钢管拱肋拼装及线性控制施工技术方案

1、施桥运河大桥主桥钢管拱肋施工方案一、钢管拱肋工程概况（一）工程项目特点施桥运河大桥桥梁上部的跨径布置为（3×25）m+ 132m+（3×20）m，其中主跨为下承式预应力混凝土系杆拱桥，主桥对称于主桥中心水平布置。主桥上部结构采用132m单跨预应力混凝土系杆拱，为刚性系杆拱柔性吊杆，拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1/5，计算跨径128.66m，矢高25.732m。拱肋采用哑铃型钢管混凝土截面，拱肋高度2.6m，钢管直径1.10m，内充C50微膨胀砼，沿拱轴线每隔0.5m腹腔截面设置1道24mm的拉杆。每片拱片设间距为6.10m的吊杆20根，吊杆采用OVMLZM7-73I成品吊索

2、，OVMLZM7-73I成品吊索每一根设73根7高强钢丝；设置六道K字型风撑，采用钢管结构，钢管直径为110cm及80cm。全桥6组，钢管与钢管之间均采取相贯连接。（2） 主要工程量见下表细目编号项目名称单位数量423-1拱结构 -a钢管混凝土系杆拱-1拱肋填充C50微膨胀混凝土m3529.00-6钢板（包括拱肋、风撑）kg336149.00-7吊杆7高强钢丝kg21072.00主桥钢管拱肋系梁及第一批横梁安装、现浇湿接头及相应批次预应力施工结束后，即转入主桥钢管拱肋的施工。主桥钢管拱肋严格按照设计图纸主桥施工顺序图进行施工，即专业生产厂家生产拱肋钢管厂内预拼装发运至工地现场施工现场整体卧拼成

3、吊装节段单元搭设拱肋安装支架浮吊船安装拱肋节段于拱肋支架上空中组拼焊接合拢压注拱肋砼安装吊杆并进行吊杆初张拉25t汽吊对称安装行车道板调整吊杆束力成桥完成封锚及最后一道面漆。钢管拱采用武船（青岛）重工公司制作，在厂家完成整体预拼后分段运输至施工现场后进行组拼、焊接吊装分段，在水上临时施工支架上承台上搭设拱肋安装支架并安装拱肋钢管（每片含拱脚预埋段分5段），焊接合拢后压注拱肋自密实砼，安装吊杆及行车道板，并按图纸要求分批张拉吊杆预应力；最后拆除拱肋施工支架，完成主桥拱肋钢管的施工。施桥钢管混凝土拱桥结构主要包括上下主拱弦管、连接腹板、风撑以及吊杆结构等。根据该工程结构特点、运输状况等因素及现场安

4、装施工方案，将单拱划分为10个制作分段，五个吊装分段，其中第二、三、四段合为第二吊装分段，第五、六、七、八段合为第三吊装分段，第九段为第四吊装分段，第一和第十为拱脚吊装分段，在现浇砼拱脚时已进行预埋。我部已在固井公司运河边租用了钢管拱肋组装焊接场地，地基已进行灰土压实整平处理，根据厂家钢管拱肋发运节段设置现场组拼胎架，胎架采用三拼贝雷梁作为支点，每拼装节段设置三个支撑点，辅以型钢、方木、碶型木块调整拱肋节段卧拼水平，具体布置图如下：主拱卧拼横截面图主拱肋节段卧拼在专用匹配胎架上一次完成，因本工程场地限制，全桥两片拱肋采用双层叠加形式，组拼时，下层有风撑的一侧朝上（上游拱肋安装单元），上层有风撑

5、的一侧朝下（下游拱肋安装单元）。为了保证成桥线型的正确性以及相邻节段端口的匹配，采取除拱脚预埋段整体组装。钢管拱在各工序制造中零、部件均应按照相关施工图册中的编号制作标记，吊装单元杆件则需在其两端做标记，即每根杆件须在两端标明编号及上下端，同时并在钢管内壁做同样标记。为了减少安装过程中对焊精确对位的工作量和施工难度，预拼成型的安装节段必须作对接口的地面预接和必要的技术处理。由于钢管拱在制作的过程中会遇到各种因素的影响，主拱管的椭圆度误差客观存在，且两相邻节段接口的椭圆形态不一致。施工对接时，对接口钢板(管壁)相互错位现象普遍存在，错位值一般有15 mm、甚至可达到20 mm以上。为此，预拼现场

