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来源:筑龙论坛

钢桁梁,由于钢材具有强度高、材质均匀、塑性及韧性良好和可焊性好等诸多优点,今天我们以武汉天兴洲两用长江大桥为例,来和各位小伙伴一起观摩一下钢桁梁整体节段的安装技术,还在等什么动起你们的手指吧。

国内外钢梁节段架设

国内外钢梁节段架设中国香港-汲水门斜拉桥,主跨430m,双层斜拉桥,主梁为钢箱梁,内有钢桁加劲,节段长8.7m,梁高7.3m,节段重量500t。

日本明石海峡大桥,其桁梁安装是按一个吊索的索距,单片安装。

日本柜石岛桥主梁是桁架结构,按节段分片安装。

钢架结构

本桥梁的钢桁梁安装的技术特点:

① 三主桁、焊接正交异性桥面板结构,整体刚度大,误差不易调整,对制造精度要求高,

② 三主桁钢桁梁安装过程中中桁与边桁变形不一致,对接点多,致使主桁安装困难。

钢桁梁整体节段架设的优势:

①减少水上和高空作业,降低劳动强度和安全风险单根杆件拼装,每个节间共有30吊杆件,41个对接点;正交异性桥面板的现场焊接量大;整体节段架设只需一吊,17个对接点,现场高栓安装数量减少60%以上;现场焊接量减少50%以上。

②安装质量更容易保证整体节段架设要求每个节段都进行工厂立体拼装,提高了杆件匹配精度;将大量的连接作业(特别是桥面板焊接)转移到工厂进行,使连接的质量更容易保证。

钢梁架设方案

采用整节段结合散拼安装的方式。全桥钢梁共78个节间,现场散拼26个节间,整节段架设52个节间。

每个吊装单元包括钢梁杆件和临时杆件,临时杆件含临时竖杆、临时横梁及吊挂系统、下平联系统,总重近650t。

钢梁安装步骤

步骤一:布置场地安装临时设施和结构;用吊船拼装2#,3#墩墩顶各四个节段;用吊船拼装2#,3#主墩梁面架梁吊机;

步骤二:2#、3#墩架梁吊机分别向两侧对称架设钢梁整体节段。滞后两节段对称挂设斜拉索。武昌岸用岸上龙门吊机在支架上自L9′节段向L21′节段散拼安装。

步骤三:武昌岸(3#墩)边中跨整节段对称拼装L7~L7′节段后,进行L8′节段边跨合龙段散拼

步骤四:2#墩两侧利用架梁吊机安装L15-L18, L15′-L18′节段,3#墩安装至L17节段,拆除3#墩侧架梁吊机,利用2#墩架梁吊机安装3#墩侧L18节段(中跨合龙段)。

步骤五:利用架梁吊机安装天兴洲侧L19′、L20′两个整体节段。拆除中跨架梁吊机。

步骤六:利用浮吊散拼安装0#墩墩顶L21′节段钢桁梁,拆除墩旁托架及散拼支架,调整斜拉索索力,继续完成其它结构施工。

架梁吊机

主要构造

主要由金属结构、起升卷扬机、液压站、吊具、滑道及整机前移机构、锚定装置、司机室、电器系统、支承及调整用油压螺旋千斤顶等组成。

金属结构:

(1)底架

底架为以箱形梁、工字型梁为主的栓接结构。机架为立柱、前撑杆、后拉杆、司机室、卷扬机等提供支承,其尾部锚固在钢桁梁上。

(2)菱型结构架

菱型结构架由主梁、前撑杆、后拉杆及立柱等组成.主梁为箱形变截面结构,其头部设有可纵、横移的起升定滑轮组;立柱采用箱形门式结构,下端用法兰盘同机架联接;其上部用铰轴同斜拉杆铰接;斜拉杆采用箱形结构。两端分别同机架和立柱铰接。

