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杭州復興大橋(錢(qián)江四橋)190米主跨鋼結構

作者:宋兆光 吳金富 吳旗連    
時(shí)間:2010-08-13 14:05:07 [收藏]
【摘 要】本文敘述了杭州復興大橋(錢(qián)江四橋)190米跨鋼系梁(拱腳段)、橫梁和鋼拱風(fēng)撐制作的技術(shù) 關(guān)鍵和工藝要點(diǎn)。? 【關(guān)鍵詞】鋼系梁 拱腳段 風(fēng)撐 相貫線(xiàn)?
    關(guān)鍵詞:杭州復興大橋 主跨鋼結構
    一、工程概況?
    杭州市錢(qián)江四橋全長(cháng)1376米,全橋共設有190米鋼管拱2跨、85米鋼管拱9跨。全橋概貌見(jiàn)圖1。?
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    190米鋼管拱主跨為下承式系桿拱橋和上承式拱橋相結合的組合形式,拱軸線(xiàn)形式為二次拋物線(xiàn),矢跨比為1/4,拱肋高度為4.5米,寬度為2.6米。拱肋斷面形式為桁架式,由四根直徑為95cm的鋼管,通過(guò)上下平聯(lián)(或鋼板)及兩側腹桿組成,拱肋間設置風(fēng)撐5道,其系梁骨架、端橫梁及拱腳為桁架結構形式,上層吊桿橫梁、拱上立柱橫梁為“I”字型結構形式,拱肋橫梁為箱梁結構形式。?
    85米鋼管拱主跨為下承式系桿拱橋與上承式拱橋的組合形式,拱軸線(xiàn)為二次拋物線(xiàn),矢跨比為1/7;采用直徑為φ160cm單鋼管,內設厚度為10mm的豎肋兩道。每對拱肋間設置風(fēng)撐5道,其系梁骨架、端橫梁骨架、拱腳骨架為桁架結構形式,拱上立柱為150×80×1cm的方鋼管,墩上立柱為φ80cm的單管。?
    全部鋼結構制造由武船重型工程有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“武船”)總承包,杭州大地網(wǎng)架制造有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大地”)承建項目的工程量如下表1所示。?
    表1 由“大地”制作的鋼結構工程量
    序號       名件名稱(chēng)                數量(件)       單件重(噸)      總重(噸)
    1?      190M跨風(fēng)撐              10              69.6            696
    2         190M跨拱肋橫梁          4              29.772         119.088
    3         190M跨拱上立柱橫梁      4              36.584         146.336
    4         190M跨上層吊桿橫梁      38             32.22          1224.36
    5         190M跨下層吊桿橫梁      46             21.088          1008
    6         190M跨鋼系梁            4               725.5          2902.8
    合 計                    6097.62
    工程內容:包括原材料采購、加工制作、工件運輸、檢驗以及配合總包方安裝和橋上焊接;
    二、鋼系梁制造?
    (一)鋼系梁的單元件劃分?
    錢(qián)江四橋5-6橋墩和11-12橋墩跨度為190m,每跨兩根鋼系梁,全橋共4根。鋼系梁總長(cháng)為10m,分為二十五個(gè)節段,共三種類(lèi)型,其中兩個(gè)拱腳段各分為3段,節段類(lèi)型1分18個(gè)節段,節段類(lèi)型2為1個(gè)節段。?
     
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    圖2 單元件劃分         
    每種節段均由四個(gè)單元件組成,分別為面板單元、底板單元、腹板單元及橫隔板單元,其單元件劃分見(jiàn)圖2。?
    根據深化設計圖和車(chē)間制造吊裝能力,分段制作如表2所列。
    表2 鋼系梁分段制造數量表
    序號         分 段名稱(chēng)           尺寸            數量?        重量/段(噸)
    1             拱腳段         2500×2500×8500     8                23.9
    2             拱腳段         2500×2500×5000     8                18.6
    2             拱腳段         2500×2500×4500     8                16.74
    3             標準段         2500×2500×8000     72               30.544
    4             標準段         2500×2500×10000    4                38.18
    合計                       100             總重2902.8
     
    (二)鋼系梁?jiǎn)卧圃旃に嚵鞒?
     
