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正交异性钢桥面板拼装线形测量控制技术

摘要:本文以太原晋阳桥主桥钢梁施工为例,重点阐述了正交异性结构钢桥面板在进行原桥位拼装施工时,纵梁、横梁以及U肋桥面板组拼过程中纵横桥向的平面及高程控制技术。

关键词:正交异形板,纵梁,横梁,高程控制

1、概述

太原晋阳桥主桥设计方案为下承式钢桁拱桥,主拱设钢系梁,系梁与拱肋进行固结,主梁结构为由桥面系和横梁组成,桥面系采用正交异性钢桥面板。全桥采用梁式支架原位拼装方案,施工顺序为先梁后拱,主桥钢梁采用300t履带吊原位拼装,安装顺序为先拼装两侧钢箱系梁结构,然后吊装横梁,最后铺装桥面系,焊接两侧挑臂;安装完毕后在主梁上搭设钢拱拼装支架吊装钢桁拱结构;最后安装吊索并进行张拉,拆除支架后体系转换。本文主要从支架体系的高程控制至钢梁拼装过程线型控制的几个关键点逐步展开进行阐述。

2、高程控制点布设

高程网的控制精度必须满足三等,控制网的布设方式采用从主网引入,建立钢梁控制独立网,主控制点布置在主桥四个承台上,用徕卡电子水仪进行二等水准联测;再通过钢尺量距法将控制点引到墩顶,四个墩身各引出一个总计四个,作为支架和钢梁控制的基准高程点。(图1)

图1

3、拼装支架高程控制

支架高程控制是钢梁原位拼装纵断线型控制的基础,而支架顶抄平又是支架高程控制的关键,解决支架抄平的问题,相应就解决了钢梁定位的基准。钢梁支架采用的是螺旋管桩梁式支架结构,分组布置,每组用连接系连接,纵向分配梁顶与钢梁底预留70cm作为调节区间,调节区间采用用钢柱和楔块进行标高调节。正交异性板钢梁的骨架结构是纵梁和工横梁以及两侧的系杆箱,工横梁和系杆箱底部是支架支撑的承重部位,支架支点均设置在工横梁及系杆箱腹板底部中心线位置。施测前需计算出所有支点的设计高程,然后用DSZ2水准仪逐个精确抄出,调节钢楔块至设计标高,楔块四角相对高差按照支座安装规范要求控制(△H≤1mm)。楔块顶绝对高程计算方法:

H--楔块顶绝对高程(单位m)

H--计算梁底设计高程(单位m)

y1--钢梁设计纵向预拱值(单位m)

y2--钢梁设计横向预拱值(单位m)

由于一段梁或一片工横梁下有若干个支点,为保障各支点与梁底能紧密贴合,所以楔块顶绝对高程也必须按照支座安装的规范要求控制,即△H≤2mm。

4、钢梁拼装线型控制

4.1端横梁安装定位

端横梁上定位特征点(基准点)为厂拼时样冲点,样冲点连线即为板单元加工时的基线,加工精度应控制在1mm以内(规范要求±2mm)。安装前精确计算出各样冲点设计高程,计算方法同楔块顶,端横梁为箱室结构,梁高2.5~2.8m,控制方法为双控,即同时控制顶板和底板特征点高程,定位测量时调整顶板并复核底板,同时检查底板与支点的贴合程度,如局部缝隙超过2mm需重新测量支点高程并调整楔块至紧贴梁底。端横梁为首节吊装节段,即全桥钢梁架设的基准,并同时控制着拱脚的位置和高程,安装精度应控制在2mm以内。

4.2系杆箱线型控制

端横梁定位完成后即安装系杆箱,系杆箱块单元是钢梁线型控制的关键,也是钢拱及系杆安装的基础。晋阳桥主桥纵坡为4%,跨中设凸曲线,两端对称设置;单边系杆箱分为16个节段,每个节段长度在11~14m,上下游对称布置。因加工时隔板与分段断口均未考虑实际工况时的铅锤布置,且安装时因纵坡影响与水平方向存在一个夹角θ(图2),

(图2)

即安装到位后,顶板和底板断口及布设在顶(底)板上的样冲点里程上下均不一致,相应里程差计算如下:

施测时如选择梁段顶板或底板其中一项作为基准里程进行控制,忽略里程受纵坡影响,那么本节段特征点里程计算为:

