大跨径系杆拱桥拱肋的制作与吊装施工技术

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Wangqiling1116
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  摘要:合肥南环线包河桥计算跨长128米,属于特大型系杆拱桥桥梁。全桥采用先桥后拱的安装顺序,本文主要介绍了此桥拱肋的制作吊装技术,意在为同类桥梁的施工提供参考。
  关键词:系杆拱 拱肋 制作 吊装
  中图分类号:U448.22+5文献标识码: A 文章编号:
  1.工程概况
  合肥南环线包河特大系杆拱桥桥梁计算跨长128米,矢跨比f/l=1:5,拱肋平面内矢高25.6米,拱肋采用悬链线线型。拱肋横截面采用哑铃形钢管混凝土截面,截面高度3.4米,沿程等高布置,钢管直径为1200mm,由厚18mm的钢板卷制而成。每根拱肋的两钢管之间用16mm厚的腹板连接,每隔一段距离在钢管内设置加劲环,在两腹板间焊接拉筋。拱肋在横桥向内倾9°,形成提篮式,拱顶处两拱肋中心距8.19米。两拱肋间共设5组风撑,其中拱顶处设“迷”字型,拱顶至拱脚间设4道K型横撑,横撑钢管为φ600mm、φ500mm及φ360mm,厚度均为12mm。吊杆布置采用尼尔森体系,在吊杆平面内,全桥设54根吊杆,采用尼尔森体系布置。拱肋钢管、腹板等材料均为Q345qD,其它材料为Q235B。
  
  
  
  
  
  
  2.拱肋制作施工控制
  2.1施工准备
  2.1.1焊接人员除持有焊工合格证书或压力容器焊工合格证书外,还将按焊接方法和不同的焊接位置分别进行考试,考试合格后方可进行正式焊接。
  2.1.2钢管购买成品管, 各种钢材及焊剂材质合格、规格及型号均符合设计要求。
  2.1.3所需的机具性能稳定、数量满足施工要求。
  2.1.4根据设计院提供的设计施工图和技术要求及相关的标准、规范,进行钢管拱的三维放样,以获得各构件的准确数据。
  2.1.5进行焊接工艺评定和涂装工艺评定试验,根据工艺评定结果制定焊接施工工艺。
  2.2零件放样下料
  所有零件必须根据设计图纸进行计算机放样,放样过程中应考虑焊接收缩量、机加工量以及节段余量等各种工艺补偿量。号料前核对钢板的牌号、规格,检查表面质量,再进行号料,号料后在零件上注明生产号、零件号、数量及加工方法。
  2.3筒节卷制加工制作
  对用于自制筒节的板材,下料开完坡口后上油压机压制辊圆头,再按要求在三芯辊床上辊制成圆,辊圆后用加工样板检查,筒节纵缝焊接,焊后矫圆。
  2.4虾弯单元件制作
  虾弯单元件在虾弯装配胎架上由多个筒节对接装焊而成,单元件控制重点为环缝错边、管端口圆度以及轮廓线形。虾弯单元件制作时,筒节从拱脚一端向拱顶一端逐一定位。
  
  主拱虾弯单元件示意图
  2.5风撑横撑片装单元件制造
  本桥风撑分为两种形式,即横撑和K撑,厂内制作时,将横撑和K撑分别组装成片装单元件,其它连接管,如连接横撑与K撑钢管、连接主拱与横撑的斜管(拱顶横撑处)等均作为散件在工地安装。横撑与主拱连接处设横撑短接头,并安装在主拱肋上,K撑端头不设短接头。横撑因上下主管相互平行,处于同一平面,且两端头无相贯线,因此横撑制造在平面胎架上进行。K撑因上下主管空间相交,不处于同一平面,且两端头分别与主弦管和横撑相贯,为保证K撑主管两端相贯线的正确吻合,采取以主弦管和横撑管作为模管,K撑制造借用模拟立装技术在模拟立装胎架上进行。
  
  
  
  
  
