80m钢-混凝土组合桁梁钢结构制造安装技术.pdf

8 0 m钢一混凝土组合桁梁钢结构制造安装技术 齐永前 1 1 8 0 m 钢 一混凝土组合桁梁钢 结构 制造安装技术 齐永前 中铁 一局 集 团建 工机 械 有 限公 司 ，陕 西 西安 7 1 0 0 5 4 摘要某 8 0 m钢 一混凝土组合桁梁 的上 弦杆采用 钢筋混凝 土结构 ， 下 弦槽型板采 用预应 力钢筋混凝 土结 构 ， 腹杆和横撑为钢结构 ， 腹杆节点 耳板 直接埋入上 弦杆和下 弦槽 型板 中， 与其 中钢筋 采用剪力件连 接。钢箱腹 板 和盖板 间 Ⅱ级棱角焊缝采用埋弧焊焊接 ， 耳板与钢箱 盖板 间 I级对接焊缝 采用 手工 电弧 焊定位 ， c 0 气体 保护 焊打底 ， 埋弧焊焊接。耳板联接群孔 制作 采用普通麻花钻钻孔 ， 分粗钻 、 精 钻两次完成 ， 采用钻模控 制其位置 ， 再配 钻 拼接板连接孔 。采用在膺架上利用下 弦槽型板上 的泄水孔架设 的构件支撑来支 承钢桁梁上节点 ， 并在膺 架上架 设 起 重 机 来 安装 桁 梁 钢 结 构 。 关键 词 钢 一 混 凝 土 组 合 桁 梁 ； 钢 结 构 ； 焊 接 ； 群 孔 制 作 ； 桥 梁 施 工 中 图 分 类 号 U4 4 8 ． 2 1 l ； U4 4 5 ． 5 8 3 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1 6 7 1 7 7 6 7 2 0 1 1 0 5 0 0 0 1 1 0 4 1 工 程 概 况 8 0 m钢一混凝土组合桁梁为西 安 平 凉 线 路跨越 银武 高速公 路 而设 ， 与 普 通 桁 架桥 不 同之 处 在于桁 架 的上弦杆 采用 钢筋 混凝 土结 构 ， 下 弦杆 下 弦槽 型板 采 用预 应力 钢筋 混凝 土结构 ， 腹杆 和横 撑 为钢结 构 。腹 杆节 点 耳板 直接埋 入 钢筋混 凝 土的 上弦杆 和预应 力钢 筋 混 凝 土 的 下 弦槽 型 板 中 ， 与 混 凝 土 中钢 筋通 过剪 力件 连接 。桁架 上 弦 杆长 7 6 m， 上 弦 中横 撑采 用宽 3 5 0 mm、 高 5 9 0 mm 的 H 型 钢 。 下 弦槽 型板 长 8 2 m， 支座 中心距 为 8 0 m， 在 下 弦槽 型板顺桥 向间距 5 m、 横 桥 向 间距 4 ． 5 m 设 有 O ． 1 m 的泄 水孔 。腹 杆 采 用 5 5 0 mm6 5 0 mm 的矩形 钢箱， 节点采用摩擦 型高强螺栓连接 ， 高强螺栓 为 1 0 ． 9级 M3 0 ， 预拉力设计值 3 6 0 k N， 设计抗滑系数 不 小于 0 ． 4 5 ， 节 间长度 为 1 0 m， 下节 点 下缘 距 槽 型 板底面 0 ． 6 m， 其问均有钢筋和预应力钢绞线通过 。 上 、 下弦 杆 中心距 为 9 m， 桁架 总 高 1 1 m， 两 桁 架 中 心距 6 ． 7 m， 上弦 总宽 7 ． 8 m， 下 弦总宽 9 ． 4 m， 8 0 m 钢 ～混凝 土组合 桁梁示 意 见 图 1 ， 桁 梁 弦杆 节 点 以 下节 点为例 示 意见 图 2 。 泄水 孔 ．5 ．5 ．5。5 ．。 2 ． 5 图 1 8 0 m 钢 一 混 凝 土 组 合 桁 梁 示 意 单位 m 一 豇 a 立面 b 侧面 单位；m 图 2桁 粱 弦 杆 下 节点 示 意 桥 梁施 工 时 ， 首 先在 支 架 上组 拼腹 杆 及 节点 板 构 件并 临时定 位 ， 再 浇筑 下 弦槽 型板 ， 待下 弦槽 型板 达 到设计 强度后 张拉 下 弦槽 型板 通 长束 ， 然后 浇 筑 上弦杆。待结构形成一个整体后 ， 再张拉下弦槽型 板剩余预应力束 ， 最后拆除支架 ， 施工桥面铺装。 