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        懸索橋塔冠玻璃鋼鞍罩的制作安裝

        2018-05-09 09:12:56
        四川水力發(fā)電 2018年2期
        關(guān)鍵詞:玻璃鋼脫模鋼架

        吳 國 華

        (中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091)

        1 工程概況

        廣西貴港市同濟大橋主橋是一座自錨式懸索橋,橋跨布置為(50+140+280+140+50)m,其中主跨280 m。橋面寬37.5 m,主梁為單箱多室鋼箱梁,采用頂推法施工。橋塔采用獨柱式,橋面以上不設(shè)置橫梁,橫向呈“H”形結(jié)構(gòu),塔高自地面至塔頂為82.7 m,自橋面至塔頂高度為54 m,橫橋向?qū)? m、順橋向?qū)?.5 m,采用矩形截面,基本壁厚0.8 m(橫橋向)、1.0 m(縱橋向)。四個索鞍鞍罩(塔冠)為新穎美觀的“荷花”造型。塔冠“荷花”造型全高15m,單個重量50.36 t,由厚度10~16 mm鋼板焊接而成。由于造型復(fù)雜、重量大,且高空作業(yè)量大,施工存在很大困難。橋跨布置見圖1所示。

        圖1 橋跨布置

        2 玻璃鋼的性能

        玻璃鋼(FRP)亦稱作GFRP,是以玻璃纖維及其制品(玻璃布、帶、氈、紗等)作為增強材料,以合成樹脂作基體材料的一種復(fù)合材料。一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料,稱謂為玻璃纖維增強塑料,其相對密度在1.5~2.0之間,只有碳鋼的1/4~1/5,但是拉伸強度卻接近,甚至超過碳素鋼,同時也是良好的耐腐材料、優(yōu)良的絕緣材料。尤其是工藝性優(yōu)良,可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù)量來靈活地選擇成型工藝。工藝簡單,經(jīng)濟效益突出,尤其對形狀復(fù)雜、不易成型的數(shù)量少的產(chǎn)品,更突出它的工藝優(yōu)越性。

        3 荷花鞍罩結(jié)構(gòu)設(shè)計

        貴港自古以來遍種荷花,由此有“荷城”之稱。同濟大橋主塔索鞍鞍罩設(shè)計為含苞待放的荷花造型,寓意貴港市發(fā)展朝氣蓬勃。設(shè)計結(jié)構(gòu)為8.8 m高C50混凝土底座配以6.2 m高玻璃鋼荷花裝飾塊。由于裝飾塊葉瓣、花瓣較多,屬于藝術(shù)造型范疇,玻璃鋼材料的各項性能非常適合本項目的特殊要求。

        4 現(xiàn)場安裝環(huán)境

        主橋主塔塔高自地面至塔頂為82.7 m,自橋面至塔頂高度為54m。荷花鞍罩高度15 m,由8.8 m混凝土鞍罩底座和6.2 m玻璃鋼荷花裝飾塊組成,單個混凝土底座澆筑方量為77.35 m3,單個荷花裝飾塊重量為16.29 t(其中主鋼架重量9.66 t,玻璃鋼面板6.63 t)。由于本荷花鞍罩吊裝高度高,主塔塔頂作業(yè)范圍有限,屬于高空高難度作業(yè)。

        為滿足主纜架設(shè)需要,用于主塔混凝土施工的液壓爬模及施工操作平臺均已拆除,僅留下四個上塔爬梯可以到達塔頂,在3號、4號上游側(cè)各有一臺QTZ5512型塔式吊機。上游主塔距離塔吊水平距離約為18 m,允許吊重為4.6 T,下游主塔距離塔吊水平距離約為50 m,允許吊重為1.36 T。

        從上述現(xiàn)場施工環(huán)境條件來看,采用鋼材制作安裝的索鞍鞍罩無論是加工制作、起重安裝、高空拼裝焊接作業(yè)安全等方面均存在極大的困難。通過調(diào)查和研究論證,最終參建各方一致同意對原設(shè)計進行變更,變更為下部8.8 m高C50混凝土底座配以上部6.2 m高玻璃鋼荷花裝飾塊。設(shè)計變更后,改用材質(zhì)密度僅為鋼鐵1/4的玻璃鋼材料可較好的解決上述問題。

        5 鞍罩底座及玻璃鋼荷花裝飾塊設(shè)計

        由于荷花裝飾塊造型復(fù)雜,設(shè)計單位僅提供5個角度的效果圖和大致的外框尺寸。建設(shè)單位要求施工單位進行深度設(shè)計,然后提交到設(shè)計單位進行結(jié)構(gòu)驗算。

