白云機(jī)場東四指廊擴(kuò)建鋼連橋逆作安裝分析

齊從月，周 游，王智慧，陳 楊，李 平

（1.中建三局集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510000；2.中建三局第三建設(shè)工程有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和韌性好，施工周期短，機(jī)械化、工廠化、裝配化程度高，還具有滿足超大跨度、超高空間和綜合性功能需求［1］。如何選擇合理的安裝方法和制定合理的施工工藝成為工程成敗的關(guān)鍵。本文主要以白云機(jī)場東四指廊鋼結(jié)構(gòu)與混凝土組合連橋（見圖1）為依托研究了逆作安裝方法選擇、支撐胎架選型、桁架焊接順序和胎架卸載等關(guān)鍵技術(shù)，力求提高施工質(zhì)量、縮短施工周期［2］。

圖1 東四指廊鋼連廊模型

1 工程概況

廣州白云國際機(jī)場三期擴(kuò)建工程?hào)|四指廊工程，位于原白云國際機(jī)場 T1、T2 航站樓之間。鋼連橋建筑層數(shù) 4 層，4 層結(jié)構(gòu)標(biāo)高為 15.5 m，鋼花架梁高度為 28.5 m，總長度為30 m，寬度 17 m，最大跨度 17 m。鋼連橋樓層板為現(xiàn)澆混凝土+壓型鋼板組合形式，與混凝土結(jié)構(gòu)連接采用型鋼鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)合的連接方式（見圖2）。連廊跨中鋼柱首層截面尺寸為φ1 400×800×50×50 及φ1 000×1 000×36×36，2～4 層桁架柱截面尺寸為φ400×400×24×24，鋼梁雙拼 H700×600×16×30，支撐為φ133×5。

圖2 東四指廊鋼連廊現(xiàn)場施工照片

2 工況分析

由于 T2 航站樓冷源設(shè)備位于東四指廊中間，東四主體結(jié)構(gòu)的施工需要將 T2 航站樓冷源設(shè)備遷改至鋼連橋 4 層樓板。考慮到 T2 航站樓冷源設(shè)備拆除轉(zhuǎn)換時(shí)間影響到運(yùn)營機(jī)場內(nèi)部冷卻系統(tǒng)運(yùn)行，設(shè)計(jì)鋼連橋逆作施工工序縮短工期，減少對(duì)航站樓運(yùn)營的影響［3］。原設(shè)計(jì)鋼連廊柱為 1 400 mm 混凝土圓柱，鋼梁與混凝土柱之間通過預(yù)埋件連接?？紤]到工期受混凝土齡期影響，將混凝土圓柱優(yōu)化為方鋼柱，通過優(yōu)化后工期可減少 56 d，為逆作施工提供有利條件。

懸挑段鋼連橋施工順序?yàn)椋喊惭b懸挑短支撐胎架與首節(jié)鋼柱→安裝 2 層桁架上下弦桿、安裝 2 層主梁→安裝 2 層次梁→安裝 2 層腹桿及 3 層主梁→3 層次梁安裝→安裝 3 層桁架上弦桿→安裝 4 層主梁、次梁及 3 層桁架腹桿→4 層鋼桁架鋼筋綁扎→懸挑段鋼連橋拼裝完成。

混凝土段鋼連橋逆作施工順序：鋼柱拼接→安裝 3 層桁架上弦桿、4 層主梁、次梁→鋪設(shè) 4 層鋼筋桁架樓層板→安裝 2 層桁架上弦桿、3 層主梁、次梁、3 層桁架腹桿→鋪設(shè) 3 層鋼筋桁架樓層板→安裝 2 層桁架下弦桿、2 層主梁、次梁、2 層桁架腹桿→鋪設(shè) 2 層鋼筋桁架樓層板。

3 逆作施工重難點(diǎn)

鋼連橋逆作施工工序，需要合理地考慮到鋼結(jié)構(gòu)的分段拼裝問題，高空的拼裝直接影響到安全，稍有不慎導(dǎo)致整體發(fā)生垮塌事故。此外，高空的操作便利性聯(lián)系到整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)拼裝的質(zhì)量和拼裝的誤差。

3.1 鋼結(jié)構(gòu)分段

將鋼連橋分成兩段施工，包含混凝土連接主體結(jié)構(gòu) 1 段、鋼結(jié)構(gòu)懸挑部分 1 段。鋼構(gòu)懸挑部分拼裝為焊接及螺栓連接，連接時(shí)間短，工效高?；炷吝B接主體，深化與混凝土梁連接部分的牛腿，牛腿可通過焊接方式與鋼筋連接，確保鋼梁強(qiáng)度。

