大跨度重型鋼桁架橋梁卸載施工技術(shù)

王德海，孫建國，劉曉英，代 聰

(青建集團(tuán)股份公司，山東 青島 266200)

0 引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)以其強度高、自重小、跨度大、工期短等優(yōu)點，在工程中被廣泛應(yīng)用。然而，以往的鋼結(jié)構(gòu)卸載施工，尤其是在鋼桁架橋梁卸載，少有較成熟的卸載經(jīng)驗可供參考。本文提出千斤頂+氣割法鋼結(jié)構(gòu)卸載施工技術(shù)，在保證安全、質(zhì)量可控的前提下，實現(xiàn)橋梁卸載過程中的自由形變，以期實現(xiàn)桁架結(jié)構(gòu)安全、高效卸載。

1 工程概況

1.1 工程簡介

青島藍(lán)色硅谷核心區(qū)跨越濱海大道天橋項目，在G228濱海公路K42+420處，新建橫跨濱海公路雙層鋼結(jié)構(gòu)桁架人行橋。橋梁全長90m，寬28m，單跨跨度為75m，桁架高8m，沿橋?qū)挿较虿贾?榀桁架，鋼結(jié)構(gòu)總重1 650t。支座兩側(cè)分別懸挑7.88，7.12m長桁架連接?xùn)|、西兩側(cè)硅谷大廈，實現(xiàn)東、西兩區(qū)人員安全、自由往來，也為該區(qū)域交通人流穿越濱海大道提供便捷通道。

橋梁吊裝采用分段逐榀吊裝技術(shù)，利用MIDAS軟件對鋼結(jié)構(gòu)橋梁模型進(jìn)行受力分析，將橋梁主桁架沿縱向劃分為5個節(jié)段。通過起重驗算，選擇QUY450型履帶式起重機。按施工順序?qū)︿撹旒苓M(jìn)行分段逐榀吊裝、焊接，借助定位板、螺旋千斤頂、調(diào)節(jié)擋板、倒鏈進(jìn)行微調(diào)定位，同時對水平次梁和橋面板進(jìn)行流水吊裝、高空焊(栓)接，將橋梁組合成整體。

1.2 設(shè)計簡介

1)設(shè)計內(nèi)容 鋼桁梁連廊主體及其配套梯道，廊內(nèi)裝飾、外圍裝飾幕墻、橋上內(nèi)部裝飾、景觀綠化等。天橋主桁架由上弦桿、下弦桿、腹桿、橫梁、縱梁、平聯(lián)、橋面板等組件拼裝而成，各組件均在工廠統(tǒng)一加工。

2)荷載及預(yù)拱度 天橋設(shè)計考慮結(jié)構(gòu)恒荷載、外圍附屬荷載、橋面綠化荷載、人群荷載及橫向風(fēng)荷載作用。天橋主桁架采用1%人字坡，跨中最高,應(yīng)設(shè)置80mm預(yù)拱度，支點至跨中預(yù)拱度值按二次拋物線設(shè)置。

2 工藝原理

卸載遵循事先模擬、同步(對稱)卸載、多次循環(huán)、微量下調(diào)的原則，鋼桁架橋梁吊裝前預(yù)先設(shè)置臨時支撐架，根據(jù)計算得出各卸載點豎向位移，按等比卸載計算出每個卸載點單次卸載量，各卸載點千斤頂回程后，用氣割緩慢切割工字鋼墊梁腹板，使其緩慢受熱變形至千斤頂位置，經(jīng)多次回程+氣割循環(huán)完成卸載。卸載過程中，利用氣割法使橋梁在自重作用下自由穩(wěn)定變形，更好地保證各卸載點在下?lián)线^程中均勻受力，以保證焊縫質(zhì)量；千斤頂確保每次卸載幅度及卸載安全和同步性。

3 卸載施工

3.1 卸載前準(zhǔn)備

1)鋼桁架整體須安裝完成，且與桁架相連的腳手架等臨時設(shè)施已拆除。

2)卸載前須確保所有焊縫焊接完成、栓接點栓接完成，且經(jīng)有資質(zhì)的第三方檢測合格，所有焊接、栓接節(jié)點全部通過驗收。

3)卸載過程中，桁架上不得進(jìn)行其他作業(yè)。

3.2 操作要點

1)卸載點(支撐點)選擇 卸載點布置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，并結(jié)合下?lián)衔灰魄€及受力圖分析，遵循對稱布置、受力合理、局部加強、留有余地的原則。對于分段吊裝的桁架橋梁，設(shè)計計算允許的情況下，卸載點(支撐點)應(yīng)布置在桁架對接處。