        荷花裝飾塊是地方政府通過其門戶網(wǎng)站由市民投票確定的造型,我們在進行深度設(shè)計時需要考慮玻璃鋼面板制作時脫模容易,盡可能保持造型效果不變。為方便脫模,在確定分塊縫線時,還要考慮避開應(yīng)力集中的位置。在施工單位提交設(shè)計方案后,設(shè)計單位采用midas建模結(jié)構(gòu)受力驗算,各種荷載組合條件下的內(nèi)力和應(yīng)力均滿足規(guī)范要求后組織實施。

        5.1 鞍罩造形

        索鞍鞍罩總高15 m,結(jié)構(gòu)設(shè)計分為兩部分:一是鞍罩底座高8.8 m,為變截面矩形斷面,采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆施工。其底部橫橋向?qū)? m、順橋向?qū)?.5 m,頂部橫橋向?qū)?.526 m、順橋向?qū)?.594 m,每個面設(shè)有漸變寬度80 cm~246 cm、深度5 cm~81 cm的裝飾槽;二是頂部荷花裝飾塊,高6.2 m,為內(nèi)部鋼骨架支撐外部罩玻璃鋼面板,造型為含苞待放的荷花。見圖2。

        圖2 荷花鞍罩結(jié)構(gòu)組成示意圖

        5.2 玻璃鋼面板制作

        荷花裝飾塊內(nèi)部支撐主要受力結(jié)構(gòu)由□100×100×6熱鍍鋅方管拼裝焊接形成主鋼架,主鋼架外部由6 mm厚玻璃鋼面板罩面。玻璃鋼面板制作時,將□50×50×2.5熱鍍鋅方管作為龍骨預(yù)埋在玻璃鋼面板內(nèi)側(cè),通過預(yù)埋的□50×50×2.5熱鍍鋅方管支腳將玻璃鋼面板龍骨與主鋼架連接焊牢形成整體。

        6 主鋼架制作安裝

        主鋼架須按照設(shè)計圖編制的下料單下料、拼裝、焊接加工而成。主鋼架花瓣部分屬于不規(guī)則的異形加工,該部分熱鍍鋅方管采用液壓沖壓機進行冷彎,冷彎過程中須反復(fù)與模板比對直至吻合,以消除內(nèi)應(yīng)力確保骨架拼裝時不發(fā)生變形?;ò瓴糠咒摷軕?yīng)根據(jù)荷花裝飾塊造型進行拼焊,局部可作適當(dāng)調(diào)整以防止玻璃鋼面板連接時互相抵觸,主鋼架外輪廓線與玻璃鋼面板內(nèi)側(cè)間距不小于15 cm,以便連接施焊時有足夠的操作空間。下料加工前,根據(jù)圖紙要求對主鋼架每根桿件進行編號,按照下料單切割、冷彎,確保每一個方管尺寸及弧度滿足圖紙要求。

        計劃先制作一個塔冠的主鋼架,待與玻璃鋼面板拼接成功后再制作另外三個塔冠的主鋼架。主鋼架焊接除了按照設(shè)計焊縫標準執(zhí)行外,采取CO2氣體保護焊為主手工電弧焊為輔措施,選擇合理的焊接順序以減小鋼結(jié)構(gòu)焊接產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和變形。

        7 玻璃鋼裝飾塊制作

        7.1 玻璃鋼裝飾塊的制作流程

        模型制作→模具制作→模具分塊切割→模具打磨拋光→模具成型→涂抹脫模劑→涂刷樹脂混和料→鋪放玻璃纖維布(增強材料)→重復(fù)鋪層操作達到設(shè)計厚度→固化脫?!拚a(chǎn)品。

        7.2 模型制作

        在車間內(nèi)完成1∶1模型制作。先用木質(zhì)板方材料根據(jù)設(shè)計圖搭設(shè)模型的基本支架,再用硬質(zhì)泡沫塑料塊從底部堆積出荷花造型的大致形狀,然后由具有一定水平的工藝師進行雕塑。雕塑過程中技術(shù)人員利用設(shè)置的軸線、對角線將設(shè)計數(shù)據(jù)定點到相應(yīng)的位置以保證造型符合要求,模型制作的造型和質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品的造型與外觀效果,必須經(jīng)過工藝師精雕細琢制作出精致的模型,直至業(yè)主及政府相關(guān)部門滿意。

        7.3 模具制作

        合格后的模型用于翻模制成模具。模具面板也是玻璃鋼材質(zhì),只是使用的樹脂標號低一些、厚度可以薄一點,一般厚度在3 mm左右。模具的剛度由附著在背面的□35×25×2方管滿足。

        在常溫(20℃左右)下糊制好的模具,一般48 h基本固化定型,即可脫模。脫模前應(yīng)對模具編號、劃分塊線,根據(jù)實際的模型確定整套模具分成23個單元,其中22個單元周轉(zhuǎn)8次,一個單元周轉(zhuǎn)4次,配合合理的人工可以滿足進度要求。脫模時可使用壓縮空氣斷續(xù)吹氣,以使模具和母模逐漸分離。模具脫模后,切除多余的飛邊,用400號~1 000號水砂紙依次打磨模具表面,使用拋光機對模具進行表面拋光,所有的工序完成之后模具即可交付使用。

