大跨度雙曲面鋼結(jié)構(gòu)雨棚制作與拼裝技術(shù)研究

楊宏利

廣州市盾建建設(shè)有限公司 廣東 廣州 510000

1 工程概況

萬(wàn)科城人行天橋項(xiàng)目位于廣州市黃浦區(qū)開(kāi)創(chuàng)大道西端，距離廣汕公路約280m。原為地面斑馬線平面人行過(guò)街型式。由于該路段北側(cè)分布有較大范圍的居民住宅、商鋪等，道路兩側(cè)均設(shè)有公交停靠站，附近居住人口較多，橋位處人流量較大，過(guò)街需求較多（主要為行人上下班、出行、購(gòu)物等），該路段行車速度較快，沿線行人過(guò)街系統(tǒng)也不健全，既有斑馬線過(guò)街對(duì)行車及行人安全十分不利，因此擬在此處設(shè)置立體人行過(guò)街設(shè)施。

萬(wàn)科城人行天橋平面按“工”字型布置，主橋采用一跨垂直跨越開(kāi)創(chuàng)大道地面道路。主橋凈寬確定為3m，橋面平面呈不對(duì)稱圓弧布置，主梁兩側(cè)設(shè)置弧形平臺(tái)，橋面總寬5.02～9.8m（含花槽）。主橋結(jié)構(gòu)體系為51.04m的系桿拱，正立面拱高7.34m。工程主要施工內(nèi)容為下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)和雨棚結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)主要為橋墩和鋼梯，上部結(jié)構(gòu)包括主拱、系梁、橋面、吊桿及平臺(tái)節(jié)段，雨棚結(jié)構(gòu)為曲面網(wǎng)格。雨棚龍骨為圓鋼管組成的雙曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，圓鋼管之間通過(guò)相貫焊接連接，鋼管規(guī)格最小為?159*6，最大為?245*16，雨棚面板為5mm聚碳酸酯（PC）實(shí)心板。

圖1 人行天橋效果圖

2 鋼箱梁制作

2.1 分段劃分方案

本工程位于開(kāi)創(chuàng)大道，交通繁忙，且梁段位置幾乎全部覆蓋現(xiàn)有路面。根據(jù)交管部門要求，現(xiàn)場(chǎng)道路不能封閉，必須保證行人及車輛通行，給吊裝、焊接帶來(lái)極大不便。考慮吊裝條件有限的，為方便吊裝，考慮橋梁整體性，方便運(yùn)輸，橋面節(jié)段采用橫向劃分，共分為三段。拱肋根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)支撐點(diǎn)位置進(jìn)行分段，共分為三段。樓梯在休息平臺(tái)處進(jìn)行分段，共分為兩段。雨棚單根桿件發(fā)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

鋼箱梁較為復(fù)雜，在加工廠制造時(shí)進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑撓淞簞澐譃轫敯鍐卧⒌装鍐卧⒏拱鍐卧M隔板單元、挑梁部件5部分。

2.2 鋼箱梁制作工藝流程

鋼材預(yù)處理→下料→零件加工→板單元制作→箱型分段制作→節(jié)段組焊→節(jié)段預(yù)拼裝→涂裝→節(jié)段運(yùn)輸。

2.3 原材料預(yù)處理

下料前先對(duì)鋼板的材質(zhì)、爐批號(hào)進(jìn)行移植或記錄，再經(jīng)趕平機(jī)趕平后對(duì)鋼板進(jìn)行預(yù)處理，鋼板在預(yù)處理線上進(jìn)行拋丸除銹、噴涂車間底漆、烘干，噴涂車間底漆一道，以避免在制造過(guò)程中鋼板污染銹蝕。

2.4 零件下料、拼板

1、頂板均先進(jìn)行鋼板接長(zhǎng)拼板，然后矩形零件采用數(shù)控火焰或半自動(dòng)切割下料；異形零件采用數(shù)控等離子切割下料[1]；2、底板均先進(jìn)行鋼板接長(zhǎng)和接寬拼板，然后矩形零件采用數(shù)控火焰或半自動(dòng)切割下料；異形零件采用數(shù)控等離子切割下料；3、部分腹板先進(jìn)行鋼板接長(zhǎng)拼板，然后采用數(shù)控等離子切割下料；4、橫隔板、底板橫肋腹板等異形或較小規(guī)格的零件均采用數(shù)控等離子切割下料；5、底板、腹板縱肋采用數(shù)控火焰拉條下料。

