钢箱梁.doc

第1章 绪论1.1 自锚式悬索桥自锚式悬索桥的主缆是锚固在自身的加劲梁端部，而不需要建造巨大的锚碇，并使加劲梁（如果是钢筋混凝土梁）获得免费的预压应力；不需要在河流两岸开挖大量的土方，有利于保护环境，特别是在城区修建这种桥梁可减少房屋拆迁和环境的破坏，从而节省投资。自锚式悬索桥具有多方面的灵活性，首先是孔跨布置灵活，可以设计为双桥三跨塔、双塔单跨桥，也可以修成独塔单跨桥或独塔双跨桥，其次是材料选用具有多样性，加劲梁可以使钢梁，也可以用钢筋混凝土梁，梁的形式可以是箱梁也可以使桁架，其三是缆索布置形式灵活，主缆可以是单缆，也可以是双缆或四缆，主缆吊索可设在同一垂直索面上，也可布成空间索面。自锚式悬索桥具有传统的美观外形，在城市和旅游景观区建造可起到“一桥一景”美化环境的作用。根据自锚式悬索桥的结构力学特性和目前所采育馆的材料好基本施工方法，比较适宜的跨径为，一般认为钢加劲梁自锚式悬索桥跨径在350m一下具有较强的综合竞争力。钢箱梁是自锚式悬索桥混合梁的一部分，两端通过钢混合段与混凝土加劲梁和锚跨相连。它除了承担桥面的静、动载外，还承受水平轴力、内部结构、施工方法与地锚式钢箱梁有很大的不同，箱梁钢板的截面较厚，用钢量大。1.2 钢箱梁钢箱梁，又叫钢板箱形梁，是大跨径桥梁常用的结构形式。一般用在跨度较大的桥梁上。外型象一个箱子故叫做钢箱梁。钢板箱形梁是工程中常采用的结构形式.为研究横隔板间距对集中荷载作用下简支钢箱梁畸变的影响,通过设置不同数量横隔板的简支钢箱梁,比较其在集中荷载作用下的畸变效应和刚性扭转效应,得到最大畸变效应随横隔板数量的变化曲线.在箱梁腹板顶端施加集中荷载,按畸变、刚性扭转、对称弯曲和偏心荷载四种工况采用荷载分解的方法进行计算.国外早期的大跨度桥梁多采用桁架式钢加劲梁，如美国的金门大桥(1937)。1966年英国建成了第一座采用流线形钢箱梁为主梁的悬索桥Seven桥。此后，钢箱梁逐渐在公路大跨度桥梁上取代了桁架式钢梁的地位。我国桥梁建设事业自20世纪末以来，进入了高速发展期，已经建成的几座大跨度悬索桥，从三峡西陵长江大桥开始，都采用了钢箱梁主梁。钢箱梁的优势在于：结构重量轻、抗风稳定性好、抗扭刚度高、施工和养护方便。以虎门大桥为例，在其工程可行性研究阶段，曾以跨径1 200 的悬索桥为模式，分别对采用桁架式和箱梁式加劲梁作了技术经济比较：桁架式梁高11，上部结构用钢22 207；钢箱梁高4，上部结构用钢17 274。所以，现代公路大跨度钢桥大都采用了钢箱梁。1.2.1 板钢箱梁的钢材选择我国桥梁建设早期阶段，山于国产桥梁用钢材的开发速度较慢和质量的不稳定，部分桥梁采用了国外的钢材，如虎门大桥、汕头海湾桥都采用日本的SM490C。随着国产钢材质量的提高和产量的增加，近几年建造的大跨度公路桥梁，大都采用符合国家标准GBT1591 94的国产低合金高强度结构钢，如宜昌长江大桥、润杨长江大桥、舟山桃天门大桥等。钢箱梁钢材设计选用标准集中于3个方面。（1）板强度的要求钢结构设计采用容许应力法，强度设计以控制截面应力不超过材料容许应力为原则。考虑到在钢箱梁加工制作及拼装过程中，会产生很多由于误差造成的附加应力及焊接参与应力，这些应力是无法计算的，在施工安装中也会产生误差附加应力，这些应力虽能计t算，却是不确定的。故在设计中，一般会采用较高的应力储备，以提高安全度。现阶段我国的公路钢箱梁桥采用强度级别主要是屈服点级MPa，如Q345。少数铁路桥采用了MPa级的15MnVN。采用国外钢材的强度级别均相当于Q345，如SM490C、Fe510D、STE355。（2）使用气候条件的要求钢材性能受温度影响较大，箱梁钢材牌号的选择应考虑到桥梁所在地气候条件对结构的影响。设计常用的低合金高强度结构钢，按冲击韧性进行质量分级，分为A、B、C、D、E等级别，各级别对应不同的冲击试验温度。国内公路桥梁钢箱粱采用的级别火部分集中在C、D和E，对应的试验温度分别是0、-20和-40。对于南方地区，常年温度较高的情况下。选用Q345C已经满足使用要求。在北方寒冷地区，考虑到钢材在低温下的使用条件，宜使用O345D，甚至是Q345E。但应当注意的是，上述各级别所定冲击试验温度仅仅表明其质量级别，并非该级别钢的最低容许使用温度。以Q345C钢为例，虽然C级钢的规范试验温度为0 ，但并非不可应用于更低的温度下：武汉军山长江大桥采用的Q345C钢，在-23试验，=50260 J，有比较大的韧性储备，完全可以代替Q345D应用于-20 的使用条件下。（3）加工制造的要求高强钢的焊接工艺复杂、参数控制严格。不同牌号的钢材其焊接性能有较大差别，即使同一牌号，不同等级的钢材，其可焊性也不尽相同。钢箱梁制造过程是大量的钢材焊接过程的集合体，焊缝检查要求极为严格。过于追求强度、硬度等指标而忽视可焊性，会造成不必要的浪费。1.3 顶推法顶推架设法是指在顶推平台上逐段将梁体拼装,再利用顶推平台和桥墩上的千斤顶拖着梁体在滑道上滑移, 该方法由梁体安装、牵引和控制、滑移和导向大系统组成; 该方法要求结构设计时梁体的底面必须连续, 不能出现阶梯状, 且位于同一直线段或同一圆曲线内; 目前国内顶推架设法多用于4050跨径等截面混凝土连续结构施工, 最大顶推重量为280 。