6、台座上的每组钢管拱要在起吊前进行预接整圆，相互对应着设置夹具和记号，使每道对接口的对接错位误差限制在±1 mm内。3.3 现场焊接本工程钢管拱、横、斜撑等主要构件均为全焊钢结构，其焊缝较多，所产生的焊接变形和残余应力较大，焊接质量与焊接变形的控制是本工程制造精度控制的基础。根据本工程钢结构的结构形式和采用的制造工艺，焊缝的主要形式为钢管纵、环缝对接焊缝和钢管与腹板角接焊缝，针对本工程的焊缝特点，拟定了以下焊接重点控制项目：钢管纵、环对接焊缝焊接；钢管与腹板角接焊缝焊接；钢管高空焊接时的焊接变形控制；在本工程制造中，运用先进的焊接技术，提高焊接质量，保证本桥的制造精度。将已制备好的接头

7、支撑杆准确焊拼到主拱管端口附近，距对接口约30 cm。并具有足够的刚性，以保持主拱管端口的对接几何尺寸。预拼好的安装节段，起吊前要在地面焊接好各类吊装辅助构件，设置横联位置和测量控制标记，安装焊接检修通道。 焊接人员技术素质控制措施1）焊接人员除持有焊工合格证书或压力容器焊工合格证书外，还将按焊接方法（埋弧自动焊、CO2气体保护焊、手工电弧焊）和不同的焊接位置（平焊、立焊和仰焊）分别进行考试，考试合格后发给上岗证书。2）所有定位焊缝均由已取得上岗证书的持证焊接人员进行焊接；所有熔入正式焊缝的定位焊缝，均由已取得相应位置正式焊缝焊接资格的焊接人员焊接。3）所有焊接人员持证上岗，严格按上岗证书规定

8、的作业范围以及工艺文件的技术要求进行焊接作业4）对工地焊接人员，每天必须进行安全技术交底，必须看规定穿戴防护用品，穿软底鞋子，防护服及防护面罩，佩带安全带。焊接设备1）焊接设备必须是完好设备，具有良好的调节功能，电流表、电压表均在检验有效期内。设备管理人员对焊接设备进行定期检查，抽验焊接时的实际电流、电压与设备上的指示是否一致，以保证焊接设备处于完好状态，对达不到焊接要求的设备及时进行检修、更换。2）焊接设备放置在通风、避雨（雪）的场所。焊接一般要求1）焊前清理要求焊缝区域30mm范围不得有水、锈、氧化皮、油污、油漆或其它杂物。2）定位焊焊接要求定位焊焊缝长度为6080mm，间距400500m

9、m，定位焊应距焊缝端部30mm以上，且焊脚尺寸1/2设计焊脚。 定位焊不得存在裂纹、夹渣、气孔、焊瘤等缺陷。定位焊如出现开裂现象，须先查明原因，然后用碳弧气刨清除原定位焊缝，再由装配人员重新定位。 定位工装严禁采用锤击法或疲劳破坏的方式拆除，须采用气割。切割时应留3mm5mm的余量，然后铲掉余量、磨平。定位焊采用手工电弧焊或CO2气体保护半自动焊。3）严禁在焊缝以外的母材上随意引弧。4）角焊缝的转角处包角应良好,焊缝的起落弧处应回焊10mm以上。5）多层多道焊时,各层各道间的熔渣应彻底清除干净。6）焊后清理熔渣及飞溅物，图纸要求打磨的焊缝按要求打磨平顺。7）CO2气体保护焊气体纯度大于99.5

10、%，气体保护焊在风速超过2米/秒、手工电弧焊在风速超过8米/秒时，应采取良好的防风措施如挡风板等，防止焊缝产生气孔。8）工地焊接采用防风棚以局部防风。遇有雨天时一般停止施工，若因进度要求需赶工时，除局部加热和防风外，焊缝在采取有效的防雨措施后才能施工，现场焊接前用防风雨棚以局部防风雨。当施工现场风速超过2m/s时，应采取防风防雨措施。在焊接工位周围架设挡风板。9）单元件焊接变形控制措施通过对以往桥梁制造的系统分析，在焊接胎架上预置合适的反变形量，以控制焊接变形。在焊接胎架设置定位、限位装置，提高安装精度，控制焊缝横向收缩变形，以保证单元件端口的一致性，保证工地安装质量。广泛采用CO2气体保护自