   K撑模拟立装示意图
  2.6主拱肋节段制造及卧拼匹配预拼装
  匹配胎架是节段匹配制造的基础,胎架模板是节段匹配制造的外形依托。预拼装胎架制作:胎架线型值由计算机放样给出,采用激光经纬仪配合钢卷尺在地面上放出拱肋线形及各种标记线(点),其标记线(点)包括拱肋外形轮廓线、分段端口定位线、吊杆和风撑短接头定位线标记等。胎架要求具有足够的刚度,牢固可靠,能承受节段重量。节段匹配制造每完成一轮,均要复验胎架线型及所有标记位置。
  2.7拱肋现场装焊
  各吊装节段运至工地后,开始吊装。预埋骨架与拱脚节段吊装到位后应返复调整,必须精确定位,否则将影响后续节段的定位;预埋骨架与拱脚节段吊装经调整到位,焊接牢固后才能浇注混凝土,且在浇注过程中要随时测量拱脚上端口位置确保其定位准确。再左右对称依次从下向上吊装各节段和横撑,经调整线型后,实施临时连接;在接近设计温度时测量拱顶合拢段长度,切割余量,吊装合龙段。全面检查,调整全拱拱肋线型用码板码固全部节段端口,然后从下向上装焊各合龙口(外拱)及嵌补板(内拱)。在使错边量≤1mm,报检合格后进行焊接。
  2.8焊接
  2.8.1焊前清理要求
  焊缝区域30mm范围不得有水、锈、氧化皮、油污、油漆或其它杂物。
  2.8.2焊前预热要求
  当环境温度低于5℃、相对空气湿度≥80%、母材板厚≥24mm时,焊缝两侧80~100mm区域内要求预热,预热温度为80~100℃;经焊接工艺评定试验确定的预热温度按具体要求进行预热。
  2.8.3定位焊焊接要求
  定位焊焊缝长度为60~80mm,间距400~500mm,定位焊应距焊缝端部30mm以上,且焊脚尺寸≤1/2设计焊脚。定位焊不得存在裂纹、夹渣、气孔、焊瘤等缺陷。定位焊如出现开裂现象,须先查明原因,然后用碳弧气刨清除原定位焊缝,再由装配人员重新定位。定位工装严禁采用锤击法或疲劳破坏的方式拆除,须采用气割。切割时应留3mm~5mm的余量,然后铲掉余量、磨平。定位焊采用手工电弧焊或CO2气体保护半自动焊。
  2.8.4严禁在焊缝以外的母材上随意引弧。
  2.8.5角焊缝的转角处包角应良好,焊缝的起落弧处应回焊10mm以上。
  2.8.6埋弧自动焊如在焊接过程中出现断弧现象,必须将断弧处刨成1:5的坡度,搭接50mm施焊。
  2.8.7埋弧自动焊焊剂覆盖厚度控制在20~40mm范围,焊接后应待焊缝稍冷却后再敲去熔渣。
  2.8.8多层多道焊时,各层各道间的熔渣应彻底清除干净。
  2.8.9焊接时,严格控制层间温度,采用点温计在焊接过程中进行监控。
  2.8.10焊后清理熔渣及飞溅物,图纸要求打磨的焊缝按要求打磨平顺。
  2.8.11对接焊缝焊接时,在焊缝两端装设引、熄弧板,引、熄弧板的材质、坡口形式与母材保持一致。
  2.8.12气体保护焊在风速超过2米/秒、手工电弧焊在风速超过8米/秒时,应采取良好的防风措施如挡风板等,防止焊缝产生气孔。
  2.8.13施工人员在施工过程中,如发现焊缝出現裂纹应及时通知工艺人员,工艺人员在查明原因后制订工艺方案,工艺方案经监理工程师批准后才能实施。
  2.8.14工地焊接采用防风棚以局部防风。遇有雨天时一般停止施工,若因进度要求需赶工时,除局部加热和防风外,焊缝在采取有效的防雨措施后才能施工。
  2.9涂层
  2.9.1基体表面处理:涂装前先将钢材表面的毛刺、杂物和焊疤清除干净。除锈采用喷射铜矿砂或石英砂方式, 石英砂的磨料粒径应在0.5 mm~1.5mm之间, 除锈后用毛刷等工具将钢材表面的锈尘和残余磨料清扫干净后。
  2.9.2涂料喷涂:环氧云铁中间漆和抗紫外线氟碳面漆选用QPT-6528C型高压无气喷涂机喷涂,环氧富锌涂料及环氧富锌漆喷涂选用GPQ9C型高压无气喷涂机喷涂。对工件边角、边缘、过焊孔等不易喷涂部位,在每道油漆喷涂前,用漆刷手工预涂,若达不到规定厚度,干燥后在下道油漆喷涂前及时补涂。喷涂中,遵循先难后易、先里后外、先左后右、先上后下、先边后面这五个原则。
  2.9.3涂层质量检测
  2.9.3.1外观:表现应均匀一致,无严重流挂、脱落、 皱纹、无气泡、针孔、裂纹漏涂等缺陷,目测法100%检查,整个表面均要满足外观要求;