顶推法示意图第2章 钢加劲梁的制造2.1 概述大跨悬索桥一般来讲规模庞大, 施工技术难度高, 加工构件多, 而且加工周期长, 如锚碇钢框架、塔顶钢框架、索鞍、索夹、索股、吊索、钢梁以及一些施工设备如紧缆机、缠丝机、跨缆吊机等, 均必须根据总的施工组织设计提前安排施工, 并进行检测验收, 以免延误工期。本文主要对悬索桥加劲梁的施工技术进行总结。2.2 零部件加工(1) 除施工图及工艺文件另有规定外, 零部件加工范围及允许偏差应按表一执行。注:板厚10时, 板边垂直度偏差不得大于1; 板厚10时,板边垂直度偏差为0.1t,但不得大于3; 马刀形弯曲,长度10 及以下允许2; 10以上允许3,但不得有锐弯。(2)零部件边缘的加工, 应优先选用精密切割。(3) 边缘加工后, 必须将边缘刺屑清除干净, 磨去飞刺、挂渣及波纹, 还应将崩坑等缺陷部位磨修匀顺。 (4) 零部件应根据零件预留加工量及平直度要求, 加工端边。已有孔( 或锁口) 的零件按孔( 或锁口) 中心线定位加工边缘。(5) 按设计要求需要刨( 铣) 加工的零件, 刨( 铣) 边时应避免油污染钢料, 加工面的表面粗糙度 不大于25, 顶紧加工面与板面垂直度偏差应小于0.01 (为板厚)且不得大于0.3。(6) 经刨边后的边缘表面质量及公差应符合相关标准要求, 焊接坡口的加工偏差应符合国家标准。2.2.1 板块 板单元制造工艺按制作工艺划分为顶板板块、地板板块、斜腹板板块、腹板单元、纵隔板单元、横隔板单元等进行下料、加工、组装、焊接、矫正等工作。板块是组成悬索桥的基本零件，主要由面板、U形肋(或球扁钢肋)、接板等组成，制作工艺流程见图。P221钢箱梁板块的米昂版是采用无余量技术定购的双向定尺寸，与传统做法不同。传统做法考虑在板块制造的焊接、火焰矫形、切割坡口等过程中，刚才均会发生不同程度的收缩，所以在板块下料时，都要预留一定尺寸的富余量。由于对制造过程中的钢材收缩量尚无精确的预计方法，因此在下料时普遍预留了过大的富余量，造成了刚才的浪费，从全桥的规模来看，这种浪费是不能忽视的。无余量技术就是充分考虑板块在加工过程中的各种工艺收缩量、在定料3加上必要的工艺量、在板块焊接修整完成后直接开对接坡口而省去一次切边下料的工艺。这样既充分考虑制造中的收缩，又最大限度的减少过多预留的材料浪费。从板块的整个生产流程来看焊接过程中的收缩量占整体收缩量的绝大部分，所以准确把握焊接收缩的规律是研究板块无余量下料技术的关键问题。经过预处理后直接在板块一次划线平台上按工艺文件流出的工艺量划出U肋组装位置线和纵横隔板或接板位置线。采用“无码”组装技术，专用的门式组装胎型组装U形肋，门架控制U形肋的横向组装精度，纵向以横基准线为准定为。专用的门式组装胎型可避免在面板上点焊、除去码板时损伤母材，影响产品质量。组装定位焊接U形肋时由于焊接变形的影响因素很多，如板厚、焊缝长度、焊接类型、焊缝截面积、焊接线能量、约束条件等，板块焊接是主要四种形式的焊接变形，即纵向收缩变形、横向收缩变形、纵向面外弯曲变形和角变形，U形肋角焊缝很周热影响区的钢材在凝固和冷却过程中会发生收缩，导致板单元纵向和横向收缩变形以及纵向面外弯曲变形。另外，由于是面板的单侧施焊，沿面板的厚度方向存在温度梯度，所以面板有U形肋角焊缝的一面比另一面发生了更大的收缩，在焊缝处形成了角变形。在实际情况中，板块的整体变形是由四种基本形式组合的复杂变形，板块下制造中的焊接变形对产品的质量是不利的，角变形会使板单元整体弯曲，必须进行大面积的火焰矫形，从而使钢材进一步收缩变形，导致U形肋尺寸及相互间距离发生变化，对以后的整体拼装精度产生不利的影响。钢箱梁整体组装时要求两两梁段之间的面板和所有U形肋必须严格对齐，偏差不得超过1，因此在板单元制造阶段避免过多的火焰矫形。目前，板单元焊接的角变形问题可用反变形焊接工艺制造，以满足设计精度的要求。结合板厚、材质、焊接坡口、焊缝截面积、焊缝线能量、约束条件等初步确定顶、底板预加的反向角变形量，再根据生产实践进行改进，设计专用的反变形焊接胎架进行U形肋的焊接。板块焊接时先向一侧倾斜一定的角度，将U形肋同侧的焊缝焊接完成后，再将板块向相反的方向倾斜相同的角度，焊接U形肋另外一侧的焊缝，这样更有利于保证焊缝熔深的要求，并且焊接质量稳定。所有焊缝焊接时都保持焊接方向一致，根据U形肋数量以及焊缝焊接时产生侧向弯曲的倾向安排合理的焊缝顺序，减小扭曲变形和侧向弯曲变形。顶板板块U形肋焊缝焊接时，端部采用手工电弧焊焊接，并且端部不断弧包角焊，焊后将包角部位用铣削工具打磨成半径不小于12的圆弧，减小应力集中，避免缺陷的产生。U形肋焊接时重点控制两点：（1）控制焊丝角度、焊丝对正，保证熔深和焊缝的外观成型避免咬边、焊偏等缺陷。（2）焊接顺序要按照分散的原则，焊接方向要按照同方向的原则（如图），p223图中圈内的数字表示焊接顺序，箭头表示焊接方向。在胎架上采用“反变形”焊接技术控制板块的焊接变形。