異形鋼桁架現(xiàn)場安裝的關(guān)鍵技術(shù)探討

許傳財

（上海市水利工程集團(tuán)有限公司，上海 201612）

20 世紀(jì)以來，空間鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用越發(fā)廣泛，隨著結(jié)構(gòu)體系越來越新穎、跨度越來越大，對施工技術(shù)要求也越來越高。本文以上海市青浦區(qū)環(huán)城水系治理工程二期上善橋上部異形鋼桁架為研究背景，總結(jié)異形鋼桁架在現(xiàn)場安裝過程中的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

上善橋位于上海市青浦區(qū)盈港路北側(cè)、青安路西側(cè)，為鋼結(jié)構(gòu)橋梁，作為溝通兩岸三地的通道。全橋分為主橋和引橋兩大部分，引橋與主橋三肢尾端相連。其中主橋共三肢，各肢下部為鋼箱梁結(jié)構(gòu)，上部為異形鋼桁架結(jié)構(gòu)，主橋肢1、肢2、肢3 長度分別為32 m、30.5 m、60.5 m，引橋長度分別為32 m、28 m、11 m。主橋上部桁架為不規(guī)則雙曲面鋼框架空間結(jié)構(gòu)，桁架有鋼立柱、上弦主桿件、鑲接方形構(gòu)件和H型組成網(wǎng)架，采用12 mm 厚Q34 5qC 鋼板制作而成，桁架上弦三條主桿件（龍骨）與三個方向的三孔弧拱門洞（龍骨）主桿件采用鋼板焊接成450 mm×450 mm方形弦桿，作為主受拉構(gòu)件，通過上弦主桿件把受力匯合中心鋼立柱傳遞至橋梁中心支座上（見圖1）。

圖1 上善橋示意圖

2 重難點及解決方案

2.1 桁架造型不規(guī)則，下料加工復(fù)雜

上善橋橋梁整體造型為異形結(jié)構(gòu)，尤其是上部桁架造型不規(guī)則，需要進(jìn)行精準(zhǔn)下料加工。針對該難點，深化設(shè)計圖紙進(jìn)行精確建模，通過三維模型轉(zhuǎn)換成平面圖紙，采用電腦排版、放樣，導(dǎo)出加工數(shù)據(jù)后采用數(shù)字化控制機(jī)床進(jìn)行鋼材切割下料。桁架各部件加工完成后，先在工廠進(jìn)行預(yù)拼裝，確保各部件尺寸無誤后再分塊運(yùn)輸至現(xiàn)場安裝[1]。此外，鋼桁架根據(jù)材料、吊裝及運(yùn)輸條件確定分段方案，一共分為17 塊。

（1）按坐標(biāo)將各肢主桿件在胎架上定位，將主龍骨底面鋼板放于胎架上，調(diào)整好整體線形再焊接兩側(cè)腹板。

（2）從中心向四周連接各節(jié)點，形成各H型單元，完成中心區(qū)域桁架的制作。

（3）定位與下部鋼箱梁的連接點，控制好高程及位置后，肢1、肢2、肢3 連接桁架可同時加工。

（4）當(dāng)桁架整體完成好，確定位置進(jìn)行分割。

其中各肢分解圖見圖2～圖4。

圖4 肢3、肢1與頂部分解圖

2.2 桁架分塊多，現(xiàn)場拼接定位困難。

上善橋桁架鋼結(jié)構(gòu)尺寸較大且為異形帶弧度、由17 個分塊拼接而成的空間結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場拼接定位困難，某一塊的定位有偏差，就會直接影響后續(xù)各塊的精確拼裝，可謂一步錯步步錯，嚴(yán)重的后果可能發(fā)展為塊與塊之間錯位、三條主桿件（龍骨）軸心線不能形成設(shè)計要求受力曲線。針對該難點，桁架在廠里加工時嚴(yán)格控制構(gòu)件制作和安裝的尺寸偏差，廠里預(yù)拼好后對每塊進(jìn)行安裝順序標(biāo)記；現(xiàn)場安裝時按照設(shè)計軸線和標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格放線和復(fù)核；每個分塊吊裝后，在高空采用耳板連接裝置來對鋼桁架實施空中對接，對接完成進(jìn)行測量復(fù)核軸線和標(biāo)高無誤后，實施最終的焊接（見圖5）。