2 钢 结构 组成 及技 术要 求 钢结 构部分 主要 由钢箱 腹 杆 、 耳 板 、 拼 接板 、 上 纵联 、 下纵 联 、 上 弦横 撑及 高强螺 栓组 成 。钢箱腹杆 为 5 5 0 mm6 5 0 mm 矩 形 结 构 ， 采 用 Q 3 4 5 q E钢 ， 钢箱腹 板 和 盖板 厚 度 为 1 6 mm十1 6 mm、 2 4 mm十 2 4 mm、 3 2 mm 3 2 mm、 4 0 mm 4 0 mm 四种 规 格 ， 腹 板和 盖板 间采用 Ⅱ级棱 角焊 缝 ， 最 大钢 箱重量 8 1 0 0 k g 。耳 板 为 变 截 面 ， 厚 度 由 9 0 mm 变 到 4 0 mm 和 3 2 mm， 5 0 mm 变到 2 4 mm 和 1 6 mm， 与钢 箱 盖板 间采 用 工级对 接 焊 缝 焊 接 见 图 3 ， 单 耳 板 上 联 接 孔 数 量 为 5 2个 ， 间 距1 0 0 mm， 孔 径 3 3 mm， 孔 深 9 0 mm 和 5 0 mm， 螺 栓孔 应呈 正 圆柱 形 ， 孔 壁表 面粗糙 度 Ra 不 得大 于 2 5 t L m， 孔缘 无损 伤或 收 稿 日期 2 0 1 1 0 4 ～0 2 作者简介 齐永前 1 9 6 5 一 ， 男 ， 高级工程师 ， 1 9 8 8年毕业 于西南 交通大学金属材 料与热处 理专业 ， 获学 士学位 E ma i l y o n g q i a n 7 7 6 7 1 2 6 c o m 。 撑 横 藩 叫 『 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 世 界 桥 梁 2 0 1 1 年第 5 期 6 0。 图 3耳 褫 与 盖 板 对 接 焊 缝 示 葸 不平， 无刺屑， 孔径允许偏差 O ～十O ． 7 mm， 群孔中 相 邻两孔距 允许偏 差 0 ． 4 mm_ 1 ] ， 孔轴 线与 板面垂 直度允 许 公差 为 0 ． 2 mm。拼 接板 厚 2 0 mm， 与 耳 板间采用摩 擦型 高强 螺栓 连接 。 制造及 安装关键 点为厚 钢板 工级对接 焊缝和 Ⅱ 级 棱角焊缝 焊接 、 耳 板 厚 钢 板 联接 群 孔制 作 精度 和桁 梁钢结 构安装[ 2 ] 。 3 制造 与安装 3 ． 1 厚 钢板焊 接 1 焊 接材料 的选用 。应 严 格控 制焊 接材料 的 含氢量。选用 H1 0 Mn 2埋弧焊丝， 其 C - Mn系低合 金焊 丝 与 H0 8 Mn 2 E 焊 丝 相 比， S 、 P等 杂 质 含 量 稍高 ， 而 S i 、 Mn含 量 与 H0 8 Mn 2 E 相 当 ， 焊 剂 为 S J 1 0 1 ， 碱 度系数 1 ． 7 ， 两 者 组 合 熔 敷 金属 的化 学 成 分见表 1 L 4 ] 。 表 1 焊丝一焊剂组合熔敷金属的化学成分 塑 丝二 璺型塑金 皇 墨 H1 0 Mn 2 1 0】 0． 0 6 9 0 ． 2 9 】 ． 6 3 0 ． 0 0 5 8 0 ． 0 1 9 0 ．0 4 4 Z 定位 焊 。厚 钢 板定 位焊 时 ， 采 用 2 5 0 ～3 5 0 ℃预热温 度 ， 焊缝距 板边 沿 4 0 ～5 0 mm， 长 8 0 mm， 间距 1 5 0 mm， 焊高 6 mm。提高预热温度、 增大焊 缝 长度 和焊 脚高 度 ， 是 为 防 止定 位焊 处 的温度 被 周 围的母 材很 快冷却 ， 造成 局部过 大的应力 集 中， 引起 裂纹 的产生 ， 对材质 造成损 坏 ] 。 3 焊接 。厚 钢 板 焊接 时 ， 主 要 应 防止 热 裂纹 主要是凝固裂纹 和冷裂纹 包括延迟裂纹 产生。 焊接时， 要严格控制 T8 ／ 5值凹 ] ， 即焊缝从 8 0 0℃降 到 5 0 0℃所 用的 时问 ， 以免 焊接 区冷 却速度 过快 ， 在 结 晶过 程 中形 成粗 晶粒 马 氏体 组 织 ， 从 而使 焊接 时 钢材变 脆 ， 产 生冷 裂纹 的倾 向变 大L 1 u ] 。