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    (三)鋼系梁的制造工藝?
    1.單元件制造?
    (1)單元件制造在平臺或胎架上施工。?
    (2)利用鋼帶以板中心為基準劃縱橫結構線(xiàn)并結構裝配。?
    (3)裝焊完后應對單元件校平,平面度:1mm/M。?
    2.節段的裝配及節段的裝配順序?
    (1)底板單元件上胎架定位。?
    (2)利用鋼帶以單元件吊點(diǎn)中心為基準劃橫向結構裝配線(xiàn)。?
    (3)裝配隔板單元件及滾輪結構,裝配吊桿錨箱底部部件N16,N17,N25,吊桿導管,N26A,N19A,N30,N26B,N19B,并對稱(chēng)焊接,報檢。?
    (4)裝配兩腹板單元(拱腳段含內腹板),將錨箱中的各板件放置于錨箱兩側。?
    (5)以面板吊點(diǎn)中心線(xiàn)為基準裝配節段面板。?
    (6)焊接N26A,N26B與腹板的焊縫,并報檢。?
    (7)裝焊N18,焊接合格再裝焊N17,焊接時(shí)應對稱(chēng)焊接。?
    (8)安裝吊桿導管的垂直度為:1?5mm,扭曲:3mm其他要求見(jiàn)WSD30811L-橋04(03)-0005精度要求中系梁及四種橫梁制造。?
    (9)在焊接時(shí)為防止焊接火花將橡膠滾輪燒壞,應將滾輪用石棉布捆扎牢靠。?
    (10)標準節段I距吊桿中心線(xiàn)5m的一側端口其面板、底板與腹板的焊
    縫留400mm~500mm暫不焊,待匹配制造時(shí)再焊。?
    (11)焊接順序見(jiàn)焊接工藝規程“WSD30811L-橋04(03)-2002”?
    (12)每節段施工完后要將節段的編號號在節段上并掛牌。?
    (四)鋼系梁的拼裝?
    (1)系梁的拼裝在胎架上進(jìn)行。?
    (2)節構劃線(xiàn)利用鋼帶進(jìn)行劃線(xiàn)。?
    (3)系梁采用正裝匹配制造,拱腳部分采用1+2,后續1+4,1+5,向拱中推進(jìn),中間段與兩邊相鄰段同時(shí)匹配,匹配完后焊接匹配端口未焊接部分。匹配時(shí)每節段之間的縫口為6mm,吊點(diǎn)之間距離為8000+3mm。匹配完時(shí)每節段之間要做好對接標識,并劃出全節段中心線(xiàn)在中部及兩端中心線(xiàn)打上樣沖眼同時(shí)用鋼帶封上。?
    三、鋼橫梁制造?
    (一)190m跨橫梁的分段、單元件劃分?
    橫梁分為四種,包含拱肋橫梁、拱上立柱橫梁、上層吊桿橫梁及下層吊桿橫梁。從結構型式分為二種,一種為工字梁,另一種為箱型梁,圖3為二種典型的結構的分段劃分及單元件劃分:?
     
