鋼管拱肋節(jié)段接頭高空焊接折疊式作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

摘 要：文章以在建的六景郁江特大橋?yàn)楣こ瘫尘埃邪l(fā)了一套可用于拱肋節(jié)段接頭高空焊接施工的折疊式作業(yè)平臺(tái)。該平臺(tái)具有高度模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，規(guī)避了類似纜索吊裝施工的鋼管混凝土拱橋高空作業(yè)平臺(tái)空間受限的缺陷，具有較為重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鋼管拱肋；纜索吊裝；焊接接頭；可折疊；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U448.22

0 引言

在鋼管拱橋拱肋節(jié)段采用無(wú)支架纜索吊裝安裝到位后，需進(jìn)行拱肋節(jié)段接頭的高空焊接施工。接頭焊接施工的質(zhì)量要求高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，并且屬于高空作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)大。因此對(duì)此處操作平臺(tái)的安全性與穩(wěn)定性的要求比其他位置要高［1-2］。以往類似工程中，該接頭位置的焊接平臺(tái)多為在拱肋安裝好后，用工作索轉(zhuǎn)運(yùn)腳手架用鋼管、竹膠板到接頭位置，采用人工在高空光滑的拱肋上進(jìn)行平臺(tái)的拼裝，拼裝難度大、風(fēng)險(xiǎn)高［3-4］?？紤]到拱肋的多樣性和高風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)展拱肋接頭焊接平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化研究，具有重要的工程意義。目前已經(jīng)有相關(guān)學(xué)者和工程技術(shù)人員開(kāi)展了關(guān)于平臺(tái)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)研究工作，如田鑫等［5］發(fā)明了一種裝配式施工的模塊化平臺(tái)，擴(kuò)展了高空施工平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景，解決了施工平臺(tái)拆卸不便的缺陷；張人堅(jiān)、段嘉軒等［6-7］研發(fā)了大型高空施工作業(yè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了高空施工平臺(tái)的快速搭建，提高平臺(tái)的空間利用率、縮短運(yùn)輸距離、提高施工效率；劉仁松等［8］發(fā)明了一種用于高空施工的安全防護(hù)結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有高空施工平臺(tái)防護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)不便的缺陷。綜合目前高工施工平臺(tái)的研發(fā)成果來(lái)看，主要集中在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，對(duì)于大跨徑拱橋高空施工平臺(tái)的研究報(bào)道較少，由于鋼管混凝土拱橋纜索吊裝工藝的特殊性和復(fù)雜性，大部分拱肋階段需要穿過(guò)已經(jīng)張拉完成的扣索，從而限制了平臺(tái)的作業(yè)空間。因此有必要開(kāi)展拱肋高空施工平臺(tái)的研發(fā)工作，提升節(jié)段焊接效率，降低高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

基于此，本文以在建的六景郁江特大橋?yàn)楣こ瘫尘?，研發(fā)了一套可用于拱肋節(jié)段接頭高空焊接施工的折疊式作業(yè)平臺(tái)，該平臺(tái)具有高度模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，規(guī)避了類似纜索吊裝施工的鋼管混凝土拱橋高空作業(yè)平臺(tái)空間受限的缺陷，具有較為重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

六景郁江特大橋全橋跨徑組合為4×（4×30 m）+280 m+3×（4×30 m），全橋總長(zhǎng)1 127 m。主橋?yàn)榭鐝?80 m下承式鋼管混凝土系桿拱橋，拱肋為等截面鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，截面高6.0 m、寬2.8 m，鋼結(jié)構(gòu)總重為4 666 t。鋼管拱肋柳州岸、南寧岸共計(jì)20個(gè)節(jié)段，最大吊重99.3 t。全橋拱肋弦管接頭64個(gè)，拱腳接頭16個(gè)，合龍段接頭8個(gè)，環(huán)縫共計(jì)長(zhǎng)度552.64 m，縱縫共計(jì)長(zhǎng)度325.6 m。除拱腳接頭可在拱座上施焊，其余接頭都為高空焊接，需安裝36個(gè)拱肋高空焊接作業(yè)平臺(tái)。高空焊接作業(yè)平臺(tái)吊裝空間如圖1所示。

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 可裝配

以往的拱肋節(jié)段接頭，都要在拱肋安裝好后進(jìn)行高空現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)，平臺(tái)存在標(biāo)準(zhǔn)化程度低、安全性能得不到保證等缺點(diǎn)。根據(jù)《交通運(yùn)輸部關(guān)于打造公路水運(yùn)品質(zhì)工程的指導(dǎo)意見(jiàn)》（交安監(jiān)發(fā)〔2016〕216號(hào)文），應(yīng)積極推動(dòng)安全防護(hù)設(shè)備設(shè)施的工具化、定型化、裝配化。提倡采用標(biāo)準(zhǔn)化裝配，拱上零焊接，避免高空焊接作業(yè)，焊接平臺(tái)質(zhì)量可控；展開(kāi)簡(jiǎn)便、快捷，大大降低安全隱患，安全風(fēng)險(xiǎn)小。