吊具

吊具采用箱形纵、横梁组合结构,横梁的中部同主纵梁铰接,调节油缸可改变横梁与纵梁的相对角度,横梁设有两套铰接式吊耳。纵梁上设有泵站,其控制信号由主机提供。

锚固系统:由前部支顶、后部拉锚及后端支顶组成。

前后部支顶:起重机底盘主纵梁对应于主桁节点中心分别安装2个带机械螺旋锁定的液压缸。

起重机移至工作位,支顶油缸顶出,使滑靴悬空,旋紧机械螺纹顶锁定,支顶力通过钢支座传递至钢梁上弦杆腹板上。

后部拉锚:通过设在底主纵梁上的锚梁,将起重机尾部锚固于钢梁的上弦杆上。后锚设有3处,避开了钢桁梁杆件的节点位置。

支承滑靴:由滑靴和支承铰头组成。

吊点纵、横移机构:由可移动的固定座、拉板、滑轮组、平移油缸等组成。油缸推动固定座水平移动,从而使钢梁节段纵、横向微动。

前移机构:依靠油缸使支承滑靴在轨道上滑动来实现整机移动,滑道放在上弦杆上,并避开斜拉索索道管。

安全系统

载荷限制器:动态显示吊机各吊具的起重量、起升高度;起重力矩超过90%时预警,超过104%时限动;

系统运行及故障监控系统;电气过、欠压保护和过流保护;吊钩高度限位保护;风速报警仪:风速超过10米/秒时报警;卷扬机低速端制动器;各机构动作联锁安全装置;防风锚定装置;避雷针;

可行性研究

(1)计算模型建立

模拟实际的结构和边界条件。将铁路纵梁、及下平联简化为荷载,加载于正交异性桥面板和铁路横梁上;

其余构件按照板单元考虑。

(2)提升状态下,结构变形分析

下弦杆变形:

两侧的弦杆分别向平面外侧变形,变形值在0.4 mm左右;下弦杆在竖向变形在基本在0.6~0.72 mm,方向向下;下弦杆在横向变形基本一致;中桁弦杆在纵向有一定变形,主要原因是由于在模型中没有考虑大节点板的作用,竖杆偏移造成的,但绝对数值不大。

上弦杆变形:

中桁弦杆在纵向基本没有变形;两侧的弦杆分别向平面内侧变形,变形值在0.6 mm左右;上弦杆在竖向变形在0.4 mm以内,方向向下;上弦杆在横向变形基本一致。

结论:

钢桁梁整体节段起吊时,板件应力小于200MPa,满足规范要求,弦杆变形协调,变形值满足拼装要求。

中桁敏感性:

钢桁梁整体节段在安装过程中,由于已安装节段弦杆位移

已知,吊装节段拼装端杆件位移是自由的,可以通过架梁吊机吊点调整吊装节段的拼装位移,适应已安装段的位移。主要研究中桁吊点加载的调整方式,分别对中桁加载值为0,1000,2000,2705,3000,3500,4000kN等7种工况进行分析。

结论:

(1)架梁吊机起吊安装钢桁梁时,可通过改变吊点的反力对弦杆拼接端的竖向位移进行控制。

(2)中桁吊点270t提升力时,钢桁梁可对接安装。

安装状态下,各桁敏感性分析:

安装节段的2片边桁已连接,中桁未连接时的敏感分析

提梁吊机在中桁的2个吊点处,提升吨位按(0→2×50T→2×100T→2×150T)分级增加后,计算弦杆的变位情况。

结论:

