雙飛翼拱橋景觀平臺安裝關(guān)鍵施工工藝

何建喬　宋佩超　黃善浜　劉祥

摘要：文章介紹了烏蘭木倫河3號橋景觀平臺安裝的關(guān)鍵施工工藝和測量方法：通過面積法快速確定構(gòu)件重心，研制便捷吊裝夾具和設(shè)計懸挑施工平臺實(shí)現(xiàn)快速安全構(gòu)件吊裝;采用縱梁分段合龍、橫梁預(yù)抬吊裝定位等質(zhì)量控制措施完成外伸梁安裝施工。外伸梁安裝質(zhì)量檢測結(jié)果表明，懸挑橫梁安裝偏差在±0.3%范圍內(nèi)，安裝精度明顯優(yōu)于設(shè)計要求，可為類似工程的懸挑外伸梁安裝提供參考。

關(guān)鍵詞：懸挑外伸梁;吊裝;定位;分段合龍

中國分類號：U443.7

0引言

現(xiàn)代建筑在美學(xué)上的造詣逐年提高，近年來，國內(nèi)建造出了大量優(yōu)美的橋梁。人們在追求美學(xué)的同時對橋梁的使用功能有著更多的要求，越來越多的城市景觀橋梁設(shè)置了景觀平臺，而且景觀平臺的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)造型呈現(xiàn)出了多樣化趨勢。但多數(shù)景觀平臺遇到了大型懸挑構(gòu)件吊裝施工時精度難以保證、安全風(fēng)險大、吊裝速度慢等困難。研究人員嘗試多種手段解決大型懸挑鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工難題，如采用先拼裝后分區(qū)分段吊裝[1]、整體吊裝[2]、抬吊豎轉(zhuǎn)構(gòu)件的施工方法[3]、分批分級循環(huán)吊裝方法[4]、懸挑式螺栓球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架吊裝工法[5]等，但均未能完全解決快速吊裝和高精度吊裝問題。

異型懸挑構(gòu)件的吊裝主要難點(diǎn)為快速布置吊點(diǎn)以及測量方法等快速施工工藝以及質(zhì)量控制方法的確認(rèn)。本文以烏蘭木倫河3號橋景觀平臺安裝施工為例，采用面積法快速計算出構(gòu)件重心，研制便捷吊裝夾具提高施工速度，采用測量機(jī)器人監(jiān)測等多手段測量懸挑構(gòu)件在溫度下的變形規(guī)律，調(diào)整施工工藝，確保施工就位精度，為類似的景觀平臺和懸挑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的快速安全吊裝施工提供新思路。

1工程概況

烏蘭木倫河3號橋全橋長348 m，其中主拱為外傾17°蝴蝶拱，跨徑為200 m，副拱為內(nèi)傾45°提籃拱，跨徑為330 m。橋面寬度為42～65 m，設(shè)雙向六車道，另設(shè)2條非機(jī)動車道，2[KG（0.07mm]條人行道，設(shè)計通車時速為50 km/h。該橋?yàn)橹谐惺綇?fù)式鋼箱拱橋，半漂浮體系，建成時是國內(nèi)首座、同類型世界最大跨度雙飛翼景觀特大橋（見圖1）。

外伸人行道橫梁采用變寬變高結(jié)構(gòu)形式，寬度為4～15.5 m，高度為0.5～1.85 m，采用雙向2%的橫坡和1.68%的縱坡（圖2、圖3）。外伸人行道平臺采用縱橫梁框架體系，其上鋪設(shè)人行道板單元結(jié)構(gòu)。橫梁采用工字鋼。橫梁高度為0.5～1.85 m，頂?shù)装搴?0 mm，寬400 mm，底板厚20 mm。縱梁采用300 mm×200 mm×10 mm與300 mm×200 mm×14 mm型方鋼管。人行道板單元結(jié)構(gòu)頂板厚8 mm，頂板下設(shè)縱橫隔板，人行道板單元荷載通過次橫梁 120 mm×60 mm×10 mm型方鋼管放置于牛腿之上。人行道構(gòu)件除橋面板與槽鋼采用螺栓連接外，其余構(gòu)件均采用焊接方式進(jìn)行連接。

