钢桁拼装工法

砼-钢桁组合结构中钢桁梁拼装施工工法中铁二十一局集团有限公司韩大栋马建会宣建军张仲涛前言目前，国内采用混凝土连续梁-钢桁组合结构已经进入实践生产阶段，但由于混凝土结构与钢结构变形值、徐变等不同，导致在实际施工中，钢桁梁的拼装面临许多难题：1）混凝土连续梁的施工精度远达不到钢桁结构拼装精度要求；2）连续梁分段施工过程，梁体标高一直处于变化中，除力学捡算外，钢桁拼装需解决梁体理论高程与实际施工标高的误差问题；3）解决连续梁施工、钢桁拼装施工中的相互干扰问题；4）合理制定钢桁拼装顺序，减少拼装过程中的累积误差；5）混凝土连续梁-钢桁组合结构是首例该结构桥梁，没有可借鉴的材料，需制定钢桁拼装的验收标准。针对钢桁拼装中的难点的研究，形成如下施工工艺：1）先梁后桁，避免连续梁施工与钢桁拼装的相互干扰；2）有中间向两边进行拼装，减小钢桁拼装过程中的累计误差；3）下节点板“后成孔”法将连续梁施工过程中的累计变形，在钢桁拼装前消除，确保了钢桁的拼装精度。4）制定了下节点板预埋件的验收标准。该技术目前属于过内首次，已经上报青海省科技进步奖，青海省科技厅认定为国际领先技术。为了类似结构应用的推广，通过对研究及施工过程的总结，形成“砼-钢桁组合结构中钢桁梁拼装施工工法”。针对钢桁结构施工的技术难题分析研究，有效地解决了本桥钢桁定位、安装、精度等难题，保证了钢桁安装要求，在工程中已成功应用，取得了良好的经济效益和社会效益。实践证明，该法行之有效，可在类似工程中推广应用。工法特点2.0.1、创新了大跨度砼-钢桁组合结构中钢桁拼装工艺。2.0.2、解决了大跨度砼-钢桁组合机构中钢桁拼装精度的问题。2.0.3、解决了大跨度砼-钢桁组合结构中梁体扰度对钢桁拼装的影响。2.0.4、解决了在施工过程中因温度应力导致砼与钢结构变形差生内力的问题。2.0.5、该方法操作效果明显、施工简便，控制精度高，施工进度快。适用范围适用于公路、铁路等大跨度砼-钢桁组合结构。工艺原理施工工艺原理“先梁后桁”即首先逐段施工连续梁，施工过程中仅预埋连接件（下节点板），待全桥合拢后再进行钢桁拼装。施工避免了1）施工过程中梁体徐变、温度应力变形等对钢桁结构的影响；2）连续梁与钢桁施工的相互干扰。“后成孔法”采用最终实测梁体数据，来确定杆件长短、连接位置的方法。钢桁拼装采用“先两边后中间”，与其他钢桁单向拼装相比，将钢桁拼装累积误差降低1/2，提高拼装精度。

施工关键技术利用连续梁结构完成施工后的实测尺寸，确定杆件尺寸，保证钢桁拼装的施工5、施工工艺流程及操作要点钢桁拼装前期工作5.1.1、主梁采用“先梁后桁”的施工方法，即主梁采用挂篮悬臂浇筑，同时在相应梁段预埋加劲钢桁下节点，全桥合拢后，在其上安装钢桁杆件。避免梁体施工与钢桁拼装的冲突，避免连体应力对钢桁结构的影响。中跨按施工顺序共划分为41个梁段，如图5.1.1图所示。下节点图如下5.1..1.1.丰跨架段妞分示意團(1/2跨度)I6BOO/2 11白凶/2_£泌勺衷』凶” I石X4<JIJ …主址［I6BOO/2 11白凶/2_£泌勺衷』凶” I石X4<JIJ …主址［2L£/2⑪蛙•:®⑬铿他....图5.1.1节点板布置示意图图5.1.1.1节点板构造图5.1.2梁体下节点板的预埋下节点的布置由于梁体位于曲线上，下节点横向按径向布置，纵向曲线内侧节间长度1198.57cm,曲线外侧节间长度1200.5cm。综合考虑挂篮的变形和混凝土梁体的变形，下节点在预埋时应按下表设置预拱度和纵向预偏量。表中E0位于主墩附近。节点号E0E2E4E6E8E10E12