圖5 各分塊拼裝圖

2.3 水上吊裝吊點調(diào)節(jié)難度大

鋼結(jié)構(gòu)橋梁架設(shè)區(qū)域水面寬闊，陸域道路及場地有限，根據(jù)橋梁長度、寬度與重量，桁架吊裝設(shè)備選擇船舶浮吊和汽車吊配合的吊裝方式。上部桁架為異形帶弧度的結(jié)構(gòu)，不是規(guī)則的物件，重心難以確定，桁架塊數(shù)多，每塊桁架的重心需要通過浮吊船進(jìn)行多次移位、試吊來確定吊點位置。針對該難點，先根據(jù)每塊桁架的結(jié)構(gòu)特點選擇吊點位置及數(shù)量，然后經(jīng)過計算確定其重心位置，再根據(jù)吊點和重心的空間位置通過放樣及計算確定吊索的長度，從而減少浮吊移位的次數(shù)和吊點調(diào)節(jié)的難度[2]。

2.4 施工質(zhì)量及安全保障。

鋼結(jié)構(gòu)分塊多、造型為異形結(jié)構(gòu)，加工廠焊接及現(xiàn)場焊接量大，做好焊接質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵；針對該難點，焊接前，根據(jù)焊接工藝評定報告編制焊接工藝，焊接材料通過焊接工藝評定確定，選擇持證上崗的高水平焊工，焊接工作在施焊環(huán)境濕度小于80%、環(huán)境溫度高于5 ℃情況下進(jìn)行施焊，做好防風(fēng)設(shè)施，主要桿件在組裝后24 h 內(nèi)焊接，焊接必須徹底清除（包括定位焊）區(qū)域內(nèi)的有害物，焊后對所有焊縫在全長范圍內(nèi)進(jìn)行外觀檢查，不得有裂紋、未熔合、夾渣、未填滿弧坑和焊瘤等缺陷；并根據(jù)設(shè)計及規(guī)范要求進(jìn)行超聲波探傷和X 光射線檢測。

現(xiàn)場施工過程涉及動火作業(yè)、吊裝作業(yè)、高處作業(yè)、水上作業(yè)等多項危險性較大的作業(yè)內(nèi)容，安全保障要求高。針對該難點，制定專項方案，按照批準(zhǔn)的方案進(jìn)行現(xiàn)場安裝；施工前對工人進(jìn)行安全技術(shù)交底，安全教育考核不合格的禁止在現(xiàn)場施工；施焊用的氣罐要分類存放，并有保護(hù)措施；吊裝作業(yè)專人指揮，嚴(yán)格遵守十不吊，六級及以上大風(fēng)禁止吊裝；高處作業(yè)正確佩戴防護(hù)用品，專人負(fù)責(zé)安全監(jiān)督；水上作業(yè)穿救生衣；落實安全責(zé)任，加強(qiáng)安全教育，配備相應(yīng)的安全設(shè)施設(shè)備，做好現(xiàn)場安全管理工作。

3 現(xiàn)場安裝關(guān)鍵技術(shù)

3.1 異形鋼桁架的測定和校正

（1）測量流程

現(xiàn)場安裝過程中，測量流程如下:首先對控制點、高程點進(jìn)行加密布置并定期進(jìn)行復(fù)核，依次對各肢下部鋼箱梁的中心線、高程以及橋面進(jìn)行復(fù)測，然后對鋼箱梁進(jìn)行安裝控制及沉降觀測，最后進(jìn)行異形鋼桁架安裝測量控制。

①每肢異形鋼桁架安裝按10 m 設(shè)一個測量點，每個測量點測量次數(shù)為三次：(a)整肢異形鋼桁架安裝校正后，焊接前測量一次；(b)整肢異形鋼桁架焊接完，卸載前測量一次；(c)整肢異形鋼桁架整體卸載后測量一次;(d) 每次測量結(jié)果要有檢查記錄，并作為工程驗收的資料存檔。

②待兩邊肢焊接成型后，安裝前對合攏段實際距離進(jìn)行實測，然后在拼裝現(xiàn)場進(jìn)行余量切割。

（2）吊裝前測量

每塊鋼桁架吊裝前，在下部鋼箱梁橋面上放出鋼桁架底部邊線及中心線，便于鋼桁架吊裝定位；同時復(fù)核下部鋼箱梁橋面高程是否準(zhǔn)確，如誤差超過規(guī)范要求，及時進(jìn)行調(diào)整，以免影響鋼桁架吊裝。

