紀(jì)國(guó)亮
(南京市浦口區(qū)建設(shè)發(fā)展有限公司,江蘇 南京 211800)
隨著橋梁工程的快速發(fā)展,變高度連續(xù)鋼桁架梁橋以其具有橋體自重輕、跨越能力大、結(jié)構(gòu)形式美觀等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛應(yīng)用。本文以南京市浦云路大橋?yàn)槔芯夸撹旒軜蚴┕み^程中的主要工序及質(zhì)量控制措施,并采用計(jì)算分析、變形觀測(cè)和動(dòng)靜荷載試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,取得了較好的結(jié)果。
浦云路大橋的主橋?yàn)椋?1.33+120+60)m 公路與城市道路橋梁三跨變高度鋼桁架連續(xù)梁橋,全長(zhǎng) 241.33 m,主橋標(biāo)準(zhǔn)寬度 37 m,桁架中心間距為 29 m。上弦桿線形采用圓弧曲線,主桁采用變高度“N”形桁式,桁架跨中桁高為 6 m,中間支點(diǎn)處桁高為 26 m,邊支點(diǎn)處桁高為 6 m,全橋采用變節(jié)點(diǎn)布置,兩側(cè)端柱及中柱設(shè)外包裝飾結(jié)構(gòu),如圖 1 所示。
圖1 浦云路大橋效果圖
主桁由左右兩片桁架和主塔間的橋門架橫撐組成,兩片桁架各桿件橫橋向?qū)挾染鶠?1 200 mm。主桁上弦桿為焊接矩形截面,截面高度為 1 500 mm,板厚根據(jù)不同區(qū)域進(jìn)行區(qū)別,每隔約 3 m 設(shè)置一道橫隔板。主桁下弦桿為焊接矩形截面,截面高度 1 660 mm,上下弦桿間通過中塔、邊塔、直腹桿、斜腹桿連接。直腹桿為工字型截面,斜腹桿截面有工字型和焊接矩形兩種。中塔柱和邊塔柱截面均為焊接矩形截面,截面順橋向?qū)?2 500 mm,橫橋向?qū)挾?1 200 mm。
為確保浦云路大橋在建設(shè)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決各階段存在的問題,使每個(gè)過程和環(huán)節(jié)始終處于受控狀態(tài),并最終使各項(xiàng)質(zhì)量活動(dòng)及結(jié)果達(dá)到質(zhì)量要求和預(yù)期效果,建設(shè)人員充分運(yùn)用作業(yè)技術(shù),并在質(zhì)量環(huán)上開展各項(xiàng)工作。
2.1.1 胎架驗(yàn)算
對(duì)鋼桁架進(jìn)行預(yù)拼裝是檢驗(yàn)構(gòu)件的制造精度、熟悉拼裝流程的重要步驟。項(xiàng)目對(duì)鋼桁架采用平面臥拼試裝法,每片桁架試拼裝“4+1”進(jìn)行(其中上節(jié)段端口上下弦桿參與到下一輪組拼)。胎架柱采用 H200×200 型鋼,橫向及縱向鋼梁采用 H200×200 型鋼,材質(zhì)均為 Q235。胎架驗(yàn)算時(shí)選取最重節(jié)段,即中塔柱節(jié)點(diǎn)處節(jié)段,對(duì)胎架進(jìn)行整體驗(yàn)算,如圖 2 所示。
圖2 胎架內(nèi)力分析
胎架最大應(yīng)力 97.1 N/mm2<215 N/mm2。胎架滿足強(qiáng)度及剛度要求,可以保證安全施工的需要。
2.1.2 鋼桁架預(yù)拼
根據(jù)節(jié)段的外框形狀放樣,以上下弦桿腹板邊點(diǎn)作為定位點(diǎn),其中 7~14 # 點(diǎn)為上弦節(jié)段的分段環(huán)口線,15~22 # 點(diǎn)為下弦節(jié)段的分段環(huán)口線。預(yù)拼時(shí),先將 3 個(gè)下弦桿節(jié)段定位(采用線墜吊地樣定位點(diǎn)),再將 3 個(gè)上弦桿節(jié)段定位,最后拼裝腹桿(腹桿以弦桿上的預(yù)留環(huán)口進(jìn)行定位),如圖 3 所示。
圖3 鋼桁架預(yù)拼裝圖(單位:mm)
2.1.3 預(yù)拼裝質(zhì)量控制
