桁架安装(钢桁架拱桥超长合龙段整体安装施工关键技术)
Posted
篇首语：树木在森林中相依偎而生长， 星辰在银河中因辉映而璀璨。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了桁架安装(钢桁架拱桥超长合龙段整体安装施工关键技术)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
桁架安装(钢桁架拱桥超长合龙段整体安装施工关键技术)
王建勋 马朋朋
中交二航局第四工程有限公司
摘 要：为减小跨运河大桥建设对通航和水环境的影响，扬州万福快速路京杭运河大桥采用“先拱后梁”法进行由3片主拱肋、超宽幅梁板组成的钢桁架拱桥施工。提出了在不中断通航条件下，大节段桁架拱整体合龙安装施工方法，结合结构特点和施工条件设计了施工工艺流程，研究了吊装工艺、快速定位、合龙段尺寸调整等施工关键问题，利用变形协调原理，通过有限元分析得到节段竖向与纵向变形之间的传递矩阵，形成了大节段合龙快速对位方法，实现了超长合龙段的准确合龙，丰富了通航河流桥梁施工方法。
关键词：钢桁架拱桥;施工技术;整体吊装;超长合龙段;快速对位;
1 概述
钢桁架拱桥具有一般拱桥的力学特性，竖向刚度较大，桁架杆件主要受压，对材料的利用率较高，同时单根杆件质量轻，拼装方便，且具有优美雄伟的造型。因此，钢桁架拱桥在铁路及公路桥梁中均具有较大的竞争力[1,2]。随着经济实力的持续提升，技术不断革新，钢铁产量和质量不断提高，钢桁架拱桥的跨径不断突破。国内有代表性的大跨度钢桁架拱桥有：天津国泰桥、九江长江大桥、南京大胜关长江大桥、重庆朝天门大桥等。
钢桁架拱桥的施工方法主要包括：缆索吊装悬臂拼装法、转体施工、扣塔悬臂吊装法、整体提升安装法及支架安装法[3]。庄如等以苏岭山大桥为背景探讨了采用缆索吊装架设法进行钢桁主拱架设的施工特点[4]。胡清对某大跨度钢桁架拱桥施工所采用的斜拉扣挂架设法与缆索吊装架设法相结合的施工方法进行了技术特点以及施工难点的分析[5]。施力可以春晓大桥为例，研究了通过扣挂索系统和缆索吊系统顺利完成跨径336 m的桁架主拱节段缆索吊装拼接施工[6]。付宇文等介绍了重庆朝天门大桥钢桁架拱桥爬行吊机拱肋安装方法，深入阐述了无支架缆索吊装钢绞线斜拉扣挂的施工工艺[7]。但缆索及扣塔悬臂拼装法需设置辅助缆索，控制拱肋施工过程的姿态与受力，最终在拱顶合龙，需要大量临时结构辅助施工；整体提升及支架安装法需大吨位提升装备和大量的临时支架，对航道运输影响较大。
本项目钢桁架拱桥上跨京杭大运河，在航道保持通航的前提下，如何确保大型钢构件吊装安全和精度控制成为大桥施工的关键。在内河地区采用“先拱后梁”法进行由3片主拱肋、超宽幅梁板组成的钢桁架拱桥施工，国内仍比较少见，节段吊装、合龙对位和施工控制等关键技术亟待研究。
2 工程概况
2.1项目总体特点
扬州市万福路高架快速路是扬州市“五横七纵”快速路路网体系中的重要一横，是连接扬州广陵区与江都区的快速交通走廊，承担扬州东站未来交通集散的重要功能，支撑着扬州市“东西聚合，北优南拓”的空间发展方向。
本工程西起运河北路，东至万福大桥，工程全长3.09 km, 全线采用高架快速路形式。万福快速路在中心桩号K1+023处跨越京杭大运河，主桥全长224 m, 为连续下承式钢桁架拱桥，主桥断面布置双向八车道机动车及两侧人行道和非机动车道，总宽53.2 m, 设计时速80 km/h, 见图1。
2.2桥梁结构特点
