公铁两用长江大桥斜主桁钢桁梁制造架设关键技术总结

2第一章

黄冈公铁两用长江大桥工程概况黄冈公铁两用长江大桥是新建武汉至桥址处黄冈城际铁路及黄冈至鄂州高速公路的关键性控制工程，是集城际铁路、国铁、高速公路三位为一体的过江通道。3大桥全长4008m，主桥为（81＋243＋567＋243＋81）m的双塔双索面斜主桁钢桁梁斜拉桥，上层为四车道高速公路，下层为双线高速铁路。全桥共90个桥墩、967根钻孔桩，共10万吨钢材、40万方混凝土，合同金额19.65亿元。合同开工日期2010年3月1日，合同交工日期2014年2月28日，总工期48个月。27.5鄂州黄冈116.0第二章

斜主桁钢桁梁杆件制造关键技术黄冈长江大桥全桥钢桁梁重4.6万吨，一方面由于钢梁为上宽下窄的倒梯形截面，导致上下弦杆和斜杆均为平行四边形截面；另一方面由于N形桁架的斜腹杆倾斜方向与斜拉索方向一致，导致斜拉索梁端只能锚固于上弦箱形杆件内部窄小空间内；大大增加了钢梁杆件的制造难度。2.1

典型构件图弦杆内高1.8m，内宽1.3m，翼缘宽1.37m和1.27m，为宽翼缘的平行四¾典型构件图边形箱型截面。上弦杆下弦杆¾典型构件图公路桥面为正交异性体系的钢桥面板，每节间沿桥纵向分为两块制造，单块尺寸为13.5*12*2m。铁路桥面为密横梁体系的钢桥面板，每节间一块，单块尺寸为13.5*12.8*1.8m。2.2

斜主桁钢桁梁制造难点（1）

结构倾斜角度大，焊接收缩量大，平行四边形截面的端口角度及形位尺寸不能采用常规控制工艺。（2）平行四边形杆件上、下翼板孔群及两腹板孔群相互之间不是同心关系，节点板被宽翼板分成两个面，腹板孔群系统线无法直接划出，这些结构特点给孔位精度的控制带来很大的难度。（3）

斜拉索梁端锚箱安装在平行四边形的上弦杆件箱体内，空间安装尺寸复杂、焊接收缩变形控制和精确安装难度大。平行四边形杆件形位尺寸的关键控制要素：腹板与翼板的夹角、端口的高度和对角线、杆件长度、旁弯、扭曲；杆件板面特别是有孔区域板面的平面度。其关键控制点为：板单元的制造偏差、隔板的加工偏差、组拼胎架的刚度、拼装尺寸控制、焊接变形控制等。‹板单元及隔板结构尺寸控制板厚大于16mm的钢材需进行整平处理，以消除轧制内应力；放样、下料要预留加工余量和焊接收缩补偿量，原则上铣边余量为5mm，横向焊缝收缩补偿量3～4mm，板单元组装焊接、调校收缩量为0.3‰、纵向坡口焊缝收缩量为杆长的0.6‰～0.8‰平行四边形杆件角度控制主要是利用精加工的隔板作为内胎来控制。坡口的大小、角度及熔深尺寸应根据焊缝拼接位置的不同而相应改变。‹专用拼装胎架组拼控制技术通过专用组装胎架来确保腹板与地面垂直的正位组装方式，可有效保证杆件截面尺寸、组装精度，方便组装过程检查。上弦杆组装胎架下弦杆组装胎架利用隔板作为内胎，将隔板、腹板、底板两两密贴，要求拼装间隙≤0.5mm，杆件高、宽偏差±1mm，端口对角线偏差

≤2mm，旁弯、扭曲≤2mm，杆件长度+15mm。专用胎架上组装‹焊接变形控制采用合理的焊接方法及焊接顺序，用专用胎架在无应力状态下拼装。根据板厚的不同，在节点处隔板及顶板槽口预留焊接收缩量。杆件焊接斜拉索梁端锚固在平行四边形截面的上弦杆件箱体内，锚管穿出弦杆顶板，为三维空间结构，锚箱与弦杆腹板为熔透焊接，焊接区域集中，焊接量大

。上弦杆锚管空间结构‹焊接锚箱在杆件腹板上的定位尺寸确定通过对锚箱结构分析计算，将锚箱控制点反映到腹板以及顶板单元，把锚箱复杂的空间尺寸转化为杆件腹板上的平面定位尺寸，经分析推导出计算公式，将公式录入Excel表中进行自动运算。φ空间角θa70.41366662

