CN101368373A - 长连续结构钢箱梁或组合箱梁施工方法 - Google Patents

长连续结构钢箱梁或组合箱梁施工方法 Download PDF

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秦顺全
陈理平
张君武
殷秀凯
李方敏
张捍红
黄勇
魏军
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中铁大桥局股份有限公司
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Abstract

本发明公开了一种长连续结构钢箱梁或组合箱梁施工方法,包括以下步骤,一、节段划分、板单元划分;二、在预制场拼焊出各支点节段箱梁和标准节段箱梁,即在设置好平面曲线及预拱度的节段箱梁胎架上用“N+1”长线法预拼出一个整孔箱梁的各节段箱梁及相邻孔箱梁的第一段箱梁,标记箱梁段号,分别取走该孔整孔箱梁的各节段箱梁,留下与之匹配的相邻孔箱梁的第一段箱梁,继续拼焊出其余整孔箱梁的各节段箱梁;三、在预制场内进行整孔总拼。本发明,采用整孔预制、架设进行长连续钢箱梁或钢-混凝土组合箱梁施工,大大减少了现场的焊接作业量,保证了钢梁架设后相邻孔间顺利合龙,满足对“轻型大跨”、“预制装配”、和“快速施工”的要求。

Description

长连续结构钢箱梁或组合箱梁施工方法
技术领域
本发明涉及一种桥梁的箱梁施工方法,特别是涉及一种长连续结构钢箱梁 或组合箱梁施工方法。 背景技术
桥梁上部结构普遍采用箱梁形式。对于钢箱梁、钢-混凝土组合梁结构的 连续梁形式,如何控制线形、保证钢梁节段间的线形匹配和钢箱梁横断面对接 准确无误,保证钢梁架设后相邻孔间顺利合龙,是施工过程中控制的重点。目 前钢梁施工普遍采用的是工厂节段制造,现场梁段拼装的施工技术,该方法的 缺点是现场焊接工作量大,受天气、现场条件等影响大,工期不易控制,且安 全、质量控制难度大。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决长连续结构钢箱梁或组合箱梁施工现 场焊接工作量大、工期不易控制,安全质量控制难度大的问题。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是提供一种长连续结构 钢箱梁或组合箱梁施工方法,包括以下步骤:
步骤一、节段划分、板单元划分,即首先根据桥梁设计载荷将其划分为若 干整孔箱梁,再将所述整孔箱梁依次划分为若干节段箱梁,分别包括支点节段 箱梁和标准节段箱梁,最后分别将各支点节段箱梁和标准节段箱梁划分为若干 板单元,其中支点节段箱梁包括底板、实腹式横梁和两侧顶腹板,标准节段箱
梁包括底板、空腹式横梁和两侧顶腹板;
步骤二:在预制场拼焊出节段箱梁,包括各支点节段箱梁和标准节段箱梁, 即在设置好平面曲线及预拱度的节段箱梁胎架上用长线法预拼出一个整孔箱 梁的各节段箱梁及相邻孔箱梁梁的第一段箱梁,其次拼焊出上述各节段箱梁和 相邻孔箱梁的第一段箱梁并标记箱梁段号,然后分别取走该孔整孔箱梁的各节 段箱梁,留下与之匹配的相邻孔箱梁的第一段箱梁,重复以上步骤拼焊出其余 整孔箱梁的各节段箱梁,上述方法即"N+1"法,其中"N"指的是制造过程 中一个整孔箱梁划分的节段数,N=l, 2, 3……,"1"指的是相邻孔的第一 段;
步骤三:在预制场内进行整孔总拼,即将整孔胎架的平面线形及预拱度用 牙板设置好,利用运梁台车将步骤二得到的各节段箱梁按箱梁段号标记顺序摆 放在整孔拼装胎架上拼焊成各整孔箱梁;重复以上步骤得到各整孔箱梁。