2.5 零件加工

1、人孔加強(qiáng)圈加工。加強(qiáng)圈圓弧段均采用折邊機(jī)進(jìn)行壓制。

2、支座墊板機(jī)加工。支座墊板應(yīng)銑成與鋼箱梁底板緊密貼合的斜面，另一面銑成平面。

2.6 單元件制造

1、頂、底板單元制作工藝

1）零件切割：頂、底板采用火焰多頭直條切割機(jī)精切下料；2）零件矯平：為保證板單元裝配精度，零件下料后根據(jù)需要進(jìn)行二次矯平；3）組裝U型肋：用高精度U肋組裝胎組裝，組裝胎設(shè)有鋼板、U肋的定位裝置。4）焊接U肋：將縱、橫基線反到頂板無(wú)U肋面，打好樣沖，以備總拼組裝用；按照施工圖紙編號(hào)，將板單元用鋼印打上板單元號(hào)。

2、腹板單元制作工藝

1）零件切割：腹板采用高精度火焰數(shù)控切割機(jī)精切下料，加勁肋采用多嘴頭直條機(jī)下料；2）零件矯平：為保證板單元裝配精度，零件下料后根據(jù)需要進(jìn)行二次矯平；3）組裝板條加勁肋：以縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，劃線組裝板條加勁肋；4）焊接加勁肋：船型反變形胎架上，采用CO2自動(dòng)焊機(jī)施焊。

3、挑臂塊體制作工藝

1）頂板單元定位：挑臂塊體采用反造的方式制作，在專用胎架上縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)定位兩頂板單元，完成頂板單元的兩拼；2）組焊T形板：頂板坡口朝下，采用吊線錘的方式確定好頂板與地樣線的位置對(duì)齊，頂板與胎架模板之間點(diǎn)焊固定；3）安裝腹板、隔板：挑梁部件對(duì)線組裝。注意控制挑梁部件與頂板的角度，合格后與頂板點(diǎn)焊固定；4）組焊豎向加勁肋：按照施工圖紙數(shù)據(jù)安裝角鋼，保證角鋼一邊與挑梁翼板平齊；5）挑臂塊體總裝完成：對(duì)挑臂分段進(jìn)行外形尺寸、焊縫外觀、自由邊R角、標(biāo)記進(jìn)行報(bào)檢。

2.6 節(jié)段預(yù)拼+匹配制造

1）胎架制作：胎架應(yīng)有足夠的承載力，設(shè)置縱向線型及橫向坡度（橫向要在設(shè)計(jì)值基礎(chǔ)上預(yù)加反變形量）。在胎架上設(shè)置縱、橫基線和基準(zhǔn)點(diǎn)胎架外設(shè)置獨(dú)立的基線、基點(diǎn)，形成測(cè)量網(wǎng)，以便隨時(shí)對(duì)胎架和節(jié)段線形進(jìn)行檢測(cè)[2]；胎架對(duì)應(yīng)每到橫隔板處必須有橫梁支撐，與橫隔板位置的最大偏離距離不得大于50mm。2）中心底板單元定位：以中心標(biāo)志塔上的標(biāo)志線為基準(zhǔn)進(jìn)行中心底板單元的橫向定位，同時(shí)，以板單元上的橫基線進(jìn)行縱向定位。3）隔板定位：以中心底板的縱橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，向兩邊依次定位其余底板單元。重點(diǎn)在橫隔板位置。完成底板之間的縱向焊縫，注意預(yù)留塊體間的焊縫，橋位施焊。4）縱腹板定位：根據(jù)底板上的腹板定位線確定腹板單元件的位置，向兩邊分中組裝腹板。5）單元組裝：按上述步驟及要求組裝隔板及腹板。6）頂板定位：頂板從中間朝兩側(cè)分別定位，用吊線垂的方法確定頂板與底板的位置關(guān)系，采用箱輔助固定頂板與腹板和橫隔板。分段板單元廠內(nèi)縱縫處空5～6mm襯墊縫隙，現(xiàn)場(chǎng)接縫處頂緊。7）其余頂板單元組焊：以縱、橫基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)由中間向兩側(cè)依次定位其余頂板單元，中間縱向?qū)雍缚p開(kāi)始向外焊接。8）分段總體定位：橋梁線形和錨點(diǎn)在頂板上的投影點(diǎn)縱距的復(fù)測(cè)及環(huán)口的匹配修整。配切梁長(zhǎng)及頂、底板的坡口；臨時(shí)連接件組裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)梁段間的間隙添加相應(yīng)厚度的工藝填板，將連接件、墊板和工藝填板用沖釘和螺栓連接好，按圖紙給定的位置組焊，同時(shí)注意臨時(shí)連接件端面與箱口平齊；鋼主梁下胎前按臨時(shí)錨點(diǎn)施工圖安裝臨時(shí)錨點(diǎn)。9）節(jié)段解體：節(jié)段預(yù)拼裝完成，臨時(shí)匹配裝置，測(cè)控點(diǎn)、吊耳等布置好，檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行解體下胎，轉(zhuǎn)入涂裝工序。

