1、钢桥结构设计与施工控制摘要:钢桥设计的要点在于要符合钢桥受力的特点，同时，还必须要符合钢桥建造区域的实际条件。本文将从以下几个方面来详细分析钢桥设计的要点，并具体分析钢桥施工过程中需要控制的要素，以期为我国钢桥的设计和施工提供有意义的参考。 关键词:钢桥 设计 施工 控制 中图分类号：U445 文献标识码：A 前言 钢桥的设计工作是一个不断分析要素，解决问题的过程，在提出钢桥设计方案之前，必须要经过严格的设计思考和分析。同时，钢桥施工过程中，必须要按照设计的规范和施工的流程进行，以保证钢桥施工的质量。 一钢桥结构设计 1 总体设计 某钢桥上部结构主要有主梁、边梁、边梁之间镂空,通过横梁连接形成
2、整体梁格状三维拱体。通过横梁与横拱的连接,横梁、主拱、横拱五部分构成。主梁与三片主拱通过横拱连接而形成空间网梁体与拱体形成一空间异形非对称钢箱梁拱桥。钢桥钢箱拱桥主桥总体布置如图 1。 图 1 钢桥钢箱拱桥主桥总体布置图 2 主梁、边梁截面形式 钢桥主梁和边梁均采用正交异性板箱截面形式。本桥采用正交异性钢桥面板钢箱梁,主梁主要由顶板、底板、腹板、边板、横隔板、封板、球扁钢、腹板纵向加劲厚等构件焊接而成。边梁主要由顶板、底板、腹板、边板、横隔板、封板、球扁钢、腹板纵向加劲厚等构件焊接而成。主梁和边梁之间通过钢箱横梁进行连接。 3 横梁 连接主梁和边梁的横梁位于镂空处。由图可知横梁的长度不等。横梁
3、的构造及截面见图 2。 图 2 横梁截面 4 主拱 本桥的设计特色在于拱的设计。采用空间异形非对称钢箱拱。为了造型的美观和拱线性的流畅性,该拱设计时,将内拱向外偏转 19,中拱向外偏转 10,外拱向外偏转 5；另外中拱和外拱均水平向内转 0.5。钢拱截面采用箱型截面,钢拱内部每隔 2 米加设一道横隔板,增加主拱的刚度。主拱截面见图 3。 图 3 主拱截面 5 横拱 横拱线性采用由五点(横拱与横梁的两个交点及横拱与三片主拱轴线的三个交点,共五点)控制而成的样条曲线。本设计采用 24mm 和 32mm 两种厚度钢箱拱,横拱截面如图 4。 图 4 横拱截面 二钢桥的施工控制 1 钢构件的制作 作样
4、根据施工图制作样板或样条的工作叫作样。利用样板或样条可在钢料上标出切割线及栓孔位置。 一般构件用普通样板,它可用薄铁皮或 0.30.5mm 的薄钢板制作。对于精度要求高的桥梁,栓孔可采用机器样板钻制。机器样板是在厚1220mm 的钢板上,按照孔眼的设计位置,精确地嵌入经过渗碳淬火处理的钢质钻孔套。钻孔套是旋制的,硬度比钻头大。钻孔套直径公差只有0.05mm,孔心距公差为 0.25mm。钻孔时将机器样板覆盖在要加工的部件上,用卡具夹紧,钻头即通过钻孔套钻制加工部件上的安装孔。用样板钻出的孔,精度高且规一,并可省出号孔工作。 用 23cm 宽的钢条做成的样板叫样条,它适用于较长的角钢,槽钢及钢板号
5、样。 号料 用样板、样条在钢材上把零件的切割线画出,称为号料。号料使用样板、样条而不直接使用钢尺,这是为了避免出现不同的尺寸误差,而使钉孔错位。号料的精确度应和放样的精度相同。 切割 钢料的切割方法有剪切、焰切、联合剪冲和锯切 4 种。剪切是使用剪切机进行。对于一般剪切机不能剪切的厚钢板,或因开关复杂不能剪切的板材都可采用焰切。联合剪冲用于角钢的剪切。锯切主要用于对槽钢、工字钢、钢管及大型角钢,锯切的工具为圆锯机。 矫正 由于钢材在轧制、运输、切割等过程中可能会产生变形,因而需要进行矫正。对于钢板常用辊压机来赶平,对于角钢也可用辊压机进行调直。对于切割后呈马刀形弯曲的料件,当宽度不大时,可以在
6、顶弯机上矫正。对宽厚大的料件,则要用火焰加热进行矫正,火焰温度应控制在 600800之间。 制孔 钻孔的一般过程为:画线钻孔,扩孔套钻,机器样板钻孔,数控程序钻床钻孔。使用机器样板钻孔可以使杆件达到互换使用,但对于不同规格的单构件则不能使用同一样板来钻孔,因此设计者应尽量使结构物的设计标准化、模数化、以减少机器样板的数量、提高机器样板的利用率。用数控坐标式钻床钻孔可达到很高的精度,也可以使工字型杆件的工地栓孔一次钻成。 组装 组装是按图纸把制备完成的半成品或零件拼装成部件、构件的工序。为了保证组装质量,对组成杆件的各零件的相对位置、相互间的密贴程度以及整个杆件的外轮廓形状和尺寸,在组拼过程中均