  2.9.3.2涂层厚度、涂层结合强度近期GB9796标准执行,厚度达到设计值。结合力应大于12MPa。结合力也可按GB/T8642标准采用108型液压型附着力检测仪进行检测,但应保证其可靠;
  2.9.3.3附着力的检查:涂层完全固化后,漆膜附着力的检验采用 GB9286-1988《色漆和清漆膜的划格试验》进行划格评级,并达到一级以上。
  3.拱肋吊装施工控制
  3.1施工准备
  熟悉图纸,详细了解该工程设计意图、结构特点、连接界面形式、技术要求以及相关规范。然后根据现场情况制定施工方案,分批分层地对参加施工的全体人员进行技术交底。
  3.2拱脚及桥面预埋件安装
  用50吨汽车吊在两侧桥下吊装,拱脚吊装时应根据图纸精确定位拱脚上下端口空间位置,然后搭设槽钢支撑预埋骨架进行固定。桥面吊杆预埋套管共60件,单件重约150kg,由吊车转运到桥面后采用人力进行运输和定位。
  3.3安装临时支撑、施工平台及拱段定位调整工装
  3.3.1测量人员依据临时支撑平面位置图,测量检查临时支撑底座钢板和揽风绳锚点的位置。确认位置符合要求后,作好正交十字軸线标记,记录点位标高值。
  3.3.2依据厂内预拼的连接标记,进行临时支撑的桥面组装,同时安排进行揽风索锚点的设置。临时支撑的组装完成后,将揽风绳的上端与临时支撑上部连接。然后进行临时支撑的吊装,支撑立起后,分别拉好两端的揽风绳,在测量仪器的监测下,通过增减支撑下部的钢垫板配合调整揽风绳的长度,调整支撑的垂直度。调整完毕后,进行揽风绳的锚固,以及临时支撑下部法兰盘与桥面间膨胀螺栓的安装紧固。
  3.3.3在支撑管顶部搭设钢管脚手架,进行扩展工作平台、工作护栏的搭设和走道板的铺设。
  3.3.4在临时支撑顶端上工装支架由槽钢组成。同时,测量人员将支架的定位尺寸临时支撑上放样,支架拼装好后,安装人员依次将支架吊装到位,测量人员随时观测支架的定位数据,并指导安装人员对支架进行调整,待定位后用槽钢进行连接,形成一个刚性的整体。
  3.4拱肋吊装
  3.4.1BFD-1Y,BFD-1Z分段及HH-1横撑吊装
  由运输车辆转运到小里程一侧桥下,120吨汽车吊在桥上吊装至桥面并放置到吊装工位。
  吊装前在拱脚上端口下弦装焊好定位码板,再将吊索与钢管拱及吊钩通过卸扣连接好,并在钢管拱两端分别系上缆风绳。吊车将第一段钢管拱吊起到离地面约0.5米高度,检查吊装工况,确认满足各项要求,再继续提升到安装高度。地面人员通过缆风绳配合吊车调整拱段的空中姿态,使拱段低端与拱脚段对位。高端上弦管轻靠落放在钢管支撑内侧的定位工装上,再使吊钩缓缓下落。利用横向千斤顶对拱肋高端安装位置进行微调,在全站仪的监测下,调整拱段的轴线及标高,符合要求后,先在拱段上端与支撑工装间焊装钢性支撑结构,然后进行拱段下端与预埋段间定位码板的焊装。
  分段吊装及码板定位完成后测量两侧横撑短接头间距,并根据间距等量切割横撑端口余量,然后进行吊装定位,并用码板固定并进行焊接,此时只焊接左的上下弦焊缝,右侧应留待合拢后进行焊接。
  3.4.2BFD-9Y,BFD-9Z分段钢拱肋单元吊装
  由运输车辆将BFD-9Y,BFD-9Z分段分段转运到大里程一侧桥下,120吨汽车吊在桥上吊装至桥面并放置到吊装工位。吊装过程同上。吊装同时可以进行BFD-1Y,BFD-1Z装焊脚手架及BHC1横撑装焊脚手架的搭设,环缝焊接作业完成之后,进行横撑左侧对接焊缝的焊接。
  3.4.3BFD-8Y,BFD-8Z分段钢拱肋单元吊装
  由运输车辆将BFD-8Y,BFD-8Z分段分段转运到大里程一侧桥下,120吨汽车吊在桥上吊装至桥面并放置到吊装工位。吊装过程同上。依照吊装顺序,运用相同的方法依次进行转运和吊装,在桥一侧进行吊装的同时在另一侧交叉进行工作平台搭设和焊接作业,直至完成BFD-4Z(Y)及BFD-6Z(Y)分段吊装。
  3.4.4BFD-6Y,BFD-6Z分段(合拢段)及拱顶横撑吊装
  根据第4、6拱肋分段的端口间距,对合拢段段的两侧端口余量进行对称切割,修整完毕开制焊接坡口,安装定位码板。其余安装同上。
  3.4.5K撑吊装
  全桥合拢后应先焊接横撑右侧焊缝,焊接完成后方可进行K撑安装。最后进行嵌补板的装焊。
