CN117763648A - 流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明的技术方案如下公开了流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，方法包括在流线型系杆拱桥钢结构安装过程中采用BIM结合动态测量辅助技术及实时的钢结构内部受力监控技术，为现场提供可视化的测量场景，动态实时精准的测量定位；提高拱肋、吊杆、钢箱梁的安装精度，工地吊装线型在BIM动态测量辅助技术的辅导下，精确定位，BIM技术对安装施工区域进行施工场景模拟，直观地对拱肋、系杆、钢箱梁各分段结构进行可视化预拼，对各道施工工序进行预判，同时结合动态测量技术，对钢箱梁的安装过程实施全过程监控和及时纠偏，避免拱肋、系杆、钢箱梁安装及现场焊接过程中出现的精度不足问题，造成返工和损失。

Description

流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法

技术领域

本发明属于桥梁建筑技术领域，具体涉及流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法。

背景技术

本发明旨在解决某大保护工程桥的钢箱梁、拱肋的制作及安装技术。针对钢拱肋和钢箱梁加工和安装过程容易出现的加工安装精度不足、钢构件变形、内部受力等，从钢构件装配定位精度及速率、焊接变形控制、节段组焊及预拼装效率、现场安装精度等方面进行桥梁建造的技术研究，并提出更优的解决方案。

发明内容

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，方法包括以下步骤：

在流线型系杆拱桥钢结构安装过程中采用BIM结合动态测量辅助技术及实时的钢结构内部受力监控技术，为现场提供可视化的测量场景，动态实时精准的测量定位；提高拱肋、吊杆、钢箱梁的安装精度。工地吊装线型在BIM动态测量辅助技术的辅导下，精确定位，钢梁落位后在支撑平台上采用横、纵向钢管及千斤顶进行微调，调整到位后用钢契块、临时连接件、马板固定节段。BIM技术对安装施工区域进行施工场景模拟，直观地对拱肋、系杆、钢箱梁各分段结构进行可视化预拼，对各道施工工序进行预判，同时结合动态测量技术，对钢箱梁的安装过程实施全过程监控和及时纠偏，避免拱肋、系杆、钢箱梁安装及现场焊接过程中出现的精度不足问题，造成返工和损失。

钢箱梁节段安装过程中的测量监控，采用全站仪为主、水准仪与卷尺等为辅。平面位置控制：依据制造单位提供的梁端间隙值（根据工地连接期间梁体平均温度确定），计算、测量、设置每个节段的分段位置线，作为节段纵桥向位置控制的样线；节段横桥向位置直接通过在支架横梁上测量放样、焊设限位码板予以控制。依据设计提供的预拱度曲线，计算每排支点处梁底标高、设计预拱度值，并列表反映。钢箱梁节段吊装就位后，实测监测点标高、通过15～20台300kN的千斤顶顶升增减支点处薄钢板实现高程的精确调整。

钢箱梁吊装前，在临时支架上的钢垫块支点处设置一定的预拱度，用于抵消支架的弹性及非弹性变形；按照设计图纸中提供的预拱度曲线，计算出支架支点标高=设计预拱度+支架弹性变形+支架垂直方向的构件间隙预估值。根据钢箱梁的跨度和临时支架支点位置，钢箱梁吊装标高高出控制标高1.0～1.5cm为宜。钢箱梁吊装每一节段严格按照设计图纸要求和现场监测数据进行，施工、监理双方测量校核。在钢箱梁吊装过程中，为了更好地控制小节段的线型，在支撑横梁上安装千斤顶，以便进行微调。梁端间隙的控制将由制造单位依据工地连接期间梁体平均温度确定。

工地连接的顶板焊接工作在临时工作棚内进行，顶、底板焊接采用自动焊。室外焊接时焊缝周围设有防风、雨、雪的措施；CO2焊接时，设有防风措施及设备。为便于焊接施工，需在箱梁顶面开设人孔，人孔应开在箱梁顶板受力较小部位，具体人孔尺寸和位置经设计同意，人孔补焊采用内置陶瓷衬垫的坡口熔透焊，并探伤合格。首先安放墩顶梁段，调整位置并临时固定，从墩顶向跨中方向进行梁段工地连接，在跨中合拢。将梁段吊装上支架，移位、调整标高和相邻梁段匹配，精确调整焊缝间隙，调整板件错边，间断焊接定位马板。从墩顶向跨中方向进行梁段工地连接，在跨中合拢。最后对钢梁局部作涂装、涂最后一道面漆。

