王海濤

1 工程概況

長(zhǎng)吉城際鐵路DK76+092～DK98+000段，全長(zhǎng)21.9 km。設(shè)計(jì)在 DK 87+710位置處，設(shè)立3號(hào)混凝土拌合站及2號(hào)級(jí)配碎石拌合站，以集中拌合所需混凝土和級(jí)配碎石，然后由此沿施工便道自中間向兩端運(yùn)輸。3號(hào)混凝土拌合站有HZS90型混凝土拌合機(jī)三臺(tái)，2號(hào)級(jí)配碎石拌合站有WD500型級(jí)配碎石拌合機(jī)一臺(tái)。

為保證混凝土和級(jí)配碎石的生產(chǎn)質(zhì)量，在該拌合站設(shè)計(jì)了5 400m2的雨棚的配套設(shè)施。拌合站雨棚主體結(jié)構(gòu)采用鋼管拱架結(jié)構(gòu)，屋面采用0.5mm厚彩鋼面板，構(gòu)件刷涂防銹漆一遍，相鄰拱架之間設(shè)立排水槽，排水方向?yàn)橛汕?拌合站主機(jī)方向)向后(圍墻方向)。

2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1)本工程考慮施工活荷載3 kN/m，上吸風(fēng)活載0.35 kN/m2，恒載(自重)1 kN/m。2)單榀跨度分別為13m和15m，總跨度為133m。上構(gòu)跨徑組合為1-13m+8-15m。同一立柱間距6m，立柱高 7m。3)主要工程數(shù)量為鋼管拱架、檁條及立柱(包括節(jié)點(diǎn))數(shù)量。鋼管拱架共90榀，檁條共9 000m，立柱100根。4)排水方向?yàn)閱蜗?，方向由?拌合站主機(jī)方向)向后(圍墻方向)，坡度4‰，排水槽設(shè)于每跨連接處，截面尺寸寬×高=20 cm×20 cm?？傞L(zhǎng)度432m(8×54m)。

3 荷載計(jì)算

1)計(jì)算施工活荷載。施工活荷載:按0.5 kN/m2考慮，折合到梁上均布荷載為 0.5×6=3 kN/m。依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，考慮活載安全系數(shù) 1.4，可知雪作用在屋架結(jié)構(gòu)上的荷載為0.3 kN/m2，經(jīng)計(jì)算Q雪=0.3×6=1.8 kN/m。雪荷載等于施工活荷載，由于二者不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，這里只考慮施工活荷載。2)計(jì)算風(fēng)活載。按照荷載規(guī)范要求，該結(jié)構(gòu)矢跨比 1.8/18=0.1，則僅考慮上吸風(fēng)荷載。上吸風(fēng)荷載:按風(fēng)壓高度系數(shù)為1.0(B類(lèi))，風(fēng)振系數(shù)取為1.2，體型系數(shù)取為0.8，基本風(fēng)壓為:0.35 kN/m2。3)計(jì)算恒載(自重)。屋面彩鋼板及屋面檁條荷載:按0.17 kN/m2考慮，折合到梁上均布荷載為0.17×6=1 kN/m。

4 鋼管拱架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4.1 主要材料

φ60×375.5和φ160×4.5鋼管;120×50×20×2.5 C型鋼; 40×40×5型角鋼;10mm鋼板;Φ18和φ16鋼筋;J422-φ4.0焊條。

4.2 鋼管拱形結(jié)構(gòu)模型

拱頂鋼管2×L1=2×15.055m間距450mm，L2=15.029m， L1與 L2間距 350mm。Φ18和φ16加固鋼筋間距 50mm。

4.3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4.3.1 鋼管拱架

1)荷載模型(有限元模型)見(jiàn)圖1。

2)反力計(jì)算見(jiàn)圖 2。

3)位移計(jì)算見(jiàn)圖 3。

數(shù)據(jù)分析:Ymax=0.023 5/18≈1/1 306＜1/400，因此符合設(shè)計(jì)要求。

4.3.2 檁條撓度

冷彎內(nèi)卷邊槽鋼檁條型號(hào):60×30×15×2.5。

最大撓度:滿足剛度要求?？紤]到兩跨中間積雪可能會(huì)更深，因此不予調(diào)整。

拉筋拉應(yīng)力驗(yàn)算:

