钢壳－混凝土组合索塔节段制造技术

周巍巍 饶其文

摘 要：针对南京长江第五大桥纵向钻石钢壳-混凝土组合索塔的结构特点，通过合理的制作工艺和工装，有效保证了索塔钢壳节段的制造精度。

关键词：钢壳-混凝土组合索塔节段;节段制造;预拼装;胎架;制造精度

中图分类号：TU317.1 文献标识码：A

1 工程概况

南京长江第五大桥工程在南京长江第三大桥下游约5公里，南京长江大桥上游约13公里处。跨江主桥是纵向钻石型索塔中央双索面三塔组合梁斜拉桥，桥跨布置为80+218+600+600+218+80=1 796 m，大桥布置图见图1所示。

三塔均采用钢壳-混凝土组合索塔，即双壁钢壳内填混凝土索塔。每座索塔由下塔柱、中塔柱、上塔柱及下横梁组成，其中下塔柱为纵向双肢单箱三室六边形断面;中塔柱为纵向双肢单箱单室四边形断面;上塔柱为单肢单箱单室四边形断面，上塔柱附含钢牛腿和钢锚梁，索塔钢壳采用Q345C板材和Q235B型材，用钢量约7 641吨。采用HRB400级钢筋，钢筋用量约3 265吨。

索塔钢壳节段由内外钢壁板、竖向加劲肋、水平加劲肋、水平角钢、竖向角钢、焊钉组成。外侧钢壁板标准厚度为12 mm～20 mm，内侧钢壁板标准厚度为6 mm，水平角钢、竖向角钢把内外钢结构连接成整体;内外壁板与混凝土塔柱结合面焊接φ22×150和φ13×150剪力钉。

钢锚梁及钢牛腿位于上塔柱，钢锚梁支承于钢牛腿上，钢牛腿焊接于索塔内壁板，钢锚梁与钢牛腿之间设置不锈钢摩擦副。

2 钢壳节段制造难度分析

（1）薄壁密肋，壁板单元较薄结构刚性较弱且节段带有倾斜角度，节段组装时不便于设置支撑，节段断面尺寸难以控制。

（2）塔锚匹配，上塔柱钢壳节段中设有4个钢锚梁，共计8个钢牛腿，节段组装时需确保8个钢牛腿与钢锚梁垫板间隙均≤1 mm，精度控制难度大。

（3）附肋竖筋，竖向钢筋数量多，精确匹配难度大。

3 节段制造工艺

考虑结构本身刚度及水平钢筋穿入等特点，索塔钢壳节段制作全部采用正位立式组拼方案，整体制作工艺如下：

（1）在专用平台上布置基线，内壁板内腔胎架设置角度支撑，以内胎为基准，配合平台地线立式精确定位周圈内壁板单元，保证壁板倾斜角度（如图3）。（2）调整内壁板箱口尺寸及倾斜角度合格后，组装内、外壁板之间的勾筋，定位组装前外壁板接宽单元，重点箱口尺寸及其与大地倾斜角度（如图4）。

（3）采用同样方法，依次定位组装另外三侧外壁板单元，调整断面尺寸满足要求后，调整勾筋角度，对正各层水平钢筋接头，连接钢筋套筒，同时施焊内、外壁板立位焊缝（如图5）。（4）组焊内、外壁板之间的水平及竖向角钢支撑，完成节段整体制作（如图6）。

4 节段制造工艺措施

针对索塔钢壳的总拼难点，采取如下措施，确保加工制造精度满足要求。

4.1 双向围挡胎架设计

胎架设计时，采用地平台精准地样配合支撑胎架的形式，确保壁板单元组装角度，从源头控制钢壳节段的制造质量。制作专用立式组装胎架，胎架基础需牢固并具有足够的承载力和刚度，胎架支撑平台顶面需满足平面度要求。在胎架底座上布设塔架，塔架设三层可水平调节的刚性撑杆，用于支靠定位内、外壁板单元。撑杆水平调节尺寸以底座上的基准线为准用全站仪进行调节，外壁板塔架周圈相连，顶部设走台。内、外壁板单元底边以基线及靠挡定位，上口利用胎架可调节水平支撑，采用吊线锤，并配合全站仪精确测量控制壁板倾斜角度及箱口尺寸。