2安裝工藝

人行道橫、縱梁和橋面板在鋼結(jié)構(gòu)加工廠加工完成后，運(yùn)輸至安裝地點(diǎn)。安裝遵循“從兩端向中間、先低后高”的原則，具體的安裝順序如圖4所示。

2.1施工平臺設(shè)計

在安裝前需要設(shè)計滿足施工要求的懸挑式施工平臺（圖5）。根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計荷載為300 kg（兩名作業(yè)人員+焊機(jī)+零星工具），采用Q235B鋼材作為施工平臺材料。

采用Midas Civil 2019軟件對設(shè)計的施工平臺進(jìn)行受力分析，將支點(diǎn)作為一般支撐、所有施工荷載按最不利工況施加在下部最遠(yuǎn)端的端橫梁中部進(jìn)行設(shè)計驗(yàn)算。計算結(jié)果如圖6、圖7所示，最大應(yīng)力為140.0 MPa，小于設(shè)計值215 MPa;最大變形量位于下端最遠(yuǎn)端橫梁處，變形量為38.6 mm;屈曲特征值均在50～300之間，穩(wěn)定性滿足要求。

2.2重心確定

為保證吊裝時的安全性，先確定重心后設(shè)置吊點(diǎn)。因橫梁均采用同類型鋼材，且寬度均一致，為快速尋找重心位置，采用面積法確定重心位置，即將橫梁投影圖作為面積計算依據(jù)，計算出橫梁的面積垂直二等分線，再用垂線把橫梁分為三份，其中兩端的面積相等，垂線位置即為吊點(diǎn)位置。吊點(diǎn)位置均應(yīng)設(shè)置在橫梁頂面。

2.3吊裝定位

為減小對構(gòu)件的二次損傷，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件快速起吊，縮短吊裝定位時間，本文研制了便捷吊裝夾具。便捷吊裝夾具根據(jù)橫梁翼緣尺寸和鋼管厚度確定。夾片工作原理為：用兩個單夾片夾住橫梁翼緣，利用連接桿固定兩個夾片，在夾片受力狀態(tài)下限制夾片橫向移動，縱向位移限制為橫梁隔板，用鋼絲繩長度調(diào)節(jié)吊裝重心。便捷吊裝夾具可實(shí)現(xiàn)快速吊裝，無須焊接吊耳而損傷構(gòu)件。

懸挑橫梁吊裝的主要流程包括：（1）根據(jù)計算結(jié)果安裝夾具;（2）確定構(gòu)件吊裝定位位置;（3）調(diào)整構(gòu)件橫縱坡;（4）臨時固定;（5）焊接。由于橫梁底部沒有支架等支撐結(jié)構(gòu)，因此臨時固定采用在焊位焊接+碼板連接的方式進(jìn)行（圖8），焊接長度根據(jù)安全系數(shù)>2.0計算確定。由于懸挑橫梁僅為2 cm厚，因此采用單邊坡口焊接形式，為提高焊接質(zhì)量，焊接采用坡口反面刨根處理。為了不影響永久焊接質(zhì)量，臨時焊接時采用坡口反面進(jìn)行臨時焊接。

3測量定位

[HJ1.7mm]

定位精度是懸挑橫梁吊裝的關(guān)鍵，直接影響結(jié)構(gòu)安全性和縱梁、面板的安裝精度。懸挑橫梁定位需要考慮平面位置、橫梁長度、橫縱坡。

由于懸挑橫梁焊接于鋼箱梁斜底板，鋼箱梁會隨溫度變化而變形，因此根據(jù)絕對坐標(biāo)進(jìn)行平面位置測量會出現(xiàn)一定誤差。為此，本文采用相對坐標(biāo)測量平面位置，即首先采用全站儀在箱梁邊測量出一條主橋軸線，然后在軸線上量出第一根懸挑橫梁和相鄰兩條橫梁的相對位置，得到懸挑橫梁的平面位置。確定平面位置后進(jìn)行吊裝，吊裝首先確保平面位置，然后測量橫梁長度。

