楊振江

(中鐵六局集團(tuán)有限公司，北京 100036)

1 工程概況

天津站改擴(kuò)建無站臺柱雨棚工程為多跨連續(xù)張弦梁鋼管桁架結(jié)構(gòu)形式，由五跨連續(xù)張弦梁結(jié)構(gòu)組成，跨度總長213 m，雨棚覆蓋總面積為80 450.7 m2;鋼結(jié)構(gòu)工程是由108根鋼立柱、94榀張弦梁鋼管桁架及檁條組成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu);鋼立柱由φ750 mm×30 mm、φ700 mm×30 mm鋼管制作而成;張弦梁鋼管桁架由 φ377 mm ×14 mm、φ159 mm ×10 mm 鋼管及 φ5 mm ×139 mm拉索制作而成;鋼立柱利用4根φ24 mm地腳螺栓及栓釘與承臺進(jìn)行固定，南北向?yàn)锳-F軸，東西向?yàn)?0-1軸。

張弦梁鋼管桁架上弦為平面桁架，下弦為拉索，中間為兩側(cè)斜撐桿，撐桿與拉索通過索球連接。張弦梁鋼管桁架為五跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，柱距從18.00～23.99 m共15 種，跨度分別為 48.525，41.100，41.950，39.500 m四種。張弦梁鋼管桁架跨中總高度為4.5 m，上弦平面桁架起拱高度為3.0 m，總垂度為4.5 m，兩端落在鋼管混凝土柱的分叉鋼柱頂，柱頂高程12.8 m。立體鋼桁架的支撐體系布置于結(jié)構(gòu)的上弦平面，通過縱橫向布置十字型交叉支撐和剛性檁條，以確保結(jié)構(gòu)具有較高的整體穩(wěn)定性和良好的抗震性能，五跨連續(xù)張弦梁鋼管桁架見圖1，單榀張弦梁鋼管桁架實(shí)體見圖2。

2 主要工程項(xiàng)目施工工藝及施工方法

多跨連續(xù)張弦梁鋼管桁架由上弦的鋼管桁架和下弦的高強(qiáng)度索以及連接兩者的撐桿組成，由單跨張弦梁空中連接形成多跨式結(jié)構(gòu)。施工工藝流程的制訂，緊緊圍繞多跨連續(xù)張弦梁結(jié)構(gòu)的順利實(shí)現(xiàn)為中心，根據(jù)工程的特點(diǎn)，并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，形成的施工工藝如下:張弦梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算和施工模擬——鋼管桁架的整體拼裝——分段運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場——張弦梁二次拼裝(鋼管桁架、高強(qiáng)度索、索球、撐桿安裝)——張弦梁地面張拉——單榀張弦梁吊裝——張弦梁空中連接形成多跨式張弦梁鋼管桁架結(jié)構(gòu)。

其中關(guān)鍵的實(shí)施內(nèi)容包括:① 結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算分析，確認(rèn)結(jié)構(gòu)施工中的方法及施工過程中的各種受力狀態(tài)，保證施工的合理性和結(jié)構(gòu)安全性;②鋼立柱的安裝，天津站雨棚鋼立柱采用分段制作安裝，將立柱分為柱身和柱頭兩部分，由于柱頭是樹狀分叉結(jié)構(gòu)，安裝過程中必須保證其安裝精度;③構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的新型結(jié)構(gòu)型式，施工中采用的新型構(gòu)件節(jié)點(diǎn)，既保證施工的順利進(jìn)行，又確保了結(jié)構(gòu)的安全性及建筑美觀的實(shí)現(xiàn);④采用地面一次張拉成形，天津站雨棚張弦梁采用地面一次一端張拉的施工工藝，打破了以往工程中地面張拉一次，待檁條及連接系統(tǒng)安裝完成后空中進(jìn)行二次張拉的施工方法，避免了高空作業(yè)、減小了張拉的施工難度。

