大矢跨比鋼拱連廊分段組件制作與吊裝施工技術(shù)

許偉平

（湛江市第四建筑工程有限公司 廣東湛江524000）

1 工程概況

某廣場項目位于湛江市赤坎區(qū)，是一座使用功能齊全，集商務(wù)辦公、娛樂休閑等功能為一體的現(xiàn)代化、智能化綠色商務(wù)辦公大樓（見圖1）。建設(shè)規(guī)模為總建筑面積約17.3萬m2，由A（酒店）、B（辦公）2棟塔樓組成。2棟塔樓由鋼連廊橋連接，鋼橋位于A、B塔樓之間連通2塔之間的3、4層通道。鋼橋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計主要分為2部分結(jié)構(gòu)：①連廊橋身鋼結(jié)構(gòu)；②主支撐結(jié)構(gòu)拱。鋼拱連廊橋身總長58 m，拱高10.24 m，矢跨比約為1/5，主結(jié)構(gòu)總重約為185 t（見圖2）。

圖1 某廣場項目日景效果Fig.1 Daily View of a Square Project

圖2 大矢跨比鋼拱連廊模型Fig.2 Model of Steel Arch Corridor with Large Rise Span Ratio

2 施工工藝流程

深化設(shè)計?施工準(zhǔn)備?材料進場檢驗?構(gòu)件制作（放樣、下料、彎管、組對焊接）?預(yù)拼裝?防腐?驗收后運輸至現(xiàn)場?基礎(chǔ)交接?安裝臨時支撐架?吊裝組對?找平、找正?組裝焊接?焊縫檢測（未合格整改后再檢測）?卸載拆除臨時支撐?監(jiān)測（1周）?附屬工程施工?防腐?驗收。

3 大矢跨比鋼拱連廊弧形構(gòu)件加工制作技術(shù)

3.1 放樣

深化設(shè)計鋼拱連廊各類型構(gòu)件拆解并分段［1-4］，各分段構(gòu)件在工廠按制造工藝的要求，采用計算機對構(gòu)件進行模擬放樣，核定構(gòu)件的幾何尺寸。放樣檢驗合格后，按工藝要求制作分段管道的焊接角度、槽口、對接樣板和胎架樣板。

3.2 下料

鋼管件采用圓管切割機下料，兩端坡口30°；對主管原則上長度按定尺采購，盡量避免對焊接長；下料時根據(jù)圖紙或工藝要求預(yù)留焊接收縮量。原材料的對接接頭具體坡口（見圖3），并在工裝劃出縱向直線，相隔90°的4條母線及節(jié)點圓周環(huán)線，打樣沖眼。

圖3 相同管壁厚度主管對接示意圖Fig.3 Butt Joint Diagram of Main Pipe with the Same Wall Thickness

3.3 彎圓

鋼拱連廊橋設(shè)計有大量彎管桿件（見圖4），桿件彎圓采用鋼管彎圓機進行加工。根據(jù)相關(guān)驗收規(guī)范要求，彎曲后的鋼管直徑變化≤3 mm，壁厚變化≤1 mm，鋼管表面不能出現(xiàn)折痕和凹凸不平的現(xiàn)象。

圖4 鋼構(gòu)連廊橋面構(gòu)件三維布置Fig.4 Three Dimensional Layout of Bridge Deck Members of Steel Corridor

較大半徑和板厚的圓管（如φ299×12、φ600×20等規(guī)格）在工廠內(nèi)一般采用火焰煨彎，熱煨彎過程具體工藝要求如下：

3.3.1 胎架的制備

根據(jù)圖紙確定彎管胎架支點的矢高，支點距離d一般取值范圍為1 000～1 500 mm，具體距離視彎管直徑、壁厚、弧度、長度等具體情況而定。用水準(zhǔn)儀測量測定各點的位置高度，矢高誤差不超過2 mm。彎管加工胎架示意如圖5所示。

圖5 彎管加工胎架示意圖Fig.5 Schematic Diagram of Bent Tube Processing Frame

3.3.2 劃線

⑴在未彎圓的圓管上垂直對稱劃4條母線，然后用粉筆標(biāo)識出烤火點范圍，烤火點之間距離不大于100 mm，同時為了保證鋼管圓弧均勻過渡，烤火點應(yīng)超過鋼管的母線10°～15°（見圖6）。

圖6 彎管標(biāo)記烤火范圍Fig.6 Schematic of Fire Range Marked by Elbow Tube（mm）

⑵烤火控制鋼管加熱溫度在900～1 000℃之間，加熱時應(yīng)用2把烤槍從中間向兩側(cè)對稱加熱，保證在烤火過程中構(gòu)件不發(fā)生扭曲變形；根據(jù)彎管的設(shè)計弧度，制作長度為2～3 m（支點距離的2倍2d），半徑偏差不超過2 mm的樣板，在烤火過程中進行測量，保證圓管的彎制弧度。