4.2 索塔钢壳锚梁配作工艺

（1）精细化的钢锚梁、钢牛腿制作：钢锚梁断面尺寸较小但长度较长，长细比较大，熔透焊缝密集，焊接变形较大，为消除焊接变形对钢锚梁垫板平面度的影响，钢锚梁采用整体机加工工艺，确保加工后垫板平面度≤0.5 mm。为确保钢牛腿单元定位精度，上塔柱内壁板单元制作时，将板单元先接宽，在胎架上精准划线、组装钢牛腿单元，翻身后定位组装锚管，从组装难度、焊接位态等方面，均更有利于钢牛腿单元组装精度，且更有利于保证焊接质量。

（2）牛腿壁板单元整体机加工：索塔钢壳每个节段中设有4个钢锚梁，共计8个钢牛腿，节段组装时需确保8个钢牛腿与钢锚梁垫板间隙均≤1 mm，精度要求非常高，为此，利用大型落地镗铣床对牛腿壁板单元合件整体机加工，确保牛腿单元上承面平面度满足要求，为节段组装时钢锚梁匹配奠定基础。

（3）塔锚配作总拼：上塔柱节段制作的关键，是确保钢锚梁的定位精度，为此，特采用塔锚配作工艺总拼，将4个钢锚梁利用胎架优先定位，检测合格后，依次定位牛腿壁板合件单元及其他壁板单元，塔锚配作，可以使钢锚梁起到支撑壁板的内壁板的作用，同时有效保证钢锚梁与牛腿和壁板之間的空间位置关系。

4.3 “1+1”节段立式匹配预拼装

（1）钢壳节段制作完成后，按照架梁顺序，在预拼装胎架上每个塔柱进行全桥1+1节段的立式预拼装。

节段采用“1+1”立式预拼装，沿钢壳外壁板匹配件对应位置设置立柱，立柱带有爬梯，便于施工人员上下及进行检测、测量等作业，节段间环缝位置处，周圈设置施工平台，便于测量作业及匹配件安装等。预拼装胎架构造示意见图10。

精确定位后，检测两个节段间的接口匹配、节段高度，节段基线间距、节段间线型、纵横方向偏位等项点合格后，安装角式匹配件，并以匹配件上的测量柱为基准，测量节段断面空间位置关系，为桥位架设安装提供理论数据支持。

（2）附肋竖筋精确定位，采用“竖筋样板定位法”工艺，即根据竖向钢筋间距不同，制作不同孔距钢筋定位样板，在“1+1”预拼时采用定位样板卡固在钢筋端头螺纹丝扣处，实施对竖向钢筋的精确定位。

每种不同孔距的竖向钢筋各制作样板1套，包含圆孔样板和半圆孔样板，其中圆孔样板为基准样板，设圆定位孔，半圆孔样板为活动样板，设半圆定位孔。使用时先将基准样板对线于壁板纵基线处，并将该处竖筋定位点固十字短筋（此时基准样板可以取掉），再用活动样板以基准样板两端定位孔为准，手动卡固定位附近竖筋并点固十字短筋，接着再用活动样板以已定位竖筋为准同法定位附近竖筋，以此类推，直至所有竖向钢筋定位。经过实际使用验证，有效提高了桥位竖筋连接率，从不足30%提高到90%，解决了制约桥位施工进度的难题。

5 结论

南京五桥索塔钢壳已经完成了桥位的架设安装工作，经监理、业主等各方检测验收，各项验证指标均满足制造规则和相关标准的要求。索塔钢壳节段的制作达到了钢结构毫米级的制造精度要求，对今后类似结构制造具有指导意义。

参考文献：

[1]JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[2]Q/CR 9211-2015，铁路钢桥制造规范[S].