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1、j大跨钢管拱肋施工技术大跨钢管拱肋施工技术1工程概况1.1工程设计概况格丑沟特大桥主桥为一孔136m钢管混凝土系杆拱桥。该桥为单线刚性系梁刚性拱桥，系梁与拱肋固接，整个结构为内部超静定外部静定。跨径L=136m,全长139.6m。拱轴线采用二次抛物线,矢跨比为f/L=1:5，矢高为27.2m,理论拱轴线方程为Z=0.8X-0.005882353X2。桥横向设置两道拱肋，拱肋中心间距为8m，拱肋采用外径110cm壁厚18mm的钢管混凝土截面，上下两拱肋中心距2.5m，拱肋截面高3.6m。上下拱肋之间采用厚14cm的腹板连接，腹板间距65cm，腹板间除吊杆处1.5m范围内灌注混凝土外，其余部分均不
2、灌注混凝土。拱脚混凝土内上下弦管由缀条连接。拱肋及腹板、缀条均采用Q345qE钢板。拱肋之间共设1组米字形横撑、6道K撑，每道横撑均为空钢管组成的桁式结构。横撑横向钢管外径600mm、K形钢管外径450mm，壁厚均为12mm。拱肋上弦管横撑及K撑与下弦管横撑及K撑分别采用外径29.9mm和24.5mm壁厚为10mm的腹杆连接。1.2 钢管拱肋施工工艺流程钢管拱肋的制作与安装是钢管混凝土系杆拱桥施工的重要工序，它影响钢管拱肋的线形和结构受力。钢管拱肋的施工工序主要包括拱肋的制作加工、钢管拱肋的安装组拼、焊接对位、钢管拱肋混凝土灌注和防腐施工5个主要阶段，详见拱肋施工流程图。图3-1 钢管拱肋施工
3、工艺流程图钢材预处理下料加工主拱肋加工横撑、斜撑及附属构件主拱肋试拼装检查构件尺寸合格合格节段运输安装、焊接拱肋100%超声波探伤波波100%射线探伤合格压注混凝土超声波无损检测合格防锈、涂装制作试件检查结构尺寸绘制1:1大样图制作加工、拼装平台2 拱肋的加工制作板材质量和焊接质量直接影响着钢管拱的整体质量。钢管拱加工前，首先要严格控制母材的质量。母材到场后，必须提供质量合格证书，同时对母材每批均进行物理、化学及焊接试验。检验标准必须满足铁路桥涵施工规范和铁路钢桥制造规范的要求。对本桥母材进行冷弯、抗拉、焊接等试验检测均满足规范要求。2.1 绘制施工详图，制定加工标准 先根据设计图的要求绘制施
4、工详图。施工详图按工艺程序要求，绘制零部件图、单元构件图、节段构成图（即试装图）。为防止出现失误，同时需明确施工工艺程序，绘制从零件至单元构件至节段单元的加工、组焊、试装工艺流程图。 再制定拱肋加工精度标准，其精度应符合以下技术标准：卷制钢管：直径2.5mm、圆度2.5mm、接口错边t/10；拱肋宽B： 拱肋宽/1000；拱肋高H： 拱肋高/1000；拱肋段内弧长L：2.5mm ；拱肋段内弧偏离设计弧线：8.0mm ；拱肋对接错台：0.2倍板厚拱肋旁弯：拱肋长度/5000吊杆位置：横向偏移2.5mm、纵向偏差5.0mm。 为便于保证钢管拱肋的加工质量达到要求，本次钢管拱加工选择在工厂加工，以便
5、于保证加工质量和控制质量，同时方便检测。 2.2 钢管的卷制 钢管卷制方向必须与钢板压延方向一致，自动双面焊接，钢管焊接完成后必须进行二次校圆。成管尺寸和焊缝质量检查符合规范要求。检查范围：对所用卷管全部进行检查。 2.3 放样 根据正置时的理论拱轴线，同时结合设计院计算所提供的钢管拱肋所设10.30cm的预拱度（上拱），（预拱度按照二次抛物线布置），对设计的理论拱轴线方程进行修正，使之成为施工拱轴线。理论拱轴线方程：Y=0.8x-0.005882353x2预拱度方程：Y=0.003029x-0.00002275087x2 式中y为该点预拱度值，x为该点坐标，坐标原点、方向与原图相同.施工轴线