  3.4.6整体轴线测量控制
  在全站仪的监测下依照吊装顺序逐段进行钢管拱的轴线及各段端点的标高值的调校,每校正好一段方可开始进行焊接施工。焊接完毕后对拱肋线形进行测量记录,对符合设计要求的超差部分在后续分段吊装施工时作为调节线形的参考依据,并依此调整后续分段的焊接收缩等余量,确保全桥线形满足设计要求。
  3.5焊接
  3.5.1焊工要求
  3.5.1.1担任本工程焊接施工的焊工,还要经专门的技术培训、考试合格后持证上岗作业。
  3.5.1.2焊工必须熟悉所承担工作任务的具体工艺要求。
  3.5.1.3焊工经技术交底、并经焊接工程师考核认可后方能上岗作业。
  3.5.1.4焊工必须严格按焊接工艺规程的要求进行焊接。
  3.5.2焊接工艺
  3.5.2.1本工程开工前,根据《铁路钢桥制造规范》TB10212-2009中的要求,进行焊接工艺评定试验。
  3.5.2.2焊接工艺评定试验项目:强度试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验及金相试验等。
  3.5.2.3焊接工艺评定报告的结果满足设计要求后,才能作为编写本桥焊接工艺规程的依据。
  3.5.2.4焊接施工严格按照焊接工艺规程执行。
  3.5.3焊接要求
  3.5.3.1严禁在焊缝以外的母材上随意引弧。
  3.5.3.2角焊缝的转角处包角应良好,焊缝的起落弧处应回焊10mm以上。
  3.5.3.3多层多道焊时,各层各道间的熔渣必须彻底清除干净。
  3.5.3.4气体保护焊在风速超过2米/秒、手工电弧焊在风速超过8米/秒时,应采取良好的防风措施。
  3.5.3.5施工人员如发现焊缝出现裂纹,应及时通知工艺员,查明原因后才能按工艺人员制订的方案施工,同时将工艺方案上报监理。
  3.5.3.6雨、雪天无有效防护措施时严禁施焊。
  3.6产品试板
  产品试板的下料、安装、焊接、无损检验、机械性能试验按《铁路钢桥制造规范》TB10212-2009中的有关规定进行。
  3.7无损检验
  无损检验按《铁路钢桥制造规范》TB10212-2009中的要求执行。所有的全熔透焊缝均要求进行100%超声波探伤,并抽取部分焊缝进行射线探伤。
  3.8焊缝返修
  3.8.1焊缝返修及焊缝修磨按《铁路钢桥制造规范》TB10212-2009要求进行。
  3.8.2焊波、余高超标、焊缝咬边≤1mm时,采用砂轮机修磨匀顺。
  3.8.3焊脚尺寸不足、焊缝咬边>1mm时,可采用手工电弧焊进行补焊,后用砂轮机修磨匀顺。
  3.8.4焊缝内部缺陷的返修先用碳弧气刨或砂轮机清除后,再采用手工电弧焊进行返修焊接。
  3.8.5焊接裂纹清除时应沿裂纹两端各外延50mm,并需采取措施防止裂纹扩展。
  3.8.6焊缝同一部位的返修次数不宜超过两次;超过两次以上的返修必须查明原因,制定相应的返修工艺;返修工艺须经技术总负责人批准后才能实施。
  3.8.7返修焊缝的质量要求与原焊缝相同。
  3.9钢结构补涂装
  按设计要求的涂装配套工艺对构件表面进行涂装。根据构件表面涂装质量记录,全面的进行现场涂装作业,施工完毕经监理确认后再进行总体交工验收。
  3.10钢管支撑拆除
  临时支撑拆除时机为全桥混凝土灌注之后,吊杆张拉之前。临时支撑拆除使用120吨汽车吊在桥上进行施工。拆除前在被拆支撑管与支撑倾倒方向的相邻支撑管间下部安装好钢丝绳拉索,用于防止支撑倾倒时其下部滑移。拆除施工中,当吊索基本承载后停止起吊。拆除施工人员先进行拱段上端与支撑工装间钢性支撑结构的切割拆除,然后进行焊瘤部位的补焊和打磨施工。然后拆除该支撑揽风绳的下端固定点,切割支撑钢管下部的定位螺栓。吊车吊臂边向钢管支撑拆卸倾倒方向移动边下落吊钩,施工人员配合拉住钢管支撑的揽风绳,直至钢管支撑完全放置到地面,再进行支撑管的分解。
  4.结语
  通过对本桥拱肋制作吊装的技术探讨,为以后类似大跨径系杆拱桥的拱肋的制作吊装施工积累了经验。
  参考文献:
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