1、大跨鋼管拱肋施工技術1工程概況1.1工程設計概況格丑溝特大橋主橋為一孔136m鋼管混凝土系桿拱橋。該橋為單線剛性系梁剛性拱橋，系梁與拱肋固接，整個結構為內部超靜定外部靜定。跨徑L=136m,全長139.6m。拱軸線采用二次拋物線,矢跨比為f/L=1:5，矢高為27.2m2。橋橫向設置兩道拱肋，拱肋中心間距為8m，拱肋采用外徑110cm壁厚18mm的鋼管混凝土截面，上下兩拱肋中心距2.5m，拱肋截面高3.6m。上下拱肋之間采用厚14cm的腹板連接，腹板間距65cm，腹板間除吊桿處1.5m范圍內灌注混凝土外，其余部分均不灌注混凝土。拱腳混凝土內上下弦管由綴條連接。拱肋及腹板、綴條均采用Q345qE

2、鋼板。拱肋之間共設1組米字形橫撐、6道K撐，每道橫撐均為空鋼管組成的桁式結構。橫撐橫向鋼管外徑600mm、K形鋼管外徑450mm，壁厚均為12mm。拱肋上弦管橫撐及K撐與下弦管橫撐及K撐分別采用外徑29.9mm和24.5mm壁厚為10mm的腹桿連接。1.2 鋼管拱肋施工工藝流程鋼管拱肋的制作與安裝是鋼管混凝土系桿拱橋施工的重要工序，它影響鋼管拱肋的線形和結構受力。鋼管拱肋的施工工序主要包括拱肋的制作加工、鋼管拱肋的安裝組拼、焊接對位、鋼管拱肋混凝土灌注和防腐施工5個主要階段，詳見拱肋施工流程圖。圖3-1 鋼管拱肋施工工藝流程圖鋼材預處理下料加工主拱肋加工橫撐、斜撐及附屬構件主拱肋試拼裝檢查構件

3、尺寸合格合格節段運輸安裝、焊接拱肋100%超聲波探傷波波100%射線探傷合格壓注混凝土超聲波無損檢測合格防銹、涂裝制作試件檢查結構尺寸繪制1:1大樣圖制作加工、拼裝平臺2 拱肋的加工制作板材質量和焊接質量直接影響著鋼管拱的整體質量。鋼管拱加工前，首先要嚴格控制母材的質量。母材到場后，必須提供質量合格證書，同時對母材每批均進行物理、化學及焊接試驗。檢驗標準必須滿足鐵路橋涵施工規范和鐵路鋼橋制造規范的要求。對本橋母材進行冷彎、抗拉、焊接等試驗檢測均滿足規范要求。2.1 繪制施工詳圖，制定加工標準 先根據設計圖的要求繪制施工詳圖。施工詳圖按工藝程序要求，繪制零部件圖、單元構件圖、節段構成圖（即試裝圖

4、）。為防止出現失誤，同時需明確施工工藝程序，繪制從零件至單元構件至節段單元的加工、組焊、試裝工藝流程圖。 再制定拱肋加工精度標準，其精度應符合以下技術標準：卷制鋼管：直徑±2.5mm、圓度2.5mm、接口錯邊t/10；拱肋寬B： 拱肋寬/1000；拱肋高H： 拱肋高/1000；拱肋段內弧長L：±2.5mm ；拱肋段內弧偏離設計弧線：8.0mm ；拱肋對接錯臺：0.2倍板厚拱肋旁彎：拱肋長度/5000吊桿位置：橫向偏移2.5mm、縱向偏差5.0mm。 為便于保證鋼管拱肋的加工質量達到要求，本次鋼管拱加工選擇在工廠加工，以便于保證加工質量和控制質量，同時方便檢測。 2.2 鋼管

