不銹鋼吊桿預(yù)應(yīng)力施工工藝的應(yīng)用

□文/康 鵬 孟昭輝 董建民

不銹鋼吊桿預(yù)應(yīng)力施工工藝的應(yīng)用

□文/康 鵬 孟昭輝 董建民

天津站交通樞紐工程李公樓立交橋主橋設(shè)計(jì)首次采用中間帶套筒式不銹鋼吊桿。文中針對(duì)此類吊桿的具體設(shè)計(jì)形式，對(duì)其預(yù)應(yīng)力施工工藝進(jìn)行了認(rèn)真研究。通過(guò)實(shí)際試張拉的方法，確定了只對(duì)上桿體進(jìn)行超張拉，讓下桿體在張拉過(guò)程中呈自由狀態(tài)，最后通過(guò)套筒連接傳遞張拉力，達(dá)到上下整體桿體受力一致的方法。施工質(zhì)量表明此種設(shè)計(jì)形式的吊桿張拉是吊桿預(yù)應(yīng)力施工可行的方法。

不銹鋼吊桿；張拉；預(yù)應(yīng)力

工程概況

李公樓立交改建工程是天津站交通樞紐改造工程之一，新建橋梁主橋是一座三跨全鋼結(jié)構(gòu)坦拱橋，主橋上部鋼結(jié)構(gòu)為正交異性箱型梁，三拱梁上跨越京山鐵路、京秦快速鐵路和京津城際快速鐵路，全橋9道鋼拱肋采用81根中間帶套筒不銹鋼吊桿與橋面鋼箱梁相連，這種中間帶套筒不銹鋼吊桿為天津市首次采用，規(guī)格分為φ55 mm和φ70 mm。

結(jié)構(gòu)體系及難點(diǎn)分析

結(jié)構(gòu)體系分析

由于主橋緊鄰天津站交通樞紐，受下部鐵路線路較多的影響，最終采用三跨連續(xù)坦拱鋼結(jié)構(gòu)形式，跨徑布置分別為51 m＋55 m＋51 m，全長(zhǎng)157 m。三跨拱高分別為7 m、10.5 m和7 m，矢跨比分別為1∶7.3、1∶5.2和1∶7.3。見(jiàn)圖1。

由于鋼拱高度有限，不能設(shè)置帶錨頭的纜索式吊桿形式（最短吊桿長(zhǎng)度僅為2 m，普通纜索無(wú)法設(shè)置），綜合結(jié)構(gòu)體系受力及整體美觀等因素，主橋全部采用不銹鋼式拉桿，見(jiàn)圖2。

吊桿端部均采用叉耳式構(gòu)造，中部設(shè)置鋼套筒，進(jìn)行安裝及張拉上下桿體長(zhǎng)度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為±5 cm，全橋共81根吊桿，間距為4 m。吊桿桿體直徑分為2種，中間道路中心線拱下吊桿為d=70 mm，其余兩邊側(cè)均為d=55 mm，強(qiáng)度等級(jí)為725 N/mm。

鋼吊桿難點(diǎn)分析

（1）缺乏類似工程先例。據(jù)調(diào)查，近年來(lái)鋼拉桿結(jié)構(gòu)形式在大跨度建筑物頂棚與碼頭船塢基礎(chǔ)中應(yīng)用較多，在大型橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用較少，尤其是中間帶連接套筒不銹鋼吊桿，在全國(guó)橋梁設(shè)計(jì)上還沒(méi)有先例。工程施工缺乏類似工程成熟經(jīng)驗(yàn)借鑒。

（2）安裝精度控制。由于主橋及拱肋都為鋼箱梁空間結(jié)構(gòu)，而吊桿也為鋼性拉桿，上下端連接為鋼叉耳式連接，可調(diào)整余地很小，設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)值僅為1 mm，故材料的加工精度及安裝工藝對(duì)后期預(yù)應(yīng)力的順利施加起著很重要的作用。

（3）外部環(huán)境對(duì)體系轉(zhuǎn)換的影響。李公樓立交橋下為京山鐵路，鐵路運(yùn)輸頻繁，過(guò)往火車產(chǎn)生較大震動(dòng)，對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉施工具有一定的影響。

預(yù)應(yīng)力施工工藝

張拉順序設(shè)計(jì)

全橋三跨共81根吊桿，對(duì)應(yīng)三道拱線（X、Y、Z軸），每跨每軸線對(duì)應(yīng)9根，張拉設(shè)計(jì)順序?yàn)閄、Y、Z軸同斷面同時(shí)作業(yè)，以1#～2#跨中間Y軸編號(hào)為例，每軸順序?yàn)棰資4、Y6；②Y5；③Y3、Y7；④Y2、Y8；⑤Y1、Y9；每跨共分5次，每次一個(gè)循環(huán)；張拉分三級(jí)加載。

