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大型钢结构拱肋合拢段锲入式合拢施工技术分析

2025-09-07 52 上传者：管理员

摘要：钢结构是天然的装配式结构，本技术是基于其特性，研发的一种让大型拱肋合拢段通过合拢工装，能如同一个大型锲块一样锲入两个拱肋边节段中间，并快速实现拱圈整体稳定的新技术。采用本技术能在30～40 min的时间内即可完成101.3 m长、520 t重的拱肋合拢段合拢施工，并撤离吊装设备。采用本技术进行拱肋合拢段施工具有效率更高、占用设备和场地时间极短的优点。

关键词：
合拢工装
大型拱肋合拢段
快速合拢
装配式结构
锲入式
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钢结构是天然的装配式结构,其构件基本都是在工厂内完成制作及预拼,然后运送到现场安装,因其多组合､工业化､速度快､绿色环保等特性,得到了越来越多的应用｡

装配式结构安装如果能做到加大集成量,减少装配数,无疑是一种更快的现场安装施工方式,因此在钢结构拱肋安装施工时,往往优选加大拱肋安装节段长度,减少拱肋安装节段数量｡由于钢结构拱肋在安装施工过程中容易变形､稳定性差,因此常规利用支架支撑进行钢结构拱肋安装时,基本采用多支架支撑的施工工艺,拱肋的所有重量都由支架承担｡另外有些道路或航道上不允许设置拱肋支撑体系,就不得不将拱肋合拢段的跨度做得很大,最后合拢段安装时,一般是在封闭道路或航道后,由大型吊装设备吊着合拢段,一直等到合拢口焊接完成后,才能将吊装设备撤离｡因此这种常规拱肋安装施工工艺,在施工速度､成本投入､质量安全等方面都还是有所欠缺｡

针对上述问题,研发了“大型拱肋合拢段锲入式合拢施工新技术”,并采用本技术安全､高效､优质的完成了长101.3m,重520t的拱肋合拢段安装施工任务｡

1、工程概况

菱湖大道(旺庄路-运河西路)工程LHU01标位于无锡市新吴区与经开区交界处,主桥横跨京杭大运河,京杭大运河是内陆河流的黄金水道,重型船队川流不息,目前工程位置的船舶流量约1300~1500艘/天,若封航时间过长,将造成大量的船队积压,严重影响运河的正常运输并增加了通航风险｡因此海事管理部门规定,大桥建设期间,项目所在河道通航宽度不能小于70m,每次封航需提前7d上报上一级主管部门批准,且单次运河封航时间不能超过4h｡

菱湖大桥主桥采用三跨中承式系杆拱结构,跨径布置为:100m+183m+100m=383m(见图1)｡主桥中拱拱肋跨度为183m,拱肋采用桁架式断面,中拱拱肋全高380cm,拱肋全宽200cm,上､下弦箱高60cm,拱肋壁厚35~50mm｡腹杆采用工字型断面,腹板及上下缘壁厚均为20mm,单幅拱肋重1100t[1]｡

图1菱湖大桥主桥效果

2、工艺原理

本技术的工艺应用原理就是通过锲入式合拢工装能将合拢段的自身重力,由支撑体系受力转换成拱肋轴心受力,沿拱轴线传递到拱脚,并且能锁定拱肋不会发生偏转,使大型拱肋合拢段达到快速合拢的目的｡

3、技术特点

单幅拱肋仅三个安装节段,在两个拱肋边节段安装完成后,拱肋合拢段通过合拢工装如同一个大型锲块一样锲入两个拱肋边节段中间,使拱肋重力由拱轴线传递到拱脚,提前实现拱圈整体稳定状态｡

3.1操作简单施工效率高､占用吊装设备和场地时间短

在30~40min的时间内就可以完成101.3m长的拱肋合拢段合拢施工,合拢过程中无需进行焊接,只需安装好合拢工装即可撤离吊装设备,极大地降低了施工工序的时间｡

3.2安全性高､施工质量好

施工作业点均在支架顶部,方便作业,通航净宽由70m增加到85m,大大降低了船舶撞击水中支架的风险｡合拢对接误差小于3mm,拱轴线横向及竖向偏位小于3mm,合龙段整体吊装安全､快速,质量满足设计及规范要求｡

3.3合拢工装安装简单

合拢时单个合拢口仅需要4个作业人员,用两个1T的手拉葫芦和扳手就可以完成合拢工装的安装,人员操作过程中体力依赖小､劳动强度低､简单快捷｡

3.4材料人工耗费低

考虑到支架安全性及拱肋的饶度变形,用常规工艺,单幅拱肋需分成4个安装节段拱肋支架至少要3组,采用创新技术后单幅安装节段只有3节,拱肋支架仅两组,相比传统支架支撑体系材料和人工减少1/3｡

3.5适用范围

本技术适用于拱型装配式结构安装施工,特别适合大型钢结构拱肋合拢段安装施工,也可以推广应用实现混凝土结构､钢结构等各种材料类型的拱形桁架､管架､箱梁等结构物的快速装配｡

4、施工工艺流程及操作要点

4.1施工工艺流程锲入式合拢施工工艺流程见图2｡

4.2操作要点

4.2.1合拢工装设计及可行性验算

合拢工装包括合拢工装本体､合拢工装锲块以及合拢工装锁紧装置｡合拢工装本体包括两个侧部,焊接在合拢主体靠近合拢口位置的两侧｡合拢工装锲块在合拢段到达合拢位置后插入到合拢工装本体中间契紧,使拱节段由支撑体系受力状态转变为拱节段轴向受力状态,在撤离吊装设备后拱节段的自身重力会沿拱轴线传递到拱脚｡合拢工装锁紧装置包括受力座､垫板､螺杆､螺母,受力座焊接在合拢工装本体两个侧部上,垫板､螺杆､螺母在锲块安装到合拢工装本体中间后再开始安装,合拢工装锁紧装置可以防止两合拢主体在合拢口位置发生旋转以及因温度收缩影响使合拢口宽度发生变化(见图3)｡