圖1 五跨連續(xù)張弦梁鋼管桁架

圖2 單榀張弦梁鋼管桁架實(shí)體

2.1 張弦梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算和施工模擬

由于張弦梁結(jié)構(gòu)為一個混合結(jié)構(gòu)體系的新型結(jié)構(gòu)體系，它的施工準(zhǔn)備工作有別于其它常理結(jié)構(gòu)，除進(jìn)行常規(guī)的人員、設(shè)備、機(jī)具、材料、技術(shù)準(zhǔn)備之外，在技術(shù)準(zhǔn)備上應(yīng)在設(shè)計(jì)文件的基礎(chǔ)之上，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)合施工方案的要求對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化。并根據(jù)張弦梁的跨度、位置、受力狀況不同，進(jìn)行每榀桁架施工階段驗(yàn)算，應(yīng)用計(jì)算機(jī)施工模擬技術(shù)，分別計(jì)算出鋼管桁架的原始拼裝形態(tài)、地面拼裝形態(tài)、一次張拉后的形態(tài)、最終形成滿足設(shè)計(jì)要求的多跨連續(xù)后的形態(tài)。計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算過程完成，形成施工階段技術(shù)文件并經(jīng)設(shè)計(jì)院簽認(rèn)后，方可進(jìn)行下一步施工。張弦梁結(jié)構(gòu)的施工有別于其它結(jié)構(gòu)的施工，還必須進(jìn)行施工階段的驗(yàn)算并形成施工階段文件方可施工。

2.2 鋼管桁架的拼裝

鋼管桁架的拼裝在施工現(xiàn)場以外設(shè)置的拼裝場地內(nèi)進(jìn)行，其工作內(nèi)容為:將組成鋼管桁架的鋼管、鋼板及其它材料通過劃線、下料、切割、矯正、彎曲成型，在胎架上拼裝、焊接、無損檢測等工序拼裝成整體結(jié)構(gòu)的鋼管桁架結(jié)構(gòu)。鋼管桁架拼裝的形態(tài)，按施工驗(yàn)算確定的原始形態(tài)進(jìn)行拼裝。

鋼管桁架的主弦管采用液壓彎制成形，在彎制過程中要控制好弧形尺寸和鋼管的橢圓度;幅桿必須采用數(shù)控相貫線切割機(jī)進(jìn)行切割成形，否則難以保證相貫口的連接質(zhì)量;拼裝過程必須在拼裝胎架上進(jìn)行，拼裝胎架完成后必須組織技術(shù)、質(zhì)檢和作業(yè)班組聯(lián)合對胎架進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一步拼裝，拼裝胎架上需考慮防止桁架組裝和焊接過程中變形的措施。拼裝時相鄰跨的張弦梁結(jié)構(gòu)一塊拼裝并保留匹配段，以確保多跨鋼管桁架的連續(xù)性。鋼管桁架拼裝完畢后，根據(jù)現(xiàn)場路徑情況結(jié)合運(yùn)輸條件確定最大構(gòu)件的運(yùn)輸尺寸進(jìn)行分段，分段后的構(gòu)件要盡量保證構(gòu)件單元的完整性，以利于構(gòu)件的二次拼裝。

2.3 張弦梁二次拼裝

張弦梁二次拼裝是將在場外拼裝完成分段運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場的鋼管桁架，下弦的高強(qiáng)度索、撐桿、索球、鋼棒、節(jié)點(diǎn)板等組成張弦梁的構(gòu)件在設(shè)置的二次拼裝胎架上進(jìn)行組裝形成單榀的張弦梁結(jié)構(gòu)。具體的施工步驟如下:

1)搭設(shè)拼裝胎架:按圖紙架設(shè)胎架，用儀器調(diào)整工裝支撐點(diǎn)位置的相對高差和水平，保證桁架工裝的架設(shè)精度，防止桁架在現(xiàn)場二次拼裝中產(chǎn)生不必要的變形。由于張弦梁跨度一般都將近40 m，整片梁難以運(yùn)輸，因此在加工基地一次拼裝時一榀分為兩個半榀進(jìn)行拼裝，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場再進(jìn)行整體拼裝。

2)鋼管桁架架設(shè):當(dāng)把半榀桁架架設(shè)在現(xiàn)場胎架上后，測量人員用經(jīng)緯儀把半榀桁架的軸線對好后(以桁架端頭的直腹桿的中點(diǎn)和桁架靠近跨中的直腹桿的中點(diǎn)為基準(zhǔn)軸線)貫穿對應(yīng)的另半榀桁架。當(dāng)把另半榀桁架也架設(shè)在現(xiàn)場工裝(馬凳)上時，以架設(shè)好的半榀桁架的軸線為基準(zhǔn)，用經(jīng)緯儀調(diào)整后架的半榀梁與先架的半榀梁的軸線重合，兩半榀桁架的軸線偏差不大于2 mm，對接口錯邊不大于2 mm。

