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悬链线结构钢管拱桥的制作与安装

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：本文结合北京通州悬链线结构钢管拱桥工程介绍钢管拱桥制作安装的经验，供同行参考
    关键词：悬链线 钢管拱桥 制作与安装

    一、工程概况
    工程名称：北京市通州区通顺路上跨京承铁路立交桥工程
    工程地点：通顺路上跨京承铁路立交桥工程起点为北京市通州区北关岛，
    1、按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），该桥属于大桥，安全等级为二级，但考虑到该桥跨越京承铁路的重要性和安全性要求，设计中考虑该桥为重要大桥，安全等级为一级。
    2、道路等级：城市道路级
    3、设计荷载：汽车活载：城?A级
    4、计算行车速度：60km/h；
    5、桥面路幅宽度：0.5m（防撞墙）+0.5m（路缘带）+10.75m（三车道）+0.5m（路缘带）+3.5m（吊杆锚固区）+0.5m（路缘带）+10.75m（三车道）+0.5m（路缘带）+0.5m（防撞墙），桥面全宽28.0m
    6、桥下净空：既有京承铁路及远期规划城际铁路客运专线净空不小于7.60m；
    主桥上部结构设计[/B]
    主桥为下承式钢管混凝土系杆桥，采用刚性系梁刚性拱结构形式。拱肋的理论计算跨径为128m，计算矢高25.6m，矢跨比1/5，拱肋拱轴线采用悬链线，拱轴系数1.167。
    全桥共设一榀钢管混凝土拱肋，拱肋截面为桁架式，主拱肋由四根Φ1200×20mm钢管组成上下弦，上下弦之间用竖钢管与斜腹管连接，水平连接由横撑、斜撑组成，吊杆处竖杆为Φ500×20mm钢管，其他竖杆为Φ402×14mm钢管，斜腹管采用Φ273×12mm，横撑、斜撑为Φ402×14mm钢管；拱肋截面高3.8m，宽3.4m。

    [B]制造安装中应注意的问题
    1、拱肋拱轴线为悬链线结构，如何采用直缝焊管保证拱轴线的曲线线型是施工安装中应注意的一个问题。
    2、所有对接焊缝等级为Ⅰ级，尤其是管对管的焊接，在设备无法安装靠人工焊接时，对人员的培训、考核选拔至关重要
    3、相贯节点是本桥钢管拱的主要节点型式，相贯节点中钢管相贯线种类多有K型、T型、Z型，而且曲线复杂，每件腹管、竖管的长度、相贯节点都不一样，所以在钢管拱桥制造安装中要特别注意这一点。
    4、在制造过程中下料、预拼是必须要控制的二个环节。。
    5、如何保证拱桥安装的轴线和顺利合拢是安装中应掌握的控制点。一是掌握好预拱度，二是掌握好天气温度。
    二、 制造中应注意的问题
    1、编制工艺方案，根据工程特点我们编制了制作工艺以供参考
    钢管拱肋制作工艺流程