5、的卷制 鋼管卷制方向必須與鋼板壓延方向一致，自動雙面焊接，鋼管焊接完成后必須進行二次校圓。成管尺寸和焊縫質量檢查符合規范要求。檢查范圍：對所用卷管全部進行檢查。 2.3 放樣 根據正置時的理論拱軸線，同時結合設計院計算所提供的鋼管拱肋所設10.30cm的預拱度（上拱），（預拱度按照二次拋物線布置），對設計的理論拱軸線方程進行修正，使之成為施工拱軸線。理論拱軸線方程：Y2預拱度方程：Y2 式中y為該點預拱度值，x為該點坐標，坐標原點、方向與原圖相同.2按照施工拱軸線方程式，結合施工詳圖放樣鋼管拱肋1：1地胎大樣圖。大樣圖設在鋼板上，要求鋼板必須墊實穩固，抄平各點高差必須小于2mm，各基準點、基準

6、線大樣沖標記并用油漆標示明顯。拱肋的上下弦管按照拱軸線進行平移。放樣按坐標法進行放樣，采用全站儀和級鋼尺，放樣點偏差不得大于2mm,并用油漆標明各點位置及所控制的位置。1：1地胎大樣及煨彎拼裝圖見下圖所示。主拱肋地胎大樣、煨彎拼裝圖2.4 彎管鋼管煨彎必須在煨彎臺座上進行，首先根據擬彎管節的設計軸線形式調整模架、并對其反復測量，確保彎管符合設計要求；然后將直管吊運至模架上，旋緊管兩端螺桿，采用氧炔焰加熱，加熱前應進行現場試驗，對照規范要求，以確定加熱范圍、加熱溫度等參數。本橋根據現場試驗確定鋼管加熱控制在800900，加熱寬度為30mm50mm，其余按照規范要求進行。熱彎曲時先從一端開始，過半

7、后，再從另一端開始，煨彎時必須注意，頂壓鋼管幅度不易過大，以避免中部加熱區域變形過大而造成鋼管壁變薄。煨彎好的鋼管在空氣中自然緩慢冷卻，嚴禁采用澆水的方法進行冷卻。待鋼管溫度冷卻后才能松開千斤頂。2.5 彎管接長，加工成型根據1：1大樣圖拼裝第一次煨彎彎管，并焊接接長，當鋼管拼裝后與線性不符時，再進行熱彎修整使其成設計彎曲段。將鋼管根據1：1大樣加工、拼裝時，縱縫需錯開，縱縫布置間距為150mm，以鋼管母線為基準，間隔、對稱布置，上弦鋼管縱縫布置在下緣，下弦鋼管縱縫布置在上緣。鋼管拼裝應嚴格對線安裝，不得強制裝配，并且定位焊長度不得小于25mm，不得有裂紋、加渣、焊瘤、焊偏、弧坑等缺陷。拼裝完

8、成后，兩端和中部采用工藝隔板控制為1500mm,焊接腹板及各種附屬配件。腹板焊接時，在吊桿處預留1000mm，待吊桿孔加工完成后再組裝拼焊。系桿拱為應力轉換體系，吊桿孔分別在拱肋和系梁上預留，因此預留孔的位置和尺寸的準確性，直接影響著吊桿受力情況。吊桿孔位置確定仍然按照1：1地胎大樣上所繪制的坐標系，依據設計圖紙要求在拱肋上進行精確定位，要求吊桿孔中心位置必須達到規范要求標準。2.6 拱肋分段及運輸根據設計圖紙并結合實際施工情況對鋼管拱進行分段，拱腳按照設計要求，其余部分每片根據運輸能力分為九段。拱肋分段完成后，標記清楚其對應位置，將對接口處理為坡口，以方便現場施工。拱肋運輸要防止變形，同時注

9、意安全，安排專人進行負責。3 拱肋的安裝工藝對拱肋安裝而言，施工方案大多采用無支架纜索吊裝法。根據本橋工期緊迫的實際情況并結合現場現有工程器材，經反復進行分析比對，特制定了汽車吊吊裝、碗扣式支架支撐的施工方案。見圖三所示。3.1 施工準備 拱肋安裝前，放樣理論軸線，復測起拱線高程和拱腳傾角，檢查預埋拱腳的準確性。根據實際情況對軸線進行調整，采用墨線在系梁上標出實際軸線，保證兩側拱肋的軸線的相對位置符合規范要求。 軸線檢測采用全站儀和級鋼尺進行。.3.2 支架驗算圖3-2 拱肋支架布置圖拱肋節段在計算過程中可近似看作是一段斜梁，斜梁的計算模型適用于本設計和工程用材估算。每一支點在受到豎向壓力外還

