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鋼管砼拱橋鋼管拱肋的加工與控制

   2005-04-05 本站原創(chuàng) 未知 10720
摘 要 本文通過介紹南河鋼管砼系桿拱橋,重點(diǎn)闡述了鋼管拱肋的加工與控制要求,意在為同類橋梁的施工提供參考。
關(guān)鍵詞 鋼管砼 拱橋 拱肋 施工控制
1 前言

  鋼管砼結(jié)構(gòu)是將混凝土填充到鋼管內(nèi)形成的一種組合結(jié)構(gòu),兼有鋼結(jié)構(gòu)和砼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),有效的發(fā)揮砼和鋼材的力學(xué)特性,并利用鋼管的環(huán)箍作用,大大提高結(jié)構(gòu)的抗壓能力和抗變形能力。鋼管砼系桿拱橋造形美觀、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、受力科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理,近年來在公路、城市橋梁建設(shè)中被廣泛采用。但由于其技術(shù)含量高、工藝嚴(yán)格、工序繁多、施工難度大,因此,認(rèn)真總結(jié)此類橋梁的施工和管理經(jīng)驗(yàn),對(duì)今后的設(shè)計(jì)、施工、管理有實(shí)際指導(dǎo)意義。本文以南河橋?yàn)槔?jiǎn)要談?wù)勂滗摴芄袄叩募庸ぶ谱骱褪┕た刂啤?BR>
2 工程概況

  南河橋位于江蘇省溧陽市西側(cè),為新建國道主干線南京至杭州高速公路上跨南河的一座特大型橋梁,全長659.44m。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):設(shè)計(jì)荷載汽-超20、掛-120;橋面凈寬為凈-2×15.25m;航道等級(jí)為規(guī)劃5級(jí);凈空標(biāo)準(zhǔn)為50.0×5.0m;地震烈度為基本烈度7°。
  南河橋主跨為下承式預(yù)應(yīng)力砼系桿拱結(jié)構(gòu),采用剛性系梁剛性拱,計(jì)算跨徑126.28m,拱軸線為二次拋物線,矢高25.256m,矢跨比為1∶5。拱肋采用啞鈴型鋼管砼,上下鋼管外徑110cm,鋼管與腹板壁厚1.4cm,內(nèi)充40號(hào)微膨脹混凝土(見圖1)。風(fēng)撐采用K型,由外徑110cm和80cm鋼管焊接組成。全橋共設(shè)4片拱肋、6對(duì)風(fēng)撐(見圖2)、38片中橫梁和76根吊桿。

3 鋼管拱肋加工

3.1 主要工藝流程
  原材料檢驗(yàn)→放樣→下料→加工→裝配與焊接→火工微彎→節(jié)段組裝與腹板焊接→吊桿相關(guān)部(附)件組裝→焊接過程檢測(cè)→排氣、排漿孔設(shè)安→拱肋預(yù)拼裝→涂裝防銹。
3.2 加工方案要點(diǎn)
  節(jié)段劃分:為便于吊裝,拱肋鋼管分段制作。本橋結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)吊裝能力,每片拱肋劃分為2個(gè)拱腳預(yù)埋段和7個(gè)中間吊裝段,K型風(fēng)撐每個(gè)為一段。
  制作方法:采用卷板機(jī)將鋼板卷制成圓管;裝配焊接成6m和17m左右拱肋管及設(shè)計(jì)基本長度的風(fēng)撐管;上下拱肋管采用火工微彎方法形成設(shè)計(jì)軸線,其后在設(shè)定專用胎架上完成定位、焊接和節(jié)段組裝;各風(fēng)撐管節(jié)段在另外平面胎架上完成組裝。
  大接頭余量加放:為保證各步施工方案和工藝都能滿足設(shè)計(jì)要求,達(dá)到規(guī)定的偏差精度,上下拱肋管大接頭加放80mm余量,該余量節(jié)段組裝時(shí)保留,只在分段計(jì)算長度處作出正作線。焊接補(bǔ)償量加放:考慮節(jié)段組裝時(shí),腹板焊接將使各拱肋節(jié)段上下管的距離受到影響,可沿徑向線方向加放5mm作為焊接補(bǔ)償,以保證設(shè)計(jì)幾何尺寸。
  標(biāo)記線:標(biāo)明拱肋管0℃和180℃徑向線,作為火工、節(jié)段組裝、檢驗(yàn)的標(biāo)記線。
  安裝標(biāo)示:為便于工地安裝,在拱肋預(yù)拼裝前,通過徑向線與站號(hào)線測(cè)定,標(biāo)明各接頭在工地安裝時(shí)的控制點(diǎn),做出標(biāo)記,涂裝時(shí)采取一定的保護(hù)措施。
3.3 施工控制要點(diǎn)
  (1)依據(jù)設(shè)計(jì)文件提供的相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范、工藝要求,編制出各工序的具體驗(yàn)收項(xiàng)目與標(biāo)準(zhǔn)。
  (2)放樣應(yīng)保證所有配套表、套料卡、下料草圖的正確性與完整性,標(biāo)明后續(xù)工序的樣板、樣棒的角度、尺寸、名稱、數(shù)據(jù)等。
  (3)所有零部件的下料須報(bào)檢,超差零件不得流入下道工序;火焰切割零件須清渣、打磨處理,產(chǎn)生熱變形的均須矯正后方可使用。
  (4)坡口邊緣直線度及角度應(yīng)符合公差要求。
  (5)工裝胎架應(yīng)具有足夠剛度,以控制結(jié)構(gòu)變形,應(yīng)對(duì)胎架中心線、定位基準(zhǔn)線、輔助線等作必要標(biāo)記。
  (6)所有裝配不得強(qiáng)制進(jìn)行,避免母材損傷,嚴(yán)格對(duì)線安裝并控制好間隙,焊接完成后應(yīng)及時(shí)矯正。
  (7)嚴(yán)格控制拱肋管火工溫度,嚴(yán)禁用水冷卻。
  (8)制訂出周密的專業(yè)性測(cè)量工藝,檢測(cè)儀器須經(jīng)計(jì)量部門檢驗(yàn)合格,操作時(shí)考慮環(huán)境的影響。
  (9)健全安全保障措施。