    2、绘制施工详图
    绘制钢管拱施工详图时，首先将设计院半孔钢管拱节点施工坐标放样图输入计算机，然后选取其中一个吊装节段节点图，根据吊装节段制造时所需最小施工平台为原则确定制造坐标系放出施工时的实际图样。
    依据实际施工图样结合制作要求，将拱轴线按照每段2米左右进行分段，将分段图绘制后，下发到车间生产。
    3、 根据钢管拱施工祥图，提出钢管拱定尺材料定额，特别是主弦管管节的定尺材料定额，事先考虑了主弦管管节卷制焊接和对接完毕后，主弦管上各相贯节点焊缝避免二次叠加。
    4、 主弦管管节对接形成单元管节注意以下几点：
    1） 主弦管每个单元管节由多个管节对接而成，管节对接用转胎进行拼装。
    2） 检查圆管对接焊胎，管接管端不平度和管节椭圆度是否符合设计要求，若不满足要求，则必须调校到位。
    3） 将检验合格的管节固定在圆管地接焊胎型上，管节与管节对接纵向焊缝错开距离500mm左右。
    4）将管节与管节之间对接环焊缝点固焊。
    5）采用自动焊焊接管节间的对接环焊缝。
    5、钢管拱助拼装应注意的问题：
    1）在平台上，按单桁片施工祥图1：1放地样，确定上，下弦管单元管节和腹管的中心线位置和轮廓位置，检查合格后，在做好标记并安装好相应定位板。
    2) 先将上弦管单元管节按地样位置放好，再将腹管按地样位置放好，最后放置下弦管单元管节。
    3) 检查各节点坐标，单元管节轮廓曲线以及腹管和单元管节相贯是否密实，相贯缝间隙不大于3mm。
    4) 先将单桁片相关部件点固焊，然后从单桁片中间向两端对称施焊，以便尽可能减少焊接应力。
    5) 检查单桁片各节点坐标、钢管轮廓曲线、钢管椭圆度、组合误差和焊缝质量。
    6) 两个单桁片和腹管组成的拱肋节段拼装。
    7) 在胎架上，按拱肋节段施工祥图，1：1卧式放样确定拱肋节段各节点位置、上弦管单元管节处轮廓线位置和下弦管节内轮廓线位置。
    8) 将上部单桁片吊入胎架上，吊线和地样，采用千斤顶调整到位后固定。
    9) 将下部单桁片吊入胎架上，采用吊线方法和千斤顶调整，使下部单桁片合样到位并固定。
    10) 在上、下单桁片主弦管单元管节上确定上、下腹管的组拼位置。
    11) 吊入上下腹管，定位并焊好。
    12) 检查拱肋节段节点坐标、钢管轮廓线、空间几何尺寸、钢管椭圆度和焊缝质量。
    6、试拼装注意的问题
    ⑴ 根据半孔拱肋节段试拼施工放样坐标图，在试拼平台上按1：1卧式半孔放样，确定各拱肋节段节点位置、轮廓线位置和节段临时连接法兰位置。
    ⑵ 将各拱肋节段吊入试拼台上，符合大样后固定。
    ⑶ 在节段临时连接法兰上，用临时连接螺栓将拱肋节段间的法兰连接好，然后将法兰，劲板与弦管焊好。
    ⑷ 检查钢管拱肋的拱度曲线、钢管椭圆度、空间几何尺寸组合误差和焊缝质量；试装允许偏差应符合下表：

    ⑸ 试拼装合格后在接口处的两个弦管外圆拱顶划出对应标记并加打样冲；在两个下弦管外圆拱底（最底处）同样划出对应时测量准确，还在每个运输单元两个上弦管的拱顶距上部接口100mm处打出样冲十字线（合拢段在两个上弦管拱顶处中心既整拱的对称中心）打出样冲十字线，这些十字线的中心点作为拱肋安装及检测的重要基准。


    三、 钢拱桥安装应注意的问题
    依据钢拱桥吊装位置以及拱轴线安装精度要求高的技术特点，在安装过程中 注意以下几点：
    1.吊装前的准备工作
    当现场工作面及吊装设施准备就绪后，对有关人员一定要进行技术及施工交底，要求所有施工人员对吊装方案中每一个细节的施工方法认真讨论落实，做到目标明确，心中有数，一切行动服从指挥，使拱肋吊装工作高效、优质顺利地完成：
    2.复核净跨径，起拱线位置和标高，拱座倾斜面，并在拱座上标出起拱线及轴线位置。复核水准测量点及中轴线桩位。

    3.检查拱肋弦长及接头端情况，检查临时栓接位置，对存在安装的不利因素，提前排除。
    风缆设置等满足施工需要。
    做好拱肋安装中的测量标记。
    做好吊装的指挥协调及安全工作。
    对拱肋运输通道进行全面检查。
    检查拱肋水平观测及中轴线观测的测点，标尺记录，联络及组织分工等准备工作。
    检查施工安全设备，落实各项安全措施。
    4.构件符合
    在工厂试拼装验收合格运至现场的拱段，仔细地检测一遍拱肋的几何尺寸，检测无误后进行吊装段的组装。
    5.拱肋吊装段组装
    根据现场施工实际条件，拱肋组装在高空上进行。在桥面上按拱肋曲线大样搭好临时组装支架，用汽车吊将拱肋竖吊至支架上，并用缆风绳固定好钢拱肋，以确保拱肋安全性。
    吊装拱段组装的工艺流程：拱肋装车、固定、缆风绳固定?拱肋捆绑起吊。
    6.拱段吊装
    拱段吊装前，由起重负责人、技术负责人、安全负责人共同仔细检查扣索、缆风等设施是否固定牢固，提前消除安全隐患，确保吊装安全。


