南河鋼管砼系桿拱橋鋼管拱肋的加工與控制

【資料簡介】

　　摘要：本文通過介紹南河鋼管砼系桿拱橋，重點闡述了鋼管拱肋的加工與控制要求，意在為同類橋梁的施工提供參考。
　　
　　關(guān)鍵詞：鋼管砼拱橋拱肋施工控制
　　
　　1、前言
　　
　　鋼管砼結(jié)構(gòu)是將混凝土填充到鋼管內(nèi)形成的一種組合結(jié)構(gòu)，兼有鋼結(jié)構(gòu)和砼結(jié)構(gòu)的特點，有效的發(fā)揮砼和鋼材的力學(xué)特性，并利用鋼管的環(huán)箍作用，大大提高結(jié)構(gòu)的抗壓能力和抗變形能力。鋼管砼系桿拱橋造形美觀、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、受力科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理，近年來在公路、城市橋梁建設(shè)中被廣泛采用。但由于其技術(shù)含量高、工藝嚴(yán)格、工序繁多、施工難度大，因此，認(rèn)真總結(jié)此類橋梁的施工和管理經(jīng)驗，對今后的設(shè)計、施工、管理有實際指導(dǎo)意義。本文以南河橋為例，簡要談?wù)勂滗摴芄袄叩募庸ぶ谱骱褪┕た刂啤?br />　　
　　2、工程概況
　　
　　南河橋位于江蘇省溧陽市西側(cè)，為新建國道主干線南京至杭州高速公路上跨南河的一座特大型橋梁，全長659.44m.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計荷載汽－超20、掛－120；橋面凈寬為凈－2×15.25m；航道等級為規(guī)劃5級；凈空標(biāo)準(zhǔn)為50.0×5.0m；地震烈度為基本烈度7°。
　　
　　南河橋主跨為下承式預(yù)應(yīng)力砼系桿拱結(jié)構(gòu)，采用剛性系梁剛性拱，計算跨徑126.28m，拱軸線為二次拋物線，矢高25.256m，矢跨比為1∶5.拱肋采用啞鈴型鋼管砼，上下鋼管外徑110cm，鋼管與腹板壁厚1.4cm，內(nèi)充40號微膨脹混凝土。風(fēng)撐采用K型，由外徑110cm和80cm鋼管焊接組成。全橋共設(shè)4片拱肋、6對風(fēng)撐、38片中橫梁和76根吊桿。
　　
　　3、鋼管拱肋加工
　　
　　3.1、主要工藝流程
　　
　　原材料檢驗→放樣→下料→加工→裝配與焊接→火工微彎→節(jié)段組裝與腹板焊接→吊桿相關(guān)部（附）件組裝→焊接過程檢測→排氣、排漿孔設(shè)安→拱肋預(yù)拼裝→涂裝防銹。
　　
　　3.2、加工方案要點
　　
　　節(jié)段劃分：為便于吊裝，拱肋鋼管分段制作。本橋結(jié)合現(xiàn)場吊裝能力，每片拱肋劃分為2個拱腳預(yù)埋段和7個中間吊裝段，K型風(fēng)撐每個為一段。
　　
　　制作方法：采用卷板機將鋼板卷制成圓管；裝配焊接成6m和17m左右拱肋管及設(shè)計基本長度的風(fēng)撐管；上下拱肋管采用火工微彎方法形成設(shè)計軸線，其后在設(shè)定胎架上完成定位、焊接和節(jié)段組裝；各風(fēng)撐管節(jié)段在另外平面胎架上完成組裝。
　　
　　大接頭余量加放：為保證各步施工方案和工藝都能滿足設(shè)計要求，達(dá)到規(guī)定的偏差精度，上下拱肋管大接頭加放80mm余量，該余量節(jié)段組裝時保留，只在分段計算長度處作出正作線。焊接補償量加放：考慮節(jié)段組裝時，腹板焊接將使各拱肋節(jié)段上下管的距離受到影響，可沿徑向線方向加放5mm作為焊接補償，以保證設(shè)計幾何尺寸。
　　
　　標(biāo)記線：標(biāo)明拱肋管0℃和180℃徑向線，作為火工、節(jié)段組裝、檢驗的標(biāo)記線。
　　
　　安裝標(biāo)示：為便于工地安裝，在拱肋預(yù)拼裝前，通過徑向線與站號線測定，標(biāo)明各接頭在工地安裝時的控制點，做出標(biāo)記，涂裝時采取一定的保護(hù)措施。
　　
　　3.3、施工控制要點