6、方程:Y=0.803029X-0.00590510387X2按照施工拱轴线方程式，结合施工详图放样钢管拱肋1：1地胎大样图。大样图设在钢板上，要求钢板必须垫实稳固，抄平各点高差必须小于2mm，各基准点、基准线大样冲标记并用油漆标示明显。拱肋的上下弦管按照拱轴线进行平移。放样按坐标法进行放样，采用全站仪和级钢尺，放样点偏差不得大于2mm,并用油漆标明各点位置及所控制的位置。1：1地胎大样及煨弯拼装图见下图所示。主拱肋地胎大样、煨弯拼装图2.4 弯管钢管煨弯必须在煨弯台座上进行，首先根据拟弯管节的设计轴线形式调整模架、并对其反复测量，确保弯管符合设计要求；然后将直管吊运至模架上，旋紧管两端螺杆，采
7、用氧炔焰加热，加热前应进行现场试验，对照规范要求，以确定加热范围、加热温度等参数。本桥根据现场试验确定钢管加热控制在800900，加热宽度为30mm50mm，其余按照规范要求进行。热弯曲时先从一端开始，过半后，再从另一端开始，煨弯时必须注意，顶压钢管幅度不易过大，以避免中部加热区域变形过大而造成钢管壁变薄。煨弯好的钢管在空气中自然缓慢冷却，严禁采用浇水的方法进行冷却。待钢管温度冷却后才能松开千斤顶。2.5 弯管接长，加工成型根据1：1大样图拼装第一次煨弯弯管，并焊接接长，当钢管拼装后与线性不符时，再进行热弯修整使其成设计弯曲段。将钢管根据1：1大样加工、拼装时，纵缝需错开，纵缝布置间距为150
8、mm，以钢管母线为基准，间隔、对称布置，上弦钢管纵缝布置在下缘，下弦钢管纵缝布置在上缘。钢管拼装应严格对线安装，不得强制装配，并且定位焊长度不得小于25mm，不得有裂纹、加渣、焊瘤、焊偏、弧坑等缺陷。拼装完成后，两端和中部采用工艺隔板控制为1500mm,焊接腹板及各种附属配件。腹板焊接时，在吊杆处预留1000mm，待吊杆孔加工完成后再组装拼焊。系杆拱为应力转换体系，吊杆孔分别在拱肋和系梁上预留，因此预留孔的位置和尺寸的准确性，直接影响着吊杆受力情况。吊杆孔位置确定仍然按照1：1地胎大样上所绘制的坐标系，依据设计图纸要求在拱肋上进行精确定位，要求吊杆孔中心位置必须达到规范要求标准。2.6 拱肋分
9、段及运输根据设计图纸并结合实际施工情况对钢管拱进行分段，拱脚按照设计要求，其余部分每片根据运输能力分为九段。拱肋分段完成后，标记清楚其对应位置，将对接口处理为坡口，以方便现场施工。拱肋运输要防止变形，同时注意安全，安排专人进行负责。3 拱肋的安装工艺对拱肋安装而言，施工方案大多采用无支架缆索吊装法。根据本桥工期紧迫的实际情况并结合现场现有工程器材，经反复进行分析比对，特制定了汽车吊吊装、碗扣式支架支撑的施工方案。见图三所示。3.1 施工准备 拱肋安装前，放样理论轴线，复测起拱线高程和拱脚倾角，检查预埋拱脚的准确性。根据实际情况对轴线进行调整，采用墨线在系梁上标出实际轴线，保证两侧拱肋的轴线的相
10、对位置符合规范要求。 轴线检测采用全站仪和级钢尺进行。.3.2 支架验算图3-2 拱肋支架布置图拱肋节段在计算过程中可近似看作是一段斜梁，斜梁的计算模型适用于本设计和工程用材估算。每一支点在受到竖向压力外还有水平推力。所以在支架的设计计算中，除考虑竖向承载力外，对支架的整体稳定性也予以充分考虑。根据计算结果,施工支架采用483.5碗扣式满堂支架，钢管之间用钢管扣件连接碗扣式钢脚手架。支架在每6米范围内加密设为支墩（为现场拼装接口处支墩），支墩处支架加密，加密区纵向为600mm，非加密区纵向为1200mm；横向加密区在拱肋下边的部分为600mm，其余为1200mm。高度按实际抛物线定高度。在各加