11、动焊进行单元件焊接，充分利用其输入热量集中、焊接变形小特点，减小焊接变形。10）焊接变形控制：从分段中心向两边对称焊接，管管对接焊缝焊接顺序如下：腹板嵌补焊接顺序：先焊接腹板与腹板的对接焊缝，然后焊接弦管与腹板的角焊缝。焊缝返修技术规定1) 焊波、余高超标、焊缝咬边1mm时，采用砂轮机修磨匀顺。2) 焊脚尺寸不足、焊缝咬边1mm时，可采用手工电弧焊进行补焊，然后用砂轮机修磨匀顺。3) 焊缝内部缺陷的返修先用碳弧气刨或砂轮机清除后，再采用手工电弧焊或CO2气体保护焊进行返修焊接。4) 焊接裂纹清除时应沿裂纹两端各外延50mm，并需采取措施防止裂纹扩展。5) 返修焊缝的质量要求与原焊缝相同，返修焊

12、缝的最小长度大于50mm。6) 焊缝同一部位的返修次数不宜超过两次；超过两次以上的返修在查明原因后制定相应的返修工艺；返修工艺须经技术总负责人同意、监理工程师批准后才能实施。焊缝质量检验1) 焊缝外观检验 所有焊缝应待焊缝金属冷却后进行外观检查，并填写检查记录备查。所有焊缝不得有裂纹、未熔合、焊瘤、未填满弧坑及漏焊等缺陷，所有焊缝外观质量要求符合建筑钢结构焊接规程中级焊缝的质量标准。 外观检查不合格的焊接构件，在未进行处理并满足要求之前，不得进入下一道工序。2) 焊缝无损检验 焊缝施焊24小时，经外观检验合格后，才能进行无损检验。钢管拱、横撑的对接焊缝进行100超声波探伤，超声波质量检验结果应

13、符合钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级中级焊缝的质量标准。 钢管拱、横撑的对接焊缝除进行超声波探伤以外，还抽取焊缝接头数量的10%进行射线探伤，焊缝射线探伤应符合钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级的规定，射线照相质量等级为B级，焊缝内部质量等级为级。五、钢管拱施工支架与吊装5.1拱肋安装支架系杆安装完成并浇筑湿接头砼及首批系杆预应力张拉后，在主跨支墩贝雷纵梁顶用400×6钢管搭设拱肋支架，每个支点位置设置4根钢管，其布设位置详见主桥钢管拱肋及支架立面图。全桥共设8个拱肋支架支撑点，支撑点根部与支架纵梁顶工字钢焊接并与贝雷纵梁连接成整体，纵向设置20mm纤维芯钢丝绳揽风拉索与系梁预

14、埋钢筋拉紧，横向对应支撑点设联系型钢，以保证其整体稳定满足使用要求。主跨支架承台施工时，在其顶部树立设置800×18双根钢管，全桥共设置8根，其根部与承台顶后浇成整体，上设横向6拼28#工字钢分配梁，通过28#工字钢竖向承载拱肋支架，具体连接图详见L3、L4墩立面图及侧面图。5.2拱肋安装根据现场条件，我部拟根据现场钢管支架在河岸边将钢管拱每个安装节段拼装完成后，然后采用500T浮吊将单片拱肋分段进行安装。安装前，在拱脚预埋段钢管上面设置半圆形的钢板托架，以便于钢管拱与预埋段钢管拱能够顺利对接，必要时用千斤顶配合钢管拱吊装节段对接。就位后通过四个方向的倒链使钢管拱安装位置正确。从两端

15、拱脚处向中心依次吊装拱肋节段 ，并进行空中焊接合拢。合拢段拱肋钢管吊装见下图：5.3拱肋安装过程中的温度及变形控制（1）在合拢前一个月，测量记录每天的温度变化情况，寻找出温度变化规律。（2）根据施工监控单位的监控测量方案提供的合拢温度及温度规律，在温度介于1020之间时。（3）根据施工监控单位提供的钢管拱温度变形情况，严格测量钢管拱的线型及预拱度。（4）钢管拱吊装过程中简单的受力、变形计算，该计算作为施工参考。六、主桥拱肋轴线控制 在每节拱肋端头设置固定的测量控制点（小棱镜），控制点设在拱肋下缘中心位置，在现场节段组拼吊装焊接后设置竖直小棱镜连接螺杆。施工放样及检查都采用全站仪进行，每架设一节

16、段拱肋，对全部控制点都要进行观测。此外，对支撑拱座的偏位进行观测。钢管拱对温度，特别是日照影响非常敏感。为了减少温度和日照对线形控制的影响，标高的测量包括合拢时间都安排在凌晨。  (1) 拱肋钢管吊装节段安装前，在拱肋钢管支架顶支撑点平台上用全站仪精确放出拟安装段的中心线、边缘线、端头线及吊杆中心投影点，便于拱肋节段安装一次入位，确保安装段轴线偏位满足规范要求。如竖曲线线性标高局部偏差超标，用蛤蟆千斤顶，来实现标高的调整。(2) 在焊接拱肋接头外包板时，对称布置的焊缝，采用成双焊工对称施焊，这样可使各焊缝所引起的变形相抵消；非对称焊缝，先焊缝少的一侧，这样可使先焊的焊缝变形部分抵消。