4 關(guān)鍵工序

4.1 焊縫焊接
  焊接是一項(xiàng)專業(yè)性、規(guī)范性較強(qiáng)的工作,在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中十分重要,因此,在本橋鋼管拱肋加工中作為重點(diǎn)全程監(jiān)控。
4.1.1 焊前準(zhǔn)備
  施工技術(shù)部門要依據(jù)設(shè)計(jì)文件,參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程,制訂焊接工藝原則,明確焊接方法、工藝措施、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收規(guī)范等。本橋拱肋鋼管焊接方法有手工電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊、埋弧自動(dòng)焊。
  工藝評(píng)定:焊接工藝評(píng)定是鋼結(jié)構(gòu)制造的根據(jù),施工單位必須結(jié)合工程實(shí)際完備工藝評(píng)定文件,并作為竣工文件存查。根據(jù)對(duì)接、搭接、T形接頭的焊縫形式,確定相應(yīng)焊接方法,不得隨意改換。
  焊前處理:焊接所有構(gòu)件的坡口內(nèi)及正、反面25mm范圍,應(yīng)按要求清理,去除表面油、銹、氧化皮和塵污等,處理干凈后方可焊接,陶質(zhì)襯墊必須按操作細(xì)則施工。
  生產(chǎn)試板:為確保焊縫質(zhì)量,南河橋拱肋結(jié)構(gòu)均設(shè)生產(chǎn)試板,試板與相應(yīng)焊縫同材料、同厚度、同坡口、同軋制方向,并按相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做機(jī)械性能試驗(yàn),保證其參數(shù)符合規(guī)范要求。制訂《生產(chǎn)試板評(píng)定工藝》,對(duì)目的、適用范圍、參考標(biāo)準(zhǔn)、工藝內(nèi)容作出明確規(guī)定,以確保焊縫焊接質(zhì)量。
4.1.2 焊接要求
  工廠焊縫:南河橋拱肋鋼管制作、裝配時(shí),其縱縫、環(huán)縫均采用v型坡口,單面焊接雙面成形,反面(管內(nèi))貼陶質(zhì)襯墊。焊縫填充工藝分四道,采用CO2氣體保護(hù)焊打底填充兩道,埋弧自動(dòng)焊填充一道、蓋面一道。縱縫焊接的起止端分別安裝引弧板和熄弧板,坡口型式與縱縫相同。環(huán)縫焊接采用滾動(dòng)胎架,以俯焊方式焊接。每道工序焊縫焊接應(yīng)一次完成,因故停焊又續(xù)焊時(shí),不得從母材上引弧,必須將引弧處氣刨或打磨成1∶4斜坡搭接,搭接長度不少于50mm。
  工地安裝:工地安裝均采用手工電弧焊接,風(fēng)撐與拱肋、風(fēng)撐間相貫線、節(jié)段對(duì)接均采用對(duì)稱焊。拱肋合攏段,在定位后,須待符合設(shè)計(jì)合攏溫度時(shí),方可焊接。
4.1.3 焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)
  南河橋焊縫等級(jí)要求達(dá)到GB50205的I級(jí)焊縫要求。焊縫外觀質(zhì)量要求成形美觀、整齊,尺寸符合設(shè)計(jì)和工藝要求,做到無裂紋、無氣孔、無夾渣、無焊瘤、無弧坑等焊接缺陷。其內(nèi)在質(zhì)量要求在焊接完成24小時(shí)后,按焊縫長度的100%做超聲波檢測(cè),10%做X射線探傷檢查。
4.2 節(jié)段線型加工
  拱肋節(jié)段是形成拱軸線的基本單元,其線型取決于節(jié)段拱肋管的火工微彎。火工微彎方法是火工加外力形成設(shè)計(jì)曲線。根據(jù)設(shè)計(jì)拱軸線方程,用計(jì)算機(jī)計(jì)算確定各分段上下拱肋鋼管所有控制點(diǎn)的坐標(biāo),作為微彎與測(cè)控的依據(jù),并編制具體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)工藝文件。
