桥梁主塔及斜拉索安装技术专项方案

PAGE1桥梁主塔及斜拉索安装技术专项方案1主塔安装及挂索施工主塔全长120米，共分为三段，下塔和中塔为受力结构，上塔为装饰结构。下塔采用铸钢结构，一次整体铸造。下塔长度为12m，截面为弧边三角形，截面尺寸由上向下逐渐变大，壁厚由上向下从13mm线形增加至23cm，下塔底板厚20cm，顶板厚30cm；中塔柱由三根外径1200mm厚度50mm的主塔钢管组成，沿塔中心线方向高度为77m,钢管弯曲半径为660.8m，主塔钢管之间设置横连，横连间距为7m，斜拉索锚固横连为外径1200mm厚度50mm的钢管，共9道，普通横连为外径800mm厚度40mm的钢管，共两道；上塔为装饰性结构采用无缝钢管拼接形成，并设置避雷针，高度为31m。钢铰有上下两个构件组成，上构件与下塔连接，下构件与墩柱通过精轧螺纹钢筋锚固，上构件全高1.5m，截面为弧边三角形，下构件为扩散主塔竖向力的铸钢实体，顶部设置凸块与上构件槽口相接。1、主塔的制作中塔柱加工时分为11段制作，下塔柱作为一件整体铸造，钢铰支座由上构件和下构件两部分构成，上塔柱分为两段加工制作,具体各段重量见下表所示：分段编号重量（kg）高度（mm）材质ZTG1479806162Q345qDZTG2546507000Q345qDZTG3625507000Q345qDZTG4643307000Q345qDZTG5655707000Q345qDZTG6662507000Q345qDZTG7663907000Q345qDZTG8659907000Q345qDZTG9650307000Q345qDZTG10635307000Q345qDZTG11655107838Q345qDST11325014000Q235ST217108000Q235异形铸钢16917012000GS20Mn5钢塔各段重量表2、钢铰支座和铸钢塔身安装钢铰支座由上支座和下支座两部分构成，钢铰支座下构件重24t，支座下构件重19t，铸钢塔身重170t。钢铰支座和铸钢塔身的安装均采用吊车吊装完成。⑴上、下钢铰支座安装工艺钢铰支座上、下构件安装时，预先在下部混凝土基础上根据下构件的位置，准确刻出下构件的纵横轴线，以确保上、下铰支座安装位置的准确性，上、下铰支座均安装均使用50t汽车吊进行。⑵铸钢塔身安装工艺为保证铸钢塔身吊装就位后能够与钢铰上构件准确顺利的进行连接，在安装前应该在平地上，搭设合适的胎具，对上构件和塔身进行试拼装，对与上构件和铸钢件配合不合适的地方，应进行修磨处理，直至两件能够很好的配合后方可进行安装作业。下塔柱长12m，重约170t，吊装前先使用运输车将构件运至吊装平台上。履带吊就位后将两根主吊绳扣挂在大钩上，两根主吊绳用3个卡环分别与铸件上三个吊装点连接，检查挂扣情况，确认无扭紧、挤压现象，确认卡环扭紧牢固。在正式给点起吊前吊车缓慢起钩，将下塔柱提升至离地面200mm，检查地基、吊车、索具、吊耳、构件等有无异常情况，并预先绑好溜绳。复核吊装重量，如无异常，开始吊装。正式吊装时采用100t汽车吊进行配合，履带吊吊装构件上部，汽车吊吊装下部进行配合。两个吊车同时起吊，离地500mm后汽车吊不动履带吊继续提升直至构件垂直于地面。汽车吊将索具摘除，由履带吊独立完成剩余的吊装工作。吊车将构件吊装铰支座上方后，安装人员按预先做好的定位线对准后，起重指挥吊车平稳落钩将下塔柱就位。3、钢塔塔身安装⑴钢塔安装支架布置钢塔安装采用φ600×10mm的钢管搭设支架，逐段拼装的方式进行，钢塔各部件的安装采用500t履带吊吊装完成。钢塔安装支架为43根φ600×10mm钢管桩组成，钢管桩有的落在承台上，有的直接打入河中，有的穿过钢箱梁再打入河中（具体位置参见下图钢管布置平面图），横纵方向除下塔柱及前三节主塔范围外其余均采用I36b工字钢进行连接，斜撑采用【200×75×9mm槽钢进行搭设。支架平面尺寸为41m×12.3m，钢塔结构最宽处尺寸为5432.9mm，支架高度为90米，支架采用阶梯形式，根据钢塔的安装高度搭设相应高度的支架。钢塔支架图⑵塔吊布置考虑钢塔挂索和支架搭设安装的需要，需要在靠近钢塔的位置布置一台300t.m塔吊，塔吊布置在距离主墩承台外距中线12.5米处，塔吊单独设立基础。塔吊基础采用6根φ600×10mm钢管及5.6×5.6×1.35m混凝土基础（C30）构成，钢管中心线横向间距4m、纵向间距2m，钢管桩长16m，入土深度12m。