17、 (3) 为保证钢管拱在吊装过程中的横向稳定性，在每吊装一节段拱肋时，采用通过对称设置两道揽风绳来调整和控制拱段就位中线位置，入位后及时加装横向风撑直管加以锁定，减少拱肋自由长度，增大横向稳定。(4) 拱肋线性监测设置在拱脚现浇段端头位置4处、拱肋跨中及1/4跨位置6处，具体布置见下图：七、主桥拱肋支架的拆除 主桥吊杆索第一次调索张拉预应力前，应进行主桥拱肋支架的拆除，拆除顺序与安装顺序相反，先解除支架顶与拱肋钢管下缘支撑点连接，确保拱肋支架于拱肋的分离，并留有足够的间隙，待行车道板安装后采用25t汽吊从上向下分层、分批、平衡对称拆除。附件1施桥运河大桥钢管拱吊装计算书拱肋采用哑铃型

18、钢管混凝土截面，拱肋高2.6m，上下钢管直径1.1m，壁厚16mm，腹板为16mm的钢板，施工时除预埋在系杆端部的钢管以外，其余在厂家分级加工，然后运至现场拼装成三段，然后采用500T浮吊进行分段安装。根据施工方案安装部分最长段钢管拱中心弧长为59.216m，将钢管拱简化为水平杆件长度为56.22m，综合施工技术和施工现场环境，在拱肋安装时拟采用四点吊法安装施工工艺(以最长段56.22m为例）。一、钢管拱截面特性根据设计图纸，拱圈截面右图，计算拱圈截面特性: 钢管拱截面面积：A=127471mm2；钢管拱截面惯性矩：Ix=7.73*1010mm4旋转半径: 778.7mm钢管拱截面抵抗距：Wx

19、=Ix/y=7.73*1010/778.7=99268011mm3二、钢管拱吊装受力计算钢管拱投影到平面，简化为杆件，吊点设置简图如下： （1）钢管拱吊装受力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 0.00000000 -0.00000000 0.00000000 0.00000000 -100.475600 -480.273368 2 0.00000000 93.0195091 -480.273368 0.00000000 -25.1128908 -98.6381728 3 0.00000000 76.8281000

20、 -98.6381728 0.00000000 -76.8281000 -98.6381728 4 0.00000000 25.1128908 -98.6381728 0.00000000 -93.0195091 -480.273368 5 0.00000000 100.475600 -480.273368 0.00000000 -0.00000000 -0.00000000-反力计算约束反力值 ( 乘子 = 1)- 结点约束反力 合力 支 座 - - 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩- 2 0.00000000 193.495109 0.00000000 193.495109 90

21、.0000000 0.00000000 3 0.00000000 101.940990 0.00000000 101.940990 90.0000000 0.00000000 4 0.00000000 101.940990 0.00000000 101.940990 90.0000000 0.00000000 5 0.00000000 193.495109 0.00000000 193.495109 90.0000000 0.00000000-（2）钢管拱吊装弯矩图(3）钢管拱吊装剪力图(4) 钢管拱吊装验算1）最大挠度验算位移计算（mm）( 乘子 = 1)-单元码 1 2 3 4 5 -最大

22、处竖直位移 -1.5 0.15 -0.23 0.15 -1.5-=M/W=480.27×106/99268011=4.84Mpa<=210 Mpa（5）钢管拱吊装过程稳定性计算根据以上计算，将钢管拱简化为水平压杆进行吊装稳定计算。由上图可知：吊点产生的水平分力对吊装钢管段跨中截面产生弯矩作用，与自重产生的弯矩相反，需验算跨中截面应力。 吊点水平分力N1=193.5/tan36°=266.33KN，N2=101.9/tan58°=63.67KN偏心距L1=2.157m，L2=0.386m则M=266.33×2.157+63.67×0.386-182.17=416.88KN.m=M/W=416.88×106/99268011=4.2Mpa<=210 Mpa 稳定性满足要求三、风缆验算（1）风压计算根据公路桥涵设计规范，结合工程所处区域地理环境，基本风速取27.1m/s，基本风压取0.45KN/m2。钢管拱单片安装时风压：P=KAW=1.2×196.7×710/1000=167.6KNK：钢管拱拱肋取1.2；A：迎风面积；W：风压；W=K1K2K3K4W0 =0.85×1.3×1.37