当主拱肋结构吊装时，先吊装两侧的拱肋与拱脚段焊接固定，再吊装中间合龙段。

优选地，主拱肋结构安装步骤包括：

临时支架采用框架式钢管支架搭设，主拱肋支架安装在桥面上；依据现场的情况，每个主拱肋安装时设置两组支架，每组支架之间的中心间距6.39m；主拱肋结构吊装时，先吊装两侧的拱肋与拱脚段焊接固定，再吊装中间合龙段，在主箱梁分段桥面画出拱肋的中心线的投影位置线，并且在相应分段接缝处，搭设拱肋合拢支架；主拱肋吊装完成后，吊装吊索，吊索采用5-19型成品吊索。吊索设有监测系统，采用CCT磁通量传感器智能索传感技术。吊索拉索由提供成品索厂家直接配料、镦头、编束后运至施工现场，现场采用汽车吊进行安装。将吊索上端锚头拆开包装，检查销轴是否插入自如，用汽车吊将吊索固定端起吊至拱端锚点处，安装销轴，待所有吊索上端锚头安装完成后，拆开下锚头包装，安装下锚头；将葫芦及千斤顶安装好，接好电源和油路，具备张拉条件；启动油泵千斤顶空载运行二次，检查油路和油表的连接是否正确。安装支撑架、千斤顶、张拉螺母及各油电管线，启动油泵缓慢加压，开始张拉，达到设计索力时，停机稳压3分钟后，拧紧调节套筒后转入下一工作面。

优选地，方法还包括钢箱梁的制作步骤：

大型下料零件切割后都会存在部分残余应力，轧制过程中也会产生内应力，为消除钢板的残余变形、减少轧制内应力及减少制造过程中的变形，在钢板抛丸除锈前及大型零件下料后使用分组驱动辊式板材矫正机赶平，通过矫正机赶平，保证了板件在加工前的平整度，有效减少了制造过程中的变形。同时采用磁力吊配合起吊料，有效避免虎头卡吊装使钢板产生局部塑性变形。

采取数控切割机进行自动化切割，可以有效控制本桥隔板的下料尺寸，从而保证其准确性，并且可以一次性切割出所需的形状，从而有效地减少由于切割尺寸的不准确而导致的结果偏差以及材料的浪费。

为了提升焊缝质量，尽可能地使用更加环保的焊缝技术。例如，尽可能地使用CO2自动焊和埋弧自动焊，特别是对于加劲肋施焊和板块拼接的工件。总拼装及二拼中大力推广CO2气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面的焊接工艺。随着焊接自动化技术的普及，不仅有助于更好地控制焊接质量，而且还降低了人力因素对结果造成的不利影响。此外，这种自动化的设备还提升了劳动力素养，大大缩短了生产周期。

通过采用节段组焊和预拼装并行技术，在总拼胎架上横向和纵向分别设置预拱度，并将节段安装在一个线型胎模上，同时建立一个测量控制网，对整个装焊过程进行实时监控，从而实现节段组装和预拼装的有效结合；工地支架需要足够的刚度，能够满足钢箱梁的结构支撑，为确保工地连接的匹配和本桥的成桥线型，工地支架基础沉降总量控制在2mm以内。

优选地，方法还包括对钢箱梁节段进行现场拼装，支架搭设完成后进行加载预压，消除支架的非弹性变形，按主梁的竖曲线及上拱度支垫钢梁，支垫点设在主梁的支座或主梁腹板与横隔板的交点处，在支架上将各梁段焊接为整体，依次吊装钢梁各分块和分段，吊装并临时连接各段钢梁，精确调整各段的相对位置，先焊分块间的纵向焊缝，再依次对称焊接横向焊缝，吊装主拱，并焊接在梁拱结合段上，然后安装吊索，张拉吊索至目标索力，钢梁焊接完成后，起顶整孔钢梁，卸载临时支架，将钢梁落在永久支座上。

优选地，钢箱梁支架主要由钢筋混凝土支架基础、支撑钢管、剪刀撑、连接平撑、横梁以及钢垫块组成，总计设置二组二排框架式钢管支架，采用钢管搭设，钢管顶部设置横梁，横梁在支点处进行局部加强，H型钢每边设3道10mm钢板加劲肋，加劲肋间距10cm。