11、密区两侧沿横向断面内布设从底至上设剪刀撑（其中合拢段中间加一道剪刀撑），为增加支架刚度及稳定性，纵向两侧用50mm钢管间隔4m设置一道剪刀撑，在底部设置纵横向扫地撑。为满足支架高度调整的需要，所有支架立杆均设可调式底托，在接口支墩受力面处支架设有顶托，在顶托上顺桥向布设10cm10cm方木（大楞），大楞上铺设5cm10cm楞木（小楞），支墩区外可不设纵楞木，只设横楞木，拱肋吊装完成后，横楞木与拱肋顶紧，每个支墩顶处需设传力装置，以扩散集中力，使支架受力均匀，拱肋支架与系梁支梁加强联系，以增加拱肋支架的整体稳定性。3.3 拱肋安装 由于吊装施工系高空作业，且拱肋节段为多弦管结构并向内侧倾斜，截面
12、尺寸大，节段长度大，加上拱轴精度标准高，同时安装又受到交通管制时间和温差的限制，使得施工难度大，工艺复杂，工序繁杂，技术要求高等，针对这一问题，我们采用了以下几种方法进行处理。根据施工拱轴线，按照坐标法电脑模拟制图绘制出拱肋各节段上测量定位点在卧拼状态下的理论坐标值，然后现场通过全站仪和钢尺定位拱肋段接口处的标准位置（预留10cm作调整）。由于拱肋节段在卧拼状态下拱脚处低，中间处高，因此在起吊前通过计算确定起吊钢丝绳的长短，使拱肋节段吊起后呈基本就位后的角度，起吊钢丝绳长度的计算根据吊点定位布置图中吊点位置、拱肋卧拼状态及保证吊起后钢丝绳与两吊点间连线的最小夹角不小于60来确定。施工选择温度变
13、化不大时进行，以尽量减少温差对拱肋长度的影响，并且根据温度精确量测拱肋节段长度，同时对拱肋节段长度进行修正。拱肋吊装采用分段吊装，从拱脚开始，依次逐段向上，拱顶合拢方式。为了能够快速定位拱肋，拱肋节段单侧焊接定位板，安装时两节拱肋中心线按照在工厂预拼时下弦板所定的中心线确定，要求中心线基本重合。初步定位完成后为防止拱肋发生滑移及失稳倾覆，在松吊钩前在支架上拱肋节段安装焊接支撑架，同时拱肋节段焊接限位板。初步安装要求拱肋轴线偏移控制到纵向符合规范要求,横向偏移不大于30mm。高度偏差不大于20mm。因本桥采用正做斜置设计,进行拱肋安装时必须将正置施工坐标转换成斜置坐标,通过全站仪检测各点的实际坐
14、标值，并与计算坐标值进行比较，根据差值进行调整。调整采用汽车吊、手动葫芦和千斤顶，使拱肋稍稍脱离支架上锲形块。通过葫芦左右移动，千斤顶上下移动控制调整就位，直至满足规范要求。定位完成后及时在支架上采用斜撑拉接撑顶并焊接限位板将拱肋节段加固牢固后即进行施焊。焊接完成后，对主拱肋采用全站仪、水准仪和钢尺进行检测，将误差控制在规范允许的范围内. 节段吊装 合龙段吊装4主要施工技术4.1重要位置焊接技术4.1.1焊接技术要求(1）焊接工人的选择及焊接工艺必须按钢结构工程施工及验收规范（GB50205-2001）的规定办理，工厂焊接应采用自动焊接。（2）焊条的选择应通过焊接工艺评定确定，保证焊缝强度不低
15、于目材。（3）焊缝质量检验应按照以下要求办理：a.钢管拱肋环向及纵向对接焊缝需做100%超声波探伤以及射线探伤检验，其数量及验收标准为：a.1 射线探伤数量焊缝长度1200mm,每条焊缝透照1张焊缝长度1200mm,每条焊缝透照2张环向及纵向对接焊缝交叉处必须透照1张a.2 射线探伤检验像质要求按GB/T3323-2005规范中AB级执行焊缝质量验收按GB/T11345-89规范中执行a.3 超声波探伤检验要求检验等级按GB/T11345-89规范中B级执行焊缝质量验收按GB/T11345-89规范中执行b.拱肋与横撑等构件连接处的角焊缝按50%做超声波探伤检验以及25%做磁粉探伤检验，检验、
