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        淺談美國(guó)舊金山新海灣大橋鋼塔設(shè)計(jì)制作方案

        2016-01-28 15:15:53趙星孫岑璐上海振華重工集團(tuán)股份有限公司
        科學(xué)中國(guó)人 2016年35期
        關(guān)鍵詞:鋼塔塔柱槽口

        趙星,孫岑璐上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司

        淺談美國(guó)舊金山新海灣大橋鋼塔設(shè)計(jì)制作方案

        趙星,孫岑璐
        上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司

        1989年10月,里氏7.2級(jí)的黑山(Loma Prieta)地震嚴(yán)重?fù)p壞了美國(guó)舊金山海灣大橋東段結(jié)構(gòu),部分上不結(jié)構(gòu)坍塌,造成一人死亡,大橋被迫關(guān)閉一個(gè)月之久,經(jīng)過(guò)修復(fù)后繼續(xù)維持交通至今。舊金山-奧克蘭新海灣大橋位于美國(guó)舊金山灣,是世界上第一大單塔自錨懸索鋼橋,整個(gè)鋼塔全部為栓焊結(jié)構(gòu),塔身由4根五邊形鋼柱和連接橫梁組成,最大板厚達(dá)到100mm。其制作難點(diǎn)在于節(jié)段重量重、斷面大、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、幾何精度要求高,對(duì)塔的垂直度要求非常高。本文在介紹舊金山新海灣大橋的基礎(chǔ)上,著重的解釋了鋼塔設(shè)計(jì)的制作方案及鋼塔裝配過(guò)程中的影響因素。

        舊金山新海灣大橋;鋼塔設(shè)計(jì);裝配

        引言

        舊金山-奧克蘭新海灣大橋位于美國(guó)舊金山灣,是世界上第一大單塔自錨懸索鋼橋,總跨為565m,鋼結(jié)構(gòu)總重量為4.5萬(wàn)噸,其中包括鋼塔、鋼箱梁、自行車(chē)道三部分。鋼塔高度為148m,總重量約為13000噸,為世界同橋梁中的第一高度。整個(gè)鋼塔全部為栓焊結(jié)構(gòu),塔身由4根五邊形鋼柱和連接橫梁組成,最大板厚達(dá)到100mm。其制作難點(diǎn)在于節(jié)段重量重、斷面大、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、幾何精度要求高,對(duì)塔的垂直度要求非常高。鋼箱梁總長(zhǎng)605m,總寬70m,高為5.5m,為世界同類(lèi)橋梁中第一大鋼箱梁,鋼箱梁由東西兩線和聯(lián)系橫梁組成,采用栓焊結(jié)構(gòu),總重為30000噸。

        一、鋼塔設(shè)計(jì)制作方案

        鋼塔在制作過(guò)程中分為5段,每個(gè)段由4根五邊形鋼柱組成,其中最長(zhǎng)的一段為47.175m。

        鋼塔的總體制作方案如下:①制作板塊單元→②節(jié)段組裝成車(chē)間分段→③翻身焊接成型→④節(jié)段劃線→⑤端面加工→⑥上下兩節(jié)段匹配→⑦劃線鉆孔→⑧豎立總裝。

        板單元板單元是組成塔柱的單元體,其制作能否達(dá)到圖紙要求將直接影響到塔柱箱體的裝配成形,因此制作的過(guò)程中需要保證以下要求:

        1.面板的平行度及旁彎度要求,面板的平整度要求不大于2mm,旁彎度要求不大于3mm;

        2.縱向筋的垂直度及開(kāi)檔要求,直線度整體要求不大于2mm,垂直度要求不大于2mm。

        二、鋼塔裝配過(guò)程中的影響因素

        美國(guó)鋼塔全部為厚板結(jié)構(gòu),五邊形各面板單元分別稱(chēng)為A面、B面、C面、D面以及E面板單元。A面板單元寬度方向上為同等板厚的鋼板拼接而成,縱向筋對(duì)稱(chēng)分布。其余面板單元都是由厚薄板對(duì)接而成,縱向筋不對(duì)稱(chēng)分布,其中B、C、E面隨著板寬的變化,縱向筋的數(shù)量逐漸減少。在標(biāo)高89m位置,C面、D面板單元存在一個(gè)焊接折彎,折彎角度分別為1°和2°。根據(jù)合同要求,在長(zhǎng)度方向上平整度不大于3mm,縱向筋、面板拼接錯(cuò)位≤2mm,縱向筋垂直度≤1mm,位置度±1mm。