2.7 節(jié)段預(yù)拼

1、預(yù)拼裝注意事項(xiàng)

為消除鋼橋安裝的累積誤差，保證順利合攏，合攏段長(zhǎng)度應(yīng)預(yù)留足夠的配切余量。

2、預(yù)拼裝檢查

每輪節(jié)段整體組焊完成后直接在胎架上進(jìn)行預(yù)拼裝檢查。重點(diǎn)檢查：橋梁縱向線形；節(jié)段縱向累加長(zhǎng)度；扭曲；節(jié)段間端口匹配情況等。

（1）橋梁總體線形尺寸檢查。線形檢查：橋梁線形檢查以縱向中心線處的理論標(biāo)高為基準(zhǔn)，檢測(cè)各節(jié)段兩端橫隔板處的實(shí)際標(biāo)高值。

節(jié)段扭曲檢查：是通過(guò)檢查各節(jié)段兩端橫隔板處的左右標(biāo)高值，判斷各節(jié)段的水平狀態(tài)及扭曲情況。

（2）梁長(zhǎng)及基準(zhǔn)線位置檢查：將節(jié)段基準(zhǔn)線線返至鋼主梁頂板上作為檢查線，檢查各節(jié)段的累加長(zhǎng)度，確定后續(xù)節(jié)段的補(bǔ)償量。

（3）節(jié)段間端口的匹配精度檢查：節(jié)段間端口連接應(yīng)重點(diǎn)檢查腹板及中心線處梁高；相鄰腹板對(duì)位偏差、板邊錯(cuò)邊量等。

3 雨棚網(wǎng)格制作

3.1 制作概況

本工程雨棚為雙曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，主要由圓鋼管組成，圓鋼管之間通過(guò)相貫焊接連接，鋼管規(guī)格最小為?159*6，最大為?245*16。為了保證鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量，鋼管必須采用相貫線切割。相貫線切割的質(zhì)量好壞將是保證本工程鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提。

3.2 鋼管相貫線切割方案

1、放樣：采用AntoCAD軟件，通過(guò)控制三維坐標(biāo)點(diǎn)，建立起雙曲面雨棚的三維空間模型。2、相貫線編程：對(duì)雨棚的三維模型采用PIPE2002相貫線編程軟件進(jìn)行編程，生成相貫口的切割數(shù)據(jù)。3、相貫線切割：將軟件生成的鋼管切割數(shù)據(jù)，直接輸入到數(shù)控切割機(jī)中，進(jìn)行鋼管的切割。4、標(biāo)識(shí)：鋼管切割下料，進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

3.3 相貫線切割工藝要點(diǎn)

材料進(jìn)廠后，為保證加工制作質(zhì)量，每種規(guī)格管材加工前進(jìn)行表面預(yù)處理、噴底漆。管件預(yù)處理后分規(guī)格堆放于堆場(chǎng)；下料人員下料切割前務(wù)必仔細(xì)閱讀制作工藝、設(shè)計(jì)圖紙。鋼管下料前仔細(xì)核對(duì)鋼管編號(hào)、規(guī)格、材質(zhì)是否與工藝文件一致，以保證管件的切割尺寸和貫口的切割精度；切割嚴(yán)格按照數(shù)控切割工藝定額表，每切割完成一根務(wù)必做好相應(yīng)的切割記錄。避免出現(xiàn)多下、漏下等現(xiàn)象。