纵向预偏量(mm)-31.4-27.1-23.8-21.7-20.3-20.0-18.0预拱值(mm)2.58.816.524.731.836.838.9节点号E12‘E10‘E8‘E6‘E4‘E2‘E0‘纵向预偏量(mm)-15.8-13.9-13.5-10.1-10.1-6.8-2.4预拱值(mm)38.936.831.924.716.58.82.6纵向坐标零点为主墩中心，负值为大里程方向。定位件的设置下节点板定位采用我单位已声请专利的“钢桁下节点板安装调试支架”达到定位准确、便于施工的效果，具体依据专利“专利号ZL201220654309.9”进行施工操作。5.1.3下节点的除锈、涂装下节点在厂内进行喷砂除锈，并涂装一道无机硅酸锌车间底漆。待下节点在工地预埋完成后，须重新对其表面进行喷砂处理，然后进行表面涂装。高强度螺栓连接摩擦面涂装一道无机富锌防锈防滑涂料，其余外表面涂特制环氧富锌防锈底漆两道，棕红云铁环氧中间漆一道，氟碳面漆一道。5.1.4下节点工地钻孔在预应力混凝土主梁中间跨合龙并张拉结束后，实测各下节点的标高和平面位置，在节点板表面划出样板对向线，将样板与节点板卡固，使用磁座钻钻制螺栓孔。样板对向线在钢桁梁开始拼装前一次划出，钻孔从跨中开始向两边依次进行。待E12、E10节点的栓孔钻制完成后，即可开始从跨中拼装钢桁梁。后续节点随拼随钻，样板对向线不做调整。5.2钢桁拼装流程杆件的提升、拼装设备钢桁梁杆件运输到工地后采用50吨履带吊吊装到桥面。桥面架设2台16吨龙门吊，进行杆件的吊运和拼装，龙门吊布置形式如图5.2•图所示。图5.2.起吊设备示意图操作平台在安装上弦杆件时，在接口位置搭设钢管支架作为施工操作平台。安装顺序：从跨中开始，依次拼装腹杆、上弦杆、上平联杆件，逐节间向两端立体推进，直至完成全桥杆件的拼装，见钢桁拼装次序图。①使用16吨门吊起吊腹杆A7E8，行走至跨中位置，采用手拉葫芦调整其角度为60°〜70。的倾角。将其下端使用普通螺栓和冲钉与节点E12(E12‘)连接。0在预拼场地预拼上弦杆A11A13，即使用普通螺栓将弦杆盖、腹板的拼接板栓合在两端接口处。⑶将上弦杆A1A13吊至A13节点上方，大节点一端与腹杆A7E8的上端连接，另一端支承在临时支架顶面。04吊装另一侧主桁对应位置的腹杆和上弦杆。爲吊装上平联杆件L2。◎起吊腹杆A7E8，与下节点E10连接。⑦在预拼场地预拼上弦杆A9A11，即使用普通螺栓将弦杆盖、腹板的拼接板栓合在节点A9—端。0起吊上弦杆A9A11，将其大节点处与腹杆A7E8连接，并与弦杆A11A13进行拼接，另一端支承在临时支架顶面。09使用另一台16吨门吊同时吊装跨中线另一侧的腹杆和上弦杆件。0吊装A11至A11'之间的上平纵联杆件L2、L3。□测量A11至A11'节点之间梁体的平立面几何尺寸，若超差，须调整到允许范围内。O穿装E12、E12‘、E13节点的高强螺栓，进行初拧和终拧。C3按上述程序从跨中向两端逐节间推进。安装工艺①捆吊拴捆前检查由预拼场发来的杆件是否符合拼装顺序，连接板是否已经拼装好，有无妨碍安装的螺栓等，接头处如有泥垢、冰块等杂物时，应清除、以免返工。拴捆时应注意杆件上标示的重力大小及重心位置。杆件要使用专用吊具栓吊，使弦杆和平联杆件尽可能保持水平，斜杆保持60〜70度的倾角。拼装用的吊篮事先挂于节点板附近，随同杆件一同起吊。起吊前要核实杆件重力是否在吊机相应吊距的额定起重力内，试吊后无意外再提升。0对孔杆件起吊就位后对孔时，应在栓孔基本重合瞬间(相错在10mm以内)将小撬棍插入孔内拨正，然后微微起落吊钩，使杆件转动对合其他孔眼。