首 道 焊缝 使用小 的焊接 线能 量 ， 一 方 面可 以防 止 将坡 口的钝 边焊穿 ， 更主要 的是 防止 出现凝 固裂纹 。因此 ， 焊接 时预 热 温度 控制 在 1 0 0℃， 层 问温 度控 制 在 2 0 0 ～ 2 5 0℃ ， 并要求 焊缝一 次焊接 连续 完成 作业 ， 以免造 成层 间撕 裂 。 耳板 与盖板 间 I 级 对接焊 缝 以 4 0 mm 厚 钢板 对 接为例 采 用 手 工 电弧 焊 进 行 定 位 焊 ， C O 气 体 保护焊 进行 打底 ， 埋 弧 焊 焊接 ， 焊 接位 置 为平 焊 ， 焊 接参 数见表 2 。腹 板 与 盖板 问 Ⅱ级棱 角 焊 缝 ， 采 用 埋弧焊 焊接 ， 焊 接位 置 为 平船 形 ， 焊 接 参数 见 表 3 。 定位焊 焊缝不得 有 裂 纹 、 夹 渣 、 焊 瘤等 缺 陷 ， 对 于 开 裂 的定位 焊缝 ， 必须先查 明原 因 ， 然后再 清除开裂 的 焊 缝 ， 在 不影响 尺寸 的条件 下不必 补充定位 焊 ， 定位 焊后 2 4 h内必 须 焊接 。焊 接前 必 须 彻 底清 除 等焊 区域 内的有 害物 ， 表 面应 露 出 金属 光泽 。焊 接过 程 中不应断 弧 ， 如有 断弧则必 须将停 弧处刨成 1 5 斜 坡 ， 并搭接 5 0 mm 再 引 弧施 焊 ， 焊 后搭 接 处 应修 磨 匀顺 。通过焊接工艺试验 ， 其性能满足设计要求口 引。 表 2 4 0 m m厚钢板对接焊缝焊接参数 表 3 棱 角焊缝焊接参数 3 ． 2 耳板 厚钢 板 联接 群孔制作 高精度 孔的加 工方法通 常有钻 、 扩 、 铰 和钻 、 镗 。 耳板为厚钢板， 其连接孔多， 且精度要求高， 采用镗 削加工， 成本 高， 需镗床多 ， 不适合 。若采用钻、 扩 、 铰 ， 机用铰刀属于 固定尺寸刀具 ， 且机床精度有限， 不宜掌握和控制。综合考虑 ， 加工此孔采用普通麻 花钻钻孔 ， 分粗钻、 精钻两次完成 ， 采用钻模控制其 位置 ， 再配钻 拼接板 连接孔 。 粗钻钻头刃磨时， 必须严格控制前、 后钻刃的对 称度 ， 若对称度差， 容易使钻出的孔发生偏斜， 精钻 又无 法纠正 ， 很 难保证 连接孔 轴线 与板面 的垂直度 。 精钻 钻头刃磨 时 ， 要选 择振 动小 的砂 轮 ， 磨 削时手持 钻头要 稳 、 要 准 ， 要有 意识 地将 两主 切 削刃 “ L ” 磨 成 不对称 ， 但差异 不 能太 大 ， 同 时还 要修 磨 棱边 ， 刃 磨 完后 ， 再 用油石 磨研光 主切削 刃前刀 面和后 刀面 ， 以 提高钻 孔 的表 面光洁度 。根据 技术要 求及 板厚选用 的钻具参 数见表 4 ， 钻通孔参 数见表 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 tT t 钢 一混凝土组合桁梁钢结构制造安装技术 齐永前 1 3 表 4 钻具 工作部分对柄部轴线 的径 向圆跳 动公 差mm 表 5钻 通 孔 工 艺 参 数 钻孔 前 ， 耳板上 先加 工 出至少 2个定 位孔 ， 然后 将 钻模用 定位 销正 确定位 在耳 板上 。耳 板在 工作 台 上 应垫平 、 压 实 ， 必 须 与 钻 头垂 直 ， 采 用 水 平 尺 等 工 具 测量 。刀 具 、 刀杆 装夹 时 ， 需 将 主轴孔 及刀 具杆 尾 部擦净 ， 装入主轴后应卡紧， 以防加工过程 中掉刀， 加 工过程 中不 得碰 撞刀杆 。设 备 的冷却 系统应 当畅 通 ， 冷 却 液应 充 足 ， 且浓 度 适 当 ， 颜 色正 常 。在 加 工 过 程 中 ， 应 密切 注意 刀具 的变 化情 况 ， 发 现异 常声 响 时 ， 须先 退刀 ， 停机 后检查 ， 不 得 中途 任 意停机 。 