优选地，钢管之间的剪刀撑采用槽钢，支架高度依据基础标高到梁底高度确定，钢管支架纵桥向排距均为2.5m，横桥向钢管间距为4.0m，每排8根钢管立柱，支架基础为钢筋砼板式独立基础。

优选地，基础施工完成后，按照钢箱梁和支架重量的1.2倍，采用混凝土预制块进行堆载预压，单个预制块重量为5.2吨，每个条形基础顶堆放5个混凝土预制块，共堆放8处，预压顺序：支架验收→原始标高测量→预压块就位→加载60%→ 沉降变形观测→加载80%→沉降变形观测→加载120%→沉降变形观测→卸载→标高测量→沉降数据整理分析。为了确保安全，对条形基础的顶部进行变形监控，设置变形观测点，并对其中的初步信息进行记录。预制块静压24h后，进行沉降观测。待支架基础充分稳定达到连续3天累计沉降不超过3mm后，才能进行卸载。并对各次测量数据进行分析整理，绘制沉降量-时间变化曲线。

优选地，制作步骤中对顶、底板T形肋采用无码组装及反变形焊接步骤具体包括通过采取一系列措施来抑制和减少焊接过程产生的残留变形，从而保证桥梁的安全性和稳定性。首先将板材两端，用垫块垫起成一定角度，选择合适的垫起角度是焊接反变形工艺的重要环节，角度大小将直接影响焊接后接头的平整度；拼接接口不留间隙，在相同的接缝上所垫起的角度应一致，焊接采用自动埋弧焊；当正面焊缝全部焊完后，随着焊缝的冷却和收缩，角变形逐渐加大；待正面焊缝焊完后，反面用碳弧气刨清根，清根的深度应大于正面焊缝。由于反面焊缝在其焊接过程中，焊接熔池高温对正面焊缝起到退火消除应力的作用，同时随着反面焊缝的不断成形，在冷却的过程中其横向收缩不断加大，所产生的拉应力使正面焊缝的角变形逐渐变小，接头趋于平整。经过实际的焊接测试，发现反变形焊接能够有效地抑制这种影响，从而达到良好的效果。顶底板T形肋采用无码组装定位，既保证定位尺寸按装精度又提高了组装速度，同时无码又减少了定位用大量的码脚，提高了质量，是钢箱梁制作成熟而又先进的装配定位技术。

优选地，主拱肋结构安装步骤中框架柱为钢管，连杆和剪刀撑采用槽钢，框架式支架支撑拱肋位置安装工字钢横梁，框架柱纵、横向中心间距为2.5m，支架高度约5m。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明结合动态测量技术，对钢箱梁的安装过程实施全过程监控和及时纠偏，避免拱肋、系杆、钢箱梁安装及现场焊接过程中出现的精度不足问题，造成返工和损失；提高了钢拱肋和钢箱梁的制作和安装水平，各施工工序满足设计要求，制作安装精度满足质量要求，体现了良好的施工工艺。

附图说明

图1为钢箱梁制作、安装总体工艺流程图；

图2为本实施例中钢箱梁支架立面图；

图3为本实施例中钢箱梁支架侧视图；

图4为本实施例中钢箱梁支架断面图。

附图标记列表：1-连杆、2-横梁、3-垫块、4-钢管柱、5-斜撑、6-混凝土基础、7-梁体、8-拱肋、9-钢管支架、10-桥台、11-基础。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例：如图1至图4所示，在本实施例中，主桥钢箱梁由顶板、底板、横隔板、腹板、挑臂等单元组成；拱肋由顶、底板、腹板和横隔板单元组成，主桥钢箱梁为一跨简支梁，长度方向分为3个节段，21个块件，从一侧向另一侧依次吊装1#、2#、3#节段。结合钢箱梁的外形尺寸、重量和吊装高度以及起重设备的站位等因素（最大起吊重量27.4t，作业半径12m，扬臂长度26m），选用一台200t的履带吊进行吊装作业。