板块在胎架上采用机械卡紧固定，避免码板对板材的损伤，施焊时采用线能量较小的气体保护自动焊机船位同向施焊U形肋焊缝。实践证明，由于反变形工艺预先对板单元施加反向的角变形，所以大大减少了焊接的残余角变形，也减少了火焰 的工作量，大大提高了板块的生产效率。采用冷矫正或火焰热矫正的方法矫正板块残余翘曲变形，重点矫正边缘的波浪变形，满足对接对平面的要求。在二次划线平台上以纵基线为准修整横基线，再以修整后的基线划周边二次切割线（坡口焰切线）、钻磨对向线（部分板块有）。纵向留箱体焊接收缩量，桥位横向环缝含嵌补段收缩量，另外纵向、横向对接间隙一并考虑（气体保护焊打底，埋弧自动焊盖面工艺）。对有栓孔的板块模钻孔，在平台上按线焰切周边坡口，某些预留的现场配切边暂不焰切。2.2.2 吊索锚箱的制造工艺悬索桥是通过吊索将钢箱梁上的载荷传递到主缆上的，吊索与钢箱梁的连接一般采用锚箱式或销接式。下面分析一下锚箱式连接。锚箱设计是与腹板、斜腹板连为一体的外挂式锚箱结构，在钢箱梁内部对应位置设有加劲板。为了便于加工制作，可以将锚箱的三个承力板错位断开，分为连在直腹板上的锚腹板单元和连在斜腹板上的斜腹板单元，最后在钢箱梁总体拼装时对接焊缝连为一体。锚箱结构主要连接在直腹板单元上组成锚腹板结构。如图。P224锚腹板单元为主要由副班、U形肋、承锚板、锚垫板、锚管、主承力板、侧承力板、锚管劲板和内外衬板等零件焊接而成的栅格结构，是全桥传递索力的关键部件。由于锚箱空间狭小，零件较多，角度各异，给其组焊带来极大困难，且主焊缝为熔透角焊缝，质量要求高，焊接变形大，必须强化焊缝质量和几何精度的控制。锚箱焊接作业按照组拼探伤矫正组拼焊接探伤矫正的反复工序进行，先焊接成锚管单元、腹板单元，再逐步焊接成锚腹板单元。（1）承力板、承锚板等用数控切割机精密切割下料。（2）承力板在划线平台上划纵横基准线、坡口加工线、劲板组装线。（3）机加工承力板、承锚板焊接边及坡口，重点控制承力板上的承锚板孔的加工精度及留焊接收缩量。（4）在专用平台上依次组装承力板、承锚板、劲板等。严格对线组装，重点控制外承力板边与大承力板上的斜腹板位置线的位置关系及三承力板的相互位置。（5）采用焊接变形小的焊接工艺和焊接方法焊接。、（6）对锚箱单元进行矫正修磨，重点修整承锚板平面度、支撑斜腹板的同面度等。（7）在修整划线胎架上修正纵横基准线，并打样冲眼做标记，作为箱段组装的基准。以基准线为准修正斜腹板单元、腹板单元位置线。（8）除锈、涂油。由于锚箱及外腹板在整体梁段时除锈、涂装困难，该部位今后维护保养比较困难，又是全桥关键受力部位，为了保证涂装质量，在场内将锚箱及腹板外侧按标准要求彻底打砂清理，然后按涂装体系的要求进行涂装。2.2.2 横隔板的制作工艺横隔板是箱型梁组装的内胎，它要与箱梁的顶板、底板、腹板、纵隔板焊接。一般的制造方法，是将横隔板长度方向（垂桥面）分成多块，高度方向分成上、中、下三段，如图，p225在箱体总拼时采用搭接方式将各个板块再拼接成一个整板。2.3 试拼装（1）钢箱梁应按拼装图进行厂内试拼装, 试拼不少于3 个节段, 按架梁顺序进行试拼装。试拼装前应认真做好各项准备工作, 仔细检查试拼装胎位、工具、仪器及吊具是否完好和安全可靠。（2）依据设计图及工艺文件核对每个零件、部件、梁段, 不允许使用未经检验或不合格的零部件及梁段参加厂内试拼装。每次试拼装的检验应有详细记录, 首次由工厂技术负责主管组织鉴定, 其余各交由工厂检验部门检验确认合格后方可进行下道工序。2.4 成品成品梁段基本尺寸允许偏差应符合国家梁段验收允许误差标准。钢梁成品尖由工厂检验部门进行全面检查、验收, 并与业主委派的质量监理工程师共同确认, 合格后方可填发产品合格证。施工单位接收成品时, 应要求对方成品提供产品合格证、完工图、工厂内试拼装记录、焊缝重大修补检验记录。第3章 钢箱梁节段组拼与焊接3.1 钢箱梁节段组拼胎架设计3.1.1 板单元拼焊胎架的设计为了控制板单元的组装精度和满足生产进度要求，胎架采用型钢制作，采用混凝土预制桩基础。为了操作方便，胎架要求有较好的刚性，可以控制板单元焊接时的变形。胎架上设有纵横基准线，控制组装精度，对接纵缝处预留加陶质衬垫的缺口，并设反变形量，采用码板定位组焊技术。3.1.2 梁段拼装胎架的设计为了保证钢箱梁的外轮廓尺寸及部件位置的准确，针对悬索桥结构特征设计了钢架式梁段拼装胎架一组。以斜腹板、底板外形为基准面确定胎架形状，利用型钢制作支承钢架与基础预埋件焊接，支承钢架分横向钢架和纵向连杆，每3.0设一横向钢架，用纵向连杆将横向钢架连接起来，形成网架结构，使其具有足够的刚度，不会随使用时间的延续而发生变形。胎架具有控制钢箱梁段外轮廓尺寸的能力受场地的影响，一组胎架应充分考虑左右两幅同一方向拼装，梁段设单项2%斜坡，左右两幅方向不一致，胎架在设计时考虑到这一要求，并充分考虑到两侧锚箱单元的支承，预先设置与锚箱单元定位一致的纵横基准线。在胎架两端设三对与胎架分离的测量塔，在胎架一端两侧设一对与胎架分离的测量塔，在每段两下设与胎架分离的横基准点。为了抵消梁段解码后上箱口的弹性变形，确保两腹板间距，胎架斜腹板外边缘处设向下10、向中心线外2的收缩量。