構(gòu)件預(yù)拼裝時(shí),相鄰構(gòu)件相對(duì)位置與鋼桁架吊裝時(shí)的線形一致,預(yù)拼主要是進(jìn)一步檢查相鄰梁段之間的端口及整體線型,避免工地裝焊時(shí)梁段間出現(xiàn)較大間隙和較大錯(cuò)邊量,保證工地裝焊工作順利進(jìn)行[1]。梁段之間的預(yù)拼不僅要檢查間隙、調(diào)整錯(cuò)邊量,還需匹配端口尺寸,進(jìn)行必要的修正和調(diào)整,避免產(chǎn)生積累誤差。
梁段預(yù)拼裝檢測(cè)合格后,對(duì)梁段中心點(diǎn)、定位點(diǎn)、端口檢查線及標(biāo)高測(cè)量點(diǎn)等做好標(biāo)記。預(yù)拼裝的主要控制要點(diǎn)如下。
1)支墩的布置:按照地樣線圖紙?jiān)谲囬g地面上作出地樣線,根據(jù)支墩布置圖擺放支墩及水平橫梁。
2)胎架橫梁固定前必須將胎架面調(diào)平,并確保桿件放上后處于同一水平面。
3)參與試裝的桿件均應(yīng)檢查合格,且將桿件飛刺、電焊熔渣及飛濺清除干凈。
4)試裝過程中避免桿件支墩點(diǎn)不發(fā)生沉降,使桿件應(yīng)處于自由狀態(tài)。試裝時(shí),必須使板層密貼,點(diǎn)焊位置應(yīng)適當(dāng)多焊幾處。
5)所有試裝桿件拼接完成后,調(diào)整各桿件使之水平面放置水平。
6)檢測(cè)試拼裝的主要尺寸方法:用水準(zhǔn)儀檢測(cè)各桿件的水平標(biāo)高,調(diào)整合格后,再對(duì)試裝的主要尺寸進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量試裝桁高、上下節(jié)間長(zhǎng)度、總長(zhǎng)度以及節(jié)間對(duì)角線長(zhǎng)度。
2.2.1 中塔柱節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)的固結(jié)處理
為保證中塔柱節(jié)點(diǎn)安裝就位后,在桁架組拼過程中不發(fā)生位移和轉(zhuǎn)角,保證安裝質(zhì)量,對(duì)中塔柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行固結(jié)處理。在中墩柱上設(shè)置中支座剛接塊,布置在永久支座兩側(cè),中支座節(jié)點(diǎn)安裝就位后,其梁底板與支座間隙留 5 mm,對(duì)中塔柱節(jié)點(diǎn)與剛接塊焊接固定后,再安裝其它部分斜桿及上弦桿。
中支座剛接塊內(nèi)部采用沙箱結(jié)構(gòu),塔柱節(jié)點(diǎn)安裝時(shí)先放置在沙箱支點(diǎn)處頂緊,然后對(duì)外側(cè)鋼板與桁架底板圍焊固定,形成剛接點(diǎn)。桁架安裝完成落架前,對(duì)外側(cè)鋼板整體切割,桁架節(jié)點(diǎn)支撐在沙箱支點(diǎn)上,再利用沙箱落架至永久支座,完成主桁架施工。內(nèi)部沙箱結(jié)構(gòu)要先預(yù)壓到位,保證密實(shí)。
2.2.2 主桁架支點(diǎn)滑移及橫向調(diào)整處理
根據(jù)桁架安裝工況,桁架中墩節(jié)點(diǎn)固結(jié)處理后,其它支點(diǎn)隨著溫度的變化會(huì)熱脹冷縮而產(chǎn)生位移,為避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,需要對(duì)該位移進(jìn)行釋放,以適應(yīng)溫度變化。其熱脹冷縮最大差值約 28.32 mm(溫度差值約 20 ℃)。
在桁架安裝過程中,在半幅下弦桿焊接完成后(不含合攏段焊縫),將調(diào)節(jié)短柱的支點(diǎn)進(jìn)行置換。利用千斤頂將支點(diǎn)轉(zhuǎn)移至沙箱結(jié)構(gòu)上,在沙箱頂部與下弦底板間設(shè)置不銹鋼板和四氟板,以利用沙箱提供支撐力的同時(shí)讓桁架自由伸縮滑移。當(dāng)主桁架需要橫向調(diào)整時(shí),可以在分配梁側(cè)面增設(shè)水平千斤頂,對(duì)下弦桿的橫向位置進(jìn)行微調(diào)。
