南京大胜关长江大桥三桁超高吊索塔架施工应用技术_南京大胜关长江大桥

来源:小学教育 发布时间:2019-05-23 05:36:20 点击:

  摘要: 介绍吊索塔架在南京大胜关长江大桥主桥钢梁架设及主跨钢梁合龙中的施工应用技术。详细说明了吊索塔架设计、加工、斜拉索挂设及张拉、钢梁线形位移的调整。   关键词: 轴心受压;对称;同步;张拉
  
  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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