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    (二)橫梁制造工藝?
    精度要求見(jiàn)系梁及四種橫梁制造精度要求WSD30811L-橋04(03)-0005?
    1.上層吊桿橫梁制造?
    (1)上層吊桿橫梁制造時(shí)先制作首制件?
    (2)橫梁制造應采取在裝配胎架上臥拼,利用鋼帶劃出各節構裝配線(xiàn)線(xiàn),拼裝時(shí)注意上下的鋼孔要同心且要與基線(xiàn)垂直。制作時(shí)要考慮從梁中到吊點(diǎn)中心預拱50mm。?
    (3)腹板與上下翼板裝配焊接校正后再裝焊筋板。?
    (4)焊接從中向兩側順序焊接,一面裝焊完后翻身裝焊另一面。?
    (5)兩端之間吊桿孔水平距離誤差<3mm。?
    (6)剪力釘最后裝焊。?
    (7)底板,頂板拼接縫焊接時(shí)要預熱80℃~120℃。焊接環(huán)境溫度不應低于5℃?
    (8)底板,頂板拼接焊縫必須除去余高,并順應力方向磨平。?
    2.下層吊桿橫梁制造?
    (1)橫梁在裝配胎架上臥拼。利用鋼帶測量劃線(xiàn),制作時(shí)從梁中到端點(diǎn)要預拱50mm。?
    (2)腹板與翼板裝配焊接校正后再裝焊筋板。?
    (3)焊接從中向兩側順序焊接,一面裝焊完后翻身裝焊另一面。?
    (4)兩端之間吊桿孔水平距離誤差<3mm。?
    (5)剪力釘最后裝焊。?
    (6)橫梁制造時(shí)梁兩端按理論預放30mm待吊裝時(shí)測量后切割。?
    (7)底板,頂板拼接縫焊接時(shí)要預熱80℃~120℃,焊接環(huán)境溫度不應低于5℃。?
    (8)底板,頂板拼接焊縫必須除去掉余高,并順應力方向磨平。?
    3.拱上立柱橫梁制造?
    (1)制作時(shí)從梁中到端點(diǎn)要預拱50mm。?
    (2)裝焊前將隔板拼焊好底板、頂板、腹板拼焊好后劃出裝配線(xiàn)。?
    (3)橫梁在裝配胎架上倒裝,焊接從中向外對稱(chēng)焊接,端部板裝焊注意順序內部板裝焊合格后并油漆才能裝焊外部板。?
    (4)底板,頂板拼接縫焊接時(shí)要預熱80℃~120℃,焊接環(huán)境溫度不應低于50C。?
    (5)底板,頂板拼接焊縫必須除去余高,并順應力方向磨平。?
    4.拱肋橫梁制造?
    (1)制作時(shí)從梁中到端點(diǎn)要預拱30mm。?
    (2)裝焊前將隔板拼焊好底板、頂板、腹板拼焊好后劃出裝配線(xiàn)。?
    (3)橫梁在裝配胎架上先臥裝,焊接隔板與底板、頂板、腹板的焊縫,從中向兩側對稱(chēng)焊接。然后裝另一腹板,焊接腹板與頂板、底板的焊縫。翻身焊接另一面地焊縫。?
    (4)拱肋橫梁制造時(shí)梁兩端按理論預放30mm待吊裝時(shí)測量后切割。?
    (5)底板,頂板拼接縫焊接時(shí)要預熱800C~1200C。焊接環(huán)境溫度不應低于50C。?
    (6)底板,頂板拼接焊縫必須除去余高,并順應力方向磨平。?
    四、風(fēng)撐制造?
    (一)風(fēng)撐單元件劃分見(jiàn)圖4
    風(fēng)撐分為三種,包含1#風(fēng)撐、2#風(fēng)撐和3#風(fēng)撐。從結構型式分為二種,一種由二片組成,另一種為三片組成,圖4為3#風(fēng)撐的單元件劃分圖:
     
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    (二)風(fēng)撐鋼管的下料和焊接?
    管與弦管相接,此相貫線(xiàn)及其坡口的形成,主要是支管端部的切割,在相貫線(xiàn)切割機上進(jìn)行,由計算機控制,只要選定一種模式,輸入主管、支管的外徑、壁厚及其相交的角度(正交和斜交)、曲管的弧度、半徑及曲線(xiàn)軌跡,即自動(dòng)生成相貫線(xiàn),通過(guò)割嘴的擺動(dòng)可割出不同截面上所要求的坡口。由于主管貫通,支管以?xún)葟较嘭?,沿內徑向外開(kāi)出坡口。?
    我們引進(jìn)了荷蘭HGG公司世界一流的數控管子相貫線(xiàn)切割機,功能先進(jìn)、齊全、切割速度快、坡口光潔、操作簡(jiǎn)便、效果好。?
    1.鋼管相貫線(xiàn)切割?
    風(fēng)撐腹桿端頭相貫線(xiàn)采用荷蘭HGG公司數控管子相貫線(xiàn)切割機切割,腹桿上的相貫線(xiàn)及焊接坡口一次切割完成。切割機工作見(jiàn)圖5。?
    2.相貫線(xiàn)節點(diǎn)焊接:?
    風(fēng)撐鋼管桁架的焊接,無(wú)論在工廠(chǎng)制作或在現場(chǎng)拼裝都十分重要,是風(fēng)撐制造的關(guān)鍵。焊接的坡口結構:?
    ①鋼管的對接型式如圖6所示,加襯套焊接,為全熔透一級焊縫。對接坡口用機械加工方法進(jìn)行,也可直接在數控相貫線(xiàn)切割機上切割坡口。?
    梁柱翼緣板、腹板的對接焊縫為一級焊縫、其余對接焊縫如節點(diǎn)板、加勁肋等處為二級。? ②相貫線(xiàn)焊縫,主要是主弦桿與腹桿焊接,其連接采用部分熔透坡口焊縫。?
    相貫線(xiàn)焊縫坡口形式及焊縫高度如圖7所示。?
    相貫節點(diǎn)的焊接采用無(wú)間隙安裝,趾部及兩側面端面開(kāi)有坡口,此焊縫相當於部分溶透的組合焊縫,允許在內側有2-3mm的不溶透。在A(yíng)區域內全熔透,B區過(guò)渡區,由熔透焊縫逐漸過(guò)渡到角焊縫,C區為加強角焊縫,焊縫高度為1?5鋼管壁厚,相接處圓弧過(guò)渡。鋼管相貫線(xiàn)節點(diǎn)焊縫按二級焊縫進(jìn)行構造設置,但按三級焊縫進(jìn)行檢測。風(fēng)撐鋼管桁架的組裝焊接在廠(chǎng)內鋼平臺的胎架上進(jìn)行。整體制造后運至現場(chǎng)吊裝,在高空與拱肋相貫焊接。?
    (三)拼裝?
    1.橫向鋼管(¢900)先對接成長(cháng)管,鋼管每段不得少于4M,對接的直縫要錯開(kāi)>90度。橫向鋼管兩端要預放50mm,待安裝時(shí)切割。?
    2.對接環(huán)縫與弦管、腹管的相貫線(xiàn)焊縫要錯開(kāi)>80mm??
    3.鋼管的接長(cháng)、做成片段、主體拼裝都在胎架上進(jìn)行。
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    圖6 鋼管對接焊縫坡口型式
     