　　
　?。?）依據(jù)設(shè)計文件提供的相關(guān)驗收規(guī)范、工藝要求，編制出各工序的具體驗收項目與標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　?。?）放樣應(yīng)保證所有配套表、套料卡、下料草圖的正確性與完整性，標(biāo)明后續(xù)工序的樣板、樣棒的角度、尺寸、名稱、數(shù)據(jù)等。
　　
　?。?）所有零部件的下料須報檢，超差零件不得流入下道工序；火焰切割零件須清渣、打磨處理，產(chǎn)生熱變形的均須矯正后方可使用。
　　
　?。?）坡口邊緣直線度及角度應(yīng)符合公差要求。
　　
　　（5）工裝胎架應(yīng)具有足夠剛度，以控制結(jié)構(gòu)變形，應(yīng)對胎架中心線、定位基準(zhǔn)線、輔助線等作必要標(biāo)記。
　　
　?。?）所有裝配不得強制進(jìn)行，避免母材損傷，嚴(yán)格對線安裝并控制好間隙，焊接完成后應(yīng)及時矯正。
　　
　?。?）嚴(yán)格控制拱肋管火工溫度，嚴(yán)禁用水冷卻。
　　
　?。?）制訂出周密的專業(yè)性測量工藝，檢測儀器須經(jīng)計量部門檢驗合格，操作時考慮環(huán)境的影響。
　　
　?。?）健全安全保障措施。
　　
　　4、關(guān)鍵工序
　　
　　4.1焊縫焊接
　　
　　焊接是一項專業(yè)性、規(guī)范性較強的工作，在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中十分重要，因此，在本橋鋼管拱肋加工中作為重點全程監(jiān)控。
　　
　　4.1.1焊前準(zhǔn)備
　　
　　施工技術(shù)部門要依據(jù)設(shè)計文件，參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程，制訂焊接工藝原則，明確焊接方法、工藝措施、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和驗收規(guī)范等。本橋拱肋鋼管焊接方法有手工電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊、埋弧自動焊。
　　
　　工藝評定：焊接工藝評定是鋼結(jié)構(gòu)制造的根據(jù)，施工單位必須結(jié)合工程實際完備工藝評定文件，并作為竣工文件存查。根據(jù)對接、搭接、T形接頭的焊縫形式，確定相應(yīng)焊接方法，不得隨意改換。
　　
　　焊前處理：焊接所有構(gòu)件的坡口內(nèi)及正、反面25mm范圍，應(yīng)按要求清理，去除表面油、銹、氧化皮和塵污等，處理干凈后方可焊接，陶質(zhì)襯墊必須按操作細(xì)則施工。
　　
　　生產(chǎn)試板：為確保焊縫質(zhì)量，南河橋拱肋結(jié)構(gòu)均設(shè)生產(chǎn)試板，試板與相應(yīng)焊縫同材料、同厚度、同坡口、同軋制方向，并按相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做機械性能試驗，保證其參數(shù)符合規(guī)范要求。制訂《生產(chǎn)試板評定工藝》，對目的、適用范圍、參考標(biāo)準(zhǔn)、工藝內(nèi)容作出明確規(guī)定，以確保焊縫焊接質(zhì)量。
　　
　　4.1.2焊接要求
　　
　　工廠焊縫：南河橋拱肋鋼管制作、裝配時，其縱縫、環(huán)縫均采用v型坡口，單面焊接雙面成形，反面（管內(nèi)）貼陶質(zhì)襯墊。焊縫填充工藝分四道，采用CO2氣體保護(hù)焊打底填充兩道，埋弧自動焊填充一道、蓋面一道?？v縫焊接的起止端分別安裝引弧板和熄弧板，坡口型式與縱縫相同。環(huán)縫焊接采用滾動胎架，以俯焊方式焊接。每道工序焊縫焊接應(yīng)一次完成，因故停焊又續(xù)焊時，不得從母材上引弧，必須將引弧處氣刨或打磨成1∶4斜坡搭接，搭接長度不少于50mm.
