南京大胜关长江大桥三桁超高吊索塔架施工应用技术
1工程概况
南京大胜关长江大桥是京沪高速铁路的控制性工程,主桥为(108+192+336+336+192+108)m六跨连续钢桁梁拱桥,位于4#～10#墩间,桥梁承载双线京沪高速铁路、双线沪汉蓉铁路,在两边桁的外侧,各外挑5.8m的悬臂托架,支撑南京城市轻轨铁路,桥面总宽41.6m。
南京大胜关长江大桥8#主墩钢梁架设采用墩顶2个节间在墩旁托架上架设,南侧采用400t浮吊架设至南边跨合龙口,北侧采用70t架梁吊机悬臂拼装至A37’节间,然后进行主跨合龙,由于悬拼跨度大,辅以吊索塔架+斜拉索进行悬臂拼装。吊索塔架高度68.5m,前后吊索每桁(共三桁)设置三层,塔架立柱下端与钢梁上弦节点预留铰座板铰接,吊索塔架利用塔吊分段散拼。8#墩边跨合龙后,对8#墩侧钢梁纵向位移调整完毕后开始拼装吊索塔架。
吊索塔架单桁单层由4根吊索组成,共三桁,每桁三层。斜拉索上端锚固于塔柱锚固区,下端锚固于钢梁上弦预留燕子板上。斜拉索均采用高强平行钢丝,外包PE保护层,第一、二斜拉索的设计安全系数为K=2,拉索的正常使用应力不超过高强钢丝标准强度的50%,即拉索最大容许应力[σ]≤0.50Rb。第三层斜拉索正常使用应力不超过高强钢丝标准强度的50%,并预留10%的调索储备,即拉索最大容许应力[σ]≤0.45Rb。
吊索塔架锚箱有上锚箱和下锚箱两种,上锚箱用于吊索上端和塔柱锚固区连接,下锚箱用于拉索下端与钢梁燕子板连接。前索、后索每个锚箱设计拉力均为2500t。挂索及张拉时安装吊索的千斤顶在下锚箱处操作,因此在下锚箱设计有供千斤顶、撑脚以及张拉杆安装的空间,以利于安装及调整吊索时操作。斜拉索通过锚箱导向管被牵引预紧, 192m边跨合龙后,60t架梁吊机后退过程中,吊装后索A6’、A8’、A10’节点锚箱。前索下锚箱均用70t爬行吊机之尾部吊机安装。
8#墩悬臂架设钢梁至A32′节点后,挂设并张拉第一层斜拉索,该斜拉索锚点位于拱上弦A29′节点。继续架设钢梁至A34′节点,挂设并张拉第二层斜拉索,该斜拉索锚点位于拱上弦A32′节点。继续架设钢梁至A37′节点,挂设并张拉第三层斜拉索,该斜拉索锚点位于拱上弦A34′节点。
2吊索塔架设计关键技术及加工
2.1 吊索塔架设计
吊索塔架是一个复杂的受力体系,其计算模型为轴心受压杆件。经吊索传来的力通过塔架中心立柱顶部拉板分配给中心立柱,中心立柱通过立柱底节下铰座支承在钢梁节点上,将力传给钢梁,直至桥墩。
2.2 斜拉索计算原理
假设斜拉索索长L,塔梁两端索孔锚板中心的几何距离L。,梁端锚杯距梁端锚垫板的距离 为a,在牵引力T作用下,其弹性伸长量为TL/EA,
垂度影响的伸长量近似为: ,
斜拉索计算简图如图1,因此可得:
式中:L0―上下两端索孔锚板中心的几何距离
L―斜拉索的长度
LX―L0的水平投影长度
E―垂直索的弹性模量
W―钢索单位长度重量
A―钢索中钢丝的截面积
T―牵引力
2.3 吊索塔架加工
因本结构工程量大,工期紧,要求合理安排,周密组织,科学管理,应尽早完成前期施工的各项准备工作,满足工程总工期和节点工期的要求。