70.50697

5.81915

2.066088

17.20645033

1.96228454570.41447016

70.50777

5.81914

2.065993

17.20662701

1.96220268αβγθηL1Hh1θ投d1d2d3d4A26A2220.35322915

1300

1000

300

20.433771

544.07

502.78

921.52

125.3320.35322915

1300

1000

300

20.43295

544.07

502.78

921.52

125.33Excel表计算结果‹锚箱的安装焊接为减少锚箱在杆件箱体内部的安装及焊接工作量和减少焊接变形量，采取先预制锚箱单元，再整体与杆件腹板上的锚箱定位线对线拼装的方案。锚箱焊接杆件通过整体覆盖式钻孔胎模进行钻孔，即杆件组焊并矫正后划出基准线，用整体胎模钻出每个孔群的若干的定位孔，检查定位孔相对关系尺寸，合格后再采用局部钻孔样板通过定位孔定位补钻剩余孔群。‹宽翼缘平行四边形截面划线工艺研究制定了一种平行四边形截面整体节点杆件划线钻孔工艺，解决了平行四边形整体节点杆件相对面的制孔精度、过超宽顶板的内侧节点制孔精度的问题。‹过桥式整体覆盖钻孔胎模技术对于节点板孔群与腹板两端孔群不能通视、胎模过长、不方便操作和使用等情况。研制了一种过桥式整体覆盖钻孔胎模，一次可钻出节点板部位和腹板一端孔群。过桥式整体覆盖钻孔胎膜‹标准梁头检测技术标准梁头检测模检测接头板孔群质量钢梁竖杆、斜杆上下翼板前后错开，孔群相对位置按一定倾斜度偏离，且随着板厚的不同变化，致使孔群质量常规方法（划线）难于检测。研制了一批针对不同板厚的标准竖杆及斜杆梁头检测模，用于检测腹杆和弦杆接头板孔群质量。严格工艺评审及首制件评审：项目部选派有经验的测量人员自带仪器复查，确保数据真实可靠；邀请知名专家对检测数据、施工组织和工艺进行全面审核，优化工艺方案，进一步提高制造质量。钢梁制造首制件评审成立驻厂质量监控小组：选派有钢结构制造经验的人员长期驻厂，与驻厂监理一道对厂内钢梁制造质量和进度进行全方位监控。项目部驻厂人员验收杆件质量请有资质的第三方对钢梁的焊缝质量进行探伤检查，严把焊接质量关。焊缝超声波检测焊缝X拍片每月定期召开钢梁制造架设协调会，每对称节间钢梁架设完成召开小结会：研究解决制造过程中存在的质量及进度问题，为现场架设拼装提供有力保障。‹钢桁梁架设总体方案：根据钢桁梁结构特点及桥位处的地质水文条件，以及每节间钢桁梁散拼安装吊装次数，经综合比选，采用散拼架设方案。先在两主塔墩旁托架上拼装4个节间钢梁和桥面架梁吊机；再分别利用2台架梁吊机对称悬臂拼装其它节间钢梁，挂设相应的斜拉索，直到中跨合龙，待中跨合龙后，再悬臂架设边跨剩余节间。四大难点：（1）桥塔区钢梁架设采用常规浮吊架设困难；（2）倒梯形截面斜主桁钢桁梁架设难；（3）双悬臂状态桥梁抗风稳定措施设置难；（4）大悬臂状态桥梁跨中合龙分析控制难。桥塔区钢梁特点：（1）钢梁顶面距水面高度大，达60m；（2）需吊装的钢梁正交异性板桥面板平面尺寸大（长13.5m、宽12.8m，重量为70t）。‹传统施工方法采用大型浮吊进行吊装并配合钢梁整体纵移拖拉法。利用大吨位浮吊在墩旁托架前端每次拼装完成一个节间单元后,将所有已拼好的节间单元整体沿桥梁纵向移动一个节间距离

