施工組織設(shè)計(jì)方案
第＋二章 鋼橋施工第一節(jié) 概 述
鋼橋是各種橋梁體系特別是大跨度橋梁常見的一種型式。近20年來，隨著預(yù)應(yīng)力砼橋梁的急速發(fā)展，鋼橋已越來越多地進(jìn)人更大的跨度領(lǐng)域，并且在結(jié)構(gòu)形式、材料及加工制造、施工架設(shè)方面不斷有所開拓和創(chuàng)新。到70年代末，可以說鋼橋已經(jīng)用一種完全嶄新的面貌出現(xiàn)在橋梁界并與預(yù)應(yīng)力砼橋梁展開劇烈的競(jìng)爭(zhēng)，這在一定程度上推動(dòng)了橋梁工程的發(fā)展。
由于鋼材是一種性能優(yōu)越的彈塑性材料.所以在橋梁上使用比較靈活，從板梁橋、桁梁橋、拱橋直至大跨度的懸索橋。近20年來，鋼斜拉橋又得到了飛速的發(fā)展，起著主導(dǎo)橋梁工程發(fā)展的地位。
隨著材質(zhì)(主要是高強(qiáng)度鋼材和各種耐候鋼)的提高以及焊接工藝和高強(qiáng)度螺栓連接的不斷完善，各種受力性能優(yōu)越、制造架設(shè)容易的箱形截面梁也就同時(shí)得到大力發(fā)展。
除此之外.在橋梁施工裝備方面，特別是吊機(jī)的起重能力不斷提高，伸臂拼裝所使用的行走于橋上的吊機(jī)起重能力已經(jīng)用到1000kN.大型浮吊的起重能力也普遍達(dá)到6500kN，并且也已經(jīng)有一次起吊重力達(dá)35000kN整孔橋梁的例子。為了將拼好的橋頂高或頂推就位，千斤頂?shù)男谐桃褦U(kuò)大到2.0m。
這一切都促使傳統(tǒng)的鋼橋施工和架設(shè)法得到更新。以往大跨度鋼橋基本上以懸臂拼裝架設(shè)為主，現(xiàn)在除了懸臂安裝之外，還常常采用整孔吊裝和頂推施工方法，以提高施工速度。
此外，在條件許可的場(chǎng)合，還可用浮運(yùn)法輔助安裝(如Hunber橋)。
在體系方面，一些管運(yùn)不良、費(fèi)工費(fèi)料的結(jié)構(gòu)(如懸臂桁梁)已經(jīng)淘汰，而代之以結(jié)構(gòu)緊湊、線條簡(jiǎn)潔、造形美觀、受力優(yōu)越的結(jié)構(gòu)。
值得注意的是，鋼結(jié)合梁composite beam)已從中小跨度(40～80m)的范圍內(nèi)越出，而走向大跨度領(lǐng)域(如加拿大的Annasis橋)。
世界著名的日本本四聯(lián)絡(luò)線工程，也基本以大跨度的懸索橋和斜拉橋?yàn)橹黧w，這說明鋼橋今后幾十年的方向應(yīng)以大跨、輕質(zhì)、高強(qiáng)、美觀、施工快速等為發(fā)展的特點(diǎn)。
第二節(jié) 鋼構(gòu)件的制作
鋼構(gòu)件的制作主要包括下列工藝過程：作樣、號(hào)料、切割、零件矯正和彎曲構(gòu)件校正、結(jié)構(gòu)試拼裝、除銹和涂該等。
(一)作樣
根據(jù)施工圖制作樣板或樣條的工作叫作樣。利用樣板或樣條可在鋼料上標(biāo)出切割線及栓孔位置。
(二)樣板
一般構(gòu)件用普通樣板，它可用薄鐵皮或0.3～0.5mm的薄鋼板制作。橋梁，栓孔可采用機(jī)器樣板鉆制。機(jī)器樣板是在厚12～20mm的鋼板上置，精確地嵌入經(jīng)過溶碳淬火處理的鋼質(zhì)鉆孔套。鉆孔套是旋制的。鉆孔套直徑公差只有±0.05mm，孔心距公差為±0.25mm。鉆孔時(shí)將機(jī)器樣板覆蓋在要加工的部件上，用卡具夾緊，錨頭即通過鉆孔套鉆制加工部件上的安裝孔。用樣板鉆出的孔，精度高而劃一，并可省去號(hào)孔工作。圖12—1為主梁節(jié)點(diǎn)板用的機(jī)器樣板。