⑶如果管壁較厚，烤火效果不明顯時，應(yīng)增加外力（見圖7）。

圖7 施加外力示意圖Fig.7 Schematic Diagram of Applying External Force

施加外力時，外力點不能和管壁直接接觸，應(yīng)加設(shè)與圓管面接觸密實的墊鐵，避免局部受力產(chǎn)生凹坑。

⑷當(dāng)各個支撐點都與管壁接觸后，應(yīng)停止加熱并保持外力，在鋼管冷卻至室溫后，再去除外力。

⑸當(dāng)彎曲圓管去除外力作用或降溫后，會發(fā)生回彈，回彈量一般為0.04R～0.06R（R為半徑）。影響回彈量得因素很多，開始彎曲時首先選擇較小的回彈量，煨制好第一根后，根據(jù)煨彎成型情況，重新選定回彈量，調(diào)整彎管加工弧度［4］。

3.3.3 圓管相貫線剖口切割加工

連廊結(jié)構(gòu)存在大量的圓管相貫剖口。圓管相貫線的切割好壞直接關(guān)系到連廊結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量及外觀質(zhì)量。采用數(shù)控相貫線切割機進行切割，根據(jù)放樣程序，坡口角度隨圓周變化自動切割一次性成形，滿足相貫線接頭處趾部、根部和側(cè)部的不同焊接要求。

3.4 分段構(gòu)件預(yù)拼裝

鋼拱連廊為空間桁架，為確?，F(xiàn)場組裝焊接的外觀線型光順美觀，達到標(biāo)準(zhǔn)要求，不發(fā)生錯位、起鼓、起皺等現(xiàn)場質(zhì)量問題。工廠加工圓管后，將分解的各類型分段構(gòu)件利用胎架進行預(yù)拼裝，并按照工藝規(guī)定對零部件進行檢查，組裝的允許偏差應(yīng)符合設(shè)計施工要求。如發(fā)現(xiàn)錯位、尺寸不符等問題及時進行調(diào)整，減少現(xiàn)場調(diào)整工作量，加快現(xiàn)場施工進度。

4 大矢跨比鋼拱連廊吊裝施工技術(shù)

由于連廊結(jié)構(gòu)安裝空間組對焊接量多，安裝要求精度高。鋼結(jié)構(gòu)在預(yù)制場地制造并運輸?shù)浆F(xiàn)場，利用現(xiàn)場塔吊進行吊裝空中組裝。由于橋支撐結(jié)構(gòu)是空間曲率彎曲單管，未與橋完全連接前結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固，因此在安裝前需搭建臨時結(jié)構(gòu)支撐框架，保證橋身結(jié)構(gòu)為未完全連接前橋的穩(wěn)定性，以及保證橋安裝的精度?？紤]到塔吊能力的關(guān)系，預(yù)制好材料后，現(xiàn)場搭設(shè)臨時支撐架與滿堂腳手架進行單根拼裝。先安裝形成穩(wěn)定的主結(jié)構(gòu)，后安裝次結(jié)構(gòu)。

4.1 現(xiàn)場設(shè)備吊裝分析

為連廊結(jié)構(gòu)提供吊裝的設(shè)備主要有現(xiàn)場4#、5#塔吊，根據(jù)塔吊的布置位置和塔吊吊裝能力分析，繪制出吊裝能力控制區(qū)域圖，在每個區(qū)域吊裝件重量應(yīng)控制在吊裝能力以內(nèi)。塔吊吊裝控制分布如圖8所示。

圖8 現(xiàn)場塔吊吊裝能力控制Fig.8 Control Chart for Lifting Capacity of Tower Crane on Site

從圖8中可以看出，鋼連廊安裝區(qū)域吊裝能力至少在2 t以上。對于連廊結(jié)構(gòu)安裝吊裝，單根結(jié)構(gòu)重量控制在2 t可以滿足吊裝能力。

4.2 安裝臨時支撐架

在安裝過程為了讓橋身在沒有連接固定支撐前，能被穩(wěn)固支撐，并保證安裝的精確對位，考慮用鋼管架結(jié)構(gòu)臨時支撐橋身。臨時支撐采用P190×8鋼管制作，尺寸為3.0 m×3.6 m×10.5 m，每個重量約5 t，共3個支撐點，總重約15 t。典型結(jié)構(gòu)形式如圖9所示。

圖9 安裝臨時支撐架Fig.9 Installing Temporary Support Frame

4.3 鋼管連廊分段吊裝施工模擬與測量校正

4.3.1 鋼管連廊分段吊裝施工模擬

大矢跨比鋼拱連廊鋼結(jié)構(gòu)組件預(yù)制好后，運輸?shù)浆F(xiàn)場單根進行空中拼裝，根據(jù)安裝結(jié)構(gòu)施工的需求，依次安裝鋼拱連廊的下拱彎管、走道平臺、上拱彎管等結(jié)構(gòu)，具體安裝步驟如圖10～圖12所示。

圖10 鋼拱連廊下拱彎管安裝Fig.10 Installation of Lower Arch Pipe of Steel Arch Gallery

圖11 鋼拱連廊走道結(jié)構(gòu)安裝Fig.11 Installation of Steel Arch Corridor Platform Structure