連廊跨中鋼柱首層截面尺寸與 2～4 層桁架柱截面尺寸不同。按架構(gòu)分段截面尺不同將其分為兩段。鋼桁架弦桿（XG）結(jié)合 100 t 汽車吊吊裝能力進(jìn)行整體吊裝，腹桿（FG）嵌補(bǔ)（見圖3）。

圖3 構(gòu)件拆分示意圖

3.2 胎架安裝

連廊安裝懸挑段設(shè)置 2 座臨時(shí)支撐胎架，以滿足結(jié)構(gòu)的安裝，胎架材質(zhì)為 Q355B。本工程采用標(biāo)準(zhǔn)貝雷析架胎架［4］，胎架底部埋預(yù)埋件，設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)分配梁，埋件頂板超過樓板結(jié)構(gòu)標(biāo)高 10 mm，架空分配梁，保證樓板不承重。整個(gè)荷載通過貝雷立柱、柱腳分配梁、預(yù)埋件有效傳至基礎(chǔ)。通過有限元軟件分析鋼胎架的支撐對(duì)混凝土樓板造成的影響。胎架選型時(shí)，首先要充分考慮上部結(jié)構(gòu)本身荷載和施工過程荷載，其次是 0 層樓板結(jié)構(gòu)形式（見圖4）。結(jié)合現(xiàn)場上述特點(diǎn)，選用 H450×200+φ219×10 型鋼作為支撐胎架頂梁，連系底座 HN300×250，桁架桿采用 Q345 尺寸φ219×10，使懸挑段連廊自重通過吊柱傳至胎架，再由胎架傳至樓板梁（經(jīng)驗(yàn)算梁足以承受胎架壓力），最后至基礎(chǔ)。胎架布置位置，處于首層樓板范圍，取梁配筋較小位置進(jìn)行有限元的模擬分析。提取胎架范圍，按照160×4=640 kN，胎架基礎(chǔ)面積為 2.4 m×2.4 m，混凝土自重為 23.8 kN/m3×0.3 =7.14 kN/m2，面荷載按照 110 kN/m2。通過 midas 軟件進(jìn)行，據(jù)各分析區(qū)域的板彎矩，得出結(jié)果X方向裂縫：最大 0.02 mm，Y方向板配筋驗(yàn)算：板底 3.61 mm，板頂 3.25 mm。（見圖5、圖6）

圖4 胎架受力部位示意圖（單位：mm）

圖5 胎架有限元受力 von-Mises 圖

圖6 樓板模擬位移圖

3.3 構(gòu)件加工

通過 BIM 軟件對(duì)鋼梁、鋼柱、桁架腹桿構(gòu)件進(jìn)行節(jié)點(diǎn)加工，同時(shí)對(duì)與混凝土連接部分進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)。為方便現(xiàn)場 4 層鋼梁逆作施工，提前對(duì)立柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化，將弦桿、腹桿連接節(jié)點(diǎn)焊接到鋼柱上，同時(shí)將連接板節(jié)點(diǎn)提前布置在鋼柱節(jié)點(diǎn)位置。同時(shí)深化 H 型鋼梁節(jié)點(diǎn)與混凝土梁柱鋼筋節(jié)點(diǎn)牛腿尺寸，及組合鋼梁對(duì)接板位置（見圖7、8）。鋼筋桁架樓承板排版時(shí)，栓釘提前在鋼梁進(jìn)行焊接，在吊運(yùn)前進(jìn)行全部完成，加快壓型鋼板的拼接時(shí)效。

圖7 鋼結(jié)構(gòu)與混凝土連接部位深化圖

圖8 立柱節(jié)點(diǎn)深化示意圖

在鋼柱上下口各設(shè)置 4 塊帶吊裝孔的耳板。厚度為22 mm。連接板、耳板材質(zhì)均為 Q355B，焊縫為全熔透一級(jí)焊縫，角焊四周包邊（見圖9）。鋼柱拼裝采用連接板作為預(yù)連接定位，后通過焊接對(duì)整根鋼梁進(jìn)行固定連接，構(gòu)件吊裝就位后，每個(gè)千斤頂頂緊受力，再用臨時(shí)支撐固定，保證構(gòu)件安裝就位后的穩(wěn)定性。鋼梁通過 16 mm、22 mm 吊耳進(jìn)行吊運(yùn)連接。