10、有水平推力。所以在支架的設計計算中，除考慮豎向承載力外，對支架的整體穩定性也予以充分考慮。根據計算結果,施工支架采用48×3.5碗扣式滿堂支架，鋼管之間用鋼管扣件連接碗扣式鋼腳手架。支架在每6米范圍內加密設為支墩（為現場拼裝接口處支墩），支墩處支架加密，加密區縱向為600mm，非加密區縱向為1200mm；橫向加密區在拱肋下邊的部分為600mm，其余為1200mm。高度按實際拋物線定高度。在各加密區兩側沿橫向斷面內布設從底至上設剪刀撐（其中合攏段中間加一道剪刀撐），為增加支架剛度及穩定性，縱向兩側用50mm鋼管間隔4m設置一道剪刀撐，在底部設置縱橫向掃地撐。為滿足支架高度調整的需要，所

11、有支架立桿均設可調式底托，在接口支墩受力面處支架設有頂托，在頂托上順橋向布設10cm×10cm方木（大楞），大楞上鋪設5cm×10cm楞木（小楞），支墩區外可不設縱楞木，只設橫楞木，拱肋吊裝完成后，橫楞木與拱肋頂緊，每個支墩頂處需設傳力裝置，以擴散集中力，使支架受力均勻，拱肋支架與系梁支梁加強聯系，以增加拱肋支架的整體穩定性。3.3 拱肋安裝 由于吊裝施工系高空作業，且拱肋節段為多弦管結構并向內側傾斜，截面尺寸大，節段長度大，加上拱軸精度標準高，同時安裝又受到交通管制時間和溫差的限制，使得施工難度大，工藝復雜，工序繁雜，技術要求高等，針對這一問題，我們采用了以下幾種方法進行

12、處理。根據施工拱軸線，按照坐標法電腦模擬制圖繪制出拱肋各節段上測量定位點在臥拼狀態下的理論坐標值，然后現場通過全站儀和鋼尺定位拱肋段接口處的標準位置（預留10cm作調整）。由于拱肋節段在臥拼狀態下拱腳處低，中間處高，因此在起吊前通過計算確定起吊鋼絲繩的長短，使拱肋節段吊起后呈基本就位后的角度，起吊鋼絲繩長度的計算根據吊點定位布置圖中吊點位置、拱肋臥拼狀態及保證吊起后鋼絲繩與兩吊點間連線的最小夾角不小于60°來確定。施工選擇溫度變化不大時進行，以盡量減少溫差對拱肋長度的影響，并且根據溫度精確量測拱肋節段長度，同時對拱肋節段長度進行修正。拱肋吊裝采用分段吊裝，從拱腳開始，依次逐段向上，拱

13、頂合攏方式。為了能夠快速定位拱肋，拱肋節段單側焊接定位板，安裝時兩節拱肋中心線按照在工廠預拼時下弦板所定的中心線確定，要求中心線基本重合。初步定位完成后為防止拱肋發生滑移及失穩傾覆，在松吊鉤前在支架上拱肋節段安裝焊接支撐架，同時拱肋節段焊接限位板。初步安裝要求拱肋軸線偏移控制到縱向符合規范要求,橫向偏移不大于30mm。高度偏差不大于20mm。因本橋采用正做斜置設計,進行拱肋安裝時必須將正置施工坐標轉換成斜置坐標,通過全站儀檢測各點的實際坐標值，并與計算坐標值進行比較，根據差值進行調整。調整采用汽車吊、手動葫蘆和千斤頂，使拱肋稍稍脫離支架上鍥形塊。通過葫蘆左右移動，千斤頂上下移動控制調整就位，直