由以上數(shù)據(jù)可以看出，拉筋提供的拉力偏小，此拉力主要是由施工活載引起，因此在施工時(shí)一定要做好立柱和拱桁架的連接。

4.3.3 立柱穩(wěn)定性計(jì)算

選d=168mm，t=5mm，h=6m，Q235薄壁鋼管。

假設(shè)一桿端鉸接，一端剛接，λ=μl/iz=0.7×6/168/4×103= 100，查 λ對(duì)應(yīng)￠值0.604，則:

YB=102.3 kN＜133 kN，因此符合要求。

4.3.4 抗傾覆計(jì)算

Y(墩+柱)=9 kN，實(shí)際上分擔(dān)在墩和柱的重量約3.5 kN，因此保證結(jié)構(gòu)不傾覆，必須將立柱與基礎(chǔ)焊接牢靠，才能符合要求。

以上計(jì)算施工荷載較大，施工時(shí)應(yīng)采取措施，增加橫向連接筋截面，或采取側(cè)向支撐，以平衡橫向力。

5 鋼管拱架施工技術(shù)

5.1 主要工序

1)模具制作。基礎(chǔ)底座混凝土頂面必須精確測(cè)量保證水平，并預(yù)埋相應(yīng)構(gòu)件，基礎(chǔ)底座上鋪10mm鋼板作為模具基礎(chǔ)，與預(yù)埋在底座混凝土中的預(yù)埋件焊接牢固。

2)放樣和下料。放樣和下料由專(zhuān)職放樣技術(shù)工人負(fù)責(zé)，放樣前應(yīng)做好樣板樣桿并應(yīng)檢驗(yàn)合格，同時(shí)應(yīng)對(duì)鋼板進(jìn)行矯平矯正，切割放樣劃線應(yīng)預(yù)留割縫和邊緣加工余量，組裝和鉆孔劃線應(yīng)劃出中心線，邊緣控制線，沖印，并做上相應(yīng)的記號(hào)，以防混淆。

3)組立定位。組立定位主要是指 φ60×4.5鋼管，在焊接前的點(diǎn)焊定位固定。φ60×4.5鋼管組立，量大而規(guī)則的則工作平臺(tái)上組立加工，組立前應(yīng)對(duì)鋼管骨架進(jìn)行矯正矯直，由放樣人員劃出中心線、定位線，待檢驗(yàn)合格后才準(zhǔn)點(diǎn)焊固定。

4)組裝電焊(手工焊)。端頭板、加筋板、連接節(jié)點(diǎn)都要進(jìn)行組裝電焊，組裝時(shí)應(yīng)在專(zhuān)用模具胎架上進(jìn)行正式電焊。焊接后對(duì)應(yīng)力過(guò)于集中的位置用熱處理以消除過(guò)大的應(yīng)力。手工焊的焊接人員均按規(guī)定考核持證上崗。

5.2 鋼管拱架的制作

1)鋼管拱架的制作流程圖見(jiàn)圖 4。

2)下料時(shí)對(duì)于弧形的鋼管拱架材料長(zhǎng)度放余量 30mm。

3)基準(zhǔn)的選擇:高度方向:對(duì)于鋼管拱架的上表面。長(zhǎng)度方向:中心線。寬度方向:中心線。

4)主體的加工。根據(jù)上面定出的基準(zhǔn)線，在經(jīng)檢驗(yàn)合格的胎架上拼裝，拼裝時(shí)應(yīng)注意不得在焊縫區(qū)域外引弧。在鋼管骨架組立定位后，再焊接架立筋。焊接次序和參數(shù)見(jiàn)焊接要領(lǐng)。焊接矯正后，待裝。