上述方案中,步骤二中增加焊接临时连接件工序,即在各节段箱梁上焊接 与相邻节段箱梁进行梁段间定位的临时连接件。
步骤三中,整孔胎架与各节段箱梁的底板间设置不锈钢板与四氟乙烯板。 四氟乙烯板具有足够的强度在承受节段荷载时几乎无变形,且与不锈钢板之间 摩擦系数小,可进行节段位置尺寸的微调,以保证节段的精确定位。
步骤二中各节段箱梁拼焊合格后除环缝对接处50mm以外的其余部分进行
防腐涂装。
本发明,采用整孔预制、架设的施工技术进行长连续钢箱梁或钢-混凝土 组合箱梁施工,在节段划分、板单元划分之后,首先在预制场内用"N+1"长 线法拼焊出一个整孔箱梁的各节段箱梁及相邻孔箱梁梁的第一段箱梁,再将该
整孔箱梁的各节段箱梁总拼成整孔箱梁,然后进行整孔箱梁的运输、架设,大 大减少了现场的焊接作业量,保证了钢梁架设后相邻孔间顺利合龙,满足现代 结构对"轻型大跨"、"预制装配"、和"快速施工"的要求。 附图说明
图1为本发明节段箱梁拼接施工示意图;
图2为本发明节段箱梁施工步骤示意图;
图3为标准节段的板单元划分示意图;
图4为钢梁底板横向定位图;
图5为钢梁底板纵向定位图;
图6为实腹式横梁组装;
图7为拼焊顶腹板单元;
图8为空腹式横梁拼装;
图9为整孔总拼立面图;
图io为整孔总拼平面图。
具体实施方式
下面以上海长江隧桥105m钢-混凝土组合箱梁的槽型钢梁施工方法为例 对本发明进行具体说明:
上海长江隧桥钢-混凝土组合箱梁的一联跨径组合为(85 + 5X105+90 ) m,采用了钢-混凝土组合结构连续箱梁的结构形式,桥面近期按双向六车道+ 紧急停车带布置,远期按双向四车道+紧急停车带+轨道交通布置,桥宽2X 17.15m。 一联组合箱梁的平面线形是设计道路中心线的曲线段,该桥南侧联 由曲率半径R二8000m曲线过渡到直线,北侧联由直线过渡到曲率半径I^7000m
曲线,钢梁总拼时,85、 90和105m箱梁分别设置了不同的二次抛物线预拱度。 组合箱梁结构断面由混凝土桥面板及整体成槽形的钢梁组成,槽形钢梁分别由 顶板、腹板、底板、空腹式横梁、实腹式横梁、腹板加劲肋、底板加劲肋拼焊 组成,板厚为18〜56mm,板厚在42mm及以上的钢板材质采用Q370qD,板 厚小于42mm的钢板材质采用Q345qD。钢梁支点左右各10m范围内采用双结 合的结构形式,即底板也采用钢-混凝土组合的结构形式,混凝土板厚0.5m。
顶板板厚24mm〜56mm,宽1.2m;腹板板厚18mm〜28mm,斜率约1:4; 底板板厚28mm〜56mm,宽7.06m;腹板上布置有竖向及水平向腹板加劲肋, 竖向加劲肋断面形式为T型或板式,连续布置,水平向加劲肋断面形式均为板 式,间断布置;底板上布置有底板纵向加劲肋,断面形式为板式,通过设置过 焊孔穿越空腹式横梁,纵向连续布置;每隔5.1m布置一道空腹式横梁,空腹 式横梁由T型腹板竖向加劲肋、T型横向底板加劲肋,以及水平和斜向拉杆等 组成;支点及临时支点处布置实腹式横梁。
钢梁拼焊主要分为节段拼焊及整孔总拼。全桥钢梁均处于平曲线段,在曲 线段是采取以折代曲的方法来进行制造的。为保证整桥平面线形及预拱度,在 节段拼悍及整孔总拼胎架上已将平面线形及预拱值设置好,节段拼焊及整孔总 拼均以钢梁板单元一端为基准对线进行拼装,另一端再根据线形进行配切。节 段拼焊检验完成后,用运梁台车移到喷涂车间进行喷砂除锈油漆,然后暂时存 放或直接转入整孔总拼。
上海长江隧桥全桥共分28段整孔吊装段,264个节段箱梁(标准节段为 10.2m)。分10个轮次按照顺序进行节段箱梁制造。根据本桥的工期要求,共 设置3个节段箱梁组拼胎架、对应3个总拼胎架。钢梁采用"N+1"长线法施
