无应力安装大跨度钢桁架拱桥合拢控制

课题名称:无应力安装大跨度钢桁架拱桥合拢控制
发表人:吴军国
发表单位：中铁四局二公司常州经理部QC小组
二00六年十一月
一、工程简介：
新龙大桥是江苏省常州市京杭运河改线工程上的一座重要桥梁，该桥单跨过河，主桥采用三跨（30.7+100+30.7m）中承式连续钢桁架拱桥。

桥宽36m，长161.4m，桁宽25m，桁梁节间长度5m，节点采用M24高强度螺栓栓接，杆件最长25m，最大起重量17.5吨；拱肋上下弦为圆曲线型，矢高27.5m，矢跨比3.64，拱顶至中间支座高度为29.5m；钢桁架构件采用工厂加工制作，满樘支架法逐段安装，桁梁拱肋跨中合拢。

二、小组概况：
小组成员表表1
三、课题选择：
选题理由：
1、大跨度钢桁架拱桥线型流畅，空间结构稳定，是今后我国公路大跨度桥梁发展趋势之一（尤其是城市景观桥梁），进行QC攻关为我集团公司今后类似工程施工提供技术参考。

2、栓接桁梁拱桥，节点均处于空间三维体系，合拢精度要求高、线型控制
难，加强QC攻关可以保证安装精度，确保桁梁拱肋顺利合拢。

技术难点
1、全桥采用高强度螺栓连接，高栓数量达76000余套，高栓与栓孔仅-2mm 的间隙，合拢段安装精度要求极高。

2、主桥桥面系预拱度通过调整钢吊杆实施，桥面竖曲线通过变截面横梁调整，拱肋上、下弦采用不同直径圆曲线形，线型控制难度大。

3、桁梁拱桥节点均为空间三维稳定结构，安装节段刚度大，空间约束多，不易进行偏差调整，安装控制较难。

4、主桥下原为深约6米的取土坑，后用灰土填筑满樘支架法施工，回填土及支架沉降量对桥梁线型影响较大。

四、课题目标：
确保钢桁梁拱肋顺利合拢，整体线型达到设计要求。

五、原因分析：
1、明确难点
采用无应力安装大跨度钢桁梁拱桥在集团公司尚属首例，可供借鉴施工经验少，小组成员经过讨论将施工中的难点一一列举，并进行分析、确认。

原因分析表表2
制表：杨海丰日期：2006.4.15
2、技术分析
根据以上确认的难点，QC小组经过咨询钢结构安装专业公司、外出观摩钢梁施工现场、聘请有经验的专家学者举行专题讲座，联合监控单位进行了理论计算，收集、掌握了部分钢桁架拱桥安装控制的相关资料。

在充分掌握资料的基础上，结合本工程实际情况，QC小组召开了专题会议，会上各小组成员畅所欲言，对可能影响拱肋合拢、桥梁整体线型的原因进行了分析和讨论，分析出各种影响因素。

因果分析图图1
制图：吴军国日期：2006.4.20
3、要因分析
要因确认表表3
制表：杨海丰日期：2006.4.20 通过QC小组活动，组内成员对14条末端因素进行充分分析，一致认为影响钢桁梁拱肋顺利合拢、线型整体效果的主要原因有以下4条：
(1)加工设备精度低
(2)温度应力变形
(3)安装顺序不合理
(4)回填土沉降量大
六、制定对策：
针对主要原因制定对策表如下：
对策表表4
制表：杨海丰日期：2006.4.22
七、对策实施：
【实施一】：针对加工设备精度低
措施1：选择拥有丰富桁梁加工经验的山海关桥梁厂负责桁梁加工制作，其先进的等离子切割机、全自动数控钻床等机械设备确保了桁梁杆件制作公差及栓孔的精度。

精密制孔的预拼节点板数控钻床
措施2：每类型杆件实行首检制，第一根加工完成后进行制作公差检查，检查合格后才批量生产，出厂前进行半跨80m预拼装，检查栓孔重合率及加工精度，确保工地一次安装合格。

预拼装现场质量检验表表5
检查：杨海丰日期：2006.4.28
【实施二】：针对温度应力变形
措施1：在安装过程中监测温度变化△T与桁梁变形量δ的对应关系，作为
桁梁拱肋合拢段安装误差分析的重要参考依据。

制图：吴军国日期：2006.10.15 措施2：合拢段安装温度选择在21〒2℃，使安装时杆件温度应力等效于加
工制作时的初始应力，最大限度减少温度应力对拱肋合拢段安装的影响。