流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，方法包括以下步骤：

在流线型系杆拱桥钢结构安装过程中采用BIM结合动态测量辅助技术及实时的钢结构内部受力监控技术，为现场提供可视化的测量场景，动态实时精准的测量定位；

钢箱梁节段安装过程中采用全站仪为主进行测量监控；

钢箱梁吊装前，在临时支架上的钢垫块3支点处设置一定的预拱度，用于抵消支架的弹性及非弹性变形；

当主拱肋结构吊装时，先吊装两侧的拱肋与拱脚段焊接固定，再吊装中间合龙段。

进一步地，综合考虑节段运输及现场吊装条件，主拱拱肋拟分3段运输，在现场拼接，吊装最大重量为9.79t，作业半径7m。结合拱肋的外形尺寸、重量和吊装高度以及起重设备的站位等各方面因素，选用一台25T的汽车吊进行吊装作业，主拱肋结构安装步骤包括：

临时支架采用框架式钢管支架9搭设，主拱肋支架安装在桥面上；依据现场的情况，每个主拱肋安装时设置两组支架；主拱肋结构吊装时，先吊装两侧的拱肋与拱脚段焊接固定，再吊装中间合龙段；主拱肋吊装完成后，吊装吊索；将葫芦及千斤顶安装好，接好电源和油路，具备张拉条件；启动油泵千斤顶空载运行二次，检查油路和油表的连接是否正确。

进一步地，方法还包括钢箱梁的制作步骤：

在钢板抛丸除锈前及大型零件下料后使用分组驱动辊式板材矫正机赶平；采取数控切割机进行自动化切割；对加劲肋施焊和板块拼接的工件使用CO2自动焊和埋弧自动焊；对顶、底板T形肋采用无码组装及反变形焊接方式；通过采用节段组焊和预拼装并行技术，在总拼胎架上横向和纵向分别设置预拱度，并将节段安装在一个线型胎模上。

进一步地，方法还包括对钢箱梁节段进行现场拼装，支架搭设完成后进行加载预压，消除支架的非弹性变形，按主梁的竖曲线及上拱度支垫钢梁，支垫点设在主梁的支座或主梁腹板与横隔板的交点处，在支架上将各梁段焊接为整体，依次吊装钢梁各分块和分段，吊装并临时连接各段钢梁，精确调整各段的相对位置，各段间的焊缝间隙在6～8mm之间，先焊分块间的纵向焊缝，再依次对称焊接横向焊缝，吊装主拱，并焊接在梁拱结合段上，然后安装吊索，张拉吊索至目标索力，钢梁焊接完成后，起顶整孔钢梁，卸载临时支架，将钢梁落在永久支座上。

进一步地，钢箱梁支架主要由钢筋混凝土支架基础11、支撑钢管、剪刀撑、连接平撑、横梁2以及钢垫块3组成，总计设置二组二排框架式钢管支架9，采用钢管搭设，钢管顶部设置横梁2，横梁2在支点处进行局部加强，H型钢每边设3道10mm钢板加劲肋，加劲肋间距10cm。

进一步地，钢管之间的剪刀撑采用槽钢，支架高度依据基础11标高到梁底高度确定，钢管支架9纵桥向排距均为2.5m，横桥向钢管间距为4.0m，每排8根钢管立柱，支架基础11为钢筋砼板式独立基础11。

进一步地，基础11施工完成后，按照钢箱梁和支架重量的1.2倍，每个支架基础11预压重量：（396+4.2）/3*1.2=160.08t，采用混凝土预制块进行堆载预压，单个预制块重量为5.2吨，每个条形基础11顶堆放5个混凝土预制块，重量为5.2×4=20.8t，共堆放8处，总重为20.8×8=166.4t。

进一步地，制作步骤中对顶、底板T形肋采用无码组装及反变形焊接步骤具体包括首先将板材两端，用垫块3垫起成一定角度；拼接接口不留间隙，在相同的接缝上所垫起的角度一致，焊接采用自动埋弧焊；当正面焊缝全部焊完后，随着焊缝的冷却和收缩，角变形逐渐加大；待正面焊缝焊完后，反面用碳弧气刨清根，清根的深度大于正面焊缝。