本结构采用专业分工的流水作业生产模式,H型梁严格按照生产工艺流程生产:
(1)放样处理
在整个钢结构制造中,放样工作是非常重要的一环,因为所有的零件尺寸和形状都必须先行放样,然后依样进行加工,最后才把各个零件装配成一个整体。因此,放样工作的准确与否将直接影响产品的质量。
放样前,放样人员必须熟悉制作施工图及本工程的一些特殊工艺要求。在放样的同时,放样人员核对制作施工图,如发现施工图有遗漏、错误或其它原因须更改施工图时,必须取得设计院的书面认可,不可擅自修改。
(2)下料
根据材料的用途和精确程度,一般采用以下几种方法进行下料,即自动切割机下料、半自动切割机下料。
(3)材料的矫正、边缘处理
本工程中需要做边缘加工的部位:设计图纸中有技术要求的焊接坡口;尺寸精度要求严格的加劲板、腹板及有孔眼的节点板等。用机械和火焰矫正法对钢板进行矫正,保证平直度。
钢板表面的锈迹应清除干净,除锈后表面应无可见油脂和污垢,且无氧化皮,铁锈和油漆涂层等附着物应基本清除干净,其残留物应附着牢固。
(4)钻孔
本结构采用钻模套钻法钻孔。即钻孔前先制作钻模,材料用45#钢板(δ=16mm),钻模用数控钻床钻孔。钻模作为钻头定心用,待钻工件上定位完成后须报质检员验收合格后方可施工。在首件构件加工完成后复查尺寸,误差在允许范围内方可继续施工。
(5)钢板对接
由于钢板规格所限,所以在本结构中加工钢梁和钢柱时,一部分钢板需要进行对接。对接钢板采用埋弧焊对接,因本结构选用钢板板厚较厚,因此在对接处开坡口以保证对接焊缝全部熔透。在焊接背面时必须进行清根处理,当发现正面焊缝有气孔、夹渣等缺陷则必须将此处打磨到清除为止。
(6)组立H型钢
弹出下翼缘板中心线,再以中心线为基线弹出腹板厚度线,平放在组立机平台上,端头紧贴靠模,吊起腹板将端头紧贴靠模(注意有斜度的要将大头紧贴端头靠模),腹板要立在线上,用辊轮压紧定位后测量翼缘,板边之间垫薄铁板调整,直到误差允许范围内(±2mm)为止,放下压辊整体定位,然后从端头开始将腹板与翼缘板自动点焊初步成型。
(7)焊接H型钢
①复核组装件几何尺寸是否符合要求,查看所有焊缝区域内清洁情况,如有残留割渣、水、污物,应进行处理。
②检查焊丝是否是指定的规格及清洁干燥情况。
③按规定焊接参数,调节焊接电流,进丝速度和行走速度。
④采取船形位置施焊,工件要求基本垫成水平。
⑤焊接时使用的焊剂必须经过烘焙。烘焙约1小时,温度150-300℃。本工程焊接低碳合金钢的熔炼焊剂在使用中放置时间不许超过8小时。焊剂反复使用后重复使用次数不许超过10次。未用完的焊剂,使用次数未超过十次的,应回收起来,以便下次使用。
3吊索塔架安装
3.1 准备工作
(1)冲钉
吊索塔架拼装用冲钉选用材质45号钢制作,并经过淬火回火热处理后才能使用,其硬度应满足HRC≥40。本吊索塔架选用的冲钉直径分别为mm、mm和两种规格。冲钉制作完毕后,对其进行抽检,不符合要求的不能使用,吊索塔架拼装以前应准备好2000个冲钉。
(2)脚手架
吊索塔架拼装前应准备好各种脚手支架,包括底节拼装脚手、标准节拼装脚手、非标准节拼装脚手、横向联结系拼装脚手、联结桁架拼装脚手、挂索平台脚手、锚固区联结系拼装脚手等。