3 ． 3 桁 梁钢结 构安 装 3 ． 3 ． 1 安装 方案 8 0 m钢一混凝土组合桁梁为桁架结构 ， 下节点 距 下槽 型板底 高 0 ． 6 m， 上 节点 在空 中 ， 且下 槽 型板 为 预应力 钢筋 混凝 土结构 ， 其 内部有 钢筋 、 预应 力钢 绞 线等 ， 给施工 带 来 很 多 困难 。常规 施 工 方 法 为采 用 下节点 支承 、 汽车 吊装 ， 即在 下节 点和底 模 间增加 辅 助垫块 ， 因 钢构 件 重 量 大 ， 就 要 求 辅 助 垫 块 体 积 大 、 且 能 固定 下 节点 。其 缺 点 是 ① 因有 辅 助 垫块 ， 要 断开钢 筋 ， 并 影 响钢 筋 绑 扎 和 预应 力 钢 绞 线 的通 行 ； ②影 响混凝 土 充 分 浇注 ， 难 以保 证 混凝 土质 量 ； ③ 因辅助 垫块 与底模 支架 直 接接触 ， 梁 成型 后 ， 要 对 梁底进 行 修 补 ， 增 加 施 工 难 度 ， 又 降低 了 外 观 质 量 。采 用汽 车 吊吊装 ， 一 方 面 费用 高 ， 不 经济 ， 更重 要 的是要 长时 间 占用 高速 公路 ， 不 可取 。根 据 8 0 m 钢 一混凝 土组合 桁 梁 的设 计 ， 在 膺 架 上 利 用 在下 弦 槽 型板上 的泄水 孔处 架设 构件 支撑来 支 承钢桁 梁上 节点 ， 并在 膺架 上架设 2 0 t 门式 起 重机 来 组 装钢 结 构部 分 见 图 4 。其 优 点 是 使下 弦槽 型 板 在 下 节 点处无障碍施工 ， 减少对下弦槽型板的钢筋绑扎、 预 应力 钢绞 线 的通 行 、 混凝 土充分 浇注 的影 响 ， 使 桥梁 施工 更符 合桥梁 设 计 思路 ， 同 时大 大 减 少 了对 高 速 公路 的干扰 ， 降低 了成 本 。 3 ． 3 ． 2构件 支撑 构件 支撑 见 图 5 共 8套 ， 为 门式 结 构 ， 有 4个 支腿 。支 腿 的尺寸 根 据 泄水 孔 直 径 设计 ， 支腿 下 端 设 有小分 配梁 ， 与 贝雷梁 之 间用 U 形 卡 连接 。立 腿 门式起 重机 构件支 撑 钢 桁架 贝雷粱 临 时支撑 a 立 面 b 侧面 单位 m 图 4钢 桁 梁 安 装 示 意 a 横 断面 料 工 5 0 0 0 ‘ ● 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ‘ 。 。 。 。 ～ b 侧面 单位m m 图 5构 件 支 撑 示 意 上端 有高 度调 节 器 ， 便 于 高度 调 整 。上横 梁两 端设 有托盘， 托盘上设有对钢梁有顺桥 向、 横桥向调整作 用 的调整 机构 ， 便 于桥梁线 形 调整 ， 两端 横 桥 向 各 自承受能 力为 2 0 t ， 每支 腿 承重 1 0 t 。 3 ． 3 ． 3支撑及 吊装 体系 8 0 m 钢 一混凝 土 组 合 桁 梁下 弦槽 型 板 上 的 泄 水孑 L 』 顷桥 向 间距 5 m， 桁 梁节 点 间距 1 0 m， 两 中心 线重合 ， 使 架设用 的构 件支 撑可均 匀 布置 ； 泄 水孔横 桥 向间距 4 ． 5 m， 两侧槽 型板立 墙 间净 距 5 ． 6 m， 每 侧距 泄水孑 L 0 ． 5 m， 不影 响槽 型板 模 型支 护 ； 泄水孔 直径 0 ． 1 m， 可 以使 架 设 用 的 构件 支 撑 直 接 支 承 于 梁底的临时膺架上。 在桥梁原位采用钢管和贝雷片搭设膺架__ 】 ， 膺 架长 9 5 m 2 ． 5 m8 0 m1 2 ． 5 m ， 延 长的 1 2 ． 5 m 用于钢梁小组装 。膺架分成轨道支撑体系与桥梁支 撑体系， 2个体 系分离 以减少相互影 响。根据梁体 宽 9 ． 