弦杆宜先对近端孔眼；斜杆宜先吊成较陡状态，待下端对合后再徐徐降低吊钩对合上端。对合弦杆时，可用扁铲式小撬棍引导，用手拉葫芦拉入节点板空间内。冲钉只能用小锤轻轻敲入孔内，不要用强迫过孔的方法对孔，以免孔边变形。对孔困难时，须查明原因，用手拉葫芦或千斤顶移动，甚至抬高杆件某一部分使孔眼对合。(3穿入钉栓对好孔眼后，首先在栓孔群四周打入四个定位冲钉，随即安装4〜6个安装螺栓。确认板缝间无任何杂物时，即拧紧螺栓，同时安装其余栓孔的冲钉和螺栓。钉栓必须按钉栓布置图安装，事先在节点板上用油漆作出标志，以免装错。在支架或桥面上拼装钢梁时，冲钉和螺栓总数不得少于孔眼数的1/3，其中冲钉占2/3，与螺栓均匀布置。孔眼较少的部位，冲钉和螺栓总数不得少于6个或全部穿足。04调整平、立面位置拼装工作开始后要随时观测钢梁的平、立面位置，并及时进行调整。纵向拼装时，在拼装完一个大节间后，并随即进行终拧，再进行下节间的组拼。(5紧螺栓栓焊梁主桁节点螺栓终拧前，要将冲钉换为高强螺栓并达到初拧程度。对有应力状态下组拼的钢梁，同时拆卸冲钉的数量多少，要检算换上高强度螺栓初拧时产生的摩擦力能否承受拼装时的安装应力来决定。但任何一杆件均不宜超过栓合孔眼总数的20%。(5)测量及拼接板的配钻上弦杆节点部位与腹杆连接后，另一端支撑在支架顶面，此时对其纵横向位置进行调整，使上节点中心处在设计曲线上。以与其相邻两个下节点的连线为基准，通过线坠控制上节点中心与基准线的距离，理论偏移距离为2.5mm。拼装时，梁体会产生线型的变化，影响上弦的拼装，所以A1节点和A3节点接口处的拼接板先不钻孔。拼装至此位置时，先将上弦杆A1A3和节点A1与相应腹杆连接，然后测量接口处的孔位尺寸，钻制拼接板。将上弦杆A1A3和节点A1拆除后，重新栓合拼接板进行安装。h町 Al.i」rthXJ\[\//、\/\\/\/\/\//bi-L：iA7凶TQ 一图5.2.1（3）上弦杆的配制钢桁梁从两端向中间安装，因混凝土主梁悬臂施工时的竖向变形及纵向变形的影响，钢桁梁及也将发生相应的变形，为保证各杆件之间连接部位螺栓孔的同心度，拟采用上弦杆一端的螺栓孔工地配钻的工艺方法，即上弦杆厂内均钻制一端的螺栓孔，另一端的螺栓孔在桥位配钻（为便于拼装，可在厂内先钻制©20小孔），如下图所示，吊装上弦杆A1A3，与腹杆A3E2、A3E4栓合，同时栓和A1节点处上弦杆接口盖板及腹板的拼接板，以拼接板配钻A1A3弦杆左端的螺栓孔。厂内钻制厂内钻制桥位配钻孔示意图（4）合龙节间杆件配制待钢桁梁安装至跨中时，因混凝土主梁悬臂施工时的变形及钢桁梁安装尺寸偏差的累积，节点All、All'、E12、E12'之间的纵向、竖向距离与理论尺寸偏差较大，为此须对上弦杆A11A13和All'A13'及该节间的平联杆件，进行工厂匹配制造。须工厂配制的杆件如下表5.2.1:杆件名称单重（kg）数量弦杆A11A13158032弦杆A11‘A13/157252平联斜杆L320172表5.2.15.3、操作要点1） 、预埋下节点板比设计尺寸增加5cm，为消除后期砼施工误差提供条件。2） 、预埋节点板及钢桁架合拢段连接杆的连接螺栓孔，在全桥砼工程施工完成后，依据实测数据进行位置确认，后成孔。3） 、拼装前，对梁体进行模拟检算，钢桁杆件连接尺寸需考虑安装过程中梁体变形值。材料与设备该项目与普通锚固端所需要设备及增加材料如下：需要设备磁座钻、龙门吊、吊车、全站仪、吊车25t、卷扬机10t*2;电焊机*4台；千斤顶25t*4台检测方法梁体线性监控、梁体内部应力监控材料钢桁构件、门架、I45B；I40B；I14B、［45B、Z12.5；016；①32；①22质量控制该技术是国内首次采用如此大跨度的组合结构，应用于兰新第二双线跨兰西特大桥80+168+80米连续梁-钢桁组合结构，施工高标准、严要求。