        1.焊接收縮對(duì)裝配的影響

        這是影響裝配的主要因素之一,其中又以面板長(zhǎng)度方向的收縮最為嚴(yán)重。面板長(zhǎng)度方向的收縮是由各層隔板之間距離的收縮累計(jì)而成,縱向筋的焊接、板單元平整度、旁彎的校正都會(huì)造成面板長(zhǎng)度方向的收縮。而每根塔柱制作情況不盡相同,因此收縮量也都不相同。這就造成了隔板的標(biāo)高與藍(lán)圖不符,而且各塔柱同層隔板的位置也有差異,直接影響到聯(lián)系梁的總裝。為解決這一問(wèn)題,我們選取一根塔柱的A面板作為基準(zhǔn),通過(guò)底面的堆焊,盡量將多數(shù)隔板的標(biāo)高調(diào)整到與理論值接近,少數(shù)偏差較大的的隔板位置,則通過(guò)堆焊打磨橫梁孔進(jìn)行修正。A面板調(diào)整到位后,該塔柱其余四個(gè)面都和其它三根塔柱都以A面板為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。

        為解決各層隔板之間距離收縮,我們?cè)诮窈蟮拿姘鍞?shù)控劃線時(shí),橫梁孔暫不切割,待板單元制作完成后根據(jù)實(shí)際測(cè)量尺寸,用仿形切割將各橫梁孔切割到位。

        2.面板平整度、旁彎對(duì)裝配的影響

        面板的平整度影響的是與隔板及相鄰面板的裝配間隙。其中又以A、E面的平整最為重要。因?yàn)锳、E面是基準(zhǔn),直接影響到其余各面的裝配。從實(shí)際制作情況來(lái)看,面板平整度的校正是比較困難的,特別是局部的急彎很難校正。由于面板長(zhǎng)度方向較長(zhǎng),因此長(zhǎng)度方向的大彎,在面板裝配后還可通過(guò)千斤頂調(diào)整,施工隊(duì)在板單元平整度的校正時(shí),更多考慮的時(shí)寬度方向,特別是隔板裝配線處的平整度。

        為減小板單元制作后的?;鹆?,我們?cè)诎鍐卧谱鲿r(shí)寬度方向上放了反變形,從第一吊裝段東、南塔的制作情況來(lái)看,反變形的壓制量還過(guò)小,縱向筋焊接后仍有兩側(cè)上翹的現(xiàn)象,但部分寬度較窄的板反變形壓制較為困難,仍需通過(guò)焊后的校正來(lái)控制其平整度。

        面板的旁彎影響的也是相鄰面板的裝配間隙。由于面板為厚薄板對(duì)接,厚薄板的收縮量有所不同,因此縱向筋焊接后就會(huì)使面板產(chǎn)生厚板側(cè)突起的旁彎現(xiàn)象。我們采取的是電加熱校正旁彎,將板單元放置在80°胎架上,厚板側(cè)放加熱板,這種方法的效果十分理想。

        3.隔板對(duì)裝配的影響

        隔板的外形尺寸。外形尺寸指的是隔板五個(gè)面和對(duì)角線的尺寸。因?yàn)楦舭逋庑纬叽缰苯佑绊懙剿耐庑纬叽纾虼烁舭宓耐庑纬叽珥毞浅>_。目前,隔板的五個(gè)面通過(guò)整體機(jī)加工保證其外形尺寸。

        隔板槽口的定位尺寸。槽口的位置決定了縱向筋是否能夠順利插入。特別是A、E面橫梁處的槽口,該處縱向筋是與槽口貼合的。因此此處槽口貼合面也采用了機(jī)加工。此外,槽口貼合面還加大了3mm,加上縱向筋向外偏移的2mm,使得裝配間隙理論上達(dá)到5mm,保證了隔板與面板能夠順利裝配。

        隔板的平整度。隔板平整度決定了隔板是否能與面板正常裝配。如果隔板平整度不好,與面板裝配后,平整度不好的區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)間隙,因此在安裝隔板之前必須將平整度校正到位。

        [1]章登精.南京長(zhǎng)江第三大橋鋼塔工程控制技術(shù)[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2007,04:133-140.

        [2]朱緒平.三瓣型高聳鋼塔風(fēng)振特性分析[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京),2013.

        [3]謝學(xué)強(qiáng).大跨徑單索面組合梁斜拉橋鋼塔施工關(guān)鍵技術(shù)研究[D].石家莊鐵道大學(xué),2014.

        [4]李鑫,黃睿奕,游新鵬.土耳其伊茲米特海灣大橋鋼塔抑振系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].世界橋梁,2015,05:1-5.

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