    7.拱段吊装工艺流程：拱肋段起吊?调整角度?与预埋段就位?初步稳定缆风绳?拱肋测量（轴线、坐标、标高、倾角及温差偏移）?调整至符合设计要求?紧固缆风绳?松吊钩?再测量（是否符合设计要求，如果达到要求即可紧固缆风绳）?摘吊钩?拼装－焊接－下一段拱段。

    吊装第二段拱肋前，测量第一段拱肋是否因温度差，沉降等因素而改变拱肋曲线，如果曲线发生了变化，再进行调整直至符合设计要求后方能对接第二段拱肋，该段拱肋施工工艺流程同前一段。


    安装最后合拢段时，首先在制作时将此段长度两端各预留100?，现场测量后，现场切割，并考虑安装温度的影响，一般选择在温度在15度左右，按整个拱桥的收缩量此时安装最为有利。
    8.拱肋安装的预拱
    为了保证拱桥安装的拱度达到设计要求，除了在制作时按照要求加了预拱高度，每段安装时在接口处另外预拱15?，从而保证在脱离支撑加载后达到设计要求。


    四、有关的几个问题
    1 、采用数控火焰相贯线切割机进行下料该方法操作简单,工艺先进，切割精度和效率高。腹管贯口体现出自动切割、高效切割、高质量切割的优点并且保证了相贯焊接的质量。
    2 、采用在滚轮胎架上进行纵、环缝焊接拱肋结构主管均为厂内卷制加工，焊接钢管的纵、环缝较多且都是熔透焊接，以前手工操作上焊接质量难以保证，现在将手工操作改为机械操作（爬焊机），这样使得焊接操作难度降低，大大提高了焊接质量。

    3、采用全站仪进行现场安装和锚头精确定位拱肋安装各点位置及高程各不相同；位置和角度都不一样，焊接变形等影响因数多，采用全站仪进行测量定位可以大大提高安装精度，更能实现对中国建筑金属结构信息网制作质量的精确控制
    4、结合实际经验通过计算机模拟保证拱桥整体预拼精度及预拱度达到设计要求。

    5.构件在装卸车时，吊点用垫木或橡胶垫等进行保护，避免损伤涂漆层，车箱板用木方或草垫垫好，分层堆放的构件，每层中用木方或草垫垫好，避免构件在运输途中颠簸摩擦造成损伤。构件在规堆放完全毕后，用缆绳将构件固定，缆绳与构直接接触的地方用草垫或其它物品衬垫。车辆行进途中，对运输司机进行交底。
    6.各项安全措施的落实，并注意随时检查。项目总工安全技术负责人，审定各项安全生产技术措施，并负责特殊作业和吊装等安全技术措施的制定。质量安全专业工程师一定要设并监督本专业施工中的安全生产，善于发现安全隐患，经常性地与质量安全科及其它责任人沟通，共同做好安全生产工作。
    安全技术措施:配备专职的持证电工，负责临时用电的管理。所有用电现场必须有专业电工值班，非专业电工不准私自接线用电。按照有关规定设置符合标准的临时配电箱，安装漏电保护开关，坚持“一机一闸一保焊接施工场地周围清除易燃易爆物品或进行覆盖、隔离。电焊机外壳良好接地，其电源的装拆由专业电工进行，并设独立的防雨开关箱，拉全闸时戴手套侧向操作。焊钳与把线绝缘良好，连接牢固，更换焊条戴手套。在潮湿地点工作，站在绝缘胶板或木板上。更换场地移动把线时，先切断电源或汽源，不得手持把线或连接脱管的气焊枪爬梯登高，清除焊渣时，戴防护眼镜或面罩，防止铁渣飞溅伤人。
    7.钢管拱吊装:采取防滑措施，防止高空坠落。高空作业人员使用的工具、螺栓等放入随身工具包，严禁随意高空扔下，特别是保护作业平台不受损坏。高空作业人员系好安全带。构件起重绑扎可靠，安装牢固后方可松钩。起吊前计算好重心位置，防止重心偏移使构件倾翻和滑坠,防止意外坠落。
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