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钢板组合梁在高速公路的应用研究

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2021-12-23 09:44 热度:

   近年来,钢板组合梁由于施工方便、环保等特点,在桥梁领域有着广阔的应用前景[1]。本文以合阳至铜川高速公路后河沟大桥为例,重点介绍钢板组合梁运输、安装的关键技术,即:钢梁运输→吊装就位→桥梁连接安装。钢板组合梁施工不仅效率高,对环境破坏小,而且在工厂化、装配化、快速施工等方面优势显着[2]。

	钢板组合梁在高速公路的应用研究

  1 、工程概况

  本标段为国家高速公路网G3511线(菏泽至宝鸡)陕西境合阳至铜川高速公路土建工程TJ-9标段,位于铜川市宜君县和印台区。起讫桩号:K128+230~K139+055,全长10.825 km。主要工程量:9座桥梁(全宽)4 485 m,2座隧道(单孔)4 620 m。

  后河沟大桥位于铜川市宜君县甘草塬水库附近,G3511线合铜高速公路上,跨越后河沟,周边交通便利。该桥分两段,起始、终止桩号为K131+150.900、K131+819.100,桥长668.2 m、宽26 m,桥跨布置为(2×(3×30)+2×(3×50)+2×(3×30))m,第五、六引桥为预应力钢筋混凝土箱梁,第三、四主桥上部结构为工字钢混凝土组合梁,下部结构含圆柱墩、柱式台及空心薄壁墩。该桥平面分别位于直线(起始、终止桩号:K130+329.678、K131+605.841)、缓和曲线(起始、终止桩号:K131+605.841、K131+885.841)上。该桥最大墩高82.5 m,桥长、桥高不受洪水控制。上部结构在工厂预制和吊装。

  钢梁设计:主梁采用四梁工字钢板梁,单层宽12.9 m,钢主梁高2.5 m,边梁与中梁间距3.2 m,中梁间距3.4 m,边梁与中梁采用焊接工字钢连接,主梁每隔6~7 m设一道梁,钢梁与桥面之间采用组合栓钉式剪力连接件连接。钢梁底板宽800 mm,厚32~50 mm;顶板宽600 mm,厚20~40 mm;腹板厚16~24 mm。主梁标准截面见图1,支点梁截面见图2。

  2 、施工设计

  2.1、 钢梁加工资源配置

  标段内设置钢梁拼装场1个,钢梁加工胎架2个。资源配置见表1。

  2.2 、钢梁加工安装布置

  钢梁于2020年4月25日进场,6月5日前完成后河沟大桥右桥台至桥墩的引桥架设,7月1日起钢梁架设,9月10日完成右幅架设,10月10日前左幅钢梁及小箱梁架设完毕。

  3、 施工工艺

  3.1、 施工方案

  桥梁在工厂制造完成后,由汽车运至桥址。在桥址二次拼装现场设置支架,用两台100 t汽车吊进行钢梁的装卸和拼装,拼装完成后用汽车吊将钢梁吊至运梁车上运至桥位。根据桥梁的跨度和重量参数,吊装左右钢梁。第一、第二跨由炮车送料,第三跨在已架设的梁段上设置平板车。采用电动平板车送梁,架桥机安装。

  轨道距桥台5 m左右,总长435 m (引桥180 m、钢梁6跨300 m),轨道中心距3.4 m,在50 m×50 cm C30混凝土基础上设置条形基础、背台和路基段(长15 m)。钢轨(43 kg/m)直接铺设在引桥上并加固。采用I30I梁作为钢梁上的轨道基础,间距50 cm。钢梁轨道两侧设“人行栈桥”。一节三跨吊装方案[3]如下:(1)第一跨吊装方案:钢组合梁在二次拼装现场整体拼装→钢梁采用汽车吊吊装至运梁架→运梁架送梁→钢梁采用架桥机吊装。(2)第二跨吊装方案:架桥机穿孔(穿孔时架桥机配重)→汽车吊将钢梁吊到运梁机上→运梁机送梁→架桥机吊钢梁安装就位→钢梁焊接完毕。(3)第三跨吊装方案:架桥机穿孔→第一跨铺设轨道,安装电动平车→汽车吊将钢梁吊至运梁车→运梁车卸梁运输至电动平车→电动平车送梁→架桥机吊装钢梁就位→钢梁焊接。