圖9 連接板示意圖（單位：mm）

為避免現(xiàn)場高空拼接導(dǎo)致的累積誤差及逆作安裝偏差，在鋼連廊加工圖深化時(shí)，對(duì)鋼連廊 4 層部位主梁、對(duì)接節(jié)點(diǎn)處上、下弦加工尺寸進(jìn)行優(yōu)化，端部下弦桿對(duì)接節(jié)點(diǎn)比上弦桿對(duì)接節(jié)點(diǎn)向端部移動(dòng) 50 mm。

3.4 高空拼裝措施

四層鋼梁標(biāo)高為 15.5 m，鋼梁預(yù)固定通過登高車作業(yè)施工。在主桁架焊接完成后，設(shè)計(jì)使用鋼掛籃設(shè)在鋼桁桿、梁上翼板，操作人員將安全帶系掛在鋼梁或安全繩上，以便操作人員施工。采用有限元軟件 MIDAS 對(duì)鋼掛籃的受力性能進(jìn)行校核，分析三種工況下的不利受力條件（見圖10）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力約為 139.2 N/mm2（拉應(yīng)力），變形矢量和 2.21 mm，滿足規(guī)范要求。

圖10 施工掛籃示意圖

3.5 腹桿、主梁、桁架桿安裝

各層弦桿尺寸調(diào)整完成后，桁架各層弦桿的對(duì)口位置通過卡碼等臨時(shí)措施將其臨時(shí)固定。焊接順序依照“上下弦—主梁—斜腹桿，先主桁架后次桁架，”的原則進(jìn)行。主桁架焊接順序如下：安裝三層桁架上弦桿、四層主梁、次梁→鋪設(shè)四層鋼筋桁架樓層板（見圖11）。

圖11 焊接順序示意圖

3.6 壓型鋼板逆作

按從 4 層至 2 層的混凝土施工順序，提前將4層壓型鋼板混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行澆筑，鋼筋桁架樓承板安裝時(shí)，上、下弦鋼筋采用 HRB400 級(jí)，腹桿鋼筋采用冷軋光圓鋼筋，桁架支座鋼筋用熱軋鋼筋 HPB300 級(jí)，底模板屈服強(qiáng)度不低于 260 N/mm2，鍍鋅層兩面總計(jì)≥120 g/m2（見圖12）。遇柱時(shí)，需現(xiàn)場切割樓承板，切割后應(yīng)現(xiàn)場焊接支座鋼筋，局部樓承板未鋪到位用現(xiàn)場余料填補(bǔ)。4 層樓板采用天泵進(jìn)行澆筑，澆筑完成后，通過預(yù)留泵管口進(jìn)行 3 層、2 層樓板澆筑，選用地泵加長泵管進(jìn)行澆筑，確保澆筑范圍被完全覆蓋。

圖12 壓型鋼板示意圖（單位：mm）

3.7 胎架卸載

卸載時(shí)在節(jié)點(diǎn)部位設(shè)置千斤頂，按照性質(zhì)不同將千斤頂下調(diào)動(dòng)作分為常規(guī)兩種。具體為將各節(jié)點(diǎn)的卸載量按照每分鐘千斤頂?shù)南滦辛浚?mm）進(jìn)行平均劃分，節(jié)點(diǎn)的卸載量越大，千斤頂?shù)膭?dòng)作次數(shù)越多，每兩個(gè)常規(guī)下降動(dòng)作后，各胎架上的操作人員檢查千斤頂下沉的同步情況，若發(fā)現(xiàn)同步誤差超過 1 mm 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行第一個(gè)調(diào)校動(dòng)作，具體為調(diào)整同級(jí)卸載高度偏高的千斤頂，至高度偏低千斤頂活塞持平或誤差達(dá)到 1 mm 以內(nèi)時(shí)，即完成調(diào)整工作；上述工作為一個(gè)循環(huán)，以此類推逐步卸載完成，確保整個(gè)卸載工作同步累計(jì)誤差控制在 3 mm 以內(nèi)。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目采用局部逆作法解決了鋼連廊的現(xiàn)場安裝，技術(shù)上對(duì)該方法的實(shí)施過程的難點(diǎn)進(jìn)行了分析，對(duì)相關(guān)措施進(jìn)行理論計(jì)算和分析，安裝過程采取一系列有效的安全控制措施，保證了項(xiàng)目的逆作搶工順利實(shí)施，為今后類似機(jī)場項(xiàng)目提供了參考。Q