胎架纵向不设拱度，组焊与预拼装同时进行，提高工作效率。为了方便组焊作业，梁段接口按工艺留间隙，在安装时匹配件时加垫处理。通过钢箱梁制造对总拼胎架的检验，及其他类似箱梁的左走经验，总拼胎架在设计时应注意下述两点：（1）胎架布有“三纵一横”四条测量塔后，完全可以满足钢箱梁生产过程中的各项定位要求，没有必要再做对线墩、对线座等大量的临时装置；（2）胎架刚度的设计，应充分考虑基础的沉降和有效地估计箱形梁的焊接收缩应力。3.2 梁段组焊工艺3.2.1 板单元拼焊工艺对板块因运输或吊装等原因产生的变形进行矫正，在板单元拼接胎架上，一纵横基准线为准，将梁板块单元就位，确认对线无误、焊接间隙合理后，用码板固定，并对焊缝两侧50宽范围进行除锈，焊接采用背向加陶质衬垫的单面焊双面成型工艺，在焊缝检验合格后组焊缝处的隔板接板，解除码板并修磨，采用火焰进行矫正，然后修正板单元纵横基准线，打样冲作为梁段组装的基准。3.2.2 梁段组焊工艺梁段组装时以胎架为外胎，以横隔板为内胎，控制箱口的尺寸精度，通过测量塔和横向基准点（三横一纵法）控制板块、板单元就位，又因锚箱是箱段的核心，为了保证每对锚箱相应位置（三向）的精确，拟在斜腹板单元就位前在锚箱支承胎架上按基线定位锚箱单元。在尽可能少的码板约束下施焊，待胎架上的所有梁段组焊完成后，解除码板并修磨，在胎架上同时进行预拼装作业，在确保钢梁的长度、宽度、错台等符合规范要求的前提下，在每个接口处组焊定位匹配件。钢箱梁组装流程见图。P227（1）底板组焊：首先组装桥轴中心线处底板单元，以测量塔及纵横基准线为准定位桥轴线处的板块。（2）锚箱定位：锚箱按线与胎架就位，调整两侧锚箱的间距、承锚板的垂直度、承锚板的高度等项点。（3）斜腹板定位：将斜腹板单元以纵横基准线为准在胎架上就位，用码板固定。（4）边侧底板单元组装：以测量塔（桥轴线处的纵基线）和横基线为基准，用样杆测量定位边侧底板板单元，在确保与斜腹板组装间隙的情况下用码板固定，并划线用焰割小车配切另一边，划配切线时注意考虑底板与斜腹板焊缝收缩的影响。（5）斜腹板与底板焊接：采用内卡样板检验底板与斜腹板角度，检查合格后，焊接斜腹板与底板的纵向对接焊缝，然后组焊该处的隔板连接板，组焊斜腹板单元U形闭口肋嵌补。（6）纵横隔板组焊：向两侧依次交替组装纵隔板及横隔板。组装过程中辅以定位夹具、顶拉工具控制隔板位置精度和垂直度等项点，使横隔板间距、纵隔板间距满足标准要求。焊接时，先焊横隔板对接焊缝，再焊纵、横隔板的焊缝和其他焊缝。（7）腹板单元组焊：以测量塔横基线及锚箱单元上的腹板组装线为基准组装腹板单元，并调整上箱口宽度（组装时上箱口预留加大的工艺量）。重点控制腹板中心线与桥轴中心线的距离。待腹板中心距（含工艺量）及其他项点合格后，点焊定位、施焊。（8）顶板组焊以腹板横基线为基准线组装边侧板单元。以测量塔纵基线及边侧板单元的横基线为准组装桥轴中心处的板单元。以已组装的桥轴线处板单元的横基线为基准向两侧配装其他板单元。纵向对接焊缝位置采用马鞍形刚性码板控制横向收缩。纵隔板处板单元组装时，注意调整与纵隔板的位置关系。（9）定位匹配件、临时吊耳等组装。（10）钢箱梁段全面检查合格后，以胎架上的纵横基线为基准，对钢箱梁纵横基线进行修整，该线是预拼装用线。3.3 合拢段的组装工艺合拢段的组装工艺与标准段基本相同，只是在箱段组装完成后，一端留有配切量暂不切除，并在该端接口的U形肋、板条肋、腹板、纵隔板与箱体的焊缝及拐点处的焊缝预留一定长度的不焊段。该合拢段在预拼装时做出桥轴线、横基线，作为配切时的放样基准，避免出现“平行四边形”误差。3.4 钢箱梁段的焊接因钢箱梁断面大，焊接接头、焊缝空间位置形式多样，且较普遍得存在熔透焊缝，如箱体顶板与腹板、斜腹板与腹板、腹板与横隔板、与箱体连接等部位都要求熔透焊缝，同时局部操作空间有限，因此，钢箱梁焊接工作具有相当大的难度，它不仅要保证焊缝的质量，而且要保证最小的变形，以达到钢箱梁和箱口的连接精度。3.4.1 一般控制措施（1）从事电焊工艺的电焊工必须通过相应的焊工资格证，取证上岗。焊工所需参与取证的项目及数量应根据产品的制作要求确定。凡取得相应焊工资格证的且符合焊工管理要求的，可参与相应项目的焊接操作。（2）焊接工艺通过焊接工艺评定试验、钢材可焊性试验确定。（3）同条件按规定施焊产品试板，确保焊接接头的力学性能。（4）采用磁粉、超声波、射线探伤检查，确保焊缝内部质量。（5）对主要受力焊缝处打磨处理，确保焊缝外观质量，减少盈利集中，提高疲劳寿命。（6）采用先进的焊接设备，提高焊缝质量和效率，如气体保护自动焊施焊板块U形肋焊缝，气体保护自动焊打底焊。3.4.2 顶板与顶板、底板与底板、底板与斜底板间焊缝的焊接顶板与顶板、底板与底板、底板与斜底板间焊缝全部采用单面焊双面成型工艺进行焊接，即底层焊缝用气体保护半自动焊焊接，其余焊缝采用埋弧自动焊焊接，如图和图所示。P228（1）焊接时先清除焊缝两侧要求范围内的铁锈、水分等；（2）在焊缝背面加贴相应的焊接陶质衬垫；（3）用气体保护半自动焊焊接底层两道焊缝，焊缝层间打磨干净；（4）解除定位码板，打磨定位焊缝；（5）用埋弧自动焊焊接中间及表层焊缝；（6）切除端部引板，并进行相应的打磨。