獨塔斜拉橋傾斜橋塔鋼結構施工技術

甘玉林

摘要：文章結合大連市翔鳳河橋主塔施工，簡單介紹獨塔斜拉橋傾斜橋塔銅結構施工方法。

關鍵詞：橋塔；豎轉；溫度變形；傾斜橋塔

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）08-56-02

1工程概況

翔鳳河橋位于大連小窯灣商務區九號路，斜跨于翔鳳河上。為獨塔斜拉橋，跨徑130m，橋寬51.5m，橋塔采用鋼管混凝土結構，橋面以上高68m，橋塔后傾20°。主塔鋼結構件重172t，主塔中砼424m³，總重達1232t。

主塔在車間分段制作完成，運送至現場施工，在輔跨上鋪設的橋塔合攏胎位上合攏。豎塔時，將吊車站位在輔跨邊跨側，直接將橋塔豎起。

2焊接工藝評定

2.1焊接工藝評定流程

焊接工藝評定是保證主塔鋼結構施工質量的極為重要的環節。焊接工藝評定是編制一切焊接工藝的依據，需在鋼結構制造開工前完成。評定試驗用的母材應與主塔一致，選用C.S.P含量上限制備試板。試板焊接時，要考慮坡口根部間隙、環境和約束等極限狀態，以使評定結果具有廣泛的適用性。焊縫力學性能等方面和母材匹配。

2.2火焰切割工藝評定

主塔加工之前，用代表性的試件進行火焰切割工藝評定。對于切割前已經噴上車間底漆的鋼材，其進行火焰切割工藝評定的試件，必須涂上相同型號、相同噴涂方法的底漆。通過火焰切割工藝評定試驗，驗證熱量控制技術。

3計算軟件建立實體模型并進行前期計算

采用Solidworks對本橋進行建立三維電子模型，以對吊裝重量、涂裝面積進行計算，據此對主塔鋼構件焊接制安順序做出合理調整。對吊裝過程產生的應力變化采用ANSYS分析軟件，計算模型有678465板單元，4630梁單元，4個索單元。

采用ANSYS對各工況條件下進行模擬計算各工況下橋塔結構應力、橋塔結構變形、吊耳結構力、鉸接結構力、支座結構力、吊車拉力進行計算，計算結果見下表：

經計算，橋塔變形最大值59.08mm，發生在工況0°起吊，動載荷系數φ=1.1；計算模型橋塔自重：175.32T（含吊耳、轉軸等臨時結構重量）。驗算示意圖見以下圖片：

根據模擬計算，對位移較大處鋼結構尺寸進行一定量的調整，并增加臨時固定結構，準少相應誤差。

4工廠內加工

4.1主塔專用生產線

為保證主塔質量、確保制造精度，廠區配置了專用的生產線，生產線具有塊體單元組焊臺五副，可滿足施工生產進度需求。

4.2電焊工上崗前理論、實作考試、技術交底

參加本項目建設的電焊工應進行崗前針對陛培訓，考試合格并試焊通過的人員方可準予上崗。參與本項目的所有管理人員及操作工均需接受技術交底。同時在每個工序開工時在現場再次進行技術交底。建立嚴格的獎罰制度，過程發現問題進行相應獎罰。

4.3鋼材矯平及預處理

鋼板在預處理前，根據不同的板厚分別采用九輥和十一輥矯平機進行矯平以保證鋼板平面度，消除鋼板軋制內應力。

4.4構件下料

構件下料采用電腦放樣與人工放樣雙重保證。根據工藝要求及計算數據預留制作時焊接收縮余量及切割邊緣加工等加工余量。鋼板不平時應預先校平后再進行切割。構件上，采用自動直條火焰切割機進行下料，曲線型頂板底板采用數控切割。下料過程嚴格執行工藝卡，減少切割變形，確保質量。

4.5測量放樣后進行組裝焊接

根據主塔平、縱、橫數據測量放樣，此時要根據前期軟件模擬結果充分考慮吊裝過程和后期混凝土灌注對結構產生的變形影響，設置合理的預拱度。考慮到施工精度的可靠性，人工焊接難以保證施工質量，采用鍋爐用埋弧自動焊機對主塔進行焊接。對自動焊接滾輪架（ZT-20T），進行相就好改裝，制造專用胎架，并根據主塔結構重，采用水箱進行相應的預壓措施。通過高精度全站儀放點定位。經驗收合格后進行焊接，焊接過程必須嚴格執行工藝參數。焊接，矯正修磨一并同時完成相鄰單元端口的對口拼裝工作。

5現場安裝

5.1合攏胎架布設及橋塔現場拼裝

將主塔分段在現場進行拼裝，對吊耳進行焊接施工。同時布置應力監測點。

5.2主塔風纜布置

為保證吊裝完成后橋塔的穩定性和后期精度調整要求，對橋塔采用風纜等進行加固施工，在吊裝前需將風纜所需的卷揚機等機具焊接完成。

5.3起吊

選擇風力、氣溫等條件較好的情況下進行施工。起吊之前，對主塔底部鉸支座進行全面檢查，保證焊接質量符合要求，確保鉸支座具有足夠強度，對橋塔上各吊點進行復檢，檢查各卷揚機的橋面位置是否已固定，防止在起吊過程中發生滑移。

正式吊裝前首先進行試吊，以全面落實和檢驗整個吊裝方案的完善性。試吊至橋塔傾斜20°后，對橋塔應力及變形量做出檢測，判斷實際情況是否與計算情況相一致。確定一致后方可進一步吊裝。

正式起吊過程中，使橋塔保持穩定勻速提升，同時，在橋梁正面及側面設置三處監測點，全站儀做實時測量，觀測人員及時反應觀測數據，嚴格控制基準軸線位置、標高及垂直偏差，通過對講機與豎轉總指揮進行溝通，及時調整、糾正塔的位置，當橋塔吊裝至設計角度后，吊車停止提升。

5.4固定卸鉤

吊裝過程中，卷揚機同步對風纜進行調整，但對風纜加力不大于20KN，以免影響吊裝施工。橋塔達到設計要求角度后，卷揚機加力達到計算拉力，測量位置及應力數據，滿足要求后解除吊車掛鉤，焊接部分橋塔底部裙板，并對卷揚機各固定部件進行二次加固，經專職安全人員確認后切斷卷揚機電源，并派專職人員對其進行看護以免發生意外。

6影響精度的關鍵工藝

實踐表明主塔制造關鍵技術主要在于焊接質量、焊接變形及主塔總拼控制。整體拼裝為露天作業，環境溫度對拼裝尺寸影響較大。掌握氣象信息，選好天氣吊裝。同時，必須注意主塔的設計溫度為20%，如環境溫度不達設計要求，均要根據實際溫度與設計溫度之差增加補償量，補償的數值根據鋼材的線膨脹系數計算。內部焊接時配有引風機等通風、冰塊降溫等措施，以達到溫度穩定性、保證施工質量和安全的目的。需重點觀測計算溫度對鋼結構焊接產生的影響，及時預留出變形量，焊接主焊縫時采用專用變壓器以保證電流穩定及焊接質量，內部焊接盡可能選擇在夜間施工。

7結束語

本橋在大連地區具有一定的代表性，受到的行業內的廣泛關注，因主塔斜拉索長度固定，故橋塔施工精度要求高，為此采取了焊前制定焊接工藝評定及伸縮量的計算，通過軟件模擬，對吊裝及后期混凝土灌注過程產生的形變做出充分考慮。過程中嚴格按照前文所述控制措施進行施工，達到了設計要求精度，為今后此類傾斜鋼結構橋塔施工提供一定參考。