4 m 和 吊装作 业 要求 ， 门式起 重机 轨 道 间距定 为 1 1 m， 长 9 5 m， 其 支 撑体 系 中心 距离 也 为 1 1 r n 。 桥梁支 撑 体 系 于 桥 梁 泄 水 孔 处 布 置 顺 桥 向 贝雷 片 组 ， 便 于构件 支撑 安装 ， 其 间距 同泄 水孔 横桥 向间距 见 图 4 。 3 ． 3 ． 4施 工工序 整 个钢桁 梁 两侧 各拼 装 成 8个 “ △ ” 形单 元 ， 每 个 单元 重 小 于 1 8 t ， 采用 起 重 机依 次 吊装 置 于构 件 支撑 托 盘上 见 图 4 。安 装 及 施 工 顺 序 为 临 时膺 架搭设 一底 模铺 设一 预压一 2 O t 龙 门 吊架 设一 构件 支撑安装一上下节点板 、 腹杆 、 下纵联在膺架上拼装 成 “ △ ” 形单 元一 吊装 “ △ ” 形 单元 一 安 装横 联 、 上 纵 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 世 界 桥 豢 2 0 1 1 年第 5 期 联一 检查 、 调整 腹杆一 浇 注 下 弦混 凝 土一 浇 注上 弦 混凝 土一 面漆涂 装 。吊装“ △ ” 形单元 时 ， 应左 、 右对 称 ， 且 由一端 向另 一 端 依 次 进 行 ， 同时 进 行 线 形 粗 调， 全部组装完成后， 进行精调 ， 更换高强螺栓。 4结 语 本文采用的 8 0 m钢一混凝土组合桁梁厚钢板 焊 接 、 厚钢板 连接 孔制 作 技术 ， 通 过 实施 后 检 测 ， 满 足设计要求 ， 能为其它领域厚钢板焊接、 厚钢板连接 群孔制作提供借鉴 ； 8 0 m钢一混凝土组合桁梁安装 技术结合了桥梁的实际和国内施工的特点， 利用下 弦槽型板上的泄水孔处架设构件支撑来支承钢桁梁 上节点， 从而进行整体支承 ， 实现下节点无障碍作 业 ， 保证了施工质量 ， 提高 了施工效率， 对其它类似 结构的桥梁安装有一定的借鉴价值。 参考文献 [ 1 ]TB 1 0 2 1 2 ～2 0 0 9 ， 铁路钢桥制造规范[ s ] ． [ 2 ]胡基 敏．厚 钢板 的 对接 埋弧 焊 [ J ] ．焊 接 技 术 ， 2 0 0 5 ， 1 3 0 3 2 ． [ 3 ]周俊 ， 祝岚 ， 熊经雄．武汉轻轨工程跨线桥钢梁的焊 接[ J ] ．桥梁建设 ， 2 0 0 3 ， s 1 2 1 2 3 ． [ 4 ]温家伶 ， 王青峰．HI O Mn 2 焊 丝最佳焊接工艺规 范的研 究[ J ] ．武汉交通科技大学学报 ， 2 0 0 0 ， 1 6 4 6 7 ． [ 5 ]陈理平．全焊接钢桁梁斜拉桥主粱整节段施工技术[ J ] ． 桥梁建设 ， 2 0 1 0 ， 4 7 3 7 6 ． [ 6 ]杨汉桥．东新 赣江特 大桥钢桁 梁桥 整体节点 制造工 艺 口] ．桥梁建设 ， 2 0 1 0 ， 4 8 1 8 3 ， 8 7 ． [ 7 ]曾智荣．丘后特大桥钢箱 系杆拱 的焊接技术 [ J ] ．世界 桥梁 ， 2 0 1 0 ， 3 1 9 2 2 ． [ 8 3李世斌 ， 吴 玉柱．香 港 昂船洲 大桥 现场 焊接 工艺 综述 [ J ] ．桥梁建设 ， 2 0 0 9 ， 2 6 1 6 4 ． [ 9 ]J C J 8 1 2 0 0 2 ， 建筑钢结构焊接技术规 程[ s ] ． [ 1 O ]蔡锟涛．厚钢板焊接技术 [ J ] ．广东建材 ， 2 0 0 4 ， 8 3 9 4 O． [ 1 1 ]杨 轶．重型钢结构安装 中的厚钢板焊 接技术[ J 3 ．广 州建筑， 2 0 0 7 ， 1 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t he t r o u gh pl a t e s o f t he u p pe r a nd l o we r c ho r d s a nd a r e c o n - n e c t e d t o t h e r e i n f o r c i n g b a r s b y s h e a r s t u d s ．