3.4.3 底板与底板、顶板与顶板、底板与斜底板间焊缝焊接工艺底板与底板、顶板与顶板、底板与斜底板间焊缝焊接时，焊缝端部难以加装足够长度的引板，焊缝端部容易产生缺陷，当产生缺陷时焊缝检测难以发现，因此此部位的焊接采用下列工艺措施。（1）相邻梁段总拼时，前梁段焊缝焊接时端部预留400不焊接，待后梁段焊接同一位置的焊缝时再焊接，并且梁段过度时不停弧。（2）总拼时梁段的同部位焊缝之间加装特殊尺寸的引板，焊缝焊接完成后立即断开，防止由于温度或其他原因导致该部位焊缝损伤。3.4.4 外腹板与斜底板焊缝的焊接外腹板与斜底板焊缝的焊接采用气体保护半自动焊焊接。焊接部位机加工双侧U形坡口，增加焊缝的熔深，对于锚箱部位的焊缝采用碳弧气刨全熔透的形式，外腹板里侧焊缝和外侧焊缝交错焊接，减小焊缝变形。焊缝焊接完成后解除码板，并打磨定位焊部位，如图。P229为了保证桥位安装时梁段正确匹配，焊缝端部预留约600焊缝，待梁段间连接焊缝完成后再焊接。3.4.5 外腹板与顶板焊缝的焊接外腹板与顶板焊缝采用角焊缝的单面焊双面成形工艺，焊接方法为气体保护半自动焊和埋弧自动焊相结合的焊接方法，外腹板和边顶板都机加工单侧V形破口，气体保护半自动焊焊接底层一道焊缝，其余焊缝采用埋弧自动焊焊接，如图。P229为了保证桥位安装时梁段正确匹配，焊缝端部预留约600焊缝，待梁段间连接焊缝完成后再焊接。3.4.6 梁段焊接工艺原则和质量保证措施（1）焊接方法上以自动焊和半自动焊为主；（2）半自动焊以能量较小的气体保护焊为主；（3）根据设计要求选择焊接材料，进行工艺评定实验，在确保焊缝各项指标与母材匹配，且不低于母材的前提下，制定相应的焊接工艺；（4）严格控制焊材质量，严格仓储管理，并按规定认真对焊材进行烘干、保温。（5）对于不停的熔透焊采取相应的工艺措施，如对不能翻身双面焊的焊缝（包括对接、棱角接、角接）配制相应的陶瓷垫进行单面焊双面成形焊接；对可翻身的熔透焊缝第二面焊前首先用碳弧气刨清根等方法确保熔透。（6）根据焊接工艺评定试验实际情况制定预热温度和层间温度。施焊时焊接环境温度在5以上和相对湿度不高于8%。（7）按规定做产品试板进行相应检查，检查相应类型焊缝的内在机械性能稳定性。（8）焊工根据焊缝种类不同位置分别进行考试，考试合格发给证书，焊工持证上岗。（9）严格执行检查制度，外观、磁粉、超声波、射线等均按规定认真执行并做记录。（10）在钢箱梁组装区，板单元对接区现场加盖风雨棚，保证风雨天气正常焊接施工。3.5 钢箱梁整体组装精度控制箱口尺寸、两侧锚箱锚管中心距（吊杆间距）精度，时保证桥位接口对接焊缝质量、准确传力的关键，其控制措施如下。（1）以胎架为外胎，纵横隔板为内胎进行整体组装。（2）梁段预拼装胎架设计时，横向斜腹板预设收缩量，来抵消整体组焊解码后箱梁断面的收缩变形。（3）将两个板块件组焊成一个板单元件后参加整体组装，减少整体组装的焊接数量。箱梁横断面预设适当的焊接工艺补偿量，以控制箱梁的整体焊接诶变形，确保腹板中心距。（4）采用纵横向基准线、测量塔控制基准地板板单元、斜腹板板单元、顶板板单元的准确就为，即“三横一纵法”控制。（5）预拼装线形及箱口匹配连接精度控制 预拼装线形（旁弯）及箱口匹配连接精度，是保证梁段顺利吊装、桥梁整体线形、环缝焊接质量的关键。 采用纵横基准线、测量塔（三横一纵法）控制预拼装长度和直线度，采用控制顶、底板间隙差安装匹配件的方法控制其拱度，采用多段桥立体预拼装法，实施箱口匹配连接精度的控制，为了减小桥位接口对接错台调整的难度，箱口各拐点处预留一定长度不焊。第4章 钢箱梁安装与架设4.1 概述钢箱梁节段桥位的安装架设的任务是将钢箱梁工厂制造的节段按设计线性拼焊接起来，顶推过江，形成一天整梁的工艺过程。钢箱梁安装架设施工，主要有钢箱梁节段间的焊接、构筑历史临时墩、设置场地、吊装节段、顶推等作业。4.2 钢箱梁安装与架设施工场地布置钢箱梁安装与架设施工场地布置如图。P2364.2.1 卸梁码头卸载码头用于从运输船上卸下钢箱梁梁段到岸上。对码头的要求有如下三点。1. 水深应满足运输箱梁节段满载吃水0.5，岸边地势适合卸载要求。2. 设施系流桩（供靠岸船只系流用），龙门吊机。3. 吊机的主要技术要求起重量不小于最重箱梁节段重量的1.25倍；龙门吊宽度比梁宽度大1以上；悬臂长根据船舶宽度以及停靠地形确定。钢箱梁码头吊机如图。P2374.2.2 横移和储梁场地钢箱梁卸载码头距组拼平台约30，高差约20，其中轴线相互平行，卸载时不能直接把箱梁吊入组拼平台。为了使钢箱梁节段卸载后能顺利进入组拼平台，在龙门吊后方设一个横移场地，当钢箱梁节段从船上吊上，并卸在横移用的平车上，然后利用平车，用铰车将箱梁节段横移至组拼平台下，再用拼装平台内的吊机将节段提升拼装平台上。4.2.3 钢箱梁节段组拼平台1. 作用组拼箱梁节段。钢箱梁节段运到桥位卸载后，吊上组拼台后每两节进行组拼、焊接、顶推。平台的位置、构造见平台构造示意图。P2382. 