完成橫梁長度測量后進(jìn)行橫縱坡測量，測量采用高精度的水準(zhǔn)儀。為確保橫坡和縱坡均滿足設(shè)計要求，采用交替測量的方式進(jìn)行，先調(diào)整縱坡后調(diào)整橫坡，直至橫縱坡均達(dá)到設(shè)計坡度的±0.2%范圍內(nèi)。

4質(zhì)量控制

4.1懸挑橫梁臨時固定

當(dāng)橫梁的懸挑長度過長時，懸挑端受外界因素影響會產(chǎn)生一定偏位;同時，在風(fēng)荷載作用下，懸挑端會產(chǎn)生較大的擺動。經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到7級時，10 m的懸挑橫梁端部擺幅達(dá)10 cm左右，存在較大的安全風(fēng)險和質(zhì)量隱患。因此，當(dāng)橫梁懸挑長度>10 m時，利用鋼管支架對懸挑端進(jìn)行支撐。另外，為充分限制懸挑端的偏位、減少擺動，在橫梁起始段設(shè)置三角支撐。

4.2縱梁合龍

完成橫梁安裝后進(jìn)行縱梁安裝，縱梁與橫梁連接后形成外伸梁的主要受力框架結(jié)構(gòu)。橫梁與縱梁連接后，整體的框架結(jié)構(gòu)受溫度影響產(chǎn)生較大變形，變形集中在結(jié)構(gòu)兩端和橫縱梁接縫處。為減少縱梁在結(jié)構(gòu)溫度變形下加固焊縫的溫度內(nèi)應(yīng)力，實(shí)行吊裝一段焊接一段的措施以確保結(jié)構(gòu)安全。橫縱梁連接形成框架結(jié)構(gòu)后，在溫度作用下，框架結(jié)構(gòu)的變形主要集中在兩端，因此采用分段合龍的方法削減框架內(nèi)應(yīng)力。分段合龍口單側(cè)設(shè)置3道合龍端，分別為跨中和南北岸主拱端（圖9）。

4.3定位措施

成橋后，外伸梁通過橫梁與鋼箱梁斜底板的垂直焊縫受力，焊縫所受外力主要為外伸梁面板傳來的垂直荷載，因此焊縫的垂直度直接影響橫梁的受力狀態(tài)。要保證焊縫的垂直度就必須保證橫梁的垂直度，為此采用吊垂法。

懸挑橫梁在自重作業(yè)下會存在一定下?lián)?，因此在吊裝定位時需要進(jìn)行預(yù)抬處理，以保證成橋時外伸梁的坡度。本文采用Midas Civil軟件建立外伸梁模型，模擬定位后，根據(jù)橫梁的下?lián)狭看_定橫梁定位的預(yù)抬量（圖10），其中預(yù)抬量在2～28 mm。

5安裝效果

本工程外伸橫縱梁安裝完成后，對橫梁的橫縱坡、長度進(jìn)行測量，得到懸挑橫梁的橫縱坡安裝精度均在±0.3%范圍內(nèi)，長度偏差均在1.5 mm內(nèi)。焊縫采用反面刨根處理，經(jīng)第三方超聲波檢測一次合格率為98.7%。

6結(jié)語

本文以烏蘭木倫河三號橋景觀平臺懸挑外伸梁安裝為例，介紹了變長變截面懸挑橫梁和縱梁框架結(jié)構(gòu)吊裝施工難點(diǎn)及質(zhì)量控制措施，總結(jié)出以下結(jié)論：

（1）本文根據(jù)工程特點(diǎn)，利用Midas Civil軟件設(shè)計了懸挑式施工平臺，保證了施工的安全性。

（2）采用面積法快速布置吊點(diǎn)，并設(shè)計便捷式吊裝夾具完成吊裝，實(shí)現(xiàn)了懸挑橫梁快速吊裝就位。

（3）為克服環(huán)境溫度和日照對橫縱梁的影響，本文采用了縱梁分段合龍的安裝方式，有效地減少了外伸框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力，確保了結(jié)構(gòu)安全性。

（4）模擬構(gòu)件在自重下的下?lián)狭坎⒉扇☆A(yù)抬措施，實(shí)現(xiàn)了橫梁橫縱坡±0.2%的安裝精度，為日后同類型懸挑結(jié)構(gòu)安裝施工提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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