异形钢桁架现场安装的关键技术探讨

许传财

（上海市水利工程集团有限公司，上海 201612）

20 世纪以来，空间钢结构应用越发广泛，随着结构体系越来越新颖、跨度越来越大，对施工技术要求也越来越高。本文以上海市青浦区环城水系治理工程二期上善桥上部异形钢桁架为研究背景，总结异形钢桁架在现场安装过程中的关键技术。

1 工程概况

上善桥位于上海市青浦区盈港路北侧、青安路西侧，为钢结构桥梁，作为沟通两岸三地的通道。全桥分为主桥和引桥两大部分，引桥与主桥三肢尾端相连。其中主桥共三肢，各肢下部为钢箱梁结构，上部为异形钢桁架结构，主桥肢1、肢2、肢3 长度分别为32 m、30.5 m、60.5 m，引桥长度分别为32 m、28 m、11 m。主桥上部桁架为不规则双曲面钢框架空间结构，桁架有钢立柱、上弦主杆件、镶接方形构件和H型组成网架，采用12 mm 厚Q34 5qC 钢板制作而成，桁架上弦三条主杆件（龙骨）与三个方向的三孔弧拱门洞（龙骨）主杆件采用钢板焊接成450 mm×450 mm方形弦杆，作为主受拉构件，通过上弦主杆件把受力汇合中心钢立柱传递至桥梁中心支座上（见图1）。

图1 上善桥示意图

2 重难点及解决方案

2.1 桁架造型不规则，下料加工复杂

上善桥桥梁整体造型为异形结构，尤其是上部桁架造型不规则，需要进行精准下料加工。针对该难点，深化设计图纸进行精确建模，通过三维模型转换成平面图纸，采用电脑排版、放样，导出加工数据后采用数字化控制机床进行钢材切割下料。桁架各部件加工完成后，先在工厂进行预拼装，确保各部件尺寸无误后再分块运输至现场安装[1]。此外，钢桁架根据材料、吊装及运输条件确定分段方案，一共分为17 块。

（1）按坐标将各肢主杆件在胎架上定位，将主龙骨底面钢板放于胎架上，调整好整体线形再焊接两侧腹板。

（2）从中心向四周连接各节点，形成各H型单元，完成中心区域桁架的制作。

（3）定位与下部钢箱梁的连接点，控制好高程及位置后，肢1、肢2、肢3 连接桁架可同时加工。

（4）当桁架整体完成好，确定位置进行分割。

其中各肢分解图见图2～图4。

图4 肢3、肢1与顶部分解图

2.2 桁架分块多，现场拼接定位困难。

上善桥桁架钢结构尺寸较大且为异形带弧度、由17 个分块拼接而成的空间结构，现场拼接定位困难，某一块的定位有偏差，就会直接影响后续各块的精确拼装，可谓一步错步步错，严重的后果可能发展为块与块之间错位、三条主杆件（龙骨）轴心线不能形成设计要求受力曲线。针对该难点，桁架在厂里加工时严格控制构件制作和安装的尺寸偏差，厂里预拼好后对每块进行安装顺序标记；现场安装时按照设计轴线和标高进行严格放线和复核；每个分块吊装后，在高空采用耳板连接装置来对钢桁架实施空中对接，对接完成进行测量复核轴线和标高无误后，实施最终的焊接（见图5）。

图5 各分块拼装图

2.3 水上吊装吊点调节难度大

钢结构桥梁架设区域水面宽阔，陆域道路及场地有限，根据桥梁长度、宽度与重量，桁架吊装设备选择船舶浮吊和汽车吊配合的吊装方式。上部桁架为异形带弧度的结构，不是规则的物件，重心难以确定，桁架块数多，每块桁架的重心需要通过浮吊船进行多次移位、试吊来确定吊点位置。针对该难点，先根据每块桁架的结构特点选择吊点位置及数量，然后经过计算确定其重心位置，再根据吊点和重心的空间位置通过放样及计算确定吊索的长度，从而减少浮吊移位的次数和吊点调节的难度[2]。

2.4 施工质量及安全保障。

钢结构分块多、造型为异形结构，加工厂焊接及现场焊接量大，做好焊接质量控制尤为关键；针对该难点，焊接前，根据焊接工艺评定报告编制焊接工艺，焊接材料通过焊接工艺评定确定，选择持证上岗的高水平焊工，焊接工作在施焊环境湿度小于80%、环境温度高于5 ℃情况下进行施焊，做好防风设施，主要杆件在组装后24 h 内焊接，焊接必须彻底清除（包括定位焊）区域内的有害物，焊后对所有焊缝在全长范围内进行外观检查，不得有裂纹、未熔合、夹渣、未填满弧坑和焊瘤等缺陷；并根据设计及规范要求进行超声波探伤和X 光射线检测。