技术要求组拼平台是钢箱梁整体化连接场所，它是保证钢箱梁安装架设线性、质量的关键结构，其技术要求有：（1）平台的中心线必须与桥轴线一致，平台的中心高程必须与钢箱梁底同高；（2）平台支承稳固，保证使用中无沉降、弹性和塑性变形，使用前用1.5倍使用荷载预压；（3）平台纵向稳固性应足以抵抗钢箱梁顶推过程中的纵向力；（4）平台的两道纵向滑到必须有足够刚度，其中心距应与钢箱梁内的纵隔板间距一致；（5）平台上应布置有足够的位置用于安装起顶箱梁的机具；（6）滑到顶高程应与其它临时墩顶上的支承物体高程保持一致。4.2.4 临时墩（1）临时墩总的布置图临时墩的布置跨径为28.5（安装平台边至A墩中心）+278+45+37=266.5，钢箱梁顶推临时墩布置如图。P239根据现场地形情况，东平水道中布置三个临时墩，即临时墩A、B、C，临时墩D在大堤内河床浅滩上，临时墩E及合龙段平台在大堤外地面上，由于桥轴线与水流方向呈68夹角，为了满足通航净距60的要求，临时墩A与B、B与C的间距都达到78，且每个墩横桥向中心线斜交于桥轴线，与水流方向一致，给临时墩墩顶细部结构和钢箱梁顶推带来相当大难度。其中临时墩B墩处于主河槽中，河床高程-12，河床顶层为8厚细砂覆盖层，梁面高程为27.2，B墩竖向压力为16000,顶推时水平力1600（顶推摩擦系数按0.1考虑），悬臂自由长度达到40，这样打的悬臂、大的水平受力加大了顶推临时墩结构的复杂性，顾B墩采用了水下1.8钻孔桩，要求钢护筒入河床下10，水面以上通过异形接头接1.2钢管桩（壁厚10）；其他A、B、C墩为1.2钻孔桩接1.2钢管桩，桩基按“法”计算，考虑钢护筒与混凝土同时承受弯矩和轴向压力，单个墩用8个桩，桩间距横桥向4.5，纵桥向6，且上下两侧相差3，按梁柱式结构设置连系构件，水面以上柱内填砂，以加强临时墩的刚度和管壁稳定，E墩及平台为0.8钢管打入桩。临时墩构造如图。（2）临时墩支座反力根据拟布置的顶推跨径和构造形式，对钢箱梁顶推进行全程仿真计算，每6一个工况，根据计算，按最不利荷载受力设置各构件。具体见表p241所示。（3）墩顶布置临时墩的墩顶布置如图，滑动面布置如图，滑道处布置如图。P243在安装平台顶，各临时墩顶均布置滑道及限位装置。根据计算在最大悬臂状态下，A、B、C三个临时墩受力最大，B墩支点反力为15000，A、C墩为12000，按此受力要求，同时充分保证钢箱梁底局部不变形，滑道布置长4.5，宽1.2，各墩顶设置纵横向分配梁，均为箱形截面，为了改善顶推时钢箱梁底板局部不平整，在纵向分配梁与钢箱梁底面增设了一道钢垫梁（高0.7，宽1.3），其顶面设4厚不锈钢板，在钢箱梁顶推底板与钢垫梁之间铺设滑板形成滑道，顶推时就是靠不断移动滑板使钢箱梁向前延伸，A、B、C三个受力最大的墩的滑到面积为4.51.3。整个顶推系统采用了一种新型滑板材料MGE，它是以不同单体共聚的高分子为基础，并采用合成的稀土金属化合物及多种改性添加剂改性，通过特殊的合成工艺制造而成的各向同性无界面突变的均质聚合物，具有高承压能力、截面（厚度、面积）随意性、低摩擦系数等优点，在室内摩擦系数可达到0.01，实际在工地摩擦系数为0.020.04，根据滑道结构大小和现场施工方便，组拼平台处的滑板为0.40.5，临时墩处为0.60.6，厚度均为12，顶推过程中，不断地填塞滑板，以滑板与滑道面的移动来带动钢箱梁前进。滑道安装时计算出滑道高程，进行精确测量，控制四角平整度。滑道顶绝对高程可根据临时墩墩柱顶高程来确定。滑道底设置了临时起顶装置，AC四个临时墩纵向分配梁上均设置了起顶装置，并配备了500千斤顶，每墩4台，当发生临时墩沉降或其他紧急情况时起顶到设计位置，保证顶推滑移面的轨迹在同一圆周上。4.2.4 钢导梁（1）导梁的作用及受力特点在顶推法施工中,导梁的作用,一方面是减小主梁的悬臂长度,从而大大地降低主梁悬臂负弯矩峰值;另一方面,引导主梁上墩,便于主梁纠偏,确保施工精度。导梁在主梁前端与主梁刚性相连,在顶推过程中,同混凝土主梁一样,周期性地呈现悬臂、简支和悬臂状态,受力处于动态中,在不同状态将出现不同的内力组合。在纯悬臂状态,导梁各截面将出现负弯矩,在与箱梁的连接处出现最大负弯矩,此值仅由自重作用产生,弯矩较小;当导梁上墩后,在墩顶滑行时,将出现正弯矩,正弯矩值远比负弯矩值大,是随导梁上墩位置而变化,并且由导梁与主梁刚度比来分配,同时有剪力和扭矩,受力较为明确。（2）两种导梁的比较常用的导梁构造分两种,一种是用杆件拼成的桁架导梁;另一种是工字形变截面实腹钢板导梁。桁架导梁一般用万能杆件或贝雷桁架拼装而成,也有由设计成专用导梁的杆件拼装而成。桁架导梁由上弦杆、下弦杆、立杆、斜腹杆和横向联系腹杆等组成,各节点用螺栓连接。桁架导梁的优点是:重复利用率高,闲置时可用作其他用途,运输保存方便;其缺点是:作为桁架受力的特点是节点受力,而导梁上桥墩后,整个下弦都要在滑道上作平面滑动,故两节点间的弦杆还要做加强处理,这样,导梁自重增大;连接螺栓紧固要求高;自重挠度大。随着顶推箱梁跨径增大,宽度加宽,自重加重,桁架导梁就很难满足技术要求。