14、至滿足規范要求。定位完成后及時在支架上采用斜撐拉接撐頂并焊接限位板將拱肋節段加固牢固后即進行施焊。焊接完成后，對主拱肋采用全站儀、水準儀和鋼尺進行檢測，將誤差控制在規范允許的范圍內. 節段吊裝 合龍段吊裝4主要施工技術4.1重要位置焊接技術焊接技術要求(1）焊接工人的選擇及焊接工藝必須按的規定辦理，工廠焊接應采用自動焊接。（2）焊條的選擇應通過焊接工藝評定確定，保證焊縫強度不低于目材。（3）焊縫質量檢驗應按照以下要求辦理：a.鋼管拱肋環向及縱向對接焊縫需做100%超聲波探傷以及射線探傷檢驗，其數量及驗收標準為：a.1 射線探傷數量焊縫長度1200mm,每條焊縫透照1張焊縫長度1200mm,每條

15、焊縫透照2張環向及縱向對接焊縫交叉處必須透照1張a.2 射線探傷檢驗像質要求按GB/T3323-2005規范中AB級執行焊縫質量驗收按GB/T11345-89規范中執行a.3 超聲波探傷檢驗要求檢驗等級按GB/T11345-89規范中B級執行焊縫質量驗收按GB/T11345-89規范中執行b.拱肋與橫撐等構件連接處的角焊縫按50%做超聲波探傷檢驗以及25%做磁粉探傷檢驗，檢驗、驗收標準為：b.1 超聲波探傷檢驗要求檢驗等級按GB/T11345-89規范中B級執行焊縫質量驗收按GB/T11345-89規范中執行b.2 磁粉探傷檢驗要求檢驗工藝按JB/T6061-92規范執行焊縫質量驗收按JB/T

16、6061-92規范中執行4.1.2主要工藝流程原材料檢驗放樣下料加工裝配與焊接火工微彎節段組裝與腹板焊接吊桿相關部(附)件組裝焊接過程檢測排氣、排漿孔預留拱肋預拼裝涂裝防銹。4.1.3拱助環縫對接格丑溝特大橋主橋焊接接頭多為鋼管環縫對接，屬環形封閉接口，接頭截面大，容易產生焊接變形，故必須采取合適的焊接順序加以控制。對接環縫的焊接，應使焊接過程中施加的焊接熱量平衡，以減少焊接收縮和變形。 合理的焊接順序和焊接方向對防止焊接變形和減小焊接應力非常重要，在施焊時應遵循對稱、均布、同步的原則，具體焊接順序如下：采用若干名焊工，進行對稱焊接，環縫焊接按圖示順序進行。圖3-4 拱肋環縫焊接順序先焊對接接

17、頭環縫，再焊接綴板及其他結構，以保證順序合理，便于操作，還可使焊接收縮量最小。4.1.4上錨箱與拱肋間焊縫的焊接格丑溝特大橋主橋吊桿所承受的縱梁及橋面板拉力全部通過上錨箱作用在上錨箱與鋼管拱肋的焊縫上，如下圖所示圖3-5 上錨箱與拱肋間構造故該處焊縫受力很大，且上下錨箱間同軸度要求很高，故此處焊縫的焊接質量和焊接變形均須進行有效控制。針對以上問題，我們采取如下焊接工藝措施：(1)焊接坡口形式設計不對稱X型坡口，拱肋內壁為大坡口，外壁為小坡口，坡口深度均為8mm，坡口形式如下圖所示圖3-6 拱肋與上錨箱焊縫坡口形式(2)控制預熱溫度上錨箱插入拱肋內的鋼板厚度為26mm，在焊接前需進行預熱，預熱溫

18、度為80-120，加熱方式為紅外線或火焰加熱。此處焊縫長度為340mm，要求在焊縫全長均達到預熱溫度，以避免產生焊接裂紋。(3)控制裝配精度拱助和錨箱裝配時，必須保證幾何尺寸和裝配精度，并增加臨時固定，以減少焊接過程中焊接應力所產生的焊熱變形。(4)焊接順序及焊接變形的控制先焊拱肋內壁焊縫，平焊和仰焊位置同時施焊，焊接1、2層，然后將拱肋外壁坡口清坡，焊接7、8層，焊接完成后轉到內壁焊接3、4層，然后焊接外壁9、10層，再次轉到內壁焊接5、6層，然后焊接外壁的ll、12層。焊接順序和焊接要求分別如圖3-7、表3-1所示。整個焊接過程中平焊和仰焊位置均同時施焊，保證受力均勻。拱肋內壁和外壁交錯焊