工,如图1、图2所示,其中N指的是制造过程中一个整孔箱梁划分的节段数, N=l, 2, 3……,"N+1"法中的1指的是相邻孔的第一段,在节段拼焊胎架 中按先后顺序拼装成10m节段箱梁,组拼按焊接工艺和顺序进行焊接,加装 临时匹配件及吊耳,检査合格后,运走该节段箱梁,留下最后一个节段箱梁和 后面的轮次再拼接,以保证每个节段箱梁的端面接缝匹配。在节段箱梁制造中, 组装采用"正装法",即支点段钢梁按:底板一实腹式横梁一两侧顶腹板;标 准段钢梁按:底板一两侧顶腹板一空腹式横梁等的顺序来进行组装和焊接,实 现立体阶梯形推进方式逐段组装与焊接。组装时,以胎架为外胎,以横隔板为 内胎,重点控制桥梁的线形、梁段几何形状和尺寸、接口的精确匹配等。具体 施工步骤如下:
一、 节段划分和板单元划分。
上海长江隧桥全桥钢梁根据桥梁设计载荷共划分为28孔整孔箱梁,264 个节段箱梁,包括支点节段箱梁和标准节段箱梁,为槽形钢箱梁,在满足相关 工艺文件的前提下,综合考虑运输及批量生产等因素,将节段箱梁划分为若干 板单元,如图3所示,图3为节段箱梁的板单元划分示意图,包括左、右顶腹 板单元ll、 12,左、中、右底板单元13、 14、 15和若干横梁单元16,其中支 点节段箱梁中的横梁采用实腹横梁,标准节段箱梁中的横梁采用空腹横梁。
左、中、右底板单元13、 14、 15分别依次焊接在横梁单元16的下方成一 水平面布置,左、右顶腹板单元11、 12对称于该箱梁的纵向轴线焊接在横梁 单元16的左右顶端。
二、 在预制场拼焊出各支点节段箱梁和标准节段箱梁。 (1)节段箱梁拼装场地布置。
在节段箱梁拼装场地上搭设节段拼焊胎架,每个胎架长约115m,按照 "N+1"个节段的长度制作。其结构如图4所示,包括若干左右侧壁支撑21 和若干连接左右侧壁支撑21的活动式横梁22,活动式横梁22由左右横梁相互 固定连接组成。相邻的活动式横梁22之间留有台车运输通道,方便运梁台车 出入运输节段箱梁。拼装场地同时设置抛丸除锈车间、油漆车间和箱梁存放场 地。梁段拼焊涂装后,按顺序存放,箱梁节段在各工序之间的平移用180t运 梁轮胎小车来完成。 (2)节段箱梁组拼流程。
整孔箱梁共分为IO个节段进行制造,然后拼焊成整孔梁。节段箱梁拼焊 按照"N+1"的施工方法进行,拼焊合格后,标记梁段号,分别取走各N段, 将相邻孔箱梁的第一段箱梁留下,匹配制作下一孔箱梁。在节段制造中,支点 段钢梁按:底板一实腹式横梁一两侧顶腹板;标准段钢梁按:底板一两侧顶腹 板一空腹式横梁等的顺序来进行组装和焊接。组装时,以胎架为外胎,横梁为 内胎,重点控制桥梁的线形、箱梁段的几何形状和尺寸精度、相邻接口的精确 匹配等,详细工序如下:
A、拼焊底板。
如图4,图5所示,图4为钢梁底板横向定位图,图5为钢梁底板纵向定 位图。底板包括中间底板14和两侧的底板13、 15,其侧边均开有焊接坡口, 首先进行中间底板14的定位,在中间底板14的宽度方向划好中心线,该中心 线对准胎架中心线,由于单元件制造时在长度方向一端留有余量,因此对位时 以没有余量的一端为基准,并对准胎架上的基准线,检査无误后再将底板与胎 架刚性固定。中间底板14定好位后,再安装两侧的底板13和15,两侧的底板
13和15的长度方向也以一端为基准,横向则以加劲肋40的间距为基准进行拼 装,考虑纵向对接焊缝焊后收縮量,将中间底板14对好位并控制好拼装后整 个底板的长宽尺寸、对角线及焊缝间隙后,再将三块底板13、 14、 15进行钢 性固定并焊接。焊接采用陶质衬垫单面焊双面成型的工艺,打底采用C02气体 保护焊,盖面采用自动埋弧焊。