Th e l I g r a d e a r r i s we l d o f t h e we b a n d t h e c a p p i n g p l a t e o f t h e s t e e l b o x wa s ma d e b y s u b me r g e d a r c we l d i n g ，t h e I- g r a d e b u t t we l d o f t h e e a r p l a t e a n d t h e c o v e r p l a t e o f t h e s t e e l b o x wa s p o s i t i o n e d b y ma n u a l a r c we l d i n g，p r i me d b y CO2 g a s s h i e l d e d we l d a n d we l d e d b y s u b me r g e d a r c we l d i n g ．Th e c o n n e c t i n g g r o u p h o l e s i n t h e e a r p l a t e s “we r e b o r e d b y l l t o r l n l t wi s t d r i l l a n d f o r me d b y t h e t wo p r o c e s s e s 0 f r o u g h d r i l l i n g a n d f i n e d r i l l - i ng ．Th e l o c a t i o n of t he h ol e s wa s f i r s t l y c o nt r o l l e d by d r i l l i n g t e mp l a t e a nd t he n p r o vi de d wi t h dr i l l i ng of t he c on ne c t i ng ho l e s i n t h e s p l i c e p l a t e ． The me m b e r s e r e c t e d o n t he s c a f f o l d i ng b y u s i n g t he s u pp o r t s o f t he dr a i na g e ho l e s i n t he t r ou gh p l a t e o f t h e l o we r c h o r d we r e us e d t o s u pp o r t t h e j o i n t s i n t h e s t e e l t r u s s b e a m，a n d t h e l i f t i n g c r a n e wa s s e t o n t h e s c a f f o l d i n g t o e r e c t t h e s t e e l s t r u c t u r e o f t h e t r us s be a m． Ke y wo r d ss t e e l c o nc r e t e c o mpo s i t e t r u s s b e a m ；s t e e l s t r uc t u r e ；we l di ng；g r ou p h ol e d r i l l i ng；br i d g e c o ns t r u c t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m