主桥采用42 m+140 m+42 m三跨连续钢桁架拱桥，横桥向设置3片钢桁架拱肋，拱肋间距为22.45 m, 横向布置5道风撑，拱顶风撑为米字形布置，其余4道风撑均为K形布置，拱肋立面布置见图2。主桥为无推力体系系杆拱桥，上部结构通过连续钢桁架拱肋、桥面系钢梁及系杆形成平衡，支承于桥墩上。拱肋由上弦杆、下弦杆和腹杆组成，腹杆在中跨连接拱肋上、下弦杆，在边跨连接上弦杆和钢主梁，标准桁架节间长度4.8 m。桥面系由主纵梁、钢横梁和小纵梁组成梁格体系，并与组合桥面板形成新型钢-混凝土组合桥面系结构。组合桥面板由钢底板、开孔钢板、现浇复合纤维混凝土和剪力钉等组成。
图1 跨京杭大运河大桥效果
图2 主桥立面布置
本项目钢桁架拱桥上跨京杭大运河，为Ⅱ级航道，交通繁忙，一方面需要施工期间尽量减少对航运的影响；另一方面也为主桥钢结构大节段运输安装提供了便利条件，因地制宜地提出采用先拱后梁施工工艺。在该施工方法的要求下，为了减小施工过程对运河航道正常通航的影响，本桥钢拱肋采用大节段整体吊装合龙施工方法进行施工。
3 超长合龙段整体安装关键技术
3.1整体吊装合龙基本原理
大节段钢拱肋在起吊过程中会出现竖向挠曲变形，由于杆件的变形协调特点，其纵向尺寸会缩短，从而顺利进入合龙口，见图3。节段进入合龙口后，将下弦杆端部与腹杆交叉点处支撑于调节垫块上，通过调整拱肋吊点的高程，达到安装几何形态，使得合龙口的尺寸恢复至合龙对接的最优状态。
为了确定合龙段的加工尺寸和最优安装线形，首先利用有限元分析得到节段吊点位置与端部纵向变形之间的影响矩阵S,利用影响矩阵确定吊点的合理位置。确定原则为确保结构在起吊过程中的内力状态满足要求，且节段两端的纵向相对变形达到15 mm以上。再计算节段吊点处竖向高程变化与端部纵向相对变形之间的影响矩阵W,确定合龙状态下合龙节段吊点位置的定位高程。计算得到合龙线形后，反算合龙节段的制造形状，按照此形状加工合龙段。在大节段合龙前对合龙口的几何姿态进行测量，并根据测量结果对合龙节段端头的尺寸与形状进行切配修整。根据合龙节段的吊点位置及吊点定位高程指标完成合龙大节段的整体吊装就位，实现大节段的整体吊装与精确定位调整。
图3 大节段合龙段整体起吊入龙口示意
3.2施工工艺流程
桁架拱桥超长合龙段整体吊装施工的主要步骤包括：首先完成边跨拱肋起吊安装；再搭设靠近河岸的通航水域范围外的临时支架；采用浮吊吊装合龙段两侧拱肋桁片并焊接与固定，测量已安装节段的空间位置与几何尺寸；测量校核待安装合龙节段尺寸，采用浮吊整体起吊大节段合龙段，合龙段调整预焊接；张拉临时系杆后拆除支架，最后吊装系梁，安装系杆和附属结构，施工工艺流程见图4。
图4 施工工艺流程
3.3整体合龙快速定位方法
通过合龙段端部的垫块和导向定位块可实现合龙时的快速定位。合龙段制造时在端部下弦杆处加工定位楔形垫块，垫块的角度根据安装线形确定，使其在定位调节完成后下表面处于水平状态。安装时，垫块的底面搁置在定位底座的滑板上，使合龙段可沿纵向灵活调整。合龙段顺利进入合龙口后，将合龙段纵向两侧的下弦杆节段放置于临时墩墩顶上的导向定位块中。导向定位块由型钢制成，在定位底座上焊连侧向限位装置，两侧的侧向限位装置与拱肋下斜杆之间保留2 mm间隙，在侧向限位装置上方设置导向块，节段下放时可通过导向块顺利进入既定的横向位置，实现横向快速定位，见图5。
合龙段两端顺利进入横向限位装置后，缓慢下放合龙段的吊点高度，并对跨中控制点进行测量，待控制点达到安装高程时，两侧合龙口的杆件即可顺利达到合龙状态，见图6。按照下弦杆、上弦杆、腹杆的顺序依次用马板固定两侧杆件，并进行焊连，从而完成超长合龙段的整体安装。