2.2.3 主桁架合攏段伸縮縫預(yù)留處理
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件,跨中合攏段需要提前吊裝至橋位臨時(shí)放置,否則后期將無法安裝。所以合攏段在廠內(nèi)制造時(shí)需要考慮合攏口預(yù)留縫的處理,避免安裝后因鋼板熱脹冷縮產(chǎn)生誤差,如圖 4 所示。
圖4 合攏段示意圖(單位:mm)
桁架合攏段安裝時(shí)間預(yù)計(jì)在 3 月底(溫度約 10 ℃),主桁架及橋面板整體合攏段焊接時(shí)間預(yù)計(jì)在 6 月底(最高溫度約 30 ℃)。鋼材的線膨脹系數(shù)取 0.000 011 8 mm/°,主桁架在中塔柱位置固結(jié),則考慮中跨合攏段在安裝時(shí)和合龍前焊接時(shí)因溫度升高引起的膨脹值為 120 000×0.000 011 8×20=28.32 mm,合攏段安裝時(shí)與相鄰構(gòu)件的間隙考慮 20 mm,兩端合計(jì)共 40 mm,大于桁架安裝期間中跨桁架的膨脹值,所以合攏段內(nèi)廠制造時(shí)兩端需考慮縮短 20 mm,以保證現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)合攏溫度要求為 15 ℃,其合攏段焊接時(shí)間選擇夜間,環(huán)境溫度在 15 ℃ 左右,滿足設(shè)計(jì)要求。
2.2.4 桁安裝過程中的穩(wěn)定及錨固點(diǎn)設(shè)置
主桁架下弦桿吊裝時(shí),采用調(diào)節(jié)短柱(每個(gè)梁段 4 個(gè)支點(diǎn))進(jìn)行支撐,梁底與調(diào)節(jié)短柱點(diǎn)焊固定,保證穩(wěn)定。腹桿及上弦安裝時(shí),吊裝定位后,用臨時(shí)碼板連接固定,側(cè)向用槽鋼支撐,平面外設(shè)纜風(fēng)繩,如圖 5 所示。
圖5 碼板節(jié)點(diǎn)示意圖
主桁架采用單件拼裝法,腹桿及上弦桿吊裝定位完成焊接前,需要設(shè)置纜風(fēng)繩進(jìn)行臨時(shí)固定,單個(gè)構(gòu)件設(shè) 4 根纜風(fēng)繩,構(gòu)件焊接完成后,纜風(fēng)繩方可摘除。主桁架外側(cè)錨固點(diǎn)采用Φ377 鋼管樁,入土深度 5 m,內(nèi)側(cè)錨固點(diǎn)可利用已安裝的下弦桿吊耳。
2.2.5 上弦臨時(shí)撐桿結(jié)構(gòu)
由于兩片主桁架之間吊機(jī)站位需要,主桁架安裝時(shí)橫梁無法全部施工,且桁架上弦只有中塔柱設(shè)有橋門架,為保證施工過程中的穩(wěn)定性,在桁架安裝過程中,在桁架上弦布置 5 道臨時(shí)撐桿結(jié)構(gòu)[2],如圖 6 所示。
圖6 臨時(shí)撐桿位置示意圖(單位:mm)
1#臨時(shí)撐桿在中塔柱定位完成后安裝就位,2 # 和 3 # 臨時(shí)撐桿在對(duì)應(yīng)的桁架上弦桿定位完成后安裝。1 # 臨時(shí)撐桿在橋門架安裝后進(jìn)行拆除,2 # 和 3 # 臨時(shí)撐桿在桁架整體落架后進(jìn)行拆除。安裝過程中,若臨時(shí)撐桿對(duì)履帶吊主臂形成阻礙,可先對(duì)臨時(shí)撐桿拆除,待構(gòu)件吊裝完成后恢復(fù)。
2.2.6 拱式門架安裝措施
中塔柱橋門架采用分為下部拱圈結(jié)構(gòu)和上部桁架結(jié)構(gòu)兩部分安裝,拱圈結(jié)構(gòu)起吊安裝時(shí),會(huì)對(duì)橋塔柱產(chǎn)生向外的水平推力,為控制拱圈結(jié)構(gòu)的水平推力和變形,在拱圈下部設(shè)置臨時(shí)拉桿,拉桿采用 14 # 槽鋼,與拱圈焊接固定。同時(shí),在拱圈結(jié)構(gòu)安裝前,在兩個(gè)橋塔中間設(shè)置了管桁架臨時(shí)撐桿,對(duì)塔柱進(jìn)行了穩(wěn)固,保證桁架順利安裝,如圖 7 所示。
