南汊斜拉橋合龍技術(shù)分析的論文
摘要：南京長(zhǎng)江二橋南汊主橋是一座主跨628m，雙塔、雙索面鋼主梁的斜拉橋。該橋鋼箱梁采用菱形吊機(jī)吊裝，鋼箱梁節(jié)段長(zhǎng)度一般為15m，主跨南北兩個(gè)懸臂各20個(gè)梁段，合龍段長(zhǎng)度約6．15m。該橋合龍時(shí)段正值南京的酷暑季節(jié)，鋼箱梁受日照影響頂板晝夜溫差大，而且頂?shù)装鍦夭钜草^大，加之該橋跨度大，這些都給合龍?jiān)斐闪藰O大的困難，經(jīng)過(guò)多方面的努力，該橋已于2000年7月9日順利合龍。本文主要介紹該橋合龍的技術(shù)措施。
關(guān)鍵詞：斜拉橋施工合龍
一、合龍方案構(gòu)思
本橋合龍主要面臨以下一些方面的困難：
�。�1）鋼箱梁頂板晝夜溫差達(dá)到25℃左右。
�。�2）頂?shù)装鍦夭畲螅數(shù)装鍦夭钤谌臻g約為20℃左右。
�。�3）主跨跨度達(dá)628m，溫度變化1℃將導(dǎo)致合龍間隙變化約8mm。
�。�4）合龍時(shí)合龍段與20號(hào)梁段間隙允許范圍小，間隙一般在大于5mm時(shí)方可將合龍段吊進(jìn)，而間隙如果大于20mm則無(wú)法保證快速良好的焊接。
�。�5）整個(gè)合龍工期要求緊，合龍段運(yùn)到后必須在當(dāng)夜完成合龍工作。
針對(duì)合龍難度大、精度要求高、合龍時(shí)間要求緊迫這一系列的問(wèn)題，我們主要采取了以下一些措施來(lái)保證合龍：
�。�1）在南北塔20號(hào)斜拉索張拉完成后，于江側(cè)20號(hào)梁段設(shè)置水箱以模擬合龍段吊裝重量，在此基礎(chǔ)上調(diào)整兩側(cè)的高程，在合龍段起吊時(shí)逐步放掉水箱內(nèi)的水。這樣可保護(hù)合龍段起吊過(guò)程中鋼箱梁兩個(gè)懸臂端的穩(wěn)定。
�。�2）在標(biāo)高調(diào)整完成后設(shè)置合龍桁架，該桁架兩端分別固定在20號(hào)梁段腹板外側(cè)，該支架不承受軸向力，僅承受彎矩及剪力。在采用合龍桁架后，可以保證鋼箱梁兩個(gè)懸臂端變形同步協(xié)調(diào)。這樣在整個(gè)合龍過(guò)程中我們僅需要關(guān)心合龍間隙的變化。
�。�3）在標(biāo)高調(diào)整好合龍桁架連接完成后進(jìn)行24h連續(xù)觀測(cè)，以確定溫度變化與合龍間隙的關(guān)系。
�。�4）根據(jù)觀測(cè)結(jié)果選擇溫度變化比較緩和的夜間時(shí)段作為合龍時(shí)段，并確定合龍段長(zhǎng)度。合龍時(shí)段內(nèi)溫度隨時(shí)間緩慢下降，作業(yè)條件好，所以合龍工序是以溫度下降為順序的。
（5）在合龍段頂?shù)装逶O(shè)置合龍段加強(qiáng)件，在合龍段吊進(jìn)后迅速鎖定加強(qiáng)件及合龍桁架，使其承受日出之前由于溫度變化而產(chǎn)生的較小的軸向力，以保證合龍段在焊接過(guò)程中焊縫間隙不發(fā)生變化。
�。�6）在日出之前完成合龍段的主腹板等剛度較大部位的焊接工作并解除塔下縱向及豎向約束，以避免合龍桁架及加強(qiáng)件承受由于日照溫度變化而產(chǎn)生的較大的軸向力。
二、合龍方案實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)
1．合龍桁架及合龍段加強(qiáng)件的設(shè)計(jì)