图2锲入式合拢施工工艺流程

图3合拢工装合拢工况模型

通过模拟验算,该工装件在合龙受力状态下,最大应力为175.2MPa,小于Q345qd钢材容许应力300MPa,最大变形为0.5mm,其结果满足设计规范要求(见图4)｡

通过模拟验算,中跨拱肋合龙后,合龙段风撑安装前,中跨拱肋稳定性满足规范要求(见图5)｡

4.2.2安装合拢工装本体

合拢工装本体与拱肋一起在厂内制作安装,合拢工装本体的两个侧部,分别焊接在合拢主体靠近合拢口位置的两侧｡拱肋在厂内完成预拼的同时注意实测每个合拢工装本体之间的间距,用实测数据来制作合拢工装的锲块,以保证合拢时锲块与合拢工装本体的契合度｡

图4合拢工装验算模型

图5中跨合拢验算模型

4.2.3吊装合拢段就位

采用两台额定起吊能力均为610T的浮吊抬吊着拱肋合拢段,在两条拖轮的协助下面朝桥位处航行,当浮吊航行到拱肋合拢段离桥位5m位置时停止航行,将拱肋合拢段平稳提升到超出其安装高度1m位置｡

在浮吊提升拱肋合拢段的同时,由4条冲锋舟快速安装浮吊船的锚索,每台浮吊前后都有两条交叉布置的锚索,共计8条锚索,每条锚索都由浮吊上的卷扬机控制收放,前锚索固定在桥位防撞墩上,后锚索固定在航道外的临时锚桩上[2]｡

当拱肋合拢段靠近接口正上方时,浮吊停止航行,通过浮吊上的卷扬机调节前后锚索,使浮吊固定在最佳吊装位置｡

4.2.4安装合拢工装锲块及锁定装置

由于合拢口间隙极小,在拱肋合拢段精确定位时,浮吊只负责上下调整,平面位置调整由现场安装人员通过手拉葫芦完成｡

拱肋合拢段调整到安装位置后,将分布在合拢口的8组合拢工装中间,通过1T手拉葫芦慢慢下放插入锲块并敲紧,同时将锁紧装置安装上,注意锁紧装置上的螺帽需留几丝间隙暂时不要拧紧｡

当合拢口的8个合拢工装锲块安装完成后,两台浮吊同时按起吊受力的70%､50%､20%分阶段缓慢卸力｡拱肋合拢段下降时,自身重力通过拱肋合拢工装的锲块往两端传递,使拱肋整体重力由支架受力,转变为拱肋轴心受力传递到拱脚,逐步完成拱肋整体受力的体系转换｡卸力的每个阶段都必须有所停顿,并对拱肋和支架进行测量观测｡

在卸力到20%时拧紧合拢工装锁紧装置的螺帽,锁紧合拢口,防止拱肋合拢段扭转以及合拢口断面因温差收缩产生异步变化[3]｡

4.2.5撤离吊装设备

合拢工装的锁紧装置安装完成后,浮吊完全卸力,至此拱肋合拢结束,浮吊解除锚索,拆除吊扣后浮吊驶离航道[4]｡

5、应用效果

2022年1月至2023年1月,湖南路桥建设集团有限责任公司在菱湖大道(旺庄路-运河西路)工程LHU01标跨京杭运河主桥中跨钢结构拱肋安装施工中,应用了“大型钢结构拱肋合拢段锲入式合拢施工”新技术,安全､高效地完成了全部钢结构拱肋的安装,且能保证85m的通航净宽,单次封航时间控制在三小时之内,减少了施工期间对航运的影响,其关键技术达到国内外领先水平能为同类工程提供参考和借鉴作用｡

采用本技术进行拱肋安装施工,与常规的施工方法相比较,在保证了施工质量安全的同时,节约直接成本392.07万元,缩短工期32d,节省材料339.6t,还减少了拱肋吊装节段和封航次数,降低了能源消耗和废气物的排放以及对周边环境的影响,取得良好的社会效益､经济效益以及节能与环保效益,具有良好的推广应用前景｡

6、结束语

传统的拱肋安装方法在施工速度､成本和安全性上存在不足｡为此,研发了“大型拱肋合拢段锲入式合拢施工新技术”,成功应用于菱湖大道工程,安装了一段长101.3m､重520t的拱肋｡该技术不仅保证了施工质量和安全,还显著节约了392.07万元成本,缩短了32d工期,减少了339.6t材料消耗,并降低了对航运的影响｡其创新方法在节能环保方面也取得了良好效果,具备广泛的推广应用潜力｡

参考文献:

[1]金杰,张君琳,李业,等.独塔混合梁大跨斜拉桥钢-混结合段的受力分析[J].公路,2023(1):111-117.

[2]袁辉辉,黄珍珍,吴庆雄,等.大跨混合连续箱梁桥钢混结合段传力机理试验与分析[J].湖南大学学报(自然科学版),2023(7):44-56.

[3]揣宏磊.考虑徐变效应的斜拉桥钢-混结合段受力分析[J].中外公路,2022(6):137-141.

[4]陈德宝,林志平,苏庆田,等.混合梁刚构桥钢-混结合段的构造优化与试验[J].工程力学,2023(8):149-160.

文章来源:朱和祥,曾雁,杨新湘.大型钢结构拱肋合拢段锲入式合拢施工技术分析[J].科学技术创新,2025,(17):195-198.