圖12 鋼拱連廊上拱鋼管安裝Fig.12 Installation of Upper Steel Pipe of Steel Arch Corridor

4.3.2 鋼管連廊吊裝施工測量校正

將同一安裝單元組件標(biāo)高、水平度找好后，將結(jié)構(gòu)點焊在規(guī)定位置。控制點9、10、11、12坐標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場實測埋件位置調(diào)整，其他控制點標(biāo)高需現(xiàn)場測量復(fù)合（見圖13）。計算出連廊上下端部的中心點坐標(biāo)，采用高精度的全站儀測量并配合調(diào)整；計算出連廊構(gòu)件每段的起拱值，按照規(guī)范及設(shè)計要求進行起拱，上下拱彎管總長為53 m，按照設(shè)計要求彎管中心起拱為8.2 mm。待連廊彎管標(biāo)高調(diào)整完成后再對其的軸線進行調(diào)整，先調(diào)整桁架的Y軸線坐標(biāo)，控制橫向偏差；然后調(diào)整桁架的X軸線坐標(biāo)，控制每段的縱向偏差；待調(diào)整完成后進行臨時加固，復(fù)測軸線和標(biāo)高并完成記錄。

圖13 鋼拱連廊主要定位點空間位置示意圖Fig.13 Schematic Diagram of Spatial Location of Main Locating Points of Steel Arch Gallery

鋼結(jié)構(gòu)的安裝中，嚴(yán)禁強行組對。如有構(gòu)件尺寸偏差，應(yīng)測量好偏差尺寸，構(gòu)件吊回地面進行調(diào)校、矯正后再次吊裝安裝。鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件安裝就位后，應(yīng)立即進行校正、固定，不應(yīng)在未經(jīng)找正的構(gòu)件上繼續(xù)安裝。根據(jù)溫差、風(fēng)力等外界環(huán)境和焊接變形等因素采取相應(yīng)調(diào)整措施進行校正。

4.4 臨時支撐拆除與撓度監(jiān)測

鋼拱連廊整體拼裝焊接完成后，逐步拆除其臨時支撐（見圖14）；按照規(guī)范要求在連廊結(jié)構(gòu)兩側(cè)下弦中央一點及各向下弦跨度的四等分點處設(shè)置測量點，測量記錄其沉降撓度值。因鋼拱連廊為大跨度結(jié)構(gòu)，存在沉降下?lián)?，變形隨時間變化會趨于穩(wěn)定。為保怔結(jié)構(gòu)安全，在拆除臨時支撐后對連廊結(jié)構(gòu)連續(xù)1周進行下?lián)隙茸冃斡^測［5-7］。

圖14 鋼拱連廊臨時支撐拆除Fig.14 Demolition of Temporary Support for Steel Arch Corridor

5 大矢跨比鋼拱連廊安裝施工受力分析

按照分段方案和安裝方案（先安裝形成穩(wěn)定的主結(jié)構(gòu)，后安裝次結(jié)構(gòu)）對本構(gòu)件在安裝過程中的結(jié)構(gòu)安全進行施工模擬計算，計算構(gòu)件在每個施工階段的結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力狀況，確定各分段或單個構(gòu)件的預(yù)起拱量。利用SACS5.2鋼結(jié)構(gòu)強度計算軟件計算安裝位移，鋼拱連廊安裝完成拆除臨時支撐位移計算如下：

計算依據(jù)規(guī)范：AISC—美國鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會《鋼結(jié)構(gòu)手冊》；

計算軟件：SACS5.2鋼結(jié)構(gòu)強度計算軟件；

假設(shè)條件：鋼結(jié)構(gòu)為線性桿系結(jié)構(gòu)；

荷載條件：①主結(jié)構(gòu)自重；②恒載0.7 kN/m2；荷載組合：①+②。

建立模擬模型（見圖15），模擬過程和計算結(jié)果。

圖15 鋼拱連廊模擬模型Fig.15 Simulation Model of Steel Arch Corridor

計算荷載如表1所示，位移計算結(jié)果如表2所示。

表1 荷載組合Tab.1 Load Combination

以上計算工況為安裝完成后拆掉臨時鋼結(jié)構(gòu)后，鋼橋自身結(jié)構(gòu)重量荷載的作用工況，表2中的位移結(jié)果為橋身中間結(jié)構(gòu)在重力方向上的位移，位移8.235 mm≤58 000/2 000=29 mm，滿足精度要求。經(jīng)持續(xù)觀測，沉降撓度與計算值基本符合［8-9］。

表2 位移計算結(jié)果Tab.2 Displacement Calculation Result

6 結(jié)語

本文重點闡述了大矢跨比鋼拱連廊分段組件制作與吊裝施工控制過程及要點，對連廊的各類型構(gòu)件進行拆解分段，分段的大直徑厚壁桿件在工廠彎圓后進行預(yù)拼裝，現(xiàn)場采用塔吊吊裝，可減少現(xiàn)場調(diào)整工作量，提供施工效率并節(jié)約成本；對鋼拱連廊各分段進行吊裝施工模擬并計算起拱值，連廊結(jié)構(gòu)整體吊裝完成后逐步拆除臨時支撐并持續(xù)進行撓度監(jiān)測［10-11］，安裝精度滿足要求。對同類工程的施工具有借鑒意義。