  3.2 、施工工艺流程

  本工程钢板组合梁运输安装采用“单元件制造→节段预装→分解→厂内表面涂装→钢梁运输→吊装就位→桥梁连接→终涂(含补涂)”的制造工艺[4](见图3)。

  3.3 、安装设备技术参数

  GYLQ50 m/220 t架桥机性能参数见表2。

  3.4 、架桥机结构

  (1)设备主要结构。

  架桥机主结构之间通过销轴和法兰连接,最大构件尺寸长13 m×宽1.5 m×高3 m,重12 t,架桥机主要结构见图4。主要由前支架、桥机主梁、起重小车、中托、后支腿、辅助支撑等构成[5]。

  (2)主梁。

  为三角桁架式结构,采用型钢焊接而成。有结构轻、刚性好、稳定性强、抗风能力大、安装方便、外形美观等优点。

  (3)桥机前支腿系统。

  由前支腿及前上、下横梁组成。前支腿为钢管柱结构(中心距11.5 m,内净宽9.5 m)。前、下横梁采用两根h345×250钢材焊接而成,局部用10 mm钢板焊接加固。

  (4) 桥机中支腿系统。

  由反拖纵向移动轮箱组、横向移动轮箱组、横向移动轨道梁和中间支撑系统纵向移动轮箱组组成,可满足桥机纵向移动过孔和整体横向移动的需要。

  (5)桥机后支腿系统。

  由后伸缩油缸、液压顶升装置、纵向轮箱组、后下连梁组成,可满足架桥机纵向移动、过孔、调高的技术要求。

  (6)起重天车。

  由纵轮箱、横轮箱、葫芦和滑轮组组成,能吊装、运输和架设预制梁。轮箱上的电机动力借助摆线针轮减速器及齿轮组向车轮传导,既符合横梁轮箱沿天车梁横向运动的要求,也符合纵梁轮箱在主梁上纵向运动的要求。

  (7)液压系统。

  中、后支腿都安装了由油缸、油管、油泵构成的液压系统。通过液压系统可调节架桥体的水平,完成架桥机的辅助工作。

  (8)电气系统。

  整机功率约75 kW,主电路和控制电路交流电源频率为50 Hz、电压通常为380 V。该项目架桥机各单体机构通过交叉开关和配电柜进行集控。

  (9)架桥机连接方式。

  ①架桥机前支腿立柱通过翼缘板和高强螺栓与上主梁、下横梁连接。②前支腿与架桥机主梁之间焊接倾斜稳定杆,形成三角稳定结构,保证架桥机前后方向的稳定性。③架桥机前下梁固定方法:架桥机就位后,用钢丝绳将前下梁与主墩盖梁绑扎连接,用5T手拉葫芦固定。在架梁过程中,中间支腿的后支腿和前支腿受力在一起,纵向不存在倾覆危险。

  3.5、工字钢预装、吊装施工方案

  3.5.1、二次装配现场布置及夹具

  在K131+860~K131+975段路基位置设置第二个拼装场。拼装场长135 m,宽40 m,场地要求平整夯实以便钢梁拼装和存放。现场设置一台起重50 t的汽车吊,用于钢梁的装卸、运输和组装。

  在预装配现场进行工字钢的预装配工作。装配夹具设置在工字钢下方,通过调整夹具上方板的高度来调整工字钢高度。胎架预拱度应严格按工厂制造和总拱度进行控制。工字钢在预装配时,在钢梁端部布置测控点,严格按照桥梁平面线形控制钢梁曲线。