另外一项的里程计算公式为:

根据各特征点里程计算出相应点高程,具体施测方法同4.1端横梁。

4.3中横梁安装调整

中横梁的安装工序为端横梁及上下游系杆箱组拼完成一个节段后即开始,中横梁在加工时上下在水平劲板处断开,上部与U肋桥面板焊接,下部为独立工字梁结构,底板由支架支撑,上下游断口与系杆箱连接,各横梁与两道纵梁组成整体框架结构。横梁为横坡控制的关键,安装前须对横梁底部的支撑楔块高程进行复测,符合3中精度要求即可,同时在温度、日照、焊接等不同工况环境下,观察系杆箱上横梁断口的变形情况,选择最佳的安装时间段。下表是对第一节段第四片横梁断口进行了24小时连续观测,数据变化如下表:

从各时间段的偏差值可以看出,断口位置在各环境温度及日照条件下基本无变化,主要原因是钢梁受支架限位及安装节段较少的双重影响,但不排除系杆箱后续节段安装后自由端较长,各横梁断口位置会随着温度及日照的影响发生较大变化,所以在系杆箱上下游安装一个对称节段后及时进行本节段的横梁安装,并选择在温度变化较为平缓的凌晨及上午进行,安装调整方法同端横梁。

4.4U肋桥面板安装测量

系杆箱及横梁、纵梁安装完成后即进行U肋桥面板铺装,根据安装方案,桥面板横向分5个节段,纵向分段与系杆箱一致,底部U肋面紧贴纵梁,与桥面板焊接的横梁上半部分在水平劲板处留焊口与横梁下半部分的工字梁断开。根据钢梁安装规范要求,桥面板铺装必须满足3个条件:(1)确保能与纵梁紧密贴合;(2)确保横梁腹板上下中心线重合;(3)确保横坡与系杆箱横坡一致。那么控制纵、横梁高程的安装精度即是确保三个条件满足的关键,即铺装前对已经完成的纵、横梁以及系杆箱纵断线型进行竣工检查,竣工测量点间距至少为5m,竣工完成后,对2道纵梁及55道横梁标高数据偏差值进行分析,分析例表如下:

计算高程偏差的标准差:

同样,纵梁也可以按照此表列出并算出标准差。因纵、横梁安装时不可避免的存在偏差以及焊接的收缩变形,为顺利安装桥面板,须对铺装时的设计高程进行微调。分别计算出纵、横梁高程偏差的标准差,通过标准差分析其离散性,来决定桥面板安装时,高程是否需要统一调整。标准偏差越大,离散性越大,越需要调整。因纵、横梁调整量较大调整的测点数较多,须依照检验评定标准的批量评定法来判定,参考城市桥梁工程施工与质量验收规范设定一个限值,本桥标准偏差取3mm作为限值;如果△H≤3mm,则不调整纵、横梁,直接取偏差的平均值作为安装桥面板的调整值,即安装高程计算式:;如果△H>3mm,则须把纵梁和横梁上偏差大的部位进行调整,调整至统计偏差小于3mm后即可按照值再重新调整桥面板的安装高程,高程采用水准仪进行测量控制,安装完成后及时进行竣工,检查铺装线型,满足检验评定要求即可。

5、总结

随着国家桥梁事业的发展,正交异性结构钢梁用途是越来越广泛,由于大多是板单元结构原位拼装,相当于把加工厂搬至现场,所以安装精度又是加工精度,控制的要求比较高。本桥正交异形板线型控制主要分为四个主要部分,分别是支架的高程控制,系杆箱的高程控制,横梁的高程控制以及最后桥面板铺装的高程控制,其中支架是控制的基础,横梁及系杆箱是控制的关键,面板是控制的重点,各部分相辅相承,形成了一个线型控制的体系。本文重点介绍的是纵断高程控制,且采用的仪器设备是水准仪近距观测,基本上忽略了大气折光影响,又因支架法施工对钢结构起到一定限位作用,所以温度环境影响的变形也很小;另外桥面板线型控制也必须结合横梁和纵梁的高程进行综合考虑。

【参考文献】:

【1】GJJ2-2008《城市桥梁工程施工与质量验收规范》;

【2】梁光意, 彭江沛, 牛红旗《正交异性板结构钢桥梁制作技术探讨》2014中国钢结构行业大会.

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2022-06-23 12:29admin admin 点击
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