(三)樣條
用2—3cm寬的鋼條做成的樣板叫樣條，它適用于較長(zhǎng)的角鋼、槽鋼及鋼板的號(hào)料。
二、號(hào)料
利用樣板、樣條在鋼材上把零件的切割線畫出，稱為號(hào)料。號(hào)料使用樣板、樣條而不直接使尺，這是為了避免出現(xiàn)不同的尺寸誤差，而使釘孔錯(cuò)位。號(hào)料的精確度應(yīng)和放樣的精度相同。
三、剪切
剪切是使用剪切機(jī)進(jìn)行的，對(duì)于16Mn鋼板，目前可切厚度在16～20mm。對(duì)于一般剪切機(jī)不能剪切的厚鋼板，或因形狀復(fù)雜不能剪切的板材都可采用焰切。焰切分：切割、半自動(dòng)切割和自動(dòng)切割機(jī)切割。聯(lián)合剪沖用于角鋼的剪切。目前聯(lián)合刃沖機(jī)可貝切的最大角鋼為∠125×125×12。
鋸切主要用于對(duì)槽鋼、工字鋼、管材及大型角鋼，鋸切的工具為圓鋸機(jī)。
四、矯正
由于鋼材在軋制、運(yùn)輸、切割等過程中可能會(huì)產(chǎn)生變形，因此需要進(jìn)行矯正
對(duì)于鋼板常采用輥壓機(jī)來趕平，對(duì)于角鋼也可用輥壓機(jī)進(jìn)行調(diào)直。
對(duì)于切割后呈馬刀形彎曲的料件，當(dāng)寬度不大時(shí)，可以在頂彎機(jī)上矯正。對(duì)于寬厚鋼板的馬刀形彎曲，則要用火焰加熱進(jìn)行矯正，火焰溫度應(yīng)控制在600℃一800℃之間。
五、制孔
號(hào)孔是借助樣板或樣條，用樣沖在鋼料上打上沖點(diǎn)，以表示釘孔的位置。如果采用機(jī)器樣板則不必進(jìn)行號(hào)孔。
鉆孔的一般過程為：①畫線鉆孔：②擴(kuò)孔套鉆；②機(jī)器樣板鉆孔；④數(shù)控程序鉆床鉆孔
使用機(jī)器樣板鉆孔可以使桿件達(dá)到互換使用，但對(duì)于不同規(guī)格的單構(gòu)件則不能使用同一樣板來鉆孔(如釘孔排列不同或釘孔的間距不同)，因此設(shè)計(jì)者應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化.以減少機(jī)器樣板的數(shù)量，提高機(jī)器樣板的利用率。
鉆孔時(shí)可將幾塊板材與覆蓋式機(jī)器樣板一同卡牢，然后用搖臂鉆床一次在鉆孔套內(nèi)套鉆鉆透各層。
用數(shù)控坐標(biāo)式鉆床鉆孔可達(dá)到很高的精度.也可以使工字型桿件的工地栓孔制成的孔應(yīng)成正圓柱形，孔壁光滑，孔緣無損傷不平，刺屑消除干凈。
組裝件可預(yù)鉆小孔，組裝后進(jìn)行擴(kuò)鉆，預(yù)鉆孔徑至少應(yīng)較設(shè)計(jì)孔徑小3mm。
六、組裝
組裝是按圖紙把制備完成的半成品或零件拼裝成部件、構(gòu)件的工序。
構(gòu)件組裝前應(yīng)對(duì)連接表面及焊縫邊緣30～50mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理，應(yīng)將鐵銹、氯化鐵油污、水分等清除干凈。
栓焊鋼梁的主標(biāo)桿件截面形式大多數(shù)為H形，H形桿件的組裝是在胎型上進(jìn)行的，為便于進(jìn)行定位焊，組裝胎型最好是轉(zhuǎn)動(dòng)式，見圖12—2及圖12—3所示。