进一步地，主拱肋结构安装步骤中框架柱为钢管，连杆1和剪刀撑采用槽钢，框架式支架支撑拱肋位置安装工字钢横梁2，框架柱纵、横向中心间距为2.5m，支架高度约5m。

需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

在流线型系杆拱桥钢结构安装过程中采用BIM结合动态测量辅助技术及实时的钢结构内部受力监控技术，为现场提供可视化的测量场景，动态实时精准的测量定位；

钢箱梁节段安装过程中采用全站仪为主进行测量监控；

钢箱梁吊装前，在临时支架上的钢垫块支点处设置一定的预拱度，用于抵消支架的弹性及非弹性变形；

当主拱肋结构吊装时，先吊装两侧的拱肋与拱脚段焊接固定，再吊装中间合龙段。

2.根据权利要求1所述的流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，其特征在于，主拱肋结构安装步骤包括：

临时支架采用框架式钢管支架搭设，主拱肋支架安装在桥面上；依据现场的情况，每个主拱肋安装时设置两组支架；主拱肋结构吊装时，先吊装两侧的拱肋与拱脚段焊接固定，再吊装中间合龙段；主拱肋吊装完成后，吊装吊索；将葫芦及千斤顶安装好，接好电源和油路，具备张拉条件；启动油泵千斤顶空载运行二次，检查油路和油表的连接是否正确。

3.根据权利要求1所述的流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，其特征在于，方法还包括钢箱梁的制作步骤：

在钢板抛丸除锈前及大型零件下料后使用分组驱动辊式板材矫正机赶平；采取数控切割机进行自动化切割；对加劲肋施焊和板块拼接的工件使用CO2自动焊和埋弧自动焊；对顶、底板T形肋采用无码组装及反变形焊接方式；通过采用节段组焊和预拼装并行技术，在总拼胎架上横向和纵向分别设置预拱度，并将节段安装在一个线型胎模上。

4.根据权利要求1所述的流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，其特征在于，方法还包括对钢箱梁节段进行现场拼装，支架搭设完成后进行加载预压，消除支架的非弹性变形，按主梁的竖曲线及上拱度支垫钢梁，支垫点设在主梁的支座或主梁腹板与横隔板的交点处，在支架上将各梁段焊接为整体，依次吊装钢梁各分块和分段，吊装并临时连接各段钢梁，精确调整各段的相对位置，先焊分块间的纵向焊缝，再依次对称焊接横向焊缝，吊装主拱，并焊接在梁拱结合段上，然后安装吊索，张拉吊索至目标索力，钢梁焊接完成后，起顶整孔钢梁，卸载临时支架，将钢梁落在永久支座上。

5.根据权利要求4所述的流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，其特征在于，钢箱梁支架主要由钢筋混凝土支架基础、支撑钢管、剪刀撑、连接平撑、横梁以及钢垫块组成，总计设置二组二排框架式钢管支架，采用钢管搭设，钢管顶部设置横梁，横梁在支点处进行局部加强，H型钢每边设3道10mm钢板加劲肋，加劲肋间距10cm。

6.根据权利要求5所述的流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，其特征在于，钢管之间的剪刀撑采用槽钢，支架高度依据基础标高到梁底高度确定，钢管支架纵桥向排距均为2.5m，横桥向钢管间距为4.0m，每排8根钢管立柱，支架基础为钢筋砼板式独立基础。

7.根据权利要求6所述的流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，其特征在于，基础施工完成后，按照钢箱梁和支架重量的1.2倍，采用混凝土预制块进行堆载预压，单个预制块重量为5.2吨，每个条形基础顶堆放5个混凝土预制块，共堆放8处。

8.根据权利要求3所述的流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，其特征在于，制作步骤中对顶、底板T形肋采用无码组装及反变形焊接步骤具体包括首先将板材两端，用垫块垫起成一定角度。

9.根据权利要求8所述的流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，其特征在于，拼接接口不留间隙，在相同的接缝上所垫起的角度一致，焊接采用自动埋弧焊；当正面焊缝全部焊完后，随着焊缝的冷却和收缩，角变形逐渐加大；待正面焊缝焊完后，反面用碳弧气刨清根，清根的深度大于正面焊缝。

10.根据权利要求2所述的流线型系杆拱吊索桥钢箱梁、拱肋制作与安装方法，其特征在于，主拱肋结构安装步骤中框架柱为钢管，连杆和剪刀撑采用槽钢，框架式支架支撑拱肋位置安装工字钢横梁，框架柱纵、横向中心间距为2.5m，支架高度约5m。