（3）吊裝過程中的測量與校正

異形鋼桁架吊裝至既定位置后，如位置與設(shè)計位置存在誤差，要對鋼桁架與鋼箱梁橋面安裝位置進(jìn)行細(xì)部精確調(diào)整，調(diào)整按照先平面再高程的順序進(jìn)行。

（4）水平方向的調(diào)整

①前后位置的調(diào)整（順橋向）

桁架上端的調(diào)整：在安裝完畢的鋼桁架與待進(jìn)行調(diào)整位置的鋼桁架的方形主桿件兩側(cè)腹板上各焊接兩個受力點，然后在兩個受力點間安裝花籃螺絲，通過調(diào)節(jié)花籃螺絲來完成鋼桁架前后位置的調(diào)整。桁架下端的調(diào)整：前后方向的調(diào)整可通過在下部鋼箱梁橋面板上和桁架下端腹板上焊接受力點，安裝手拉葫蘆來進(jìn)行調(diào)整。

②左右位置的調(diào)整（橫橋向）

在承載異形鋼桁架梁段的H型鋼及底板上焊接受力點，然后安裝手拉葫蘆，通過吊機(jī)提升以及葫蘆的拉力來完成異形鋼桁架梁段左右位置的調(diào)整。

③垂直方向的調(diào)整

在鋼桁架分段經(jīng)過水平方向上的調(diào)整以后，進(jìn)行垂直方向的調(diào)整，調(diào)整主要通過浮船吊的升降控制，調(diào)整時進(jìn)行精確測量，符合要求后加入鋼墊片或鋼楔，達(dá)到固定目的。

④整體的定位

鋼梁位置調(diào)整完畢后，在支撐圓管兩側(cè)焊接定位碼板與梁底連接[3]。鋼梁每拼裝完畢一節(jié)后，應(yīng)對安裝完畢的鋼梁頂板進(jìn)行十字測量放線，同時進(jìn)行高程測量，復(fù)核鋼梁平面方向和垂直方向是否安裝正確，如誤差超過規(guī)范要求，應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整。

3.2 焊縫變形控制

（1）下料。下料前用平板機(jī)將板料進(jìn)行平整，確保板料平整度符合規(guī)范和設(shè)計要求。下料時將焊接變形數(shù)量考慮到板塊尺寸中，下料尺寸適當(dāng)加大，使板材焊接后的尺寸最終符合設(shè)計要求尺寸。

（2）裝配及固定。對組裝完畢的梁體加以固定后施焊，防止施焊過程中產(chǎn)生的角變形，同時減少撓曲變形、扭曲變形。

（3）正確選擇工藝方法及工藝參數(shù)，嚴(yán)格控制線能量。施工前對材料及構(gòu)件進(jìn)行焊接變形試驗并據(jù)此采取措施控制變形。鋼板焊接變形要考慮節(jié)段拼裝過程中產(chǎn)生的變形以及在構(gòu)件施工過程中產(chǎn)生的變形。盡量采用CO2 保護(hù)焊接，減少焊接變形。板料的開坡口不宜過大，坡口坡度宜為45°～55°，組件縫隙宜為5 mm～7 mm。為控制焊接能量輸入量，采用機(jī)械冷加工方法打坡口。采用單面焊雙面成型。對各種形式的焊縫，如頂板、底板、腹板板單元的縱向?qū)雍缚p、環(huán)形焊縫、橫隔板對接焊縫等采用陶瓷襯墊單面焊雙面成型技術(shù)。

（4）選擇合理的施焊順序和方向?qū)附幼冃斡休^好的控制作用，焊接順序應(yīng)遵循先約束大部位后約束小部位，焊接方向一致、多層同順序、兩側(cè)交替焊接、對稱施焊等原則進(jìn)行作業(yè)。

4 結(jié)語

上善橋異形鋼桁架通過以上關(guān)鍵技術(shù)的實踐運(yùn)用，圓滿的完成了施工任務(wù)，經(jīng)過檢測單位的最終檢驗，焊縫質(zhì)量及變形尺寸符合設(shè)計及規(guī)范要求，外觀造型優(yōu)美。隨著水利行業(yè)的大力發(fā)展，類似實用美觀的沿河鋼構(gòu)橋梁會越來越多，通過本文對其關(guān)鍵技術(shù)的探討，可為其他類似項目提供借鑒。