2.2 可折疊

為防止焊接作業(yè)平臺(tái)與已安裝拱肋節(jié)段扣索碰撞，同時(shí)保證焊接平臺(tái)工作空間，本文研究設(shè)計(jì)一種高空折疊式作業(yè)平臺(tái)。平臺(tái)通過(guò)“單開(kāi)門”式旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)折疊與展開(kāi)，展開(kāi)后與相鄰構(gòu)件通過(guò)螺桿栓接。其原理為：根據(jù)拱上焊接及涂裝施工可操作性及安全需要，擬定焊接平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，并結(jié)合扣索寬度及吊裝安全距離，設(shè)置平臺(tái)折疊區(qū)域?？紤]折疊式掛籃拆裝方式及步驟，確定各個(gè)組裝部件形式及方法，最終完成高空焊接折疊式作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)及安裝。高空焊接折疊式作業(yè)平臺(tái)立面和側(cè)面具體如圖2所示。

3 主要技術(shù)

該高空焊接折疊式作業(yè)平臺(tái)的施工流程包括平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)尺寸擬定、平臺(tái)折疊區(qū)域確定、構(gòu)件下料及加工、整體拼裝、場(chǎng)地內(nèi)安裝、平臺(tái)與拱肋共同吊裝、平臺(tái)展開(kāi)及構(gòu)件安裝、日常維護(hù)等。對(duì)該平臺(tái)部分關(guān)鍵技術(shù)流程進(jìn)行歸納整理，得出高空焊接折疊式作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)及施工流程如圖3所示。

3.1 平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)尺寸擬定

平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)尺寸擬定主要包括平臺(tái)長(zhǎng)度擬定、平臺(tái)寬度擬定、平臺(tái)高度擬定，其基本原則為：根據(jù)拱肋截面尺寸、拱肋接頭長(zhǎng)度及焊接區(qū)域，在滿足施工人員活動(dòng)的工作范圍要求下，擬定焊接平臺(tái)形式為拱肋上方的承重梁、拱肋兩側(cè)為焊接作業(yè)區(qū)、拱肋下方為過(guò)道及輔助焊接作業(yè)區(qū)，并安裝步梯和護(hù)欄等安全設(shè)施，其高空焊接折疊式作業(yè)平臺(tái)工作狀態(tài)形式如圖4所示，長(zhǎng)、寬、高尺寸確定公式見(jiàn)式（1）～（3）。

長(zhǎng)度確定公式：B=A+2C（1）

寬度確定公式：L=D+2E（2）

高度確定公式：H=F+G+M-N（3）

式中：B——折疊式平臺(tái)長(zhǎng)度；

A——拱肋截面寬度；

C——合理工作寬度；

D——拱肋接頭外環(huán)板長(zhǎng)度；

E——焊接作業(yè)側(cè)面站立的合理工作寬度；

F——拱肋豎直方向最高節(jié)段的接頭高度；

G——底部仰焊最低工作高度；

M——上下扶手工作高度；

N——重復(fù)計(jì)算區(qū)域。

3.2 平臺(tái)折疊區(qū)域確定

在確定平臺(tái)折疊區(qū)域時(shí)，需綜合考慮扣索間距、吊裝安全距離等因素。在本文實(shí)際工程中，扣索最窄處間距為j，考慮吊裝安全距離為k，則掛籃整體段長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=j-2×k；每側(cè)折疊段長(zhǎng)度為L(zhǎng)2=（L-L1）÷2。即在拱肋起吊時(shí)，平臺(tái)可折疊成3.6 m寬，固定在拱肋上，隨拱肋一同起吊；當(dāng)安裝到位后，平臺(tái)可展開(kāi)，通過(guò)一些簡(jiǎn)單的螺栓進(jìn)行連接固定，滿足平臺(tái)施工及安全需要的4.2 m尺寸。為增強(qiáng)整體穩(wěn)定性，節(jié)約材料，將從鋼管頂部上下平臺(tái)步梯與折疊段整體設(shè)計(jì)。