现场施工过程涉及动火作业、吊装作业、高处作业、水上作业等多项危险性较大的作业内容，安全保障要求高。针对该难点，制定专项方案，按照批准的方案进行现场安装；施工前对工人进行安全技术交底，安全教育考核不合格的禁止在现场施工；施焊用的气罐要分类存放，并有保护措施；吊装作业专人指挥，严格遵守十不吊，六级及以上大风禁止吊装；高处作业正确佩戴防护用品，专人负责安全监督；水上作业穿救生衣；落实安全责任，加强安全教育，配备相应的安全设施设备，做好现场安全管理工作。

3 现场安装关键技术

3.1 异形钢桁架的测定和校正

（1）测量流程

现场安装过程中，测量流程如下:首先对控制点、高程点进行加密布置并定期进行复核，依次对各肢下部钢箱梁的中心线、高程以及桥面进行复测，然后对钢箱梁进行安装控制及沉降观测，最后进行异形钢桁架安装测量控制。

①每肢异形钢桁架安装按10 m 设一个测量点，每个测量点测量次数为三次：(a)整肢异形钢桁架安装校正后，焊接前测量一次；(b)整肢异形钢桁架焊接完，卸载前测量一次；(c)整肢异形钢桁架整体卸载后测量一次;(d) 每次测量结果要有检查记录，并作为工程验收的资料存档。

②待两边肢焊接成型后，安装前对合拢段实际距离进行实测，然后在拼装现场进行余量切割。

（2）吊装前测量

每块钢桁架吊装前，在下部钢箱梁桥面上放出钢桁架底部边线及中心线，便于钢桁架吊装定位；同时复核下部钢箱梁桥面高程是否准确，如误差超过规范要求，及时进行调整，以免影响钢桁架吊装。

（3）吊装过程中的测量与校正

异形钢桁架吊装至既定位置后，如位置与设计位置存在误差，要对钢桁架与钢箱梁桥面安装位置进行细部精确调整，调整按照先平面再高程的顺序进行。

（4）水平方向的调整

①前后位置的调整（顺桥向）

桁架上端的调整：在安装完毕的钢桁架与待进行调整位置的钢桁架的方形主杆件两侧腹板上各焊接两个受力点，然后在两个受力点间安装花篮螺丝，通过调节花篮螺丝来完成钢桁架前后位置的调整。桁架下端的调整：前后方向的调整可通过在下部钢箱梁桥面板上和桁架下端腹板上焊接受力点，安装手拉葫芦来进行调整。

②左右位置的调整（横桥向）

在承载异形钢桁架梁段的H型钢及底板上焊接受力点，然后安装手拉葫芦，通过吊机提升以及葫芦的拉力来完成异形钢桁架梁段左右位置的调整。

③垂直方向的调整

在钢桁架分段经过水平方向上的调整以后，进行垂直方向的调整，调整主要通过浮船吊的升降控制，调整时进行精确测量，符合要求后加入钢垫片或钢楔，达到固定目的。

④整体的定位

钢梁位置调整完毕后，在支撑圆管两侧焊接定位码板与梁底连接[3]。钢梁每拼装完毕一节后，应对安装完毕的钢梁顶板进行十字测量放线，同时进行高程测量，复核钢梁平面方向和垂直方向是否安装正确，如误差超过规范要求，应及时进行调整。

3.2 焊缝变形控制

（1）下料。下料前用平板机将板料进行平整，确保板料平整度符合规范和设计要求。下料时将焊接变形数量考虑到板块尺寸中，下料尺寸适当加大，使板材焊接后的尺寸最终符合设计要求尺寸。

（2）装配及固定。对组装完毕的梁体加以固定后施焊，防止施焊过程中产生的角变形，同时减少挠曲变形、扭曲变形。

（3）正确选择工艺方法及工艺参数，严格控制线能量。施工前对材料及构件进行焊接变形试验并据此采取措施控制变形。钢板焊接变形要考虑节段拼装过程中产生的变形以及在构件施工过程中产生的变形。尽量采用CO2 保护焊接，减少焊接变形。板料的开坡口不宜过大，坡口坡度宜为45°～55°，组件缝隙宜为5 mm～7 mm。为控制焊接能量输入量，采用机械冷加工方法打坡口。采用单面焊双面成型。对各种形式的焊缝，如顶板、底板、腹板板单元的纵向对接焊缝、环形焊缝、横隔板对接焊缝等采用陶瓷衬垫单面焊双面成型技术。

（4）选择合理的施焊顺序和方向对焊接变形有较好的控制作用，焊接顺序应遵循先约束大部位后约束小部位，焊接方向一致、多层同顺序、两侧交替焊接、对称施焊等原则进行作业。

4 结语

上善桥异形钢桁架通过以上关键技术的实践运用，圆满的完成了施工任务，经过检测单位的最终检验，焊缝质量及变形尺寸符合设计及规范要求，外观造型优美。随着水利行业的大力发展，类似实用美观的沿河钢构桥梁会越来越多，通过本文对其关键技术的探讨，可为其他类似项目提供借鉴。