现有的行业应用规范和验收标准并不适合本工程。因此，申报铁道部经专家审核，专为本桥制定一套相应的施工及验收标准。包括混凝土的施工及质量检验，钢桁结构的制造、安装、检验等，均比现有的技术要求更为严格.7.2、加强控制点观测，确保现场标高控制精确，并请有资质的单位对梁体沉降值进行检算，减少理论与实际施工的误差。7.3针对本项目成立QC小组，由项目经理现场牵头负责，QC小组不仅针对技术，对现场钢节点板加工、吊装、精调全部做到责任明确、责任到人。现场针对安装、精调人员进行专门培训、学习，合格后才能实际作业。7.4进行工艺试验，对可能发生的情况做到早预防、早发现，避免窝工、误工、返工事件。安全措施认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及施工人员组成的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。施工现场按符合防火、防风、防雷、防机械事故、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标示。各类房屋、库房、料场等的消防安全距离应做到符合公安部门的规定，室内不堆放易燃品；严禁在材料场、库房等处吸烟，随时清除现场的易燃杂物；不在有火种的场所或其旁堆放油料等生产物资。7.4施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范(JGJ46-2005)的有关规范规定执行。7.5建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。7.6、以技术为牵头，对现场使用的设备、材料进行全面检查，类似吊车、千斤顶等设备依据桂发送到正规单位检测，并预留一套备用，以防设备损坏。7.7成立安全责任小组，每天在现场巡查安全隐患，予以排除，做到早发现、早预防、早解决。环保措施8.1该方案主要在梁面操作，地面使用机械少，对周边环境要求低，能够保证周边环境不收影响成立相应的施工环境卫生管理机构，在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章制度，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，随时接受相关单位的监督检查。将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置，做到标牌清楚、齐全，各种标示醒目，施工场地整洁文明。8.4对施工场地内的填料运输车辆采取有效遮盖措施，防止尘土飞扬，污染周围环境。8.5生活用水和施工用淡水(机械用水)做到统一规划处理，严禁任意排放。效益分析10.1兰新第二双线跨兰西特大桥工艺合理，施工方便，根据计算结果，节约工程成本200多万元。10.2针对新结构制定型工艺，并取得实质效果，肯定了该型结构的可行性。10.3本工法结构简单、施工方便，从施工角度，有效的控制了安装精度，具有推广意义。10.4由于是新型结构，该技术科可以在后类似的公路、铁桥梁结构中使用，并可以借鉴。10.5由于验收标准的制定，对相似结构有指导意义。11•应用实例11.1兰新第二双线高速铁路跨兰西高速公路特大桥，起讫里程为DK186+372.75-DK189+0