  3.5.2、工字钢现场组装

  (1)梁段划分。考虑钢结构易于制造、运输等因素,50 m边跨及中跨均分5个梁段。根据设计图纸要求,钢板组合梁节段节点形式为顶板、腹板、底板相互错开,其中钢板组合梁纵向错开250 mm。在上述断面示意图中,相邻断面制作时应左右变换;在纵断面示意图中,断面位置在腹板处,腹板处顶板和底板的偏差分别为-250 mm和+250 mm,以满足设计对中要求,保证工程质量。

  (2)梁截面制造要求。①材料编号:来料须根据材料布置图进行验证。标记前应检查钢材的牌号、规格和质量,当发现不平整的钢材、铁锈、油漆等污物影响打标质量时,应在打标前进行校正和清理。为减少环焊缝和横焊缝,顶、底、腹板的对接焊缝应按规范要求错开。②切割:气割切口不得有裂纹,缺边不得超过1.0 mm。缺边坡口大于3.0 mm时,用直径小于3.2 mm的焊条补焊打磨。所有板材零件的分离采用自动(数控切割)和半自动切割,零件间隙不大于2 mm。2 mm以内的间隙可用砂轮机打磨光滑,大于2 mm的间隙按缺陷修补法修补;有气割槽的钢板,槽面用砂轮机打磨至露出金属光泽。气割允许偏差见表3。

  (3)矫正和边缘加工。钢板冷矫时应缓慢加力,矫正后钢板表面无明显凹面和损伤,划痕深度不大于0.5 mm。钢材矫正后的允许偏差见表4。

  (4)板件坡口制备。所有焊接坡口加工尺寸的允许偏差应符合《手工电弧焊接头基本形式和尺寸》(GB985)和《焊剂层下自动和半自动焊接接头基本形式和尺寸》(GB986)的有关规定。

  (5)纵向对接焊缝为单面坡口焊,轮胎和桥梁上的纵向顶、底焊缝为单面焊双面成形,底焊缝为CO2气体保护焊,其余焊缝为埋弧自动焊。所有焊接符合设计要求,并按要求进行无损检测。在零件上画定位线、定位基准线和关键中心线并冲样。将底板的尺寸放在轮胎上,依次安装隔板、腹板和顶板。

  3.5.3、吊耳

  (1)吊耳的选择。

  吊耳形式应符合设计要求。对重量大于40 t的梁段,吊耳的选用应符合中华人民共和国行业标准《设备吊耳》(Hg/t-21574-2008)。本工程选用公称起重40 t的吊耳,材料为40 mm厚Q345qD板。钢板组合梁最大截面量约95 t。四点吊装,单吊耳承载力约23.75 t(垂直吊装),安全系数1.68,满足要求。

  (2)吊耳位置设置。

  钢梁端部有端梁时在其上设置吊耳,无端梁时设置在小梁上。钢梁每节设四个吊耳(见图5)。桥址处钢组合梁拆除时应吊离胎架100 mm观察。待构件稳定及焊缝牢固后再吊放到梁架上。

  3.5.4、钢构件吊装

  (1)吊装前准备。

  做好施工人员的安全教育、培训和技术交底,建立安全管理制度;做好施工材料、机具进场和现场水电供应;完成进货梁体的检查和清点,确保无缺件;完成垫石测量和支架检查,将调平钢板和支架安装到钢梁底部。

  (2)吊装方法的确定。

  根据现场调查和工字钢的几何数据、重量、高度,并结合吊装技术参数,进行深入细致的探讨,确保吊装安全,并节约工程造价,提高工作效率。施工现场采用2台80 t汽车吊和1台220 t架桥机。用架桥机架设第一及第二跨时,钢梁由龙门吊用炮车送入架桥机。第三跨架设时,铺设电动平车轨道,运梁炮车将钢梁运至桥头,汽车起重机将钢梁吊装至电动平车,再运输至架桥机尾部进行喂梁。总体布局见图6。