工字形变截面实腹钢板导梁一般由采用16Mn 钢板焊成两根工字形变高度主梁及纵、横向联系杆组成,主梁顶、底板按计算刚度决定钢板的宽度和厚度,一般采用多层钢板加强。这样,便于钢板的接长和改变主梁的刚度。腹板为变高度钢板。为便于拼装和运输,每根主梁纵向分成三节,节与节之间用拼装钢板与螺栓拼装而成,两根主梁之间用钢管、型钢组成桁架式横联和纵联,增强导梁的整体性和刚度。其优点是,工字形纵梁在墩上滑动,下弦受力有利,不需作特别加强处理,且便于加工成变截面,减轻自重,拼装拆除工期短。缺点是运输保存困难,拼装拆除需大吨位吊车配合,主梁无其他用途,只做顶推专用。工字形变截面实腹钢导梁与桁架导梁相比,在受力和方便施工方面均有很大的优势。近年来在多座特大型桥梁施工中应用广泛。（3）导梁锚固措施的优化与施工中应注意的几个问题钢导梁处于悬臂时,在导梁截面上由自重产生的负弯矩很小,而当钢导梁上支承墩后,受力主要由剪力和正弯矩控制。钢导梁和箱梁的连接断面是最不利断面,在过去的施工中,曾在该断面以及箱梁与导梁锚固区出现过裂缝,需引起重视,受力必须有较大的安全储备,锚固必须可靠,一旦出现问题,后果不堪设想,且无法补救。在多座桥梁的顶推施工中,将钢导梁与箱梁的锚固措施进行了优化改进,实践证明,这些改进措施非常有效地解决了导梁与箱梁锚固区开裂的难题。具体优化如下:1) 钢导梁上、下翼缘埋入箱梁内部分,应满足受力要求,在湘阴湘江大桥采用加长埋入段,下翼板与箱梁利用纵向永久索预应力连接,形成钢导梁内的隐形连接;钢导梁的腹板接长并焊接锚固钢筋埋入箱梁内一般构造如图 。图导梁与主梁连接构造图(单位: )2) 钢导梁埋入部位的箱梁钢筋,进行实地下料,保证构造钢筋的整体性,并与钢导梁焊接。3) 锚固预应力精轧螺纹钢筋,在宽度和长度方面均考虑错位锚固,避免同一断面预应力集中,由于应力差值过大,造成锚固区开裂。因为锚固区空间构造相应复杂,将锚固预应力改为无粘结筋,取消压浆管,保证锚固区混凝土浇注密实。4) 待预应力张拉以后,在锚固断面加焊水平加劲钢板,将应力扩散到导梁的腹板上。5) 加强连接区混凝土振捣,保证混凝土密实。6) 按要求严格控制连接预应力筋的张拉,减少预应力损失,保证了实际预应力效果。为确保施工安全,减少箱梁内力,顶推施工过程中,应注意以下几点：避免箱梁长时间处于长悬臂状态,在不可避免时,应加型钢接长,导梁提前上墩；不在导梁和箱梁的前端压施工荷载； 作好迎导梁上墩工作,避免因导梁下挠而撞击前进方向桥墩。4.3 钢箱梁节段间的焊接4.3.1 工地焊接施工（1）工地焊接施工工艺流程工地焊接施工工艺流程如图，p248其施工内容有：1) 钢箱梁节段高程轴线确定定位后，进行匹配件连接、检测及码板定位；2) 钢箱梁接口环缝的焊接（包括实体式纵隔板的焊接）；3) 接口匹配件的清除、修磨；4) 纵向闭口肋和球扁钢嵌补段、纵隔板加劲嵌补段和底板加劲段得组焊；5) 检查车轨道的安装；6) 东西幅前五段梁人行道、检修道、风嘴的安装；7) 桥面附属设施（路缘石、泄水管、防撞栏杆、灯柱底座等）的安装、焊接；8) 钢箱梁的工地焊缝及损伤部位的除锈和补涂装，钢箱梁外表面最后一道面漆的涂装（桥面部分除外）；9) 桥面人孔及临时吊耳孔的封堵。（2）工地钢箱梁接口连接钢箱梁节段吊装到位后，按照先腹板，再斜腹板，然后顶板，最后底板的顺序连结匹配件。定位箱口时宜先固定箱口刚性较大的拐角部位，然后固定其他匹配件。在匹配件连接完成后，再进行接口对接错台调整，即采用码板和火焰矫正的方法进行局部调整，保证板面错位不大于1.0（由于吊装时的受力状态与预拼装时受力状态不一致，使非匹配件连接部位板面发生错台），再施焊接口环缝，最后组焊U形肋、球扁钢肋嵌补段。（3）工地焊接钢箱梁对接处相互位置经检测符合允许偏差，接缝处符合预拼装状态并满足焊接规范后，再进行梁段环缝的焊接。每完成一个梁段的安装配合架设单位进行箱梁桥轴线测量，测量数据作为下一梁段安装控制依据。1) 焊前准备 梁段根据线形要求微调到位 梁段对接环缝焊接前对焊缝及两侧各50用喷丸设备除锈，做到不得有水、油、氧化皮等污物，贴陶质衬垫的120面内不得有灰尘、水、油等污物。 在端口粘贴陶质衬垫面时，应将纵向焊缝余高铲磨，且陶质衬垫面距端口至少60宽，以便粘贴陶质衬垫及探伤，确保焊缝质量及成型。 桥上焊接作业采取防风、防雨等防护措施。箱内设置有效的通风、除尘及照明设施。雾天或湿度大于80%时，采取火焰烘烤措施进行除湿，箱内设置必要的脚手架等辅助设施。2) 焊接顺序桥位环缝的焊接必须对称施焊，即以桥中心线为对称，两边同时、同方向施焊底板、斜腹板、顶板、腹板的对接焊缝，然后再对称施焊嵌补段焊缝。若受条件限制不能实施同时对称施焊，可采用如图的顺序施焊。P249施焊斜腹板和腹板对接焊缝时，应从下至上进行。另外当桥梁线形偏差较大时，可通过临时调整顺序来减少偏差。所有环缝全部采用码板进行焊接定位，顶板、底板和斜底板焊缝焊接时焊缝的接头尽量避开十字接头部位，气体保护半自动焊焊接时的道间打磨干净，避免夹渣等缺陷的产生，各部位所使用的焊接材料如下： 底板、顶板焊缝和斜底板横向对接焊缝采用单面焊接双面成型工艺，破口形式为V形； 腹板横向对接焊缝采用X形破口，气体保护半自动焊焊接，焊接位置为立位，焊接时后焊侧加垫陶质衬垫，后焊侧焊前清除陶质衬垫，气刨清根并打磨，然后焊接，确保熔透； U形肋及板条肋嵌补段采用气体保护半自动焊焊接。