2)臨時支墩搭設(shè) 在節(jié)段鋼桁架連接處設(shè)置12個臨時支撐架，混凝土墩柱6個，即共18個支點，平均每個支點承受質(zhì)量93t，臨時支撐架平面布置如圖1所示。支撐架采用φ245×20，φ180×18，φ140×16焊管和HW300×300，HM350×250 H型鋼共同組成格構(gòu)柱，頂部設(shè)鋼平臺，鋼平臺上設(shè)工字鋼和鋼墊板，既可作為鋼桁架不同節(jié)段間的支撐架，又可作為卸載點的支撐胎架。通過工廠加工焊接、分段運輸、現(xiàn)場組裝形成整體。

圖1 臨時支撐架平面布置(單位：m)

3)單次卸載幅度 為減小應(yīng)力重分布和保證卸載安全性，對卸載幅度進(jìn)行應(yīng)力計算，原則上各卸載點每次卸載幅度應(yīng)≤10mm，單次氣割卸載過程用時應(yīng)≥2h，宜分多次間斷性切割，以保證橋梁自由變形。

4)當(dāng)某卸載點墊梁切割后，千斤頂脫離鋼桁架即視為當(dāng)前卸載點卸載完畢，其他卸載點應(yīng)繼續(xù)卸載，由于理論下?lián)吓c實際存在一定偏差，每個卸載點實際卸載次數(shù)或有不同。

5)卸載完成后應(yīng)選取便于觀測、代表性強的位移觀測點，每日同一時間對橋梁變形進(jìn)行觀測、記錄，待橋梁變形穩(wěn)定后卸載完成。

3.3 卸載工藝

本工程在螺旋千斤頂卸載基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，采用氣割輔助卸載。首先用4臺40t(中間兩榀桁架并列處設(shè)置8臺)千斤頂支承于各卸載點處，千斤頂回程后，用氣割方法緩慢切割工字鋼墊梁腹板，使其受熱變形至千斤頂位置，經(jīng)多次回程+氣割循環(huán)完成卸載。

具體卸載過程如圖2所示，12個卸載點(1～12號)以對稱原則分為2批循環(huán)卸載，由于2批卸載點的理論下?lián)现挡煌?，需計算得出每批卸載點的理論單次卸載高度(單次卸載高度=卸載點理論下?lián)现?計劃卸載循環(huán)次數(shù))。

圖2 卸載示意

經(jīng)計算，①(4～6號)和②(7～9號)理論下?lián)现禐?0mm，③(1～3號)和④(10～12號)理論下?lián)现禐?0mm，計劃分5次循環(huán)卸載。因此，①和②6個卸載點單次卸載值為10mm，③和④6個卸載點單次卸載值為4mm。首先對①和②6個卸載點的千斤頂回程10mm，③和④6個卸載點回程4mm，然后先后對①和②6個卸載點、③和④6個卸載點墊梁腹板同時對稱氣割，使其受熱變形至千斤頂回程位置，完成第1次卸載。第1次卸載完成后靜置，次日重復(fù)第1次卸載，直至所有千斤頂脫離鋼桁架(若經(jīng)過5次循環(huán)卸載仍有部分卸載點千斤頂未脫離鋼桁架，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)卸載)，卸載完成。

4 結(jié)語

橋梁卸載后實際下?lián)现翟谠O(shè)計允許范圍內(nèi)，卸載后約4d下?lián)献冃位痉€(wěn)定，累計下?lián)献冃芜_(dá)50mm，在設(shè)計預(yù)拱度+80mm內(nèi)。通過研究應(yīng)用千斤頂+氣割法卸載方法，在確保卸載安全的同時，保證橋梁自由穩(wěn)定變形，各卸載點在下?lián)线^程中均勻受力，以保證焊縫質(zhì)量，有效避免純千斤頂卸載造成的安全、質(zhì)量隱患，保證工程整體質(zhì)量和施工安全。同時，提高項目管理水平，滿足橋下開放交通的要求，取得良好的社會效益。