3)鋼棒及連接板安裝:當(dāng)桁架現(xiàn)場整體拼裝完成后，進(jìn)行鋼棒安裝，鋼棒安裝前對鋼棒孔中心的位置按給定尺寸進(jìn)行精確調(diào)整，以利于棒索連接板位置的準(zhǔn)確固定。鋼棒與棒索連接板連接準(zhǔn)確后，調(diào)整好第一根撐管的位置，利用倒鏈、吊帶將棒索連接板與第一根撐管進(jìn)行焊接固定。

4)V型撐桿安裝:鋼棒、棒索連接板和桁架端頭撐桿全部準(zhǔn)確安裝定位好后，對桁架中間的V型撐管中心進(jìn)行標(biāo)記。標(biāo)記完后可進(jìn)行吊車、倒鏈配合安裝作業(yè)。撐管與銷軸、連接板整體安裝時，利用線錘保證撐管的中軸線與對應(yīng)直腹桿的中軸線在同一垂直面上，并用水平尺來控制使撐管垂直后進(jìn)行連接板與φ377 mm管的焊接，保證V型撐桿的定位安裝精度。

5)索及索球安裝:在V型撐桿全部準(zhǔn)確安裝定位焊接后，進(jìn)行布索、掛索和安裝固定索球:①布索前必須根據(jù)附圖對索上的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行檢查，同時將標(biāo)記點(diǎn)返到連接球邊，以利于索球的準(zhǔn)確定位。②索上標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)定后，利用倒鏈及吊帶進(jìn)行掛索。③根據(jù)索上標(biāo)記點(diǎn)，安裝并固定索球。索球固定完成后，將索球按標(biāo)定點(diǎn)與索進(jìn)行卡緊固定。使索球的上半部分與撐管進(jìn)行點(diǎn)焊固定，以保證與索同心。④索球上半部分與撐管點(diǎn)焊固定完成后，將索球下半部分松開，使鋼索與索球上半部分保持一定的距離。以利于索球上半部分跟撐管焊接時防止?fàn)C傷索的PE保護(hù)層，待焊接完成索球自然空冷后將索上提，同時按標(biāo)記點(diǎn)位置調(diào)整好索球張拉偏移量固定好索球。⑤掛索時必須加強(qiáng)對錨頭以及索體的保護(hù)，不得使其劃傷，掛索時將張拉端的螺桿移動量調(diào)整到最大，以利于張拉時螺桿的調(diào)整。

以上所有構(gòu)件安裝完畢后即完成了張弦梁地面拼裝的工作。

2.4 張弦梁地面張拉

張弦梁現(xiàn)場完畢后，在吊裝前需進(jìn)行地面張拉，由于本工程的鋼索的自重很輕(不足30 kg/m)，張拉階段鋼索間的摩擦很小，而且為避免高空二次張拉索帶來的諸多不利因素，因此張拉方案確定為地面一次一端張拉，考慮到安裝過程中的應(yīng)力損失，按照計(jì)算的張拉力張拉到位后超張拉5 kN，確保張弦梁桁架吊裝到位后的受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)工況相吻合。張拉工裝結(jié)構(gòu)圖及張拉過程實(shí)施示意圖見圖3。

本工程的張弦梁在胎架上一次張拉到位，此時張弦梁只受自重作用，張拉力不大，不考慮摩擦力，張拉力約為170～240 kN(根據(jù)跨度，GJ1～GJ5各榀張拉力各不相同)，故選用兩臺YDCN250型前夾持千斤頂和兩臺ZB2X2/50電動油泵，千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)見表1。

圖3 張拉工裝結(jié)構(gòu)和張拉過程實(shí)施示意

表1 千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)

張拉前，油泵、油表等必須配套進(jìn)行標(biāo)定，確保張拉過程中的應(yīng)力變化準(zhǔn)確無誤。張拉時按標(biāo)定的數(shù)值進(jìn)行張拉，用鋼絞線伸長值和油壓傳感器數(shù)值進(jìn)行校核。預(yù)應(yīng)力大小:由油壓表讀數(shù)進(jìn)行記錄(通過回歸方程將預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換為兆帕讀數(shù)，注意千斤頂與油壓表的配對)。認(rèn)真檢查張拉工裝和與張拉工裝連接的鋼索，保證張拉安全、有效。張拉時嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行張拉，確保同步。通過調(diào)節(jié)油泵給油速度解決同步問題。張拉工裝型心必須保證與鋼索處于同心。