3) 环缝焊接顺序及方向为了减少因焊接而产生的附加应力、焊缝残余应力和边缘材料局部应力，消除或减少不规则变形，工地环焊缝一定按照规定的焊缝顺序和焊接方法执行。 底板、斜底板横向焊缝从桥中心线向两侧对称施焊；腹板采用从下到上的方向施焊；顶板从两侧桥轴中心线施焊，如图；p250 一段有自由端的长焊缝，可从另一端向自由端施焊； 圆形构件沿圆周焊接时，分多段沿圆周对称施焊； 为了实现自动焊接，底板闭口肋采用嵌补段的形式，先焊接横向对接焊缝，后焊接闭口肋嵌补段； 所有焊缝的焊接先焊接横向对接焊缝，后焊接纵向焊缝； 顶板、底板的横向焊缝的起弧、息弧均避开纵向焊缝200以上； 所有过焊孔或焊接工艺孔部位的焊缝端部，均包角并修磨成圆弧匀顺过度； 箱梁段对接处相互位置经检测符合允许偏差，接缝处符合预拼状态并满足焊接规范后，施拧顶板U形肋拼接板的高强度螺栓，再进行梁段环缝的焊接。4) U肋嵌补段焊接 先焊接闭口肋对接焊缝的拐角处焊缝，焊后将端部打磨成1:4的斜坡； 再焊接闭口肋对接的立位和平位焊接，并将焊缝端部修磨，不影响角焊缝的焊接； 最后焊接嵌补段闭口肋角焊缝。4.3.2 工地涂装加劲钢箱梁合龙后，对环焊缝进行修补涂装以及钢箱梁外部漆膜损伤部位涂装。钢箱梁内部：环焊缝处打磨至级，两边油漆拉毛（50）按内部涂装体系进行涂装。钢箱梁外部：环焊缝处喷砂至级，验收合格后外表面进行除污除尘及清洁，然后按钢箱梁外表涂装体系进行涂装。第5章 顶推施工工艺5.1 顶推桥梁世及发展动态5.1.1 顶推桥的发展史顶推法的构思来源于刚梁纵向拖拉法，它用千斤顶取代了传统的卷扬机滑车组，用板式滑动装置取代滚筒，这一取代使施工方法得到了发展和提高。顶推法首次用于预应力混凝土连续梁的架设是前联邦德国的莱昂哈特博士和包尔教授，那是1959年在奥地利的Ager桥。它是在桥台的一侧设置预制场，分节段预制，段长8.5并用0.5混凝土湿接缝将全桥组拼后进行顶推施工。用同样方法，1962年在委内瑞拉建成卡罗尼河桥，首先使用了钢导梁和在桥墩间设置临时墩。1964年顶推施工得到了进一步改进，采用了分节段预制，逐段顶推的工艺，即在预制场的固定台座上分节段预制梁体，逐段顶推1同时用预应力筋逐段连接。此后，前苏联、意大利、法国、奥地利和日本等国相继采用顶推法施工建造了多座预应力混凝土连续梁桥。迄今，世界各国采用顶推法施工的大桥已经超过200座。推荐的合理顶推跨径为42，不设临时墩也无其他辅助设施的最大顶推跨度为63，顶推法施工的最大跨径是前联邦德国的Worth桥， = 404三跨连续梁,最大跨径168，其间设置2个临时墩，顶推跨径为56。5.1.2 国内发展动态我国于1974年首先在狄家河铁路桥采用顶推法施工，此后公路、铁路采用顶推法施工的桥梁迅速发展，1980年湖南沩水桥首次采用多点顶推1983年中堂大桥在=10000的竖曲线上顶推。1990年广州北站立交主桥箱梁的顶推施工中率先采用钢绞线作拉杆。.1990年平顺桥实现了在=90平面圆曲线上多点顶推。1991年铁路钱塘江二桥引桥采用了前后导梁多点顶推。1991年底建成的丘墩大桥在顶推跨度方面达到我国最大，1993年西延铁路刘家沟大桥连续顶推新技术的实验成功，标志着我国的顶推架梁施工技术达到了国际先进水平。国内已经建成的顶推桥顶推方式除少数桥为单点顶推外，大多数桥为多点顶推，是我国中等跨度连续梁施工架设的重要方法。除直线梁顶推外，还完成了平面及竖向圆曲线箱梁和变高度箱梁的顶推施工。从顶推动力装置看，除少数桥上采用水平加竖直千斤顶及其专用滑道外，1989年以前顶推桥大都采用了专用的水平千斤顶及其带动锚固于箱梁腹板或底板上的刚性拉杆的方式。箱梁支点处多采用不锈钢滑道和由橡胶、聚四氟乙烯板合成的滑块。也有的桥采用了永久支座顶板镶不锈钢兼作滑道的。从顶推程序上看，1992年以前大都是间断顶推，即以水平千斤顶的一个有效行程为步距，逐步顶推。除狄家河大桥采用了匹配法预制箱梁节段、干接缝拼装逐段顶推外，其余的桥都是在特制的台座上长段制梁、逐段顶推、湿接缝接灌新的梁段。这种逐段顶推的方式称之为阶段顶推。当全联箱梁的尾段已推离制梁台座时，仍需继续顶推，直至设计位置，称之为全联顶推。5.2 顶推法施工的技术原理及方法5.2.1 施工原理顶推法施工原理是沿桥纵轴方向的台后设置预制场，分阶段预制梁体，纵向预应力筋张拉后，通过水平千斤顶施力，借助滑道、滑块、将梁逐段向前顶推，就位后落梁，更换正式支座。（1）单点顶推单点顶推的原理可用下述数学表达式表示：当集中的顶拉力时，梁体才能向前移动。式中：为第桥墩或桥台滑道瞬时的垂直支反力；为第桥墩或桥台支点相应的静摩擦系数；为桥梁纵坡坡率，上坡顶推为“+”下坡顶推为“-”。（2）多点顶推多点顶推的原理可用下述数学表达式表示：当时，梁体才能向前移动。式中为第桥墩或桥台千斤顶所施的力；为第桥墩或桥台支点瞬时支反力；为第桥墩或桥台支点相应摩擦系数；为桥梁纵坡坡率，上坡顶