圖7 拱式門架臨時(shí)撐桿示意圖(單位:mm)
2.3.1 橋面板焊接工藝流程
鋼桁架橫梁及小縱梁安裝焊接完成,開始鋪設(shè)橋面板單元。橋面板單元縱向由兩邊依次向跨中進(jìn)行安裝。橫向以道路中心線為基準(zhǔn),向兩側(cè)安裝。
安裝時(shí)先焊接橋面板單元與橫梁之間的角接焊縫,再焊接橋面板單元間的縱向?qū)雍缚p,橫向焊縫待全部橋面板鋪設(shè)完成后,由跨中向兩邊焊接,以小樁號(hào)0 # 橋面板安裝為例。
1)小樁號(hào)側(cè)橫梁及縱梁安裝完成;
2)第一塊橋面板單元鋪設(shè)(共 7 塊板單元);
3)焊接第一塊橋面板單元與縱橫梁之間的焊縫(共安排 7 個(gè)焊工,先焊接橫梁與橋面板角焊縫,再焊接縱梁與橋面板焊縫);
4)焊接橋面板單元之間的縱向焊縫(共安排 2 個(gè)焊工,從面板中間開始對(duì)稱施焊);
5)焊接橋面板單元之間的縱向焊縫(共安排 2 個(gè)焊工,從面板中間開始對(duì)稱施焊),同時(shí)安裝下一節(jié)段的橋面板單元;
6)焊接橋面板單元之間的縱向焊縫,同時(shí)安裝下一節(jié)段的橋面板單元焊縫,共安排 4 個(gè)焊工,從面板中間開始對(duì)稱施焊;
7)焊接橋面板單元之間的縱向焊縫,同時(shí)安裝下節(jié)段的橋面板單元焊縫,共安排 4 個(gè)焊工,從面板中間開始對(duì)稱施焊。
2.3.2 橋面板單元 U 肋連接
橋面板縱向 U 形肋間采用高強(qiáng)度螺栓連接,按孔群的 25 % 打定位沖釘微調(diào)接口,安裝其它孔位高強(qiáng)度螺栓并進(jìn)行初擰,再將沖釘處全部換上高強(qiáng)度螺栓并初擰、復(fù)擰;再焊接橋面板對(duì)接焊縫。施工中應(yīng)注意:
1)螺栓安裝前,將栓孔內(nèi)異物清除干凈;
2)螺栓初擰應(yīng)從孔群中心向四周進(jìn)行;
3)高強(qiáng)度螺栓初擰扭矩為終擰扭矩的 50 %。橋面板工地接頭焊縫 CO2打底焊完成后,拆除碼板并自動(dòng)焊蓋面,探傷合格后,終擰高強(qiáng)度螺栓。
為檢驗(yàn)理論值與實(shí)際值的吻合度,指導(dǎo)施工正常進(jìn)行,施工中進(jìn)行了一系列觀測(cè),包括下弦桿高程、上弦桿軸線以及橋塔偏位的監(jiān)測(cè)。
高程監(jiān)測(cè)采用精密水準(zhǔn)儀及銦鋼尺,要求公里往返測(cè)量誤差≤ 1 mm。軸線及中塔偏位采用全站儀,要求測(cè)距精度高于 1 mm+1 ppm,測(cè)角精度高于 0.5”。測(cè)試方向由小樁號(hào)往大樁號(hào)(左→右),橫向按照 A 軸、B 軸分布,測(cè)試結(jié)果如圖 8、圖 9 所示。
圖8 上弦桿實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖
圖9 下弦桿實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖
根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)變化,符合施工進(jìn)度及施工工況,沉降值整體變化較小,最大觀測(cè)沉降值為 A12 和 B13-1點(diǎn)均為 11 mm。根據(jù)上、下弦桿線型觀測(cè)數(shù)值變化,符合施工工況,線型整體平滑、順暢,滿足要求。
荷載試驗(yàn)是檢測(cè)成橋質(zhì)量的重要手段,通過模擬橋跨主體結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)際受力狀態(tài),測(cè)試橋跨結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能[3],檢驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,評(píng)估實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能。