(1) 各工况下,各杆件应力在允许范围内,结构是安全的。

(2) 通过架梁吊机在中桁竖向提升力的改变,可以达到安装所需的匹配,实现中桁安装。

(3) 下弦杆可以通过施加纵向水平力,调整一定的纵向误差。

钢桁梁斜杆插入过程分析

目的:为了能够顺利的将斜杆插入,预先在节点上施加一定的侧向力,使得整体节点板的距离拉大,斜杆及节点板在不损伤摩擦面的情况下顺利插入和抽出。

以边桁E24E25杆件节点为例,进行结构分析;节点板为厚板,计算具有一定的代表性。

(1)当待安装节段起吊并向内纵移之前,布置2台10T的手动螺旋千斤顶。

(2)此时对顶力达2×10T时,相对位移即撑开量3mm

(3)利用吊机配合导链使斜杆插入约为431mm的水平距离。

(1)当步骤一完成后,卸载原有2台10T的手动螺旋千斤顶,重新布置在如图所示的位置(即千斤顶内移345mm)。

(2)此时对顶力达2×10T时相对位移即撑开量为2mm。

(3)利用吊机配合导链使斜杆再次插入约为344mm的水平距离。

(1)当步骤二完成后,卸载原有2台10T的手动螺旋千斤顶,重新布置在如图所示的位置(即千斤顶再次内移345mm)。

(2)此时对顶力达2×10T时,相对位移即撑开量为3mm。

(3)利用吊机配合导链使斜杆再次插入约为510mm的水平距离。

(1)当步骤三完成后,卸载原有2台10T的手动螺旋千斤顶,重新布置在如图所示的位置。

(2)此时对顶力达2×10T时,相对位移即撑开量为8mm。

(3)利用吊机配合导链使斜杆再次插入约为167mm的水平距离。

(1)当步骤四完成后,卸载原有2台10T的手动螺旋千斤顶重新布置在如图所示的位置。

(2)此时对顶力达2×10T时,相对位移即撑开量为9mm。

(3)利用吊机配合导链使斜杆再次插入约为292mm的水平距离。

(4)至此斜杆已完全插入到位。

结论:在用2×10t的力将整体节点板顶开时,节点板的应力均能够满足规范要求,节点板均在弹性范围内工作,千斤顶卸载后,能够恢复其原有变形。

架梁工艺

临时杆件:为确保节段桁梁运输、吊装的整体稳定性,减小杆件连接端的变形而设置;含临时竖杆、临时横梁及临时下平联。

防倾覆措施:节段梁在船上的支点位置设在节点和临时竖杆中心处;整体节段与船体甲板连接;在船弦四边按梁段实际状况四边受载锁卡,避免梁段发生位移。在船舶前后左右四边作地耳,用钢丝绳、花篮螺丝绞紧。

拼装二个节间的铁路横梁、下平联,用冲钉定位,L2节间内普栓栓接,L3节间内高栓初拧栓接,L2、L3节间连接处用普栓连接,测量,调整对角线。

依次吊装六根下弦杆,用冲钉、普栓紧固连接,测量并调节好弦杆中心距及下弦杆纵向线型,相对固定。

拼装二个节间的临时竖杆下半部分N2→临时横梁→纵梁兜梁→铁路纵梁

拼装二个节间的主桁竖杆→斜杆→临时竖杆上半部→横联

拼装二个节间的上弦杆

拼装二个节间的正交异性板

测量、调整

节段分割

拼装二个节间的临时竖杆下半部分N2→临时横梁→纵梁兜梁→铁路纵梁

拼装二个节间的主桁竖杆→斜杆→临时竖杆上半部→横联

拼装二个节间的上弦杆

拼装二个节间公路正交异性板

节段梁提升:

1、架梁吊机前移到位,锚固牢靠,检查签认;

2、根据梁段重心位置,调整吊点位置;

3、下放吊点,安装吊具;将吊机吊具与节段梁插销连接,整体提升10cm,精确调平;

节段梁下弦杆与已架钢梁下弦杆平齐时,停止起升;向后纵移架梁吊机吊点,使节段梁端部靠近已架钢梁的节点前端;微调起升装置和吊点横移装置,使节段梁端部与已架钢梁节点前端准确对位(导链葫芦辅助);用4台10t导链挂于已架钢梁和节段梁之间,作为正交异性板对接的纵向牵引外力;

在铁路面,将钢绞线分别连接在已架钢梁和节段梁下弦之间,作为铁路面的纵向牵引外力;架梁吊机顶部纵移油缸、公路面4台10t导链、铁路面3台单索张拉顶共同作用,牵引节段梁缓慢后移,将其弦杆端部插入已架钢梁节点中;弦杆端部全部插入节点中、且栓孔对位后,立即打入50%的冲钉,并安装25%的螺栓(一般拧紧)。

节段梁安装注意事项

(1)节段梁杆件就位顺序:正交异性板插入上弦杆区域→斜杆→下弦杆、上弦杆→铁路纵梁→下平联及正交异性板对接。

(2)节段梁对位顺序:上弦杆→斜杆→下弦杆→铁路纵梁、下平联及正交异性板。若螺栓孔位有少许偏差,用尖头冲钉在不同的螺栓孔中交替打入,使杆件逐步就位。

(3)弦杆就位后,利用导链等辅助下平联杆件、正交异性板和铁路纵梁就位。节段梁从起吊至架设就位约需5~7小时。

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