独塔斜拉桥倾斜桥塔钢结构施工技术

甘玉林

摘要：文章结合大连市翔凤河桥主塔施工，简单介绍独塔斜拉桥倾斜桥塔铜结构施工方法。

关键词：桥塔；竖转；温度变形；倾斜桥塔

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）08-56-02

1工程概况

翔凤河桥位于大连小窑湾商务区九号路，斜跨于翔凤河上。为独塔斜拉桥，跨径130m，桥宽51.5m，桥塔采用钢管混凝土结构，桥面以上高68m，桥塔后倾20°。主塔钢结构件重172t，主塔中砼424m³，总重达1232t。

主塔在车间分段制作完成，运送至现场施工，在辅跨上铺设的桥塔合拢胎位上合拢。竖塔时，将吊车站位在辅跨边跨侧，直接将桥塔竖起。

2焊接工艺评定

2.1焊接工艺评定流程

焊接工艺评定是保证主塔钢结构施工质量的极为重要的环节。焊接工艺评定是编制一切焊接工艺的依据，需在钢结构制造开工前完成。评定试验用的母材应与主塔一致，选用C.S.P含量上限制备试板。试板焊接时，要考虑坡口根部间隙、环境和约束等极限状态，以使评定结果具有广泛的适用性。焊缝力学性能等方面和母材匹配。

2.2火焰切割工艺评定

主塔加工之前，用代表性的试件进行火焰切割工艺评定。对于切割前已经喷上车间底漆的钢材，其进行火焰切割工艺评定的试件，必须涂上相同型号、相同喷涂方法的底漆。通过火焰切割工艺评定试验，验证热量控制技术。

3计算软件建立实体模型并进行前期计算

采用Solidworks对本桥进行建立三维电子模型，以对吊装重量、涂装面积进行计算，据此对主塔钢构件焊接制安顺序做出合理调整。对吊装过程产生的应力变化采用ANSYS分析软件，计算模型有678465板单元，4630梁单元，4个索单元。

采用ANSYS对各工况条件下进行模拟计算各工况下桥塔结构应力、桥塔结构变形、吊耳结构力、铰接结构力、支座结构力、吊车拉力进行计算，计算结果见下表：

经计算，桥塔变形最大值59.08mm，发生在工况0°起吊，动载荷系数φ=1.1；计算模型桥塔自重：175.32T（含吊耳、转轴等临时结构重量）。验算示意图见以下图片：

根据模拟计算，对位移较大处钢结构尺寸进行一定量的调整，并增加临时固定结构，准少相应误差。

4工厂内加工

4.1主塔专用生产线

为保证主塔质量、确保制造精度，厂区配置了专用的生产线，生产线具有块体单元组焊台五副，可满足施工生产进度需求。

4.2电焊工上岗前理论、实作考试、技术交底

参加本项目建设的电焊工应进行岗前针对陛培训，考试合格并试焊通过的人员方可准予上岗。参与本项目的所有管理人员及操作工均需接受技术交底。同时在每个工序开工时在现场再次进行技术交底。建立严格的奖罚制度，过程发现问题进行相应奖罚。

4.3钢材矫平及预处理

钢板在预处理前，根据不同的板厚分别采用九辊和十一辊矫平机进行矫平以保证钢板平面度，消除钢板轧制内应力。

4.4构件下料

构件下料采用电脑放样与人工放样双重保证。根据工艺要求及计算数据预留制作时焊接收缩余量及切割边缘加工等加工余量。钢板不平时应预先校平后再进行切割。构件上，采用自动直条火焰切割机进行下料，曲线型顶板底板采用数控切割。下料过程严格执行工艺卡，减少切割变形，确保质量。

4.5测量放样后进行组装焊接

根据主塔平、纵、横数据测量放样，此时要根据前期软件模拟结果充分考虑吊装过程和后期混凝土灌注对结构产生的变形影响，设置合理的预拱度。考虑到施工精度的可靠性，人工焊接难以保证施工质量，采用锅炉用埋弧自动焊机对主塔进行焊接。对自动焊接滚轮架（ZT-20T），进行相就好改装，制造专用胎架，并根据主塔结构重，采用水箱进行相应的预压措施。通过高精度全站仪放点定位。经验收合格后进行焊接，焊接过程必须严格执行工艺参数。焊接，矫正修磨一并同时完成相邻单元端口的对口拼装工作。

5现场安装

5.1合拢胎架布设及桥塔现场拼装

将主塔分段在现场进行拼装，对吊耳进行焊接施工。同时布置应力监测点。

5.2主塔风缆布置

为保证吊装完成后桥塔的稳定性和后期精度调整要求，对桥塔采用风缆等进行加固施工，在吊装前需将风缆所需的卷扬机等机具焊接完成。

5.3起吊

选择风力、气温等条件较好的情况下进行施工。起吊之前，对主塔底部铰支座进行全面检查，保证焊接质量符合要求，确保铰支座具有足够强度，对桥塔上各吊点进行复检，检查各卷扬机的桥面位置是否已固定，防止在起吊过程中发生滑移。

正式吊装前首先进行试吊，以全面落实和检验整个吊装方案的完善性。试吊至桥塔倾斜20°后，对桥塔应力及变形量做出检测，判断实际情况是否与计算情况相一致。确定一致后方可进一步吊装。

正式起吊过程中，使桥塔保持稳定匀速提升，同时，在桥梁正面及侧面设置三处监测点，全站仪做实时测量，观测人员及时反应观测数据，严格控制基准轴线位置、标高及垂直偏差，通过对讲机与竖转总指挥进行沟通，及时调整、纠正塔的位置，当桥塔吊装至设计角度后，吊车停止提升。

5.4固定卸钩

吊装过程中，卷扬机同步对风缆进行调整，但对风缆加力不大于20KN，以免影响吊装施工。桥塔达到设计要求角度后，卷扬机加力达到计算拉力，测量位置及应力数据，满足要求后解除吊车挂钩，焊接部分桥塔底部裙板，并对卷扬机各固定部件进行二次加固，经专职安全人员确认后切断卷扬机电源，并派专职人员对其进行看护以免发生意外。

6影响精度的关键工艺

实践表明主塔制造关键技术主要在于焊接质量、焊接变形及主塔总拼控制。整体拼装为露天作业，环境温度对拼装尺寸影响较大。掌握气象信息，选好天气吊装。同时，必须注意主塔的设计温度为20%，如环境温度不达设计要求，均要根据实际温度与设计温度之差增加补偿量，补偿的数值根据钢材的线膨胀系数计算。内部焊接时配有引风机等通风、冰块降温等措施，以达到温度稳定性、保证施工质量和安全的目的。需重点观测计算温度对钢结构焊接产生的影响，及时预留出变形量，焊接主焊缝时采用专用变压器以保证电流稳定及焊接质量，内部焊接尽可能选择在夜间施工。

7结束语

本桥在大连地区具有一定的代表性，受到的行业内的广泛关注，因主塔斜拉索长度固定，故桥塔施工精度要求高，为此采取了焊前制定焊接工艺评定及伸缩量的计算，通过软件模拟，对吊装及后期混凝土灌注过程产生的形变做出充分考虑。过程中严格按照前文所述控制措施进行施工，达到了设计要求精度，为今后此类倾斜钢结构桥塔施工提供一定参考。