3.2.1 靜荷載試驗(yàn)
本次靜力荷載試驗(yàn)采用 38 t 加載車,軸距、輪距與設(shè)計(jì)荷載較為接近,分 3 級(jí)逐步加載。靜荷載試驗(yàn)結(jié)論如下所述。
1)加載效率。主橋靜力荷載試驗(yàn)效率介于0.88~1.03,表明試驗(yàn)荷載所產(chǎn)生的最不利效應(yīng)反映了設(shè)計(jì)規(guī)范基本可變荷載效應(yīng)的特征。
2)撓度測(cè)試。各工況作用下,主橋?qū)崪y(cè)撓度校驗(yàn)系數(shù)和縱橋向變形校驗(yàn)系數(shù)介于 0.75~0.96,實(shí)測(cè)撓度均<計(jì)算值。卸載后,測(cè)試截面測(cè)點(diǎn)的最大相對(duì)殘余變形<20 %,表明橋梁結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求,且結(jié)構(gòu)控制截面在試驗(yàn)過程中接近彈性工作狀態(tài)。
3)應(yīng)力(應(yīng)變)測(cè)試。各工況作用下,主橋各個(gè)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力校驗(yàn)介于 0.77~0.90,實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值,實(shí)測(cè)的最大相對(duì)殘余應(yīng)力< 20 %,表明結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計(jì)要求,且結(jié)構(gòu)接近彈性狀態(tài)。
3.2.2 動(dòng)荷載試驗(yàn)
本次動(dòng)荷載采用脈動(dòng)試驗(yàn)和激勵(lì)試驗(yàn)。采用脈動(dòng)法進(jìn)行自振測(cè)試,由國(guó)家地震局工程力學(xué)研究所研制生產(chǎn) 941B 速度傳感器作拾振器,采用東方所 INV3062 智能信號(hào)采集處理分析儀作采集器。激勵(lì)試驗(yàn)沖擊系數(shù)計(jì)算采用動(dòng)應(yīng)變和動(dòng)撓度的時(shí)程曲線計(jì)算。其實(shí)測(cè)振型與理論振型如圖 10、圖 11 所示。動(dòng)荷載試驗(yàn)結(jié)論如下所述。
圖10 實(shí)測(cè)振型圖
圖11 理論振型圖
1)由模態(tài)試驗(yàn)實(shí)測(cè)各階頻率和理論計(jì)算值對(duì)比可以看出,實(shí)測(cè)自振頻率值略大于計(jì)算值,表明結(jié)構(gòu)的整體剛度較大,滿足設(shè)計(jì)要求。
2)主橋一階自振頻率實(shí)測(cè)值 1.578 Hz,在不同速度勻速跑車作用下,主橋?qū)崪y(cè)最大沖擊系數(shù)為 0.058(30 km/h),根據(jù)實(shí)測(cè)基頻所得計(jì)算沖擊系數(shù)為 0.065,實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)略小,表明正常行駛下動(dòng)荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊較小。
目前,鋼桁架橋梁在國(guó)內(nèi)應(yīng)用非常廣泛,橋型多樣且施工工藝及方法紛呈。本文以浦云路大橋?yàn)槔芯苛耸┕ぶ械闹饕ば蚣百|(zhì)量控制措施,并通過沉降觀測(cè)及動(dòng)靜荷載試驗(yàn)對(duì)成橋質(zhì)量進(jìn)行了驗(yàn)證,取得較好效果,為今后同類鋼桁架橋梁的工程建設(shè)提供一定的參考借鑒。