安装钢塔支架的搭设采用塔吊来完成，塔吊布置位置如下图所示，塔吊安装通过钢箱梁，在相应的箱梁上开设塔吊孔，塔吊安放位置需避开箱梁腹板和横隔板(图中纵线为箱梁腹板位置，横梁为箱梁横隔板位置)。根据塔吊的起重能力，塔吊在70m的高度，30米的作业半径范围内起重能力为8t，完全达到起重要求。塔吊布置位置图⑶塔身安装采用500t履带吊吊装塔身。每节塔身通过辅助栈桥运输至吊装平台，同下塔柱吊装位置相似，吊车中线距主塔中线26m，吊车尾部位于每节塔身下部投影线位置。随着塔节的逐步升高，吊车逐步前移。履带吊就位位置见下图：钢塔安装采用限位板和法兰板进行固定，限位板为四块750x250x30mm钢板，其中两块加工成与钢塔线型一致，另外两块为直线型，最上边250mm范围内倒50mm倒角，以便就位。固定装置每个节点采用四组法兰板固定，每组法兰用φ39.5mm销轴连接。钢塔塔顶分为2部分st1和st2，st1重13.1t、st2重1.69t，安装时st1通过在平台上搭设脚手架来完成安装，st1分成3段用塔吊安装，st2于重量较轻，采用塔吊直接进行吊装作业，在两段接口处搭设工作平台，工人在上面进行焊接作业。4、塔身安装工艺1、钢塔在工厂内加工制造时，必须经过预拼合格后方可运往现场，并做好钢塔块现场安装用限位装置和临时固定措施，即采用螺栓现场临时连接固定工艺。2、钢塔在工厂内加工制造时，需要将安装用横纵轴线标记在钢管外壁上，现场安装时根据标记进行精确定位对准基准。3、由于钢塔为空间钢管彩针型结构，安装时保证各段钢塔安装到位和安装后线性顺畅必须精确控制每一段的安装位置，每根钢管取一个点作为三维控制坐标，每一个坐标值都来源于空间三维模型，为理论坐标值达到精度要求提供保障。钢塔的安装精度控制主要通过放置于横管上的限位板来完成的，限位板的外形做成与所安装段钢塔位置的形状一致，安装时，先将限位板准确的焊接在横撑上（通过全站仪测量，在横撑上准确定位），限位板在平面上可以作为一个调整平台，在上部放置千斤顶，待钢塔段就位后，对钢塔进行微调，以此来确保钢塔的安装精度。每一段钢塔安装就位后，通过测量预先在钢塔段上定好的点的三维坐标值与理论上的值进行对照，并据此进行钢塔段的调节，调节准确后方可进行钢塔段的焊接作业。4、从安装ZT3钢塔段开始，每安装完成带有索盒的钢塔段，便先将其与混凝土梁相连的拉索挂上，并施加一定的预拉力。5、结构安全性计算(1)、铸钢塔身横撑安全性计算铸钢塔身安装就位后，斜向主要靠三根φ600*10的钢管支撑，受力分解图如下所示：钢塔倾斜18°，铸钢件自重157.2t，考虑上铰座重量29t，共186.2t，由3根钢管支撑，则每根钢管支撑力：F=186.2×sin18°/3=19.2t，此处只考虑钢管自身承受力，其实钢管中间是通过φ300*8的钢管与中间的钢管进行连接的（详见上面塔身安装图片），因此这样计算是偏安全的。两根立管竖向中心线间距6.5m，钢管受力简化为简支梁受力结构，如下所示：正应力σ=My/I=19.2*104*6.5*0.3/4/(8*10-4)=117MPa<[σ]符合安全要求。挠度f=Pl3/48EI=19.2*104*6.53/48/（210*109）/(8*10-4)=7mm<L/400=16mm都考虑安全系数1.5的话,还都满足安全要求，因此结构安全。(2)、整体钢塔横撑安全性计算①钢塔整体校核整体钢塔安装完成后，斜向主要依附于紧靠钢塔处的横撑，现对横撑进行安全行计算：钢塔横撑的布置情况为：钢塔有11处横连，在每处横连的下部布置一道φ600*10的横撑，如果横撑与立管相连位置不合适的话，将与横撑相连的纵桥向横撑规格改为φ600*10的钢管，形式如同铸钢塔身第二道横撑相同。钢塔转体部分，包括上铰座、铸钢塔身、主塔塔身及上塔装饰部分共重890t，整体转体部分共由14根横撑支撑。每根钢管支撑力：F=890×sin18°/14=19.6t，此处只考虑钢管自身承受力，钢管中间同样通过纵桥向钢管与立管相连。两根立管竖向中心线间距6.5m，钢塔由两根主管作用于横撑上，因此钢管受力形式可以看为下图所示受力结构：b为钢塔两根钢管中心线距离，显然b越小横撑受力越大，根据钢塔结构，b最小的位置在钢塔ZTG1段，根据设计图纸HL1-1处横连（两管中心线距离）为2107.1mm，考虑横撑位置低于横梁，现取b=1.9m进行校核，F=19.6/2=9.8*104N，b=1.9m,a=2.3m最大弯矩在两力作用点及中间部分，M=F*a=2.254*105N·m正应力σ=My/I=2.254*105*0.3/(8*10-4)=84.5MPa<[σ]符合安全要求。