,然后再在墩旁托架前端拼装下一个节间单元，如此循环完成墩顶4节间架设；最后再利用浮吊在已拼装的钢梁顶面拼装2台对称悬臂架设的架梁吊机。优点：方案比较常规，吊装比较灵活。缺点：（a）需要租赁大型浮吊。在60m高处吊装长13.5m、宽12.8的桥面板而不与扒杆相碰，其吊机扒杆长度达85.7m以上，这样的浮吊资源在长江中上游很少，且使用费用也较高。（b）吊装对位受波浪影响大，存在一定安全质量隐患；（c）需多次整体纵移，拖拉距离长，滑道及拖拉系统临时钢结构量大，措施费用高，施工工序繁琐。‹首创架梁吊机加临时站位支架拼装墩顶区钢梁新技术。先在安装1个同钢梁等高度的架梁吊机临时站位支架，再在其上安装1号架梁吊机，然后利用该架梁吊机拼装第1节间钢梁，接着该架梁吊机走行到第1节间钢梁上，整体吊离或拆除临时站位支架，再将第1节间钢梁和架梁吊机整体纵移至钢梁设计位置进行精确定位。接着再依次前方拼装完成钢梁支座、第2和第3节间钢梁，最后架梁吊机走行到第3节间钢梁上，前方取梁进行第4节间钢梁架设和第2台架梁吊机安装。优点：(a)减少大型浮吊和专用设备投入。(b)不受波浪和水位的影响，降低了安全质量风险，提高了工作效率。(c)可与中塔柱施工同步进行架梁吊机安装、调试、试吊及取证，缩短了关键工序时间。(d)整个架设过程仅需对第1个节间钢梁进行1次拖拉，减小拖拉力、缩短拖拉距离，减少了临时结构投入，简化了作业工序，缩短关键工序时间，节约成本，降低安全质量风险。‹杆件吊装过程（1）下弦杆拼装（上下游各一）（2）斜杆拼装（上下游各一）（4）竖杆拼装（上下游各一）（3）铁路桥面板拼装（一块）（5）横梁拼装（一块）（6）上弦杆拼装（上下游各一）（7）公路桥面板拼装（上下游各一）（8）斜拉索挂设‹施工工序优化利用无应力状态法理论，斜拉索挂设不占用关键工序时间。同时将关键工序紧密衔接，按小时划分工序时间。‹研制空间可调节吊具钢桁梁为倒梯形截面，斜腹杆面内倾斜41.055°、面外倾斜度20.3532°，需按设计姿态吊装才能就位，通过对每根杆件按其设计姿态进行三维图放样，找准重心，确定吊点位置，研制出空间角度可调节吊具，工人只需对号入座安装吊具，即可将倾斜腹杆快速安全就‹研制整体可移动式脚手平台整体可移动施工脚手大大降低了安全风险，同时有效提高了杆件拼接、高栓施拧及现场涂装的质量控制水平，提高了工作效率，确保钢梁架设的本质安全。传统施工脚手铁路桥面整体工作平台公路桥面整体工作平台钢桁梁在对称双悬臂架设过程中受到横向风荷载时，由于斜拉索对横桥向提供的约束较小，整个结构在xy平面为一个瞬变体系。并且桥址处设计风速达30m/s，按照不对称风荷载的风载加载方式，最大双悬臂状态下横向风力将产生扭矩达15856t·m。因此，横向抗风措施设置相当重要。风载加载方式图临时墩横向抗风方案‹方案二：利用墩旁托架抗风存在不足：墩旁托架主要是用来承受竖向荷载的，而作为横向抗风设施则需承受横向荷载为主。由于其墩旁托架横向宽度仅16m，通过计算分析其应力超过了极限应力一倍，故简单加固已无法实现。‹方案三：研究发明抗风牛腿--自平衡技术在墩顶区钢桁梁上弦杆增设4个抗风牛腿，将主梁横风扭矩转化为主梁和主塔之间的顺桥向压力，横向水平力由钢梁支座承受，实现结构受力自平衡，构造简单、受力明确、安全可靠、工程量小。‹总体方案根据合龙敏感性分析，采取措施把合龙口状态调整至可控范围内，实现钢桁梁高精度主动合龙。总体合龙顺序为：先合龙4根弦杆，再合龙2根斜杆，最后安装铁路桥面板和公路桥面板。‹合龙工况2#塔：钢梁节间架设完毕，18号斜拉索张拉完成。3#塔：L20、L20′节间架设完，完成高栓施拧和桥面板焊接；架梁吊机位于钢梁L20、L20′节间；

18号斜拉索张拉完成。‹敏感性分析及合龙调整措施合龙口标高及转角调整比较容易，主要调整斜拉索索力，同时利用压重措施配合，利用长圆孔安装销轴来锁定调整结果。轴线调整也比较容易，利用导链进行对角对拉即可；纵向距离调整，利用支座均具有纵向活动功能的特点，通过千斤顶进行主动顶推实现（每200t力可以使钢桁梁整体纵移40mm左右）。断面扭转调整：利用合龙口两侧架梁吊机对角互提方法，实施简单易行、效果明显（按架梁吊机50t提升力计算可以使公路面上、下游弦杆产生41mm相对高差）。‹合龙步骤（1）对合龙调整措施进行模拟试验，并经过36小时（两晚一白天）施工连续监控测量，验证敏感性计算分析结果；（2）分别在两主塔边跨侧抗风牛腿与主塔之间，安装千斤顶主动向边跨侧顶推150mm。（3）依次安装合龙段下弦杆、斜杆和上弦杆，将其合龙段杆件一端连接，一端自由等待合龙。（4）在夜间温度恒定时段，通过纵向顶推使钢梁合龙。在合龙过程中可根据实时测量数据分析，利用调索力、移动压重荷载、架梁吊机对角互提或合龙口横向对角对拉等措施，对合龙口两端的高程、断面扭转、横向轴偏进行实时微调。（5）再通过在斜杆上布置顶拉装置进行微调，对斜杆进行合龙；最后安装铁路桥面板和公路桥面板，完成全桥钢梁合龙工作。黄冈公铁两用长江大桥于2010年3月1日开工，2013年5月底主体工程完成，预计2014年2月建成通车。全桥主要开展了15项重大科研课题攻关，取得了多项重大科研成果，共申请了13项发明专利，8项实用新型专利,荣获中国钢结构协会科学技术奖1项，创造了三项桥梁施工新记录，大大降低了安全质量风