底板焊接完成后,需测量焊后底板的高程,以检测其拱度值是否符合设计 要求,检测点为横梁位置。底板检测完成后再在底板上划出腹板、横梁等单元 件的边缘拼装线,另外由于板单元制造长度方向一端留有余量,因此需以底板 基准端划出配切端基准线。
B、 组装实腹式横梁
如图6所示,横向以桥梁结构中心线为基准,纵向以已经划好的横梁拼装 线为基准进行实腹式横梁16-1的定位,重点保证实腹式横梁16-1的间距及其 垂直度,横梁16-1定好位后暂不焊接。
C、 拼焊顶腹板单元
如图7所示,左、右顶腹板ll、 12的两侧边分别开有焊接坡口,纵向将左、 右顶腹板ll、 12的坡口端与底板13、 14、 15的坡口端对齐拼装,并测量其端 口的平齐度,横向则以底板上已经划好的腹板边缘拼装线对线拼装,同时检査 钢梁的整体高度以及对角线误差,检查无误后将腹板与底板定位,并将腹板与 胎架进行刚性固定,然后进行左、右顶腹板ll、 12和底板13、 14、 15的熔透 角接焊,焊接采用C02气体保护焊,先焊接内侧焊缝,然后反面气刨清根再焊 接外侧焊缝。
D、 实腹式横梁焊接
顶腹板单元11、 12拼焊完成后,再开始进行实腹式横梁16-1的焊接。实 腹式横梁16-1与顶腹板、底板均为熔透角焊缝,焊接采用C02气体保护焊, 先焊接一侧,另一侧气刨清根后再进行焊接。由于有部分加劲肋40需磨光顶 紧,在实腹式横梁16-1焊接完成后再进行需磨光顶紧加劲肋40的装配和焊接。
E、 空腹式横梁拼装焊接。
如图8所示,实腹式横梁焊接完成后,再进行空腹式横梁16-2的K形支架 的定位,重点测量K形支架的间距、垂直度、高度尺寸及其系统线的偏移量。
F、 焊接剪力钉
根据节段箱梁的设计图纸,在其顶腹板的相应位置放样出剪力钉基准点, 再以节段箱梁的基准端及顶腹板上的基准点为基准拼焊剪力钉41。
G、 二次配切
节段箱梁拼焊完成并检査其尺寸、外形及拱度无误后,再按照理论尺寸+ 焊接收縮量-焊缝间隙来进行匹配端口的配切工作,然后在接口处安装匹配件, 同时将桥梁中心线以及顶板上的基准点用样冲做好标记,以便整孔总拼时使 用。
H、 安装临时连接件。
由于节段箱梁拼焊和整孔总拼是分开来进行的,为保证整孔拼装线形及拼 装效率,在节段拼焊时相邻两节段间设置临时连接件30,即在各节段箱梁上焊 接与相邻节段箱梁进行梁段间定位的临时连接件30 (参见图10)。
I、 防腐涂装。
节段箱梁验收合格后用运梁台车将节段箱梁移到喷涂车间进行防腐涂装工 作,但在节段箱梁环缝对接处50mm范围内先不进行、凃装,即各节段箱梁拼焊
合格后除环缝对接处50mm以外的其余部分进行防腐涂装。 三、在预制场内进行整孔总拼。
整孔箱梁拼装胎架全长105m,宽9m。如图9、 IO所示,胎架由混凝土支墩 及槽钢、工字钢组成,胎架中间为活动式横梁,方便运梁台车出入运输节段箱 梁。
钢梁处于11=8009075的平面曲线上,另整体设置有预拱度为190mm,预拱 度按二次抛物线设置。将整孔胎架的平面线形及预拱用牙板设置好,利用运梁 台车将涂装好的箱梁节段按顺序摆放在整孔拼装胎架上,并通过临时连接件30
