、確保制造精度，廠區(qū)配置了專用的生產(chǎn)線，生產(chǎn)線具有塊體單元組焊臺(tái)五副，可滿足施工生產(chǎn)進(jìn)度需求。

4.2電焊工上崗前理論、實(shí)作考試、技術(shù)交底

參加本項(xiàng)目建設(shè)的電焊工應(yīng)進(jìn)行崗前針對(duì)陛培訓(xùn)，考試合格并試焊通過(guò)的人員方可準(zhǔn)予上崗。參與本項(xiàng)目的所有管理人員及操作工均需接受技術(shù)交底。同時(shí)在每個(gè)工序開工時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)再次進(jìn)行技術(shù)交底。建立嚴(yán)格的獎(jiǎng)罰制度，過(guò)程發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)獎(jiǎng)罰。

4.3鋼材矯平及預(yù)處理

鋼板在預(yù)處理前，根據(jù)不同的板厚分別采用九輥和十一輥矯平機(jī)進(jìn)行矯平以保證鋼板平面度，消除鋼板軋制內(nèi)應(yīng)力。

4.4構(gòu)件下料

構(gòu)件下料采用電腦放樣與人工放樣雙重保證。根據(jù)工藝要求及計(jì)算數(shù)據(jù)預(yù)留制作時(shí)焊接收縮余量及切割邊緣加工等加工余量。鋼板不平時(shí)應(yīng)預(yù)先校平后再進(jìn)行切割。構(gòu)件上，采用自動(dòng)直條火焰切割機(jī)進(jìn)行下料，曲線型頂板底板采用數(shù)控切割。下料過(guò)程嚴(yán)格執(zhí)行工藝卡，減少切割變形，確保質(zhì)量。

4.5測(cè)量放樣后進(jìn)行組裝焊接

根據(jù)主塔平、縱、橫數(shù)據(jù)測(cè)量放樣，此時(shí)要根據(jù)前期軟件模擬結(jié)果充分考慮吊裝過(guò)程和后期混凝土灌注對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形影響，設(shè)置合理的預(yù)拱度?？紤]到施工精度的可靠性，人工焊接難以保證施工質(zhì)量，采用鍋爐用埋弧自動(dòng)焊機(jī)對(duì)主塔進(jìn)行焊接。對(duì)自動(dòng)焊接滾輪架（ZT-20T），進(jìn)行相就好改裝，制造專用胎架，并根據(jù)主塔結(jié)構(gòu)重，采用水箱進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)壓措施。通過(guò)高精度全站儀放點(diǎn)定位。經(jīng)驗(yàn)收合格后進(jìn)行焊接，焊接過(guò)程必須嚴(yán)格執(zhí)行工藝參數(shù)。焊接，矯正修磨一并同時(shí)完成相鄰單元端口的對(duì)口拼裝工作。

5現(xiàn)場(chǎng)安裝

5.1合攏胎架布設(shè)及橋塔現(xiàn)場(chǎng)拼裝

將主塔分段在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，對(duì)吊耳進(jìn)行焊接施工。同時(shí)布置應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

5.2主塔風(fēng)纜布置

為保證吊裝完成后橋塔的穩(wěn)定性和后期精度調(diào)整要求，對(duì)橋塔采用風(fēng)纜等進(jìn)行加固施工，在吊裝前需將風(fēng)纜所需的卷?yè)P(yáng)機(jī)等機(jī)具焊接完成。

5.3起吊

選擇風(fēng)力、氣溫等條件較好的情況下進(jìn)行施工。起吊之前，對(duì)主塔底部鉸支座進(jìn)行全面檢查，保證焊接質(zhì)量符合要求，確保鉸支座具有足夠強(qiáng)度，對(duì)橋塔上各吊點(diǎn)進(jìn)行復(fù)檢，檢查各卷?yè)P(yáng)機(jī)的橋面位置是否已固定，防止在起吊過(guò)程中發(fā)生滑移。

正式吊裝前首先進(jìn)行試吊，以全面落實(shí)和檢驗(yàn)整個(gè)吊裝方案的完善性。試吊至橋塔傾斜20°后，對(duì)橋塔應(yīng)力及變形量做出檢測(cè)，判斷實(shí)際情況是否與計(jì)算情況相一致。確定一致后方可進(jìn)一步吊裝。

正式起吊過(guò)程中，使橋塔保持穩(wěn)定勻速提升，同時(shí)，在橋梁正面及側(cè)面設(shè)置三處監(jiān)測(cè)點(diǎn)，全站儀做實(shí)時(shí)測(cè)量，觀測(cè)人員及時(shí)反應(yīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，嚴(yán)格控制基準(zhǔn)軸線位置、標(biāo)高及垂直偏差，通過(guò)對(duì)講機(jī)與豎轉(zhuǎn)總指揮進(jìn)行溝通，及時(shí)調(diào)整、糾正塔的位置，當(dāng)橋塔吊裝至設(shè)計(jì)角度后，吊車停止提升。

5.4固定卸鉤

吊裝過(guò)程中，卷?yè)P(yáng)機(jī)同步對(duì)風(fēng)纜進(jìn)行調(diào)整，但對(duì)風(fēng)纜加力不大于20KN，以免影響吊裝施工。橋塔達(dá)到設(shè)計(jì)要求角度后，卷?yè)P(yáng)機(jī)加力達(dá)到計(jì)算拉力，測(cè)量位置及應(yīng)力數(shù)據(jù)，滿足要求后解除吊車掛鉤，焊接部分橋塔底部裙板，并對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)各固定部件進(jìn)行二次加固，經(jīng)專職安全人員確認(rèn)后切斷卷?yè)P(yáng)機(jī)電源，并派專職人員對(duì)其進(jìn)行看護(hù)以免發(fā)生意外。

6影響精度的關(guān)鍵工藝

實(shí)踐表明主塔制造關(guān)鍵技術(shù)主要在于焊接質(zhì)量、焊接變形及主塔總拼控制。整體拼裝為露天作業(yè)，環(huán)境溫度對(duì)拼裝尺寸影響較大。掌握氣象信息，選好天氣吊裝。同時(shí)，必須注意主塔的設(shè)計(jì)溫度為20%，如環(huán)境溫度不達(dá)設(shè)計(jì)要求，均要根據(jù)實(shí)際溫度與設(shè)計(jì)溫度之差增加補(bǔ)償量，補(bǔ)償?shù)臄?shù)值根據(jù)鋼材的線膨脹系數(shù)計(jì)算。內(nèi)部焊接時(shí)配有引風(fēng)機(jī)等通風(fēng)、冰塊降溫等措施，以達(dá)到溫度穩(wěn)定性、保證施工質(zhì)量和安全的目的。需重點(diǎn)觀測(cè)計(jì)算溫度對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接產(chǎn)生的影響，及時(shí)預(yù)留出變形量，焊接主焊縫時(shí)采用專用變壓器以保證電流穩(wěn)定及焊接質(zhì)量，內(nèi)部焊接盡可能選擇在夜間施工。

7結(jié)束語(yǔ)

本橋在大連地區(qū)具有一定的代表性，受到的行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，因主塔斜拉索長(zhǎng)度固定，故橋塔施工精度要求高，為此采取了焊前制定焊接工藝評(píng)定及伸縮量的計(jì)算，通過(guò)軟件模擬，對(duì)吊裝及后期混凝土灌注過(guò)程產(chǎn)生的形變做出充分考慮。過(guò)程中嚴(yán)格按照前文所述控制措施進(jìn)行施工，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求精度，為今后此類傾斜鋼結(jié)構(gòu)橋塔施工提供一定參考。