16、验收标准为：b.1 超声波探伤检验要求检验等级按GB/T11345-89规范中B级执行焊缝质量验收按GB/T11345-89规范中执行b.2 磁粉探伤检验要求检验工艺按JB/T6061-92规范执行焊缝质量验收按JB/T6061-92规范中执行4.1.2主要工艺流程原材料检验放样下料加工装配与焊接火工微弯节段组装与腹板焊接吊杆相关部(附)件组装焊接过程检测排气、排浆孔预留拱肋预拼装涂装防锈。4.1.3拱助环缝对接格丑沟特大桥主桥焊接接头多为钢管环缝对接，属环形封闭接口，接头截面大，容易产生焊接变形，故必须采取合适的焊接顺序加以控制。对接环缝的焊接，应使焊接过程中施加的焊接热量平衡，以减少焊接收
17、缩和变形。 合理的焊接顺序和焊接方向对防止焊接变形和减小焊接应力非常重要，在施焊时应遵循对称、均布、同步的原则，具体焊接顺序如下：采用若干名焊工，进行对称焊接，环缝焊接按图示顺序进行。图3-4 拱肋环缝焊接顺序先焊对接接头环缝，再焊接缀板及其他结构，以保证顺序合理，便于操作，还可使焊接收缩量最小。4.1.4上锚箱与拱肋间焊缝的焊接格丑沟特大桥主桥吊杆所承受的纵梁及桥面板拉力全部通过上锚箱作用在上锚箱与钢管拱肋的焊缝上，如下图所示图3-5 上锚箱与拱肋间构造故该处焊缝受力很大，且上下锚箱间同轴度要求很高，故此处焊缝的焊接质量和焊接变形均须进行有效控制。针对以上问题，我们采取如下焊接工艺措施：(1
18、)焊接坡口形式设计不对称X型坡口，拱肋内壁为大坡口，外壁为小坡口，坡口深度均为8mm，坡口形式如下图所示图3-6 拱肋与上锚箱焊缝坡口形式(2)控制预热温度上锚箱插入拱肋内的钢板厚度为26mm，在焊接前需进行预热，预热温度为80-120，加热方式为红外线或火焰加热。此处焊缝长度为340mm，要求在焊缝全长均达到预热温度，以避免产生焊接裂纹。(3)控制装配精度拱助和锚箱装配时，必须保证几何尺寸和装配精度，并增加临时固定，以减少焊接过程中焊接应力所产生的焊热变形。(4)焊接顺序及焊接变形的控制先焊拱肋内壁焊缝，平焊和仰焊位置同时施焊，焊接1、2层，然后将拱肋外壁坡口清坡，焊接7、8层，焊接完成后转
19、到内壁焊接3、4层，然后焊接外壁9、10层，再次转到内壁焊接5、6层，然后焊接外壁的ll、12层。焊接顺序和焊接要求分别如图3-7、表3-1所示。整个焊接过程中平焊和仰焊位置均同时施焊，保证受力均匀。拱肋内壁和外壁交错焊接的顺序也减少了焊接应力所引起的焊接变形。图3-7 拱肋与上锚箱焊接顺序表3-1 拱肋与上锚箱焊接要求焊接位置焊接次序焊接电流（A）焊接电压（V）焊接速度（mm/min）平焊1-2、7-8100-11024-25140-1503-4、9-10150-16025-26120-1305-6、11-12140-15026-27100-120仰焊1-2、7-8120-13022-231
20、40-1503-4、9-10140-15023-24120-1305-6、11-12130-14023-24100-120以上施工措施保证了钢管拱肋和上锚箱焊缝的焊接质量，在上锚箱安装完成后，所有钢管拱肋和上锚箱焊缝均进行了超声波及射线无损探伤，探伤结果100合格。4.4拱肋安装过程中拱轴线控制技术拱肋施工时采用分段加工分段吊装方案进行施工,格丑沟特大桥拱肋共划分11个施工段,在厂内进行加工制作,运到现场后采用180吨大型汽车吊进行拱肋安装。拱轴线控制是拱肋安装过程中的关键，轴线的偏移将会直接导致上下锚箱的位置发生错位，上下锚箱不在一条直线上,吊杆就会出现弯折,对桥梁结构产生不良影响,甚至造成