19、接的順序也減少了焊接應力所引起的焊接變形。圖3-7 拱肋與上錨箱焊接順序表3-1 拱肋與上錨箱焊接要求焊接位置焊接次序焊接電流（A）焊接電壓（V）焊接速度（mm/min）平焊1-2、7-8100-11024-25140-1503-4、9-10150-16025-26120-1305-6、11-12140-15026-27100-120仰焊1-2、7-8120-13022-23140-1503-4、9-10140-15023-24120-1305-6、11-12130-14023-24100-120以上施工措施保證了鋼管拱肋和上錨箱焊縫的焊接質量，在上錨箱安裝完成后，所有鋼管拱肋和上錨箱焊縫均進

20、行了超聲波及射線無損探傷，探傷結果100合格。4.4拱肋安裝過程中拱軸線控制技術拱肋施工時采用分段加工分段吊裝方案進行施工,格丑溝特大橋拱肋共劃分11個施工段,在廠內進行加工制作,運到現場后采用180噸大型汽車吊進行拱肋安裝。拱軸線控制是拱肋安裝過程中的關鍵，軸線的偏移將會直接導致上下錨箱的位置發生錯位，上下錨箱不在一條直線上,吊桿就會出現彎折,對橋梁結構產生不良影響,甚至造成重大質量事故。由于格丑溝特大橋采用先梁后拱法施工，系梁澆注與拱肋安裝相隔時間長，相道工序施工時的環境溫度相差較大（系梁是夏季澆注，拱肋是冬季安裝），且該橋跨度很大，因此，系梁在拱肋安裝時受溫度影響發生了較大的收縮變形，根

21、據實際測量拱肋安裝時系梁收縮量為110mm如圖所示。受此影響，拱肋的坐標也會發生相應的變化。致 謝走的最快的總是時間，來不及感嘆，大學生活已近尾聲，三年的努力與付出，隨著本次論文的完成，將要劃下完美的句號。本論文設計是在石明星老師的辛勤指導和嚴格要求下業已完成，從課題選擇到具體的寫作過程，開題報告、論文初稿與定稿無不凝聚著石明星老師的心血和汗水。在我的畢業設計期間，石明星老師為我提供了種種專業知識上的指導和一些富于創造性的建議，老師們一絲不茍的作風，嚴謹求實的態度使我深受感動，沒有這樣的幫助和關懷，我不會這么順利的完成畢業設計。本次設計是橋梁工程下部結構設計，在完成畢業設計的過程中，我運用感性

22、和理性知識去把握整個橋梁的設計，這其中就包括建筑外觀和結構兩個方面。通過設計，我還更多的了解國內外橋梁設計的發展現狀及趨勢，更多的關注這方面的學術動態，不斷培養工程技術工作中所必須的全局觀念和經濟觀念，了解、掌握橋梁結構的各項技術、經濟指標的來源及功用，樹立理論聯系實際的設計思想，為以后的學習、研究和設計打下了堅實基礎。在此向土木與交通學院的指導我幫助我的老師們表示深深的感謝和崇高的敬意！ 在臨近畢業之際，我還要借此機會向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認真負責，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專

23、業知識，并在設計中得以體現，順利完成畢業論文。同時，在論文寫作過程中，我還參考了有關的書籍和論文，在這里一并向有關的作者表示謝意。我還要感謝同組的各位同學以及我的各位室友，在畢業設計的這段時間里，你們給了我很多的啟發，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝！同時也正是通過這次畢業設計，拉近了我們同學和老師間的距離，彼此也有了更深的理解。由于本人知識水平有限，加之缺乏實踐經驗、時間倉促，在設計中難免存在缺點和不足，在此懇請各位老師和同學能夠給予批評和指正，我一定會在未來的工作中加以注意。最后，在這惜別時分，我祝愿各位老師身體健康，萬事如意！祝愿各位同學前程似錦、一路順風！參考文獻1徐偉.橋梁施工M.北京：人民交通出版社，2008.7.2 范立礎.預應力混凝土連續梁橋M.北京:人民交通出版社，19993 徐君蘭.大跨徑橋梁施工控制M.北京:人民交通出版社，20024 林鳳國.洲河大橋連續梁懸