2.5 張弦梁吊裝

根據(jù)張弦梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及施工計(jì)算時確定的吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝。該吊裝方案采取在張弦梁兩端位置布置兩臺50t吊車進(jìn)行抬吊作業(yè)，將張弦梁安裝就位。沒有采用單臺吊車和專用吊裝支架配合吊裝的方案，減少了設(shè)備及材料的投入，降低了施工成本。鋼絲繩的吊裝點(diǎn)選擇在張弦梁的節(jié)點(diǎn)位置，即吊點(diǎn)選擇在支撐桿、鋼棒及鋼索的交點(diǎn)位置。如圖4所示，這樣就解決了張弦梁在吊裝過程中的失穩(wěn)問題，不僅確保了吊裝安全，而且安裝工況接近設(shè)計(jì)工況，受力合理。

圖4 單榀吊裝吊點(diǎn)設(shè)置

2.6 張弦梁空中連接

張弦梁的空中連接采用先簡支后連續(xù)的施工方法。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，天津站無站臺柱雨棚的五跨連續(xù)張弦梁結(jié)構(gòu)為連續(xù)受力結(jié)構(gòu)，各跨張弦梁結(jié)構(gòu)之間內(nèi)力相互影響，如果將五跨張弦梁結(jié)構(gòu)整體制作、吊裝到位，在現(xiàn)場施工中是難以實(shí)現(xiàn)的，主要有以下幾個因素:一是本工程的主體結(jié)構(gòu)為五跨連續(xù)張弦梁結(jié)構(gòu)，總跨度為213 m，整體吊裝存在諸多難以解決的問題;二是現(xiàn)場多家施工單位均在施工，不具備整體拼裝吊裝的條件;三是由于吊裝難度大，吊裝過程中稍有失誤，就可能會給結(jié)構(gòu)造成永久性損傷，威脅到結(jié)構(gòu)安全;四是跨度太大，整體吊裝安裝精度無法保障;五是若按整體吊裝方案實(shí)施，施工中所涉及的人、機(jī)、料投入多，工程造價(jià)很高。施工過程中，臨時滑動支座的上下兩個面可能會發(fā)生不完全接觸的情況，造成支座滑動效果難以實(shí)現(xiàn)，因此在滑動面增加了一種保證臨時滑動支座可以正?；瑒拥难b置。如圖5～圖7。

圖5 支座結(jié)構(gòu) (可滑動釋放內(nèi)力)

圖6 支座結(jié)構(gòu)(焊接后成為連續(xù)梁節(jié)點(diǎn))

當(dāng)滑動支座的上半部分(即張弦梁的端部)不能與柱頭連接位置完全接觸時，就與構(gòu)件采用螺栓固定在一起，而構(gòu)件可以與滑動支座下部分完全接觸，保證其能正常滑動。

圖7 臨時滑動支座結(jié)構(gòu)

為了確保先簡支后連續(xù)，施工過程中必須做到:由于施工精度要求高，在張弦梁鋼管桁架的零狀態(tài)時，構(gòu)件的加工尺寸必須精確，拼裝時嚴(yán)格控制拼裝尺寸，鋼索張拉過程的工況要與仿真計(jì)算的工況相符，如有不同應(yīng)及時進(jìn)行矯正;確保張弦梁安裝必須有序進(jìn)行，不得連續(xù)安裝相鄰連續(xù)跨的張弦梁，例如安裝完BC跨后，安裝DE跨，然后再安裝CD跨;安裝的時間必須控制好，不在氣溫最高和最低的時間段進(jìn)行安裝作業(yè)，防止由于氣溫的因素引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生過大的變化。

當(dāng)五跨連續(xù)安裝完成后，由于在外荷載、溫度及地震的作用下，五跨連續(xù)的張弦梁鋼管桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力會不斷發(fā)生變化，為了確保結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，在整體結(jié)構(gòu)的C軸鋼立柱頂部設(shè)計(jì)永久性滑動支座，使得整體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力發(fā)生變化時有一個釋放點(diǎn)。

3 結(jié)束語

天津站無站臺柱雨棚施工針對多跨連續(xù)張弦梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取相應(yīng)的施工技術(shù)措施，加快施工進(jìn)度，保證施工質(zhì)量，天津站經(jīng)近幾年使用，安全可靠。

［1］中華人民共和國建設(shè)部.B50205—2002 鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］陸賜麟，尹思明，劉錫良.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［3］羅中來.54 m大跨度張弦梁拉索施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2007(6):24-25.

［4］浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院.空間結(jié)構(gòu)［M］.北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

［5］韓宇琪.無柱雨棚鋼桁架跨越接觸網(wǎng)線的吊裝施工［J］.鐵道建筑，2010(1):175-178.