  實(shí)施步驟:設(shè)計(jì)建造模型胎架→標(biāo)明其縱、橫中心線及輔助線→確定胎架上各站線位置,準(zhǔn)確安裝施加外力的支撐與設(shè)備→拱肋鋼管就位,設(shè)置平面坐標(biāo)→劃出加熱帶→分帶加熱施加外力。
控制要點(diǎn):
  (1)確保上胎架的待彎鋼管定位正確,即鋼管徑向線及其中心線應(yīng)與胎架縱向中心線及中線相吻合;
  (2)加熱應(yīng)從兩端向中部對(duì)稱進(jìn)行;
  (3)外力施加點(diǎn)要對(duì)稱合理,加壓要逐步、適量;
  (4)特別強(qiáng)調(diào)壓力和溫度的協(xié)調(diào)控制;
  (5)加熱帶應(yīng)避開環(huán)縫位置,約定帶寬可依實(shí)際適當(dāng)調(diào)整;
  (6)要隨時(shí)觀察、測(cè)量拱軸線的坐標(biāo),控制傍彎。
4.3 拱肋預(yù)拼
  拱肋成型是否符合設(shè)計(jì)線型是成橋的關(guān)鍵,因此,拱肋節(jié)段制作完成后,須通過預(yù)拼對(duì)其跨徑、拱軸線、水平度(拱軸線橫向偏移)及吊桿位置準(zhǔn)確性進(jìn)行全面檢查,為工地吊裝做好準(zhǔn)備。南河橋拱肋工廠預(yù)拼采用臥式整片預(yù)拼方案。
  預(yù)拼方式:完全按照節(jié)段工地吊裝順序,由拱腳預(yù)埋段開始,自兩端對(duì)稱進(jìn)行,合攏段保留節(jié)段制作余量(待工地安裝時(shí)切除),其它節(jié)段均切除制作余量(僅保留環(huán)縫間隙余量)。
控制要點(diǎn):
  (1)選擇具有足夠剛性的平面場(chǎng)地、空間,配備相應(yīng)吊裝設(shè)備、胎架工裝等。
  (2)檢測(cè)儀器送專門計(jì)量單位校驗(yàn)。
  (3)按編制好的預(yù)拼工藝制訂預(yù)拼方案。
  (4)按預(yù)拼方案進(jìn)行預(yù)拼,妥善保管預(yù)拼測(cè)量數(shù)據(jù),并采取一定措施保護(hù)好預(yù)拼控制點(diǎn),以備安裝時(shí)使用。
  通過工廠預(yù)拼,檢測(cè)了拱肋節(jié)段的加工精度,最大限度的消除了拱肋節(jié)段的加工偏差,完成了工地吊裝的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

5 結(jié)束語
   隨著國家交通建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展,作為橋梁工程中組合材料合理利用的典范-鋼管混凝土拱橋的發(fā)展方興未艾。但就其主要結(jié)構(gòu)的鋼管拱肋的加工制作、成拱工藝、預(yù)拼工藝相關(guān)的施工技術(shù)、質(zhì)量控制、監(jiān)理程序等尚無定性和定量的規(guī)范及規(guī)程,這是有待解決的課題。希望以上所述能對(duì)此有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

〔1〕公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)?北京:人民交通出版社
〔2〕 鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(GB50205-95)?北京:人民交通出版社
〔3〕鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(GB50221-95)?北京:人民交通出版社


 
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