3.3 平臺(tái)整體預(yù)拼

平臺(tái)出廠前根據(jù)圖紙進(jìn)行整體預(yù)拼，檢查平臺(tái)加工尺寸、焊接接頭的焊接質(zhì)量，確保出廠后可順利拼裝及使用。平臺(tái)拼裝好后檢查平臺(tái)的開(kāi)合情況，是否能順利打開(kāi)、閉合折疊區(qū)域。檢查合格后對(duì)平臺(tái)進(jìn)行涂裝。

3.4 吊裝前安裝及現(xiàn)場(chǎng)安裝

拱肋吊裝前，于存放場(chǎng)內(nèi)按折疊狀態(tài)安裝拱肋焊接平臺(tái)，安裝時(shí)應(yīng)注意平臺(tái)與相鄰拱肋豎管的相對(duì)位置，平臺(tái)過(guò)道應(yīng)緊貼拱肋豎管，并保證平臺(tái)豎向與相鄰豎管軸線方向平行，注意防止平臺(tái)上橫梁占用拱肋接頭位置。焊接平臺(tái)與拱肋一同起吊，設(shè)專人查看指揮，選擇合適時(shí)機(jī)穿過(guò)各扣索，避免碰撞扣索。平臺(tái)豎向與相鄰豎管位置示意圖如下頁(yè)圖5所示。

3.5 平臺(tái)展開(kāi)及構(gòu)件安裝

拱肋吊裝到位，扣索張拉完成后，于下節(jié)段拱肋安裝前按設(shè)計(jì)順序展開(kāi)平臺(tái)，進(jìn)行全面檢查后方能投入使用，平臺(tái)展開(kāi)順序?yàn)椋荷舷虏教菁扒白o(hù)欄、焊接平臺(tái)、斜桿及側(cè)護(hù)欄。

3.6 平臺(tái)日常維護(hù)及拆除

平臺(tái)使用過(guò)程中，對(duì)螺母松動(dòng)、平臺(tái)變形等進(jìn)行經(jīng)常性檢查，如有異常應(yīng)及時(shí)處理；平臺(tái)除作業(yè)人員、焊機(jī)外，不得堆載其他構(gòu)件及材料；拱肋及其他構(gòu)件吊裝過(guò)程中，不得碰撞焊接平臺(tái)，以免造成損壞；現(xiàn)場(chǎng)管理人員加強(qiáng)巡查，對(duì)于焊接平臺(tái)零件缺失、構(gòu)件不齊時(shí)應(yīng)禁止使用，并及時(shí)修復(fù)。

平臺(tái)拆除在拱肋接頭、外包板焊接及防腐完成，拱肋混凝土灌注及檢測(cè)完成后進(jìn)行。其中上弦管焊接平臺(tái)割除與拱肋連接后，直接用工作索吊至地面；下弦焊接平臺(tái)割除與拱肋連接后，由于拱肋豎管影響，需將其一分為二，再用工作索吊至地面。

4 應(yīng)用效果

將該平臺(tái)應(yīng)用于六景郁江特大橋拱肋纜索吊裝現(xiàn)場(chǎng)施工中，系該類折疊式焊接平臺(tái)首次工程實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)工廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)件加工拼裝、場(chǎng)地內(nèi)安裝，并且與拱肋節(jié)段共同吊裝就位形成施工平臺(tái)，解決了現(xiàn)有焊接平臺(tái)存在的平臺(tái)與扣索相互碰撞、平臺(tái)工作空間不足的短板，極大提升了六景郁江特大橋纜索吊裝施工的安全性。由于減少了焊接工序，不占用工作索，后期維護(hù)也較為方便，有利于提升工程建設(shè)的質(zhì)量和進(jìn)度，并且該焊接作業(yè)平臺(tái)為標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化制作，在后繼施工的紅水河特大橋、柳南改擴(kuò)建六律邕江特大橋、荔玉高速平南三橋等鋼管混凝土拱橋上具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。該平臺(tái)的研發(fā)及成功應(yīng)用，對(duì)于采用纜索吊裝施工的鋼管混凝土拱橋高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)控制、施工質(zhì)量和進(jìn)度把控均具有重要意義。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以在建六景郁江特大橋?yàn)楣こ萄芯繉?duì)象，研發(fā)了一套適用于纜索吊裝工藝的高空焊接折疊式作業(yè)平臺(tái)，該平臺(tái)具有高度標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、可折疊的特點(diǎn)，在實(shí)際工程應(yīng)用中解決了平臺(tái)空間小、與扣索易發(fā)生碰撞的缺陷，精簡(jiǎn)了拱肋接頭焊接工序，降低了高工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，有利于提升鋼管混凝土拱橋建設(shè)的安全、質(zhì)量及進(jìn)度，節(jié)約工期和降低建設(shè)成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于該類平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，在類似工程中具有重要的推廣價(jià)值。

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