挠度f=Pa/6EIl*(3al2-4a2l+a3-a2b)其中，l=6.5m,b=1.9m,E取210*109,I=8*10-4m4，P=F带入数据，计算得：f=1mm<L/400=16mm都考虑安全系数1.5的话,还都满足安全要求，因此结构安全。②挂索前部分校核本方案钢塔的安装工艺是：安装上第三节主塔横连后，便挂与混凝土相连的索，并施加一定的预拉力，往上每安装一节横连便挂索，并施加一定的预拉力，因此，整体钢塔安装完成后，对上面⑴中说述的钢管横撑施加压力会减小很多，所以横撑更加安全，现对主塔下部两节无索处钢管横撑进行校核（因此为刚开始安装没有拉索力的影响）：考虑上铰座、铸钢塔身、主塔前两节共重300t，共有5根横撑支撑，受力形式同上⑴中一样，F=300×sin18°/5=18.54t，小于⑴中的19.6t，可以此处钢管横撑是安全的。(3)、铸钢塔身处立管安全性校核单独取支撑铸钢塔身处10根钢管作为一个单元进行整体校核，钢管位置布置俯视图钢管受力分析图此处钢管桩底部坐落与主墩承台上面，钢管支架惯性矩：I=3.13m4，截面面积：A=0.185m2力F均为19.2t，则最大剪力τ=3F/A=3.11MPa<[τ],满足要求；挠度计算公式：f=Pa2/6EI*(3l-a),其中a为力作用点与固定点距离，l为杆件总长，E取210*109，则分别计算3个力对杆件底部的作用产生的挠度，相加得：最大挠度f=2mm<L/400=57.5mm满足要求；因此支架是安全的。(4)、钢塔安装支架安全性校核钢塔安装支架受力最不利位置为安装钢塔段ZTG10段，根据分段，ZTG10重63.6t，ZTG11重51.2t，对支架的受力可以看作由四根钢管支撑（偏安全），钢管支架惯性矩：I=0.23m4，截面面积：A=0.074m2力F=63.6×sin18°=19.7t，支架高度约100m，钢塔段对支架作用点距顶部约11m处，则最大剪力τ=F/A=2.66MPa<[τ],满足要求；挠度计算公式：f=Pa2/6EI*(3l-a),其中a为力作用点与固定点距离，l为杆件总长，E取210*109，代入数据计算得：f=13mm<L/400=250mm,满足要求；因此支架是安全的。6、现场焊接现场焊接由于作业条件相当困难，焊接时必须按照焊接工艺评定要求进行。施焊前应对所有焊件进行检查，焊件是否平整、拼接是否密合、缝隙、坡口是否符合图纸及工艺要求，并检查各种焊接设备是否良好，焊接材料是否符合工艺，焊剂与焊条在使用前须烘干，焊剂中的污物要清除干净，焊丝亦清理干净。焊接工艺参数以焊接工艺评定试验通过的参数为准，对于施工时经历雨季，应按照国家规范中关于空气湿度等相关规定的要求实施。施焊时必须加引、熄弧板，严禁在梁体上引吸弧，完成后气割掉两侧引弧板（不可伤及主材），再修磨顺直。厚壁钢管和板件焊前需对焊缝两侧及坡口内的锈蚀进行充分清理，焊剂及焊剂垫使用前应进行450℃烘干2.5小时以上，并进行200℃保温待用，首先将衬垫装配到焊缝钝边下侧，衬垫应与钢板表面贴紧，适度挤压。首先进行母材预热，预热应采用电热毯或加热棒预热，预热温度控制在焊接侧表面温度为150～200℃为宜，焊前预热范围应沿焊缝中心向两侧至少各100mm以上，并按最大板厚三倍以上范围实施，加热过程力求均匀，当预热范围均匀达到预定值后，恒温20～30分钟，然后进行焊接作业。现场焊接主要为高空焊接，空中风力较大，而且钢塔现场焊接主要采用CO2气体保护焊，风是影响焊接质量的最不利因素，为此必须制作3套适合钢塔外形的防风棚，既保证了焊接质量，又可作为安装焊接的工作平台。每安装焊接完成一段钢塔，应按设计文件要求、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）和《钢结构质量验收规范》（GB50205-2001）规定进行焊缝检验。7、钢塔安装测量控制xx新桥钢钢塔根据设计图纸，分段加工制作，现场进行焊接。因此在安装过程中需要严格控制安装精度。(1)、钢塔安装控制精度要求项目规定值或允许偏差(mm)轴线偏差钢塔中线10两孔相邻横