吊桿張拉工藝設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)吊桿形式分析，吊桿由上下兩桿體及中間連接套筒組成，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)橋下鐵路運(yùn)輸頻繁，震動(dòng)較大的具體施工情況，首先對(duì)預(yù)應(yīng)力施工進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，不銹鋼吊桿上下鋼叉耳通過(guò)鋼銷軸與梁上吊耳安裝到位，上下桿體通過(guò)套筒相連，保證桿體處于垂直狀態(tài)；其后在吊桿桿件上安裝張拉工裝，分別在套筒周圍安裝三層固定托板（上桿體兩層，下桿體一層）并用鋼絞線穿連夾片鎖固定，根據(jù)吊桿張拉力值，在上兩層托板之間布置張拉千斤，張拉過(guò)程中隨著千斤頂不斷施力的同時(shí)用人工采用扳手將中間套筒及時(shí)擰緊。

吊桿張拉

（1）吊桿張拉前準(zhǔn)備工作

Clouds come together northeastward in summer, several-day rain is coming;clouds come together southeastward in winter, white snow is coming then.

a安裝。為了保證吊桿處于空間垂直狀態(tài)，測(cè)量人員在縱梁上用全占儀測(cè)量出縱梁中心線，然后彈線；再用全占儀采用三角定位法，作垂線交差，在墨線上定出下吊耳點(diǎn)位并多次對(duì)吊耳上下點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)合，確保定位準(zhǔn)確。在吊桿長(zhǎng)度控制方面，測(cè)量人員采用全占儀無(wú)棱鏡打距模式打出上下兩吊耳的高差，與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如偏差較大再重新測(cè)量并使用鋼尺實(shí)測(cè)實(shí)量進(jìn)行復(fù)合，保證吊桿加工的長(zhǎng)度與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際長(zhǎng)度相符。將實(shí)測(cè)實(shí)量的數(shù)據(jù)提供給監(jiān)控單位，監(jiān)控單位人員再用理論數(shù)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)值進(jìn)行校核修正，確定吊桿加工長(zhǎng)度。為了在安裝張拉期間桿件表面不受磨損，吊具用軟吊索吊帶，在拉桿和工裝之間安裝保護(hù)墊以免桿件被磨損。在吊車作業(yè)區(qū)以外的鋼拉桿，先用吊車吊至各作業(yè)區(qū)，人工進(jìn)行水平運(yùn)輸，用手拉葫蘆和吊裝帶進(jìn)行吊裝。

b工裝準(zhǔn)備。吊桿張拉工裝需單獨(dú)制作并分托板、卡板和鋼絞線3部分，見(jiàn)圖3-圖5。

托板總共3個(gè)，每個(gè)托板由開(kāi)塊作成，鋼板采用30 mm厚，每塊尺寸150 mm×500 mm，內(nèi)邊開(kāi)半圓孔，半徑有3.5 cm和2.8 cm兩種，每塊托板上留2個(gè)孔。鋼絞線采用1 860 MPa高強(qiáng)度型，直徑15.2 mm，長(zhǎng)度由張拉工裝需要而定，鋼絞線通過(guò)錨具夾片固定。

c張拉設(shè)備。根據(jù)張拉力大小，張拉設(shè)備采用HPS50/500型液壓千斤頂和HPS20/200型液壓千斤頂配HPS70-2型高壓油泵（用于對(duì)400 kN以上張拉力值的鋼拉桿進(jìn)行張拉）及200 kN千斤頂配RC油泵（用于對(duì)400 kN以下張拉力值的鋼拉桿進(jìn)行張拉），設(shè)備投入運(yùn)行之前，由具有測(cè)量資格的計(jì)量單位進(jìn)行配套標(biāo)定并試運(yùn)行，使設(shè)備處于良好狀態(tài)。

d監(jiān)控準(zhǔn)備。在吊桿張拉前，監(jiān)控單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)橋梁實(shí)際荷載情況，用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算確定吊桿張拉順序及張拉力值，全橋81根吊桿張拉最大值是797 kN，最小值是104 kN。監(jiān)控單位在現(xiàn)場(chǎng)按照張拉順序，對(duì)所準(zhǔn)備張拉的吊桿提前安裝傳感器并測(cè)出張拉前的監(jiān)控初始值，見(jiàn)圖6。