图5 导向定位块构造示意
3.4合龙安装操作要点
(1)超长合龙段尺寸校核。
根据确定的合龙时间，对合龙口的空间距离用全站仪反复多次测量，确定温差产生的变化系数。对超长合龙段的尺寸进行校核，测量构件总长度，需与合龙口间隙相同，根据测得的合龙距离切割合龙段的预留余量，同时进行连接定位板的单侧焊接。
图6 超长合龙段调整原理示意
(2)合龙前准备工作。
对合龙段端部的导向垫块进行精确测量定位，并与临时墩进行可靠焊连，提供超长节段快速定位的导向。将合龙节段由后场运至现场，对合龙用机械设备及现场准备情况进行核查，确保合龙准备工作妥善完成。
(3)超长合龙段的安装。
用吊机(浮吊)起吊合龙段，起吊点的设置要确保起吊过程中主拱肋结构不变形、不扭曲。合龙流程为：两侧主拱肋梁施工完毕，复核主拱肋标高，确认达到监控要求，合龙节段安装前应根据测量数据修割合龙段的余量，然后按照先桥北侧段(东西两端)安装→北侧合龙段焊接→中拱段安装→焊接→桥南侧段(东西两端)安装→南侧合龙段焊接的顺序完成主拱肋梁的合龙。
4 工程应用与实施效果
4.1整体吊装合龙施工方法工程应用
在运河不断航的情况下，万福快速路工程京杭运河大桥采用“先拱后梁，整体吊装”的施工方法，先由浮吊吊装边跨拱肋桁片并焊接，搭设临时支架并吊装中跨拱肋，安装支撑，然后吊装中跨合龙段，张拉临时系杆后拆除支架，最后吊装系梁，安装系杆和附属结构。
首先安装边跨节段，最大节段吊装起重量289 t,采用600 t浮吊吊装，臂长为80 m,仰角为65°,最小吊距为23.5 m,吊高为39 m。然后搭设中跨拱肋临时支架，安装中跨近主墩拱肋节段，最大节段吊装起重量220 t,采用600 t浮吊吊装，臂长为80 m,仰角为65°,最小吊距为28 m,吊高为46 m,见图7。
边跨施工完成后，搭设临时支架，安装中跨合龙段拱肋整体节段，合龙段吊装起重量达435 t,采用600 t+500 t浮吊吊装，臂长为60 m,仰角为65°,最小吊距为17 m,吊高54 m。进入合龙口后，将梁端下桁杆放置于临时支架的垫块上，缓慢下放吊点并监控跨中测点标高，待达到合龙线形后焊接两侧悬臂端杆件与合龙段杆件，见图8。
图7 浮吊吊装边跨节段和端横梁
图8 整体吊装超长合龙段
待跨中合龙段安装完成后，依次安装拱脚两侧的临时系杆，并对临时系杆进行张拉，拆除靠近主墩两侧的临时支架，完成大跨径钢桁架拱桥的拱肋整体安装施工。最后从两侧依次向跨中对称安装吊杆及桥面板钢底板，直至桥面合龙。
4.2整体吊装合龙施工方法实施效果
应用超长合龙段整体安装施工方法，实现了大节段桁架拱桥的高精度整体合龙安装，拱肋高程和轴线偏位不超过30 mm。与常规钢拱桥吊装施工工法相比，大节段整体吊装合龙施工工法施工安全性高、施工效率高、环境影响小、施工成本较低。
通过超大合龙段整体吊装施工方法，可避免搭设和拆除跨中支架，同时减少吊装节段数量，降低对通航的影响，提升施工效率，可缩短工期约1个月。减少了施工费用和机具设备投入，同时可减少人力成本约60%,总施工成本可节约150万元左右，见表1。
表1 整体吊装合龙施工方法与常规吊装施工工法对比
| 超长合龙段吊装合龙施工工法 | 常规吊装施工工法 |
| 5个节段 | 7个节段(合龙段3个) |
| 2个临时支架 | 4个临时支架(跨中2个) |
| 2台浮吊(500～600 t) | 1台浮吊(约200 t) |
| 10人 | 30人 |
参考文献
[1] 孙海涛.大跨度钢桁架拱桥关键问题研究[D].同济大学，2007.