21、重大质量事故。由于格丑沟特大桥采用先梁后拱法施工，系梁浇注与拱肋安装相隔时间长，相道工序施工时的环境温度相差较大（系梁是夏季浇注，拱肋是冬季安装），且该桥跨度很大，因此，系梁在拱肋安装时受温度影响发生了较大的收缩变形，根据实际测量拱肋安装时系梁收缩量为110mm如图所示。受此影响，拱肋的坐标也会发生相应的变化。致 谢走的最快的总是时间，来不及感叹，大学生活已近尾声，三年的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。本论文设计是在石明星老师的辛勤指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体的写作过程，开题报告、论文初稿与定稿无不凝聚着石明星老师的心血和汗水。在我的毕业设计期间，石明星老师为
22、我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，老师们一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的帮助和关怀，我不会这么顺利的完成毕业设计。本次设计是桥梁工程下部结构设计，在完成毕业设计的过程中，我运用感性和理性知识去把握整个桥梁的设计，这其中就包括建筑外观和结构两个方面。通过设计，我还更多的了解国内外桥梁设计的发展现状及趋势，更多的关注这方面的学术动态，不断培养工程技术工作中所必须的全局观念和经济观念，了解、掌握桥梁结构的各项技术、经济指标的来源及功用，树立理论联系实际的设计思想，为以后的学习、研究和设计打下了坚实基础。在此向土木与交通学院的指导我帮助我的老师们表示深深的感谢和
23、崇高的敬意！ 在临近毕业之际，我还要借此机会向在这四年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们四年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。我还要感谢同组的各位同学以及我的各位室友，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢！同时也正是通过这次毕业设计，拉近了我们同学和老师间的距离，彼此也有了更深的理解。由于本人知识水平有
24、限，加之缺乏实践经验、时间仓促，在设计中难免存在缺点和不足，在此恳请各位老师和同学能够给予批评和指正，我一定会在未来的工作中加以注意。最后，在这惜别时分，我祝愿各位老师身体健康，万事如意！祝愿各位同学前程似锦、一路顺风！参考文献1徐伟.桥梁施工M.北京：人民交通出版社，2008.7.2 范立础.预应力混凝土连续梁桥M.北京:人民交通出版社，19993 徐君兰.大跨径桥梁施工控制M.北京:人民交通出版社，20024 林凤国.洲河大桥连续梁悬臂灌筑施工技术J.铁道标准设计，20005 左许泉.娄底大埠公路大桥施工技术总结J.湖南交通科技，19976 何旭辉，伯永.对预应力混凝土连续梁悬拼施工有关问
25、题的探讨J.铁道建筑技术，20007 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计M.北京:人民交通出版社，20008 向中富.桥梁施工控制技术M.北京:人民交通出版社，20019 葛耀君.分段施工桥梁分析与控制M.北京:人民交通出版社，200210 邵容光.关于预应力混凝土连续梁（连续刚构)桥中的若干问题J.东南大学学报，200111 Fujikazu SAKAI, Akira ISOE and Akira UMEDDA.New development of COSCOA-control system of construction accuracy for cable-supported bridges.P
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