合龍桁架位于箱梁豎腹板的外側(cè)，不影響合龍段吊進(jìn)的位置上。合龍桁架主要目的是保證南北江側(cè)20號(hào)梁段在合龍過(guò)程中的變形協(xié)調(diào)及在合龍段焊接過(guò)程中承受部分由溫度產(chǎn)生的軸向力。合龍桁架安裝好后要經(jīng)歷數(shù)個(gè)白天的強(qiáng)烈日照，日照產(chǎn)生很大的體系升溫及箱梁頂板升溫。由于豎腹板外側(cè)空間有限，故不可能設(shè)置很強(qiáng)大的構(gòu)件。為了避免由于升溫產(chǎn)生的巨大的軸向力，將該構(gòu)件與20號(hào)梁段的連接在合龍段匹配前設(shè)計(jì)為不傳遞軸向力的連接。根據(jù)這種思路，最后設(shè)計(jì)出來(lái)的合龍桁架僅由每側(cè)4根C28b的槽鋼組成。
合龍段加強(qiáng)件位于合龍段及20號(hào)塊頂?shù)装�，該加�?qiáng)件通過(guò)拼接板采用高強(qiáng)螺栓連接。其作用是保證合龍段吊進(jìn)后通過(guò)鎖定加強(qiáng)件來(lái)阻止合龍間隙的進(jìn)一步變化，以便于合龍段的焊接，加強(qiáng)件需要抵抗夜間溫度變化產(chǎn)生的軸向力。
在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了三種工況來(lái)進(jìn)行上述合龍輔助構(gòu)件的計(jì)算：①主塔臨時(shí)約束未解除前，合龍桁架承受日照升溫。日照升溫按體系升溫20℃、頂板升溫50℃考慮。若該工況合龍桁架與豎腹板固接，則合龍桁架將變得很龐大，而且塔下應(yīng)力也難以通過(guò)；②主塔臨時(shí)約束未解除前，合龍桁架與合龍段加強(qiáng)件共同承受體系降溫8℃，此時(shí)合龍桁架承受軸向力。該工況主要模擬合龍段匹配完成后主腹板焊接完成前的夜間溫度變化。在該工況下合龍間隙變化計(jì)算僅為2.6mm，可滿足焊接要求；③主塔臨時(shí)約束解除后，合龍桁架與合龍段加強(qiáng)件承受日照升溫。該工況偏于安全地不考慮合龍段已焊接好的主腹板參與受力。
在合龍過(guò)程中，該組合龍輔助構(gòu)件工作良好，確保了合龍段吊入并在匹配過(guò)程中兩側(cè)懸臂端變形協(xié)同，并保證了在焊接過(guò)程中焊縫寬度不會(huì)隨溫度的降低而擴(kuò)大。在主塔臨時(shí)約束解除后，該組輔助構(gòu)件亦經(jīng)歷了白天日照的考驗(yàn)。
2．24h連續(xù)觀測(cè)
為了掌握一天內(nèi)溫度變化及合龍間隙變化規(guī)律，在合龍前安排了24h的連續(xù)觀測(cè)。觀測(cè)頻率一般為20：00——8：00為半小時(shí)一次，其余時(shí)段為一小時(shí)一次。溫度測(cè)量采用三種手段：①采用溫度計(jì)測(cè)量大氣溫度；②采用點(diǎn)溫計(jì)測(cè)量鋼箱梁溫度；③采用埋置于15號(hào)梁段的22個(gè)溫度應(yīng)力測(cè)點(diǎn)測(cè)量鋼箱梁溫度。合龍間隙測(cè)量在鋼箱梁上共布置了17個(gè)測(cè)點(diǎn)以測(cè)量頂?shù)装寮案拱宓暮淆堥g隙，采用了兩組人員同步測(cè)量。