3.2 拼装方法
吊索塔架因底节重量大,采用浮吊安装,其余部位采用2台塔吊共同安装,先安装中心立柱,再安装联结系,最后安装锚箱。塔吊安装时同步随塔架高度增加逐步自升,塔吊撑杆设计为可调节式,确保钢梁纵移时塔吊垂直度在可控范围内。吊索塔架总体布置见图2所示。
3.3 质量控制
拼装质量标准如下:
桁距(中至中)偏差 ±10mm
吊索架横向宽度偏差 ±10mm
吊索架高度误差 ±50mm
吊索架垂直误差5’
4斜拉索挂设及张拉
4.1斜拉索挂设顺序
(1)挂索总顺序:先第一层索,再第二层索,最后第三层索。
(2)对于某层索,先同步挂设中桁斜拉索,再挂设两边桁斜拉索。
(3)对于某桁索:先同步挂设1#、3#前后索再同步挂设2#、4#前后索。斜拉索编号如图3所示。
(4)对于某根索,先放索,锚固端锚头挂设,再张拉端锚头挂设。
4.2 放索
斜拉索采用水平转盘放索,索盘放置在桥面板上;在放索过程中,由于索盘自身的弹性和牵引产生的偏心力,会使转盘转动时产生加速,导致散盘,所以现场应对转盘加设刹车装置。
前索将张拉端锚头牵出放于锚头小船上,船身两侧开有小孔用以将锚头固定在小船上。在张拉端锚头上安装放索锚座,用10t卷扬机配合20t滑车组牵引锚座放索,直至斜拉索全部展开。后索将锚固端锚头牵出放于锚头小船上,船身两侧开有小孔用以将锚头固定在小船上。在锚固端锚头上安装放索锚座,用10t卷扬机配合20t滑车组牵引锚座放索,直至斜拉索全部展开。
4.3 斜拉索张拉
(1)在张拉端锚杯上安装张拉杆Ⅰ并使张拉杆Ⅰ戴满一个螺帽,然后安装张拉杆Ⅱ及硬牵引装置(包括650t穿心式千斤顶及撑脚),用千斤顶牵引张拉杆直至锚杯戴帽。张拉端锚杯戴帽如图4所示。
(2)张拉端锚头戴帽后,利用650t穿心式千斤顶配张拉杆张拉索力至设计吨位,拧紧锚固螺母。
(3)斜拉索的张拉作业遵循“平衡、对称、同步、分级”的原则。
(4)一层24根斜拉索同步张拉至设计吨位,需24台千斤顶同步作业。张拉过程千斤顶要分级加载,不得一步到位;分级值为索力的10%,张拉结束后各斜拉索索力误差值控制在5%以内。
5吊索塔架在合龙过程中的应用
通过调整斜拉索索力,可以控制主跨合龙口纵横向位移及竖向转角,取消了墩顶顶落梁装置的布置。确保钢梁合龙时线形满足施工监控要求。
6 结语
随着南京大胜关长江大桥钢梁顺利的架设及合龙,吊索塔架施工应用逐渐走向成熟,其具有减少钢梁杆件安装内力、减少伸臂端挠度、增加伸臂端桁梁的侧倾稳定性和增加钢梁刚度、防止晃动等优点,越来越得到重视和发展。
参考文献:
[1]周孟波,秦顺全.芜湖长江大桥大跨度低塔斜拉桥板桁组合结构建造技术[M].北京:中国铁道出版社,2004.
[2]潘东发,李军堂.南京大胜关长江大桥钢梁安装方案研究[J].桥梁建设,2007,(3):5―8
[3]王东辉,覃永刚.南京大胜关长江大桥钢梁架设及关键技术[J].桥梁建设,2009,(2):5―8
作者简介:
张东超,(1984-),男,助理工程师,2006年毕业于吉林建筑工程学院交通土建专业, 工学学士
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