5)加勁板、連接板加工。加勁板、連接板按圖示尺寸切割下料，部分加勁板和連接板劃線鉆孔。

6)加勁板等的組裝。以兩鋼管中心連線為基準(zhǔn)，以拱架的上拱側(cè)為上表面，每擋勁板加放 0.3mm焊接收縮余量后組裝加勁板。焊接矯正，半自動(dòng)切割定長(zhǎng)度。鉆端孔，開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)焊坡口(注意方向)，安放襯墊板。

5.3 屋面系統(tǒng)

1)檁條。檁條長(zhǎng)度為 6m，此長(zhǎng)度等于兩榀鋼拱架間距。檁條間距滿足設(shè)計(jì)要求，橫向間距誤差小于 10mm。

2)彩鋼瓦。堆放場(chǎng)地應(yīng)平整，應(yīng)用墊木使板離地 20 cm左右，墊木應(yīng)平整且間距不得大于2m。安裝時(shí)，鉚釘橫向間距同檁條間距;縱向間距0.5m。

5.4 立柱及鋼管拱架的安裝

1)吊裝工藝流程:立柱按照編號(hào)依次進(jìn)行吊裝、校正、固定→柱間圈梁吊裝、固定→1號(hào)、2號(hào)柱間鋼管拱架吊裝、校正、固定→3號(hào)、4號(hào)柱間鋼管拱架吊裝、校正、固定→跨間斜拉肋安裝(若有)→跨間檁條及水平、垂直支撐安裝→5號(hào)、6號(hào)柱間鋼管拱架吊裝、校正、固定，依次類(lèi)推。

2)鋼管拱架吊裝前應(yīng)先在地面拼接平臺(tái)上進(jìn)行焊接組裝拼接，應(yīng)采用水準(zhǔn)儀、鋼卷尺控制拱架的幾何尺寸、撓度、側(cè)彎等，嚴(yán)格控制鋼拱架的組裝拼接精度。

3)鋼管拱架吊裝后，應(yīng)及時(shí)用纜風(fēng)繩和次梁、斜撐等進(jìn)行穩(wěn)定。

6 主要工序安裝施工方法及質(zhì)量要求

6.1 鋼管柱吊裝

1)先檢查、復(fù)核基礎(chǔ)的軸線位置、高低偏差、平整度、標(biāo)高，然后彈出每支鋼管柱基礎(chǔ)的十字中心基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)標(biāo)高。

2)檢查鋼管柱的編號(hào)、中心基準(zhǔn)點(diǎn)、高差基準(zhǔn)點(diǎn)、吊點(diǎn)，以及表面損傷情況，待檢驗(yàn)合格后即可提供吊裝。

3)鋼管管柱采用汽車(chē)吊裝，吊裝時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)中心線進(jìn)行安裝，同時(shí)用水準(zhǔn)儀控制標(biāo)高，吊裝后，使用經(jīng)緯儀校正柱的垂直度，柱吊裝完并固定，經(jīng)過(guò)驗(yàn)收后，由土建單位配合進(jìn)行柱腳包裹混凝土施工。

6.2 鋼拱架吊裝

為保障吊裝的精度要求，拱的地面焊接組裝一定要做到平、直、精、準(zhǔn)。

在地面搭設(shè)平臺(tái)，對(duì)鋼管拱按編號(hào)進(jìn)行適當(dāng)擺放，平臺(tái)和鋼管拱用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀測(cè)量校正，同時(shí)檢查鋼梁的編號(hào)、中心基準(zhǔn)點(diǎn)、高差基準(zhǔn)點(diǎn)、吊點(diǎn)以及表面損傷情況，然后進(jìn)行地面組裝拼接，待檢驗(yàn)合格后即可提供吊裝，吊裝時(shí)應(yīng)先試吊。

7 結(jié)語(yǔ)

中鐵十九局集團(tuán)長(zhǎng)吉項(xiàng)目經(jīng)理部二工區(qū) 3號(hào)混凝土拌合站和2號(hào)級(jí)配碎石拌合站使用鋼材 100 t，比原設(shè)計(jì)節(jié)省鋼材近 30 t，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，得到了業(yè)主和局指領(lǐng)導(dǎo)的一致好評(píng)。

[1] GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3] 周學(xué)軍，顧發(fā)全.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范應(yīng)用指南[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.