  (3)架桥机钢梁安装要点[6]。

  根据路基横坡的大小和运梁方向,在运梁车支架上设置垫片来调整梁的角度,以保证运梁时主梁在平板车上的垂直度,从而达到平衡,避免倾斜造成安全隐患。当轨道设置在主纵梁上时,由于剪钉高度为250 mm,300 mmI30b型梁的纵向铺设水平铺设在主纵梁顶面上,间距为500 mm,把栏杆放在上面。由于钢梁横坡为2%,铺设30b型钢时,在一端加30 mm垫片,保证铺设的轨道与地面垂直,平车运梁时不产生侧向力,消除安全隐患。

  3.5.5、钢梁安装

  (1)两根纵梁组成一个整体,轨道电动平车将钢梁运至吊车天车底部,钢梁由架桥机架设至设计位置。依次搭设第一、第二、第三孔。(2)架桥机先架设一侧钢梁,再架设另一侧。(3)连接两组钢梁之间的梁。(4)以此类推架设剩余钢梁,将所有钢梁设置在同一孔内后进行线型调整,在中梁外侧铺设1.25 m宽的人行栈道作为操作平台。桥梁要及时焊接,形成连续结构,最后通过钻孔安装桥面。每孔钢梁桥面安装完毕后,从两端支撑点对称推至跨中,完成全桥预制板的安装。

  4 、技术保证措施

  4.1、操作要点

  吊装工字钢速度要均匀,构件应稳定。横梁下降须缓慢、轻放,禁止突然或快速制动。施工注意事项:测设工字钢孔分界线、支座中心线、梁边线,找平盖梁表面不平部分,准备吊装;盖梁达到设计强度90%后方可吊装;工字钢放下后,目测工字钢底部是否齐平,用钢筋弯钩检查各支撑是否受力;板底标高可采用钢板垫调整;吊装时应同时对起重钢丝绳施加应力;落下时工字钢不得与已支撑的梁相撞,底部水平偏差不得大于10°。主梁距盖梁支座垫石顶面不足30 cm时,根据测量放样标记调整位置,确定无误差后再落梁。

  4.2、工字钢运输措施

  行车前检查运梁汽车炮的制动系统和轮胎,确保运梁设备状况完好;起吊前做好焊钉保护,避免焊钉受到触碰脱落,加强钢梁的防护和支撑,固定牢固以防主梁变形和倾覆。运输时车速控制在5 km/h以内,平稳行驶,无小转弯或死弯。运梁汽车炮行驶时安排专人通过对讲机进行指挥,并在运输道路前安排警戒人员,无关人员不得在运输路线停留,保证运输过程中人员和设备安全。

  5、 结语

  结合国家高速公路网G3511线(菏泽至宝鸡)陕西境合阳至铜川高速公路后河沟大桥工程,介绍了该桥的加工资源配置、施工工艺、施工方案、安装设备技术参数、架桥机结构及技术保证措施。结果表明,钢板组合梁桥的结构简约、加工方便、安装便利。在陆地交通条件下,宜采用架桥机架设钢板组合梁,以便快速施工。

  参考文献

  [1]施维,季云峰,余金山,等.横向联结系对中小跨径钢板组合梁桥稳定性能影响的分析[J_.上海公路, 2021(01):47-51+119-120.

  [2]李志栋简支钢混组合梁在京秦高速公路桥梁上的应用[J].公路, 2021 , 66(03): 145-147.

  [3]陈巍峰,段亚军,陈涛,等钢板组合桥梁建造I艺技术与应用研究[J].工程建设与设计, 2021(03):58-60.

  《钢板组合梁在高速公路的应用研究》来源:《广东水利电力职业技术学院学报》,作者:张领

文章标题:钢板组合梁在高速公路的应用研究

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