為了保證組裝質(zhì)量，對(duì)組成桿件的各零件的相對(duì)位置、相互間的密貼程度以及整個(gè)桿件的外輪廓形狀和尺寸，在組拼過程中均要進(jìn)行檢查。
在零件正確頂緊就位后，即可進(jìn)行定位焊。定位焊的焊續(xù)長(zhǎng)度每段為50～100mm，各段之間的距離為400—600mm。
七、焊接
鋼橋采用的焊接方法有自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊和手工焊三種。
焊接質(zhì)量在很大程度上決定于施焊狀況。焊接時(shí)所采用的電流強(qiáng)度、電弧電壓、焊絲的輸送速度及焊接速度都直接影響焊接質(zhì)量。
在焊接前，如無焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)的，應(yīng)做好焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，并據(jù)此確定焊接工藝。
焊接完畢后應(yīng)檢查焊縫質(zhì)量。焊縫中主要缺陷有；裂縫、內(nèi)部氣孔、夾渣、末熔透、咬邊、送流、燒穿及焊縫尺寸不合規(guī)定等。對(duì)于所有的焊縫均進(jìn)行外觀檢查。內(nèi)部檢查以超聲波探傷為主。
八、試拼裝
栓焊鋼梁某些部件，由于運(yùn)輸和架設(shè)能力的限制，必須在工地進(jìn)行拼裝。
運(yùn)送工地的各部件，在出廠之前應(yīng)進(jìn)行試拼裝，以驗(yàn)證工藝裝備是否精確可靠。例如鋼桁梁橋試拼裝按主桁、橋面系、橋門架及平縱聯(lián)四個(gè)平面進(jìn)行。試拼裝時(shí)，鋼梁主要尺寸如桁高、跨度、上拱度、主拓間距等的精度應(yīng)滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。新設(shè)計(jì)的以及改變工藝裝備后制造的鋼梁，均應(yīng)進(jìn)行試拼裝。對(duì)于成批連續(xù)生產(chǎn)的鋼梁，一般每10～20孔應(yīng)試拼裝一次。
最近十幾年來，隨著橋梁向“長(zhǎng)跨、輕質(zhì)、高強(qiáng)、整體”發(fā)展，鋼橋的結(jié)構(gòu)形式日新月異，花樣百出。鋼橋的制造技術(shù)、工藝水平也在迅速提高。
目前鋼橋的制造技術(shù)發(fā)展的主要特點(diǎn)是：
普遍應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和繪圖(CADD)系統(tǒng)的開發(fā)。
用精密切割代替刨銑機(jī)械加工。
高效切割、自動(dòng)碳弧氣刨開坡口。
將光電路蹤技術(shù)運(yùn)用于切割、放樣、畫線等工序。
先進(jìn)的檢測(cè)手段。目前常用的x射線焊縫探傷儀已發(fā)展為輕便式，可在桿件上直接探傷。全力提高鋼梁焊接接頭的強(qiáng)度。
改進(jìn)除銹、涂油方法和組裝成型工藝
第三節(jié) 鋼橋的安裝
懸臂安裝是在橋位上拼裝鋼梁時(shí)，不用臨時(shí)膺架支承，而是將桿件逐根的依次拼裝在平衡梁上或已拼好的部分鋼梁上，形成向橋孔中逐漸增長(zhǎng)的懸臂，直至拼至次一墩(臺(tái))上。這稱為全懸臂拼裝。