进行箱梁段间的定位,另在整孔胎架与各节段箱梁的底板间设置不锈钢板与四 氟乙烯板,可进行节段位置尺寸的微调,以保证节段的精确定位。节段箱梁定 位时,先将节段箱梁用运梁台车倒运到整孔梁拼装胎架上,并在各节段箱梁的 底板宽度方向划好中心线,节段箱梁定位时以该中心线对准胎架上的中心线, 长度方向对位时以节段箱梁制造时的基准边对准胎架上的基准线,并同时检査 各个节段箱梁的尺寸、线形、预拱度,线形和预拱度在拼装时按公差要求控制, 拼装后的节段箱梁尺寸按理论尺寸+5mm焊缝收縮量来控制,检查无误后再将 两节段箱梁端口用码板钢性固定,码板间距300〜500mm,重点控制对接坡口的 错边,错边量不得大于lmm。然后依次将节段箱梁与胎架上的基准线对线定位 拼装,每一条环缝焊接前,需检查各个节段箱梁的尺寸、平面曲线及预拱值是 否符合要求,然后再开始焊接,且在下一条环缝焊接前需将前一道环缝焊接所 产生的误差尽量消除,以满足整体尺寸的要求。环缝焊接采用陶质衬垫单面焊 双面成形的工艺,注意环缝焊接时需对称施焊,以减小焊接变形。另在施焊过 程中,需对箱梁段线形和标高随时进行监控,以保证满足设计要求。环缝焊接 完成并经无损检测合格后,安装并焊接相邻两节段箱梁接缝处底板及顶腹板上 的纵肋,并进行剪力钉41的焊接。首先进行中间三个节段箱梁的焊接,焊接完 成后再依次拼装两侧的节段箱梁,每条环缝焊接前均进行整体尺寸、线形的测 量。最后割除临时连接件,进行合格检査。以此类推完成各整孔箱梁的焊接。 本发明有如下有益效果
(1) 、保证了钢梁节段间的线形匹配和钢箱梁横断面对接准确无误,且为 钢梁架设后相邻孔间顺利合龙提供保证。
(2) 、在预制场胎架上拼装钢梁,做到工厂化作业,避免因雨季、冬季对 钢梁焊接质量带来不利影响,可以更好的保证质量;
(3) 、由于在预制场工厂化拼装,能够对钢梁拼装工序进行平行流水作业, 能够加快进度;
(4) 、减少了高空作业、水上作业,对安全生产非常有利。
本发明不局限于上述最佳实施方式,任何人应该得知在本发明的启示下作 出的结构变化,凡是与本发明具有相同或相近的技术方案,均落入本发明的保 护范围之内。

Claims (4)

1.长连续结构钢箱梁或组合箱梁施工方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一、节段划分、板单元划分,即首先根据桥梁设计载荷将其划分为若干整孔箱梁,再将所述整孔箱梁依次划分为若干节段箱梁,分别包括支点节段箱梁和标准节段箱梁,最后分别将各支点节段箱梁和标准节段箱梁划分为若干板单元,其中支点节段箱梁包括底板、实腹式横梁和两侧顶腹板,标准节段箱梁包括底板、空腹式横梁和两侧顶腹板;步骤二、在预制场拼焊出各节段箱梁,包括支点节段箱梁和标准节段箱梁,即首先在设置好平面曲线及预拱度的节段箱梁胎架上用长线法预拼出一个整孔箱梁的各节段箱梁及相邻孔箱梁的第一段箱梁,其次拼焊出上述各节段箱梁和相邻孔箱梁的第一段箱梁并标记箱梁段号,然后分别取走该孔整孔箱梁的各节段箱梁,留下与之匹配的相邻孔箱梁的第一段箱梁,重复以上步骤拼焊出其余整孔箱梁的各节段箱梁,上述方法即“N+1”法,其中“N”指的是制造过程中一个整孔箱梁划分的节段数,N=1,2,3……,“1”指的是相邻孔的第一段;步骤三:在预制场内进行整孔总拼,即将整孔胎架的平面线形及预拱度用牙板设置好,利用运梁台车将步骤二得到的各节段箱梁按箱梁段号标记顺序摆放在整孔拼装胎架上拼焊成整孔箱梁;重复以上步骤得到各整孔箱梁。
2、 如权利要求1所述的长连续结构钢箱梁或组合箱梁施工方法,其特征 在于步骤二中增加焊接临时连接件工序,即在各节段箱梁上焊接与相邻节段箱 梁进行梁段间定位的临时连接件。
3、 如权利要求1所述的长连续结构钢箱梁或组合箱梁施工方法,其特征 在于步骤三中,整孔胎架与各节段箱梁的底板间设置有不锈钢板与四氟乙烯 板。
4、如权利要求1所述的长连续结构钢箱梁或组合箱梁施工方法,其特征 在于步骤二中各节段箱梁拼焊合格后除环缝对接处50mm以外的其余部分进 行防腐涂装。
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