4 雨棚鋼結(jié)構(gòu)的拼裝

4.1 雨棚安裝概況

本工程施工整體按照先下部結(jié)構(gòu)后上部結(jié)構(gòu)最后雨棚的順序進(jìn)行，首先搭設(shè)臨時(shí)胎架進(jìn)行橋面施工，然后進(jìn)行拱肋施工，拱肋施工完成后，拱肋卸載，進(jìn)行吊桿安裝，繼而進(jìn)行懸挑橋面安裝，然后全橋卸載。其中，橋面和拱肋均分成三段，需進(jìn)行分段吊裝，組合焊接。

橋梁卸載完成之后進(jìn)行雨棚的安裝，先進(jìn)行天橋主橋雨棚安裝，再進(jìn)行內(nèi)環(huán)雨棚安裝，最后先安裝樓梯，然后安裝樓梯雨棚的順序進(jìn)行施工。

4.2 雨棚鋼結(jié)構(gòu)拼裝

天橋雨棚造型復(fù)雜，將天橋雨棚柱弧度較小段進(jìn)行單獨(dú)吊裝，空中原位安裝。將天橋主橋雨棚第二節(jié)柱及網(wǎng)格分為13個(gè)區(qū)塊，施工流程詳見(jiàn)4.3節(jié)。天橋主橋雨棚安裝完成后，再進(jìn)行內(nèi)環(huán)雨棚安裝，最后先安裝樓梯，然后安裝樓梯雨棚。完成雨棚鋼結(jié)構(gòu)骨架的施工后再進(jìn)行雨棚面板的施工。

天橋雨棚采用兩臺(tái)25t汽車吊，進(jìn)行雙機(jī)抬吊。雨棚分片最大重量為11.60t，采用兩臺(tái)25t汽車吊，汽車吊臂長(zhǎng)21.81m，吊裝半徑6m，起重量為8t。在地面拼成整體后進(jìn)行吊裝，天橋雨棚因天橋吊桿分隔，需要根據(jù)吊桿位置進(jìn)行分塊。內(nèi)環(huán)雨棚和樓梯雨棚采取整體吊裝。

圖2 雨棚施工流程

5 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1、雨棚為鋼管拼接的雙曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，相貫線切割的精度是保證鋼結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量的前提。通過(guò)控制三維坐標(biāo)點(diǎn)，建立起三維空間模型，再用相貫線編程軟件進(jìn)行編程，生成相貫口的切割數(shù)據(jù)，將切割數(shù)據(jù)輸入切割機(jī)進(jìn)行管件的切割，最大程度的提高鋼管相貫線切割的精度。2、本工程天橋跨度大，雨棚造型復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件有限，采用將天橋雨棚分成弧度較小段進(jìn)行單獨(dú)吊裝，空中原位安裝，合理地劃分雨棚網(wǎng)格，提高雙曲線雨棚定位拼裝精度。3、構(gòu)件在吊裝過(guò)程中會(huì)因自重產(chǎn)生變形、日照溫差造成的鋼管縮脹變形、鋼管焊接會(huì)產(chǎn)生收縮變形。為消除鋼管變形，提高雙曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，采用以下三點(diǎn)措施：1）構(gòu)件在運(yùn)輸、倒運(yùn)、安裝過(guò)程中，采取合理保護(hù)措施，如布設(shè)合理吊點(diǎn)，局部采取加強(qiáng)抵抗變形措施等；2）在構(gòu)件測(cè)控時(shí)，節(jié)點(diǎn)定位實(shí)施反三維空間變形；3）將對(duì)構(gòu)件焊前焊后及施工過(guò)程中不間斷測(cè)量控制。

6 結(jié)束語(yǔ)

本工程大跨度雙曲面鋼結(jié)構(gòu)雨棚的制作與拼裝，采用軟件編程提高了相貫線切割的精度，合理地劃分雨棚網(wǎng)格，分成弧度較小段進(jìn)行單獨(dú)吊裝，空中原位安裝，合理的吊點(diǎn)布置和精密的測(cè)控，最終實(shí)現(xiàn)了雙曲面網(wǎng)格高精度的拼裝，確保了鋼結(jié)構(gòu)雨棚的整體質(zhì)量，可以用于大跨度雙曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)制作拼裝施工的參考。