钢结构深化设计中构件分段分节探讨

2020-03-14曾贵祥

四川建材 2020年2期

曾贵祥

(贵州桥梁建设集团有限公司，贵州贵阳 550001)

0 前言

钢结构桥梁整体性能良好，具备环保节能、强度优良的基本特点，并且能够缩减施工空间，显著提升钢材料利用率，剩余钢材具备回收利用的价值，可有效控制建筑垃圾[1]。此外，钢结构桥梁还具备优良的延展性，可创设足够安全的环境，抗震效果在行业内处于领先水平，是现代桥梁领域的重要类型。

1 工程概况

本桥建设于整体式路基段，以直线接缓和曲线为主，接入半径1 100 m的左偏圆曲线。桥梁共设置7联，左右幅长度分别为1 501、1 486 m，主桥部分采用的是钢管混凝土桁架拱，桥梁系为钢混叠合梁。

2 吊塔和扣塔

桥址主要位于山谷处，总体上地势陡峭、施工区域较为狭窄，考虑到工程成本以及施工效率多方面要求，将交界墩作为吊塔平台，为之增设扣索锚梁。以万能杆件为基础，经拼装后形成双柱门式塔，具体如图1所示。

图1 吊塔示意图

塔柱中间区域安装横系梁，顶部设置盖梁，通过焊接的方式得到门式格构柱，增强塔脚稳定性。吊塔安装于塔顶处，施工中尽可能降低对扣锚系统的不良影响。基于铰接的方式连接吊塔与扣塔，于塔顶处增设索鞍，以便钢索顺利通过。从施工环境来看，吊装场地主要位于谷底河岸靠路侧，为了不对拱肋的正常使用造成影响，引入横向移动工艺，由此确保大型缆索吊机运行稳定性，或是将吊点设置在跨中处。在设计主桥安装方案时，需全方位考虑各类影响因素，为吊装作业创设稳定环境。

3 主拱圈的加工及安装

3.1 主拱圈的加工

钢管混凝土拱桥施工中，钢管拱圈制作尤为关键，此环节也直接决定了施工质量，需为之适配先进设备以及高素质人才，与具备资质的厂家合作。在实际制作中，应以设计图纸为基准，严格控制施工技术，展开全方位的自检与复检；结束加工作业后，做好结构表面的防腐工作，同时完成半拱啮合组拼作业。以三个节段为一个单位逐一预拼，经验收合格后对其编号，随后拆为散件，转移至施工现场并复拼。

以钢板为原材料，经卷曲的方式形成主拱圈钢管，要求所用钢板达到平直状态，不可出现翘曲、锈蚀等问题。卷管方向需要与钢板延压方向相同，得到初始结构后进一步校正。考虑到拱圈弦杆钢管厚度较大的问题，需要针对钢板展开Z向拉伸试验，通过中频加热的方式制得拱肋节段。

主拱圈腹杆等杆件施工难度较大，对放样与下料均提出了较高要求，为满足弦杆与腹杆之间的连接要求，需遵循1∶1精准放样原则，精确标记腹杆等结构的具体位置，确定合适的长度下料；以钣金展开图为基准，在连接间隙处精确放样。考虑到构件质量要求，加工单位需要适配高性能切割机等设备，在指定工厂内完成所有杆件的加工作业。

钢管拱圈制安过程中，需做好吊点开孔作业并增设附属构件，不可遗漏任何一处[2]。关于钢管预留混凝土浇筑孔，需在工厂内开好，或是在现场结束拱圈安装作业后开孔。但值得注意的是，无论何时开孔，经开孔后产生的盖片均要编号，完成混凝土浇筑作业后再将其盖上并焊接为整体。确保混凝土浇筑预留孔质量，经焊接后应达到平整光滑的状态，不可出现漏焊或是死混凝土等问题。

3.2 节段的组拼和安装

米撑等各类散件要统一运输至施工区域，首先拼装成大节段，随后吊装。为确保后续吊装的顺利进行，需严格遵循相关规定试吊，以确保吊装系统的稳定性。

主拱圈钢管安装工艺尤为关键，本工程采用两岸对称悬拼的方式，为确保吊装稳定性，要求吊装重量控制在160 t以内(不考虑扣点重量)。以单肋吊装的方式为主，从而完成所有主拱圈节段的吊装作业。值得注意的是，首先需要吊装拱桁第一节段，在此基础上横向梁片分次吊装，采取临时铰接措施，以便与拱脚稳定连接起来，达到扣挂锚固状态后再设置米撑[3]。在上述基础上，即可展开拱桁第二节段的吊装作业，遵循相同的方式完成横向两片的吊装，基于内法兰栓接的方式实现与第一节段的稳定连接，增设米撑等附件，调节好各结构标高，通过焊接的方式增强对接钢板稳固性，最后扣挂锚固。基于上述流程持续吊装，最终完成所有拱圈节段的吊装。关于钢管拱肋的分段拼装作业，在此过程中易产生对接接头错台的问题，从而对结构承载力造成不良影响，因此，错台需控制在0.2倍钢管壁厚内，同时不超过2 mm。

完成单肋节段的安装作业后，需要在第一时间拉揽风索，使其达到横向稳定状态。扣段结束后，便可在节段间增设横向米撑，通过焊接的方式提升稳定性。只有在拱圈合龙后方可焊接扣段，且要建立在拱圈标高达到工程标准的基础上。拱圈接头部分采用先栓接后焊接的方式，在缺乏米撑结构时，很容易发生横向变形。以工程实际情况为准，确定是否有必要采取横向加固措施。在本次钢结构桥梁施工中，拱圈剪力撑与风撑斜腹杆均使用到高强螺栓连接的方式，从而大幅度缓解高空手工焊接工作量。本次施工中，螺栓均使用M24扭剪型，摩擦系数≥0.55，有效预拉力225 kN。构件表面可不采取喷丸措施，但需要除锈并整平，拼装等各环节均使用手枪式电动拧紧工具，因此，施工效率得到了显著提升。

3.3 主拱圈合龙

1)测量拱肋线形是合龙之前的必备工作，需要针对拱圈展开至少24 h的监测，以便获悉各时间段的温度情况，分析与悬臂端点挠度所呈现出的基本关系，并将其绘制为曲线。为确保拱圈合龙质量，应在温度相对稳定的时间段展开，基于工程情况，合龙温度需控制在15℃～20℃。

2)利用瞬时合龙装置在短时间内完成主拱圈合龙作业，施工之前需要分析主拱圈线形与位置，合理调整偏差并复核，在合龙过程中遵循双肋同时合龙的原则。此后，精确测定拱圈所在位置以及线形，以设计规范为指导，利用扣索做进一步调整，在确保无误后固定合龙装置，并顺利合龙拱圈。

3)控制现场焊接质量，应与工厂焊接完全一致。当结束主拱圈第八节段的安装后，便要对拱脚处实行封铰措施。施工中，首先焊定铰轴，随后完成弦管接长件的焊接，并焊接外包管，在上述基础上浇筑拱座预留槽，最终经封铰后得到无铰拱。

3.4 松扣与卸扣

做好上述工作后，逐级松扣，此时在自重作用下，空钢管拱圈将达到无铰拱状态。注重松扣流程：从跨中开始逐步向两侧展开，为对称分索逐级松扣的方式，每放松一级后，均要维持15～20 min，安排专员测量数据并记录，在确保无误后进入到第二级放松循环中，持续操作到达最后一级时，应当保留10%的索扣力，结束对拱圈钢管的浇筑施工且满足工程强度要求后，即可完全放松扣索。