（2）試張拉。各項(xiàng)準(zhǔn)備完成后開(kāi)始試張拉，試張拉桿體為Y24，監(jiān)控設(shè)計(jì)張拉力為658 kN，經(jīng)張拉油表?yè)Q算控制力為36.4 MPa，隨著千斤頂不斷施加壓力，操作人員用活動(dòng)扳手對(duì)套筒邊進(jìn)行擰緊，當(dāng)張拉油表值上升到12 MPa時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)套筒無(wú)法再擰的情況，張拉不能再繼續(xù)進(jìn)行下去，張拉力值沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求并且吊桿絲扣也有損壞的現(xiàn)象，需要回廠返修，經(jīng)研究分析情況如下。

b不銹鋼的化學(xué)成分與其他材質(zhì)不同，不銹鋼粘度大，造成死扣現(xiàn)象。

（3）工藝改進(jìn)。對(duì)第1次試張拉出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析，由于不能采用邊張拉邊同步擰套筒的形式，張拉只能從單根吊桿著手。通過(guò)工藝調(diào)整，決定張拉控制采用對(duì)上桿體超張拉，通過(guò)套筒聯(lián)系，預(yù)應(yīng)力放張達(dá)到上下桿受力一致。這樣可以避免套絲無(wú)法擰進(jìn)的問(wèn)題，將套筒預(yù)先上旋至上桿體位置，原下吊桿張拉工裝下層托板取消，固定位置轉(zhuǎn)移到橋面板上（張拉前在橋面板吊耳周圍對(duì)稱焊接工藝吊裝板），每組對(duì)稱臨時(shí)焊板中間穿20 mm鋼板（尺寸為15 mm×500 mm），鋼板兩端留直徑2孔。見(jiàn)圖7。

下桿體不穿銷軸使其呈自由狀態(tài)，然后對(duì)上桿體施加壓力，達(dá)到計(jì)算所需力值后再擰緊套筒，穿上銷軸。由于張拉期間，下桿體自由，為了最終達(dá)到整個(gè)桿體要求力值，對(duì)上桿體張拉力以超張拉形式控制，超張拉數(shù)據(jù)根據(jù)監(jiān)控計(jì)算，控制在110%～115%。

（4）第2次吊桿張拉。試張拉桿體仍為Y24，監(jiān)控設(shè)計(jì)張拉力100%為658 kN，經(jīng)張拉油表?yè)Q算控制力100%為36.4 MPa；超張拉采用115%，監(jiān)控設(shè)計(jì)超張拉力為756.7 kN，張拉油表?yè)Q算超張拉控制力為41.9 MPa。

首先在鋼梁上暫時(shí)焊接臨時(shí)耳板，然后將套筒向上桿體擰，下桿體不穿銷軸使其呈自由狀態(tài)，再對(duì)上桿體通過(guò)張拉設(shè)備施加壓力，根據(jù)監(jiān)控傳感器和張拉油表讀數(shù)反映，張拉油表達(dá)到要求控制的超張拉力值41.9 MPa后，下桿體與下耳板間穿上銷軸，再擰緊上下桿體中間連接套筒，此時(shí)對(duì)張拉千斤進(jìn)行回油卸力，這樣通過(guò)鋼絞線松弛，張拉力就傳遞至吊桿，靜止3 min傳感器讀數(shù)為2 738 Hz，經(jīng)對(duì)應(yīng)公式計(jì)算，傳感器測(cè)得力值為663.2 kN，基本與確定的控制張拉力658 kN吻合，這表明此張拉預(yù)應(yīng)力雙向控制都達(dá)到要求，按照此工藝超張拉放張完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求力值。在張拉過(guò)程中設(shè)專職人員進(jìn)行吊桿張拉數(shù)據(jù)的記錄，經(jīng)實(shí)際操作證明此方法可行并且達(dá)到張拉力值，套筒絲扣也無(wú)損壞現(xiàn)象。

質(zhì)量控制及檢驗(yàn)

經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)，吊桿張拉從技術(shù)上能達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力值，從施工上沒(méi)有出現(xiàn)影響施工操作的問(wèn)題，全橋81根吊桿都按照改進(jìn)后工藝實(shí)施，連續(xù)進(jìn)行4 d。全部張拉完成24 h后，經(jīng)過(guò)傳感技術(shù)檢驗(yàn)，張拉力值都穩(wěn)定在設(shè)計(jì)要求值內(nèi)。

以Y-24張拉桿體記錄為例，吊桿張拉完成值見(jiàn)表1。

表1 吊桿張拉完成值檢測(cè)表

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次對(duì)中間帶套筒式不銹鋼吊桿張拉的施工證明，改進(jìn)后的張拉工藝先讓下桿體在張拉過(guò)程中呈自由狀態(tài)，只對(duì)上桿體進(jìn)行超張拉，最后通過(guò)套筒連接傳遞張拉力，達(dá)到上下整體桿體受力的方法是完成此種設(shè)計(jì)形式的吊桿張拉可行的方法，為今后類似中間套筒形式桿體的張拉提供一定的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

[1]天津市市政工程局.道路橋梁工程施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]陳階亮.多跨系桿拱橋加載程序及系梁、吊桿張拉順序研究[J].施工技術(shù)，2007，36（12）：84-86.

□孟昭輝/天津市建設(shè)投資有限公司。

□董建民/天津六市政公路工程有限公司。

U445

C

1008-3197（2010）01-42-04

2010-02-03

康 鵬/男，1982年出生，助理工程師，天津城投建設(shè)有限公司，從事建設(shè)工程技術(shù)和質(zhì)量管理工作。