        7.3 基體樹脂的配制

        根據(jù)設(shè)計要求,基體樹脂采用199號不飽和聚酯樹脂,固化劑采脂常溫E-999固化劑,稀釋劑采用丙酮。在此需要說明的是,樹脂膠液配制時加入10~30%滑石粉(重量比),能夠起到增強強度和韌性、防止流膠、降低了樹脂發(fā)熱,減小樹脂的變形收縮等作用,猶如高標號混凝土中參入礦粉或粉煤灰的作用。增強材料采用無堿玻璃纖維布。

        7.4 樹脂膠液的配制

        按重量比取100份的樹脂和8~10份丙酮(或環(huán)氧丙烷丁基醚)混合于干凈的容器中,以電攪拌器或手工攪拌均勻后,加入10~30滑石粉繼續(xù)攪拌均勻,再加入0.20~2份的固化劑(固化劑的加入量應(yīng)根據(jù)當(dāng)時的氣溫、現(xiàn)場溫度適當(dāng)增減),迅速攪拌,進行真空脫泡1~3分鐘,以除去樹脂膠液中的氣泡,即可使用。

        7.5 玻璃纖維逐層糊制

        修整好的模具轉(zhuǎn)運到現(xiàn)場進行玻璃鋼產(chǎn)品制作。將模具擺放平穩(wěn),清除表面灰塵后均勻涂抹脫模蠟。將調(diào)配好的樹脂膠液涂刷到模具面上,隨即鋪一層裁剪好的玻璃纖維布,壓實,排出氣泡。玻璃纖維布與樹脂膠夜交替逐層糊制,直到所需厚度,本項目設(shè)計厚度6 mm,需糊制5~6層。在糊制過程中,要嚴格控制每層樹脂膠液的用量,既要能充分浸潤纖維布,又不能過多。含膠量高,氣泡不易排除,而且造成固化放熱大,收縮率大。整個糊制過程實行多次成型,每次糊制2~3層后,要待固化放熱高峰過了之后(即樹脂膠液較粘稠時,在20℃一般60 min左右),方可進行下一層的糊制。糊制時玻璃纖維布必須鋪覆平整,玻璃布之間的接縫應(yīng)互相錯開,盡量不要在棱角處搭接。要注意用毛刷將布層壓緊,使含膠量均勻,排出氣泡。

        7.6 模具糊制

        第一片產(chǎn)品固化后即可脫模,產(chǎn)品脫開后清理模具并涂抹脫模蠟即可進行第二片模具的糊制。脫離下來的產(chǎn)品經(jīng)過切除多余飛邊、表面打磨拋光,用壓縮空氣吹除灰塵存放成品區(qū)待用。待整套45塊產(chǎn)品制作完成并修整打磨拋光后,即可在地面上與主鋼架進行預(yù)拼裝,經(jīng)過反復(fù)調(diào)試使整個荷花裝飾塊平順,底部幾何尺寸與主塔混凝土頂面相吻合即可進行補縫、打磨拋光,同時補足連接數(shù)量和焊縫并做好防腐處理,外側(cè)表面用壓縮空氣吹凈后涂刷兩遍環(huán)氧富鋅底漆打底,氟碳漆罩面。

        至此,玻璃鋼鞍罩制作預(yù)拼裝工作完成,下一步根據(jù)塔吊對上下游主塔不同的起重重量進行分

        割,轉(zhuǎn)運到橋面進行吊裝、加固、補縫,涂刷面漆,工程安全、順利完工。

        8 結(jié) 語

        玻璃鋼質(zhì)輕強度高、可設(shè)計性好,可以靈活地設(shè)計出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品,來滿足使用要求,同時具有優(yōu)良的工藝性,而且工藝簡單,可以一次成型,經(jīng)濟效益突出,尤其對形狀復(fù)雜、不易成型的產(chǎn)品,更能顯示出其工藝的優(yōu)越性。玻璃鋼的缺點是容易老化,在貴港地區(qū)紫外線照射下抗老化是一個很大的問題。在設(shè)計時,應(yīng)采用環(huán)氧富鋅底漆作重防腐涂層的配套底漆,起到陰極保護的作用,再配合氟碳漆罩面,使荷花裝飾塊具有很好的防紫外線的能力,加上與鋼箱梁、主纜索等防腐涂裝同周期的維護,確保玻璃鋼的使用年限不少于30年。

        通過本次在橋梁主索鞍鞍罩上運用玻璃鋼材料,取得在不改變原設(shè)計造型效果、不增加造價、降低了安全風(fēng)險和保持設(shè)計技術(shù)指標的實施成果。

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