    4.單元件片段在裝焊完后要對其進(jìn)行校正,必要時(shí)在端口增加臨時(shí)支撐以控制接口的相關(guān)尺寸。?
     
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    5.風(fēng)撐1#、2#按上下先做成兩片然后立體拼裝成形。3#風(fēng)撐先做成上下兩片及豎向一片,然后立體拼裝成形。?
    五、匹配與預裝?
    (一)190m跨系梁的匹配及預拼制造
    系梁的制造采取“1+4”節段匹配預拼方案。采取正造,即以底板為胎架面,設置正裝胎架,即由“1+4”匹配胎架完成。每組裝完一輪后,進(jìn)行兩兩節段間環(huán)縫的組焊,即吊裝節段為二個(gè)制造節段。這樣,可以減少工地的環(huán)縫對接數量,又可控制焊接變形,提高工作效率。?
    (二)190m跨橫梁的匹配及預拼制造
    箱型橫梁采取整體臥裝(側裝),首先下腹板單元件上胎架定位,吊垂線(xiàn)使其縱、橫向定位線(xiàn)與胎架上的定位線(xiàn)相吻合并與胎架固定定位。裝配箱形梁的面、底板單元,使其定位線(xiàn)與胎架上的定位線(xiàn)相吻合,裝配橫隔板單元,最后裝配上腹板單元。?工字橫梁的制造參照箱型橫梁制造進(jìn)行。?
    (三)現場(chǎng)組裝焊接
    1.節段吊裝到位后,實(shí)施弦管連接法蘭裝配,法蘭孔打入50%銃釘后,穿入螺栓,擰緊連接法蘭高強螺栓,然后去掉銃釘換上高強螺栓并進(jìn)行擰緊??鄱伟惭b定位完成后,進(jìn)行嵌補板的裝配,要求錯邊量≤1mm,報檢合格后進(jìn)行焊接。?
    2.拱肋間的風(fēng)撐在橋兩拱節段吊裝調整到位后,按施工圖及拱肋間的風(fēng)撐端部裝配檢
    查線(xiàn)、定位線(xiàn)與拱肋間的風(fēng)撐裝配檢查線(xiàn)、定位線(xiàn)吻合,測量?jì)蓚裙袄叨丝陂g的尺寸檢驗合
    格后,進(jìn)行拱肋間的風(fēng)撐裝配焊接。?
    3.現場(chǎng)焊接嚴格執行經(jīng)焊接工藝評定確定的焊接規程,施工過(guò)程要注意天氣條件對焊接的影響,采用自制搭設蓬架防風(fēng)避雨,確保焊接質(zhì)量。?
    4.節段端口嵌補板裝配焊接、焊接采用鋼襯墊的焊接方法進(jìn)行。
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