措施3：桁梁拱肋合拢后，固结永久支座，解除临时支座约束，防止产生温
度集中应力破坏桁梁杆件线型。

【实施三】：针对安装顺序不合理
摄影:吴红星措施1：QC小组根据现场现实情
况，拟定多种安装施工方案，邀请国内
知名钢结构专家参与安装方案论证，确
定采用桥面系支点合拢，拱肋跨中合拢
的满樘支架法方案。

措施2：分别就安装过程、下拱弦、
上拱弦合拢等工况进行仿真分析，加密拼接节点支架，设臵分配梁，确保桁梁处
于无应力状态，从理论上保证钢桁梁顺利合拢的可行性及线型的整体效果。

措施3：QC小组经过认真分析，将全桥合拢分解成三个阶段，工况Ⅰ为桥面
系在支点处合拢，利用活动支座调整基座轴线及标高，使其均满足拱肋安装精度
要求；工况Ⅱ为拱肋下弦在跨中合拢，合拢段安装前精密测量合拢误差，选择合
拢温度，吊入合拢段，利用冲钉固定一端并形成绞接，另一端插入后分别用φ12、
φ16、φ20、φ23.75号冲钉分次校正，拱肋合拢；工况Ⅲ为拱肋上弦在跨中合
拢。

三个阶段有效地将合拢段安装误差层层减少，确保全桥最终顺利合拢。

制图：吴军国日期：2006.8.10 【实施四】：针对回填土沉降量大
措施1：在回填土坑前，QC小组杨海丰、杨文胜制定详细的施工作业指导书，下发给施工班组，要求彻底清除基底淤泥后分层用石灰土回填，振动压路机碾压，每层压实度≥96%，灰剂量≥5%。

措施2：合理考虑沉降固结时间，提前一个月完成土坑回填土施工，沉降稳定后再浇筑顶层砼垫层。

制图：杨海丰日期：2006.4.10
措施3：根据理论计算结果，在设计预拱度的基础上加设0.4/1000线性预抛高量，补偿基础及支架沉降。

线性预抛高量对比表
-400
-350-300-250-200-150-100-500501001502001
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
节点号(E)
预拱值(m m )
设计预拱值实际预拱值预抛高量
制图：吴军国 日期：2006.5.10
措施4：QC 小组结合满樘支架法安装方案，在桁梁节点中心处设臵千斤顶，根据安装阶段节点监测变形量调整桁梁节点标高，使钢桁拱桥预拱度始终符合设计要求。

节点调整示意图 图2
横梁
系梁
横梁
千斤顶
千斤顶
系梁
制图：杨海丰 日期：2006.4.15
措施5：QC 小组成员在桁梁安装过程中对受力节点支架处砼垫层钻孔取芯，发现砼垫层脱空，进行压密注浆，保证基础的稳定。

八、效果确认：
1、质量：通过近五个月的QC 攻关，长江路大桥钢桁架拱肋顺利合拢，合
拢段无后钻孔及扩孔，栓孔重合率达100%，落架后预拱度完全满足设计要求，
全桥线型达到设计整体效果，得到业主及设计院等的一致好评。

制表：吴军国日期：2006.10.10
制图：吴军国日期：2006.10.10
2、安全：钢桁梁安装施工期间，未发生一例机械吊装、人员伤亡事故，现正在审报集团公司安全文明标准工化地。

3、工期：于2006年4月30日开始吊装至2006年9月10日全桥支架拆除，用时133天，比计划工期提前21天。

4、成本：经过QC攻关，钢桁拱桥安全顺利合拢，节约成本约60万元。

统计：吴军国日期：2006.11.5
5、社会效益：通过科技攻关和现场调研，本项目QC小组不但在大跨度钢桁梁拱桥安装过程中积累了实践经验，并成功解决了一系列钢桁梁合拢的质量问题，较好地完成了公司部署的重点科技攻关，填补了集团公司在大跨度钢桁架拱桥施工领域的技术空白，提高了企业形象，取得了良好的经济与社会效益。

九、巩固措施及下步打算：
1、进一步对施工资料进行整理，形成工法、编制施工技术总结及科研论文。

2、进一步监测成桥工况下线型变化及温度应力影响，拟将提高钢结构防腐质量作为下一步QC活动的课题。

十、施工回顾
自行拼装36*36m龙门吊满樘支架法安装摄影:吴红星时间:06.4
摄影:吴红星时间:06.7
摄影:吴红星
时间:06.4
安装加劲弦钢梁
摄影:吴红星
时间:06.7
安装拱肋桁梁
钢桁架拱肋合拢
支架拆除摄影:吴红星时间:06.9 摄影:吴红星时间:06.8
钢桁架拱桥实效图
摄影:吴军国 时间:06.10。