7、要进行检查。 焊接 钢桥采用的焊接方法有自动焊、半自动焊和手工焊 3 种。焊接质量在很大程度上决定于施焊状况。焊接时所采用的电流强度、电弧电压、焊丝的输送速度及焊接速度都直接影响焊接质量。在焊接前,如无焊接工艺评定试验,应做好焊接工艺评定试验,并据此确定焊接工艺。焊接完毕后应检查焊缝质量。焊缝中主要缺陷有:裂缝、内部气孔、夹渣、未熔透、咬边、溢流、烧穿及焊缝尺寸不合规定等。对于所有焊缝均应进行外观检查。内部检查以超声波探伤为主。 2 钢桥的安装 悬臂拼装法 悬臂安装是在桥位上拼装钢梁时,不用临时膺架支承,而且将杆件逐根的依次拼装在平衡梁上或已拼好的部分钢梁上,形成向桥孔中逐渐增长的悬臂,直至拼
8、装至次一墩上。这称为全悬臂拼装。若在桥孔中设置一个或一个以上临时支承进行悬臂拼装时称为半悬臂拼装。用悬臂法安装时多孔钢梁时,第一孔钢梁多用半悬臂法进行安装。 拖拉法架设钢梁 A. 半悬臂的纵向拖拉 根据被拖拉桥跨结构杆件的受力情况和结构本身稳定的要求,在拖拉过程中有时需要在永久性的墩台之间设置临时性的中间墩架,以承托被拖拉的桥跨结构。在水流较深且水位稳定,又有浮运设备而搭设中间膺架不便时,可考虑采用中间浮运支承的纵向拖拉。必须指出的是,船上支点的标高不易控制,所以要十分注意。 B. 全悬臂的纵向拖拉 全悬臂的纵向拖拉指在两个永久墩之间不设置任何临时中间支承的情况下的纵向拖拉架梁方法。拖拉钢桁架
9、的滑道,可以布置在纵梁下,也可以布置在主桁下。纵架中心距通常为 2m。当梁拖拉到设计位置后,拆除临时连接杆件及导梁、牵引设备等。拆除时应先将导梁或梁的前端适当顶高或落低,使连接杆处于不受力的状态,然后拆除连接栓钉。拆除临时连接杆件和导梁后,可以落梁。落梁时钢梁每端至少用两台千斤顶顶梁,以便交替拆除两侧枕木垛。 整孔架设 整孔架设的方法有:用架桥机架梁和钓鱼法架梁两种。用架桥机架梁有既快又省的效果。钓鱼法是通过立在前方的墩台上有效高度不小于梁长 1/3 的扒杆,用固定于扒杆顶的滑轮组牵引梁的前端到前方墩台上。 膺架法拼组钢梁 在满布支架上拼组钢梁和在场地上拼组钢梁的技术要求基本一致,其工序可分为
10、杆件预拼、场地及支架布置、钢梁拼装、钢梁铆合或栓合等几个部分。 钢梁拼装完毕后应根据精度要求,经过复测检查调整后才能进行栓合。钢梁在支梁上拼装组合完毕后,可落梁到支座上。落梁方法可用千斤顶在端横梁下将梁顶起,逐渐拆除节点下木垛,然后落梁到支座上。当落梁高度很小时,也可逐步将节点下木楔放松,使钢梁徐徐下落。 3 钢桥的施工控制 材料检测 对钢桥施工所用钢材、焊条、焊丝、焊剂、涂装材料和紧固件等需经过外观检查,即对产品规格、标记、外形几何尺寸等直观检查出厂合格证,必须符合设计要求和现行标准规定。对批量钢材应进行材料复合,主要为力学性能和化学成份。 施工准备 熟悉施工图及有关文件资料,尤其注意目录和
11、图纸的齐全和清楚。对施工现场的地形、土质、地下设施等进行调查研究。 安装过程中的质量控制 首先应做试吊工作,宜把相当质量最重构件提到一定高度,试吊一段时间后,对机械设备、工具进行一次实际的考验；吊装程序应严格按安装方案进行,不得擅自变动；被吊装构件在定位固定牢靠后才可将吊车松钩；每吊装一构件节段必须测量其标高和坐标,以保证桥梁标高中线位置。如果发现不正确应检查原因,及时调整；现场安装焊接除按钢梁制作质量控制中焊接要求实施外,尚必须按制订的安装焊接工艺进行。安装时都在现场露天作业,有雨应停止安装。雨后钢结构构件焊缝处潮湿未干不得施焊；吊装每一梁段必须控制其偏差在允许范围内,考虑合拢温度,使伸缩缝满足设计要求。 结束语 综上所述，钢桥结构设计和施工必须要符合钢桥的特点和工程的实际，在具体的设计过程中，设计人员要严格控制设计的要素，在安装施工的过程中，施工人员要提高安装施工的质量，进而提高钢桥的整体质量水平。 参考文献 黄绳武.桥梁施工及组织管理M.人民交通出版社,北京:2013 贾宝森.水中钢膜导流槽导流工艺在施工中的应用J.水利水电技术，2012（04）