[2] 陈莎莎.基于BIM技术的钢桁架拱桥设计及信息管理研究[D].西南交通大学，2016.
[3] 李阿特，苏赠来.大跨度钢桁架拱桥施工技术[J].黑龙江交通科技，2008,(11).
[4] 庄如，李浩.浅谈下承式钢桁架拱桥施工[J].公路交通科技：应用技术版，2016,12(9):168-170.
[5] 胡清.大跨度钢箱桁架上承式拱桥施工方法及其应用研究[J].黑龙江交通科技，2011,34(9):194-195.
[6] 施力可.钢桁架系杆拱桥节段缆索吊装施工工艺[J].公路交通科技：应用技术版，2018,14(3):266-267.
[7] 付宇文，黎卓勤.重庆朝天门长江大桥主桥钢桁架拱肋安装施工方案[J].交通标准化，2008,(4):183-187.
相关参考
转载自中国建筑2013年技术交流会论文集《钢筋桁架楼承板在钢结构工程中的应用》作者：李胜春、张凯摘要：钢筋桁架楼承板施工省去模板工程、减少钢筋绑扎量，安装快速便捷，所形成的楼板整体性好，施工质量更容易得到...
转载自中国建筑2013年技术交流会论文集《钢筋桁架楼承板在钢结构工程中的应用》作者：李胜春、张凯摘要：钢筋桁架楼承板施工省去模板工程、减少钢筋绑扎量，安装快速便捷，所形成的楼板整体性好，施工质量更容易得到...
...年北京冬奥会北京赛区标志性工程——国家速滑馆屋面环桁架最后一根主弦杆吊装到位，标志着该工程屋面钢结构安装全部完成。该项施工节点目标的完成为下一步及明年施工奠定了坚实的基础。国家速滑馆公司党委副书记、总...
沧州纵合钢构管桁架加工生产基地—质量是企业的命脉，诚信是合作的基础！业务范围：相贯线切割下料加工、钢管弯弧加工、钢管抛丸除锈加工、钢管喷漆加工、管桁架拼装焊接、钢板数控切割下料、焊接H型钢加工、车间H型...
一、工程概况二、施工部署三、主要施工施工方法及主要技术措施四、施工平面布置图、平台搭设示意图五、施工进度计划六、主要施工管理措施（一）确保工期的保证措施（二）安全生产保证措施（三）文明施工保证措施（四...
...度钢结构连廊设计结构造型主体设计中，需要做好连廊钢桁架的选型工作，目前经济及合理性最好的结构形式是采用钢桁架结构，设计中要对不同的钢桁架模型方案进行对比。在对比的过程中，应重点考虑结构设计中，空间感是...
...度钢结构连廊设计结构造型主体设计中，需要做好连廊钢桁架的选型工作，目前经济及合理性最好的结构形式是采用钢桁架结构，设计中要对不同的钢桁架模型方案进行对比。在对比的过程中，应重点考虑结构设计中，空间感是...
1.6.2.3装配式钢筋桁架楼承板吊装（1）根据工程情况，按照安装部位的先后顺序，确定吊装的顺序及数量，选择合适的起重机。（2）吊装前的准备①钢结构中，钢柱边或核心筒墙上等异形处设置角钢支撑件，角钢支撑水平肢上表...
...型从结构类型来看，拱形钢结构主要分为实腹式截面拱和桁架拱两大类，如图中所示。其中实腹式截面拱包括普通截面钢拱腹板开孔钢拱及波形腹板钢拱等多种形式。实腹式
日前，深圳国际会展中心首榀钢桁架开吊,标志着项目进入钢结构主体屋面施工阶段。桁架开吊现场。新华网发据悉，深圳国际会展中心项目由中国建筑股份有限公司承建，是深圳市委市政府布局空港新城“两中心一馆”的三大...