若在橋孔中設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上臨時(shí)支承進(jìn)行懸臂拼裝時(shí)稱為半懸臂拼裝。用懸臂法安裝多孔鋼梁時(shí)，第一孔鋼梁多用半懸臂法進(jìn)行安裝。
鋼梁在懸臂安裝過程中，值得注意的關(guān)鍵問題是：①降低鋼梁的安裝應(yīng)力；②伸臂端撓度的控制；②減少懸臂孔的施工荷載，④保證鋼梁拼裝時(shí)的穩(wěn)定性。
懸臂安裝鋼梁的施工順序如下：
(一)桿件預(yù)拼
由橋梁工廠按材料發(fā)送表發(fā)往工地的都是單根桿件和一些拼接件，為了減少拼裝鋼梁時(shí)橋上的高空作業(yè)，減少吊裝次數(shù)，通常將各個(gè)桿件預(yù)先拼裝成吊裝單元，把能在橋下進(jìn)行的工作盡量在橋下預(yù)拼場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行，以期加快施工進(jìn)度。
(二)鋼梁桿件拼裝
由預(yù)拼場(chǎng)預(yù)制好的鋼梁桿件經(jīng)檢查合格后，即可按拼裝順序先后運(yùn)至提升站，由提升站吊機(jī)把桿件提運(yùn)至在鋼梁下弦平面運(yùn)行的平板車上，由牽引車運(yùn)至拼梁吊機(jī)下拼裝就位。拼梁吊機(jī)通常安放在上弦，遇到上弦為曲弦時(shí)，也可安放在下弦平面。
鋼梁拼裝必須按一定購拼裝順序因進(jìn)行。在擬定拼裝順序時(shí)應(yīng)考慮下列原則；
1．拼梁吊機(jī)的性能，如運(yùn)行方法、起吊能力、最大吊距等。
2.先裝的桿件不應(yīng)妨礙后裝桿件的安裝與吊機(jī)的運(yùn)行。
3.拼裝時(shí)，應(yīng)盡速將主桁桿件拼成閉合的三角形，形成穩(wěn)定的幾何體系聯(lián)結(jié)系，保證鋼梁結(jié)構(gòu)的空間穩(wěn)定。
4.主桁桿件拼裝，應(yīng)左右兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行，防止偏載的不利影響。
圖12—4為一主桁懸臂拼裝順序圖。
伸臂拼裝第一孔鋼梁時(shí)，根據(jù)懸臂長(zhǎng)度大小，需要一定長(zhǎng)度的平衡梁，并應(yīng)保證傾覆穩(wěn)定系數(shù)不小于1.3(傾覆穩(wěn)定系數(shù)就是穩(wěn)定力矩與傾覆力矩之比值)。平衡梁通常是在路堤上(無引橋的情況)或引橋上(通常是頂應(yīng)力鋼筋砼梁或鋼板梁)或滿布膺架上進(jìn)行拼裝。
在拼裝工作中，應(yīng)隨時(shí)測(cè)量鋼梁的立面和平面位置是否正確，鋼梁安裝偏差的容許值參見《鐵路鋼橋梁拼裝及架設(shè)施工技術(shù)規(guī)則》。
(三)高強(qiáng)度螺栓施工
在高強(qiáng)度螺栓施工中，目前常用的控制螺栓的預(yù)拉力方法是扭角法和扭矩系數(shù)法。
安裝高強(qiáng)螺栓時(shí)應(yīng)設(shè)法保證各螺栓中的預(yù)拉力達(dá)到其規(guī)定值，避免超拉或欠拉。
(四)安裝時(shí)臨時(shí)支承布置
臨時(shí)支承主要類型有：臨時(shí)活動(dòng)支座、臨時(shí)固定支座、永久活動(dòng)支座、永久固定支座、保險(xiǎn)支座、接引支座等，這些支座隨拼梁階段
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