通過(guò)24h連續(xù)觀測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)：①鋼箱梁頂?shù)装搴淆堥g隙與頂?shù)装鍦囟扔兄芎玫耐疥P(guān)系。②從20：00到凌晨5：00這個(gè)時(shí)段，溫度均處于緩慢下降階段，每小時(shí)溫度變化梯度小于2．1℃，而且頂?shù)装鍦夭钚∮?℃。在該時(shí)段內(nèi)合龍間隙約減小4.4cm，頂?shù)装彘g隙差小于5mm，而且均為底板間隙稍大于或等于頂板間隙，這有利于合龍段的吊進(jìn)。由于最大可焊間隙可以達(dá)到2.5cm，故該選擇該時(shí)段作為合龍時(shí)段內(nèi)焊縫的.最大間隙在4.4/2=2.2cm內(nèi)，這樣，在合龍時(shí)段的大部分時(shí)間間隙可以滿足焊接的要求。
通過(guò)上述觀測(cè)，我們確定20：00為合龍段吊進(jìn)的時(shí)間，并根據(jù)該時(shí)間合龍間隙并考慮6mm的富余來(lái)確定合龍段配切長(zhǎng)度。
在實(shí)施過(guò)程中，合龍段頂板于21：10越過(guò)20號(hào)梁段的底板，并于22：40完成就位。并于凌晨5：00前完成了主腹板的焊接工作。
3．塔下臨時(shí)約束解除
塔下臨時(shí)約束承受軸向力及豎向拉力，由于無(wú)法完全保證全部焊接工作在日照前完成，而合龍段輔助構(gòu)件無(wú)法承受日照產(chǎn)生的強(qiáng)大軸向力，故塔下約束的解除選擇在清晨日照前完成。
塔下拉力采用鋼絞線來(lái)抵抗，在約束解除中要釋放掉約600t的豎向拉力，主梁在塔附近將產(chǎn)生近8cm的上撓，為了避免對(duì)主梁產(chǎn)生沖擊，在解除塔下約束時(shí)，在塔附近主梁上采用重載汽車進(jìn)行了壓重，待所有約束解除后再逐次開(kāi)走壓重車輛。
三、幾點(diǎn)體會(huì)
經(jīng)過(guò)多方面的努力，南京二橋南汊斜拉橋按照預(yù)定時(shí)間實(shí)現(xiàn)了順利合龍及塔下臨時(shí)約束的解除�；仡櫿麄�(gè)合龍過(guò)程，有以下幾點(diǎn)體會(huì)：
�。�1）通過(guò)在懸臂端采用水箱壓重來(lái)模擬合龍段重量，可以有較寬裕的時(shí)間來(lái)調(diào)整懸臂端的標(biāo)高及軸線。如早在合龍段起吊后再來(lái)調(diào)整標(biāo)高，一是會(huì)延誤工期，二是一旦遇上有風(fēng)的天氣，合龍段會(huì)擺蕩而影響標(biāo)高的測(cè)量精度。
�。�2）合龍桁架的采用可以鎖定懸臂端調(diào)整好后的標(biāo)高，避免由于兩個(gè)懸臂可能的不對(duì)稱荷載引起的懸臂端標(biāo)高差。
�。�3）合龍桁架主要目的是保證懸臂端變形協(xié)調(diào)，合龍段加強(qiáng)件主要目的是保證合龍間隙。這兩部分構(gòu)件不需要很強(qiáng)大就可以滿足剛度要求。然而這些構(gòu)件均無(wú)法抵抗在塔下約束解除前日照產(chǎn)生的軸向力，所以在設(shè)計(jì)該部分構(gòu)件時(shí)采用了約束上及時(shí)間上的措施來(lái)避免構(gòu)件直接抵抗日照產(chǎn)生的軸向力是一個(gè)良好的途徑�？梢员苊鈴�(qiáng)大的合龍段輔助構(gòu)件帶來(lái)的制作、安裝及經(jīng)濟(jì)上的問(wèn)題。
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