　　
　　工地安裝：工地安裝均采用手工電弧焊接，風(fēng)撐與拱肋、風(fēng)撐間相貫線、節(jié)段對接均采用對稱焊。拱肋合攏段，在定位后，須待符合設(shè)計合攏溫度時，方可焊接。
　　
　　4.1.3焊縫質(zhì)量檢驗
　　
　　南河橋焊縫等級要求達(dá)到GB50205的I級焊縫要求。焊縫外觀質(zhì)量要求成形美觀、整齊，尺寸符合設(shè)計和工藝要求，做到無裂紋、無氣孔、無夾渣、無焊瘤、無弧坑等焊接缺陷。其內(nèi)在質(zhì)量要求在焊接完成24小時后，按焊縫長度的100％做超聲波檢測，10％做X射線探傷檢查。
　　
　　4.2節(jié)段線型加工
　　
　　拱肋節(jié)段是形成拱軸線的基本單元，其線型取決于節(jié)段拱肋管的火工微彎。火工微彎方法是火工加外力形成設(shè)計曲線。根據(jù)設(shè)計拱軸線方程，用計算機計算確定各分段上下拱肋鋼管所有控制點的坐標(biāo)，作為微彎與測控的依據(jù)，并編制具體驗收標(biāo)準(zhǔn)工藝文件。
　　
　　實施步驟：設(shè)計建造模型胎架→標(biāo)明其縱、橫中心線及輔助線→確定胎架上各站線位置，準(zhǔn)確安裝施加外力的支撐與設(shè)備→拱肋鋼管就位，設(shè)置平面坐標(biāo)→劃出加熱帶→分帶加熱施加外力。
　　
　　控制要點：
　　
　?。?）確保上胎架的待彎鋼管定位正確，即鋼管徑向線及其中心線應(yīng)與胎架縱向中心線及中線相吻合；
　　
　?。?）加熱應(yīng)從兩端向中部對稱進(jìn)行；
　　
　?。?）外力施加點要對稱合理，加壓要逐步、適量；
　　
　?。?）特別強調(diào)壓力和溫度的協(xié)調(diào)控制；
　　
　?。?）加熱帶應(yīng)避開環(huán)縫位置，約定帶寬可依實際適當(dāng)調(diào)整；
　　
　?。?）要隨時觀察、測量拱軸線的坐標(biāo)，控制傍彎。
　　
　　4.3拱肋預(yù)拼
　　
　　拱肋成型是否符合設(shè)計線型是成橋的關(guān)鍵，因此，拱肋節(jié)段制作完成后，須通過預(yù)拼對其跨徑、拱軸線、水平度（拱軸線橫向偏移）及吊桿位置準(zhǔn)確性進(jìn)行全面檢查，為工地吊裝做好準(zhǔn)備。南河橋拱肋工廠預(yù)拼采用臥式整片預(yù)拼方案。
　　
　　預(yù)拼方式：*按照節(jié)段工地吊裝順序，由拱腳預(yù)埋段開始，自兩端對稱進(jìn)行，合攏段保留節(jié)段制作余量（待工地安裝時切除），其它節(jié)段均切除制作余量（僅保留環(huán)縫間隙余量）。
　　
　　控制要點：
　　
　?。?）選擇具有足夠剛性的平面場地、空間，配備相應(yīng)吊裝設(shè)備、胎架工裝等。
　　
　?。?）檢測儀器送專門計量單位校驗。
　　
　　（3）按編制好的預(yù)拼工藝制訂預(yù)拼方案。
　　
　　（4）按預(yù)拼方案進(jìn)行預(yù)拼，妥善保管預(yù)拼測量數(shù)據(jù)，并采取一定措施保護(hù)好預(yù)拼控制點，以備安裝時使用。
　　
　　通過工廠預(yù)拼，檢測了拱肋節(jié)段的加工精度，zui大限度的消除了拱肋節(jié)段的加工偏差，完成了工地吊裝的各項準(zhǔn)備工作。