钢管混凝土拱桥(全)

第一章钢管混凝土拱桥
第一节钢管混凝土拱桥发展概况
第二节钢管混凝土拱桥结构简介
一、结构基本类型
第三节钢管混凝土拱桥施工技术简介
一、钢管拱肋制作
第二章四川旺苍东河大桥第一节概况
第二节主桥结构与构造
第三节施工简介
第四节四川旺苍东河大桥的历史地位
第三章广州丫髻沙大桥第一节概况
第二节主桥设计要点
第三节基础、承台的施工与钢结构制造
㈠基础与承台的施工
桥址基岩岩性组合复杂，风化层厚，弱风化岩面起伏很大。

承台下采用φ等大直径嵌岩灌注桩，为了保证施工质量，以桩长、桩底墓岩岩性双控桩底标高，对少数成孔困难的桩，根据具体情况分别采用旋喷桩、冷冻法做防水处理。

承台及拱座均为大体积混凝土，施工时采取了以下措施以控制温度变形裂缝：
1.在承台及拱座内设置多层冷却水管，施工时进水管口、出水管口温度差控制在15-20℃；
2.选用矿渣水泥，掺加适量的粉煤灰、减水剂、缓凝剂；
3.采用分层、分块法施工，并设置一定的温度筋；
4.委托有经验的科研单位进行温度监控。

㈡钢结构制造
1.工艺制作思路
根据大桥钢结构的结构特点和运输要求，将其分成若干片体在工厂车间内制作，在组合场地组成拱肋节段，最后在工地组拼(或吊装)半拱，使之具备转体条件，其特点就是以中间产品为导向，便于全面铺开制造，力图提高加工制作精度和生产效率。

⑴制作流程
制作流程见图8-15。

⑵制作工艺的设计原则
①根据结构特点和吊装要求进行节段的划分
丫髻沙大桥钢管拱肋为六弦管，在现场将空间的六根曲线φ750mm钢管同时对接好，且要控制对口错边在2mm以下，由于采用转体工艺安装拱肋，可采用大分段吊装，桥位现场离
制作场地约lkm，采用水路运输没有什么困难，又因有120t船台吊机多部，因此，拱肋节
段以不大于 120t进行划分。

此外，由于该桥的技术规定对钢管的卷制要求卷管方向应与钢板压延方向一致，经过多方案比较后采用最大3800mm管节的排板方案，单片主拱肋分为18个节段和一个跨中合龙管节，节段的最大质量约为105t，节段长度在25m以下。

②立体构件平面制作的构思
按主拱拱肋的结构特点将主拱肋分成拱肋节段和“米”字横撑片体分别制作，其中拱肋节段采用侧装法进行建造，拱肋节段分成三个由上下弦管和腹杆组成的拱肋片体分别制作，然后与平联板等结构组装成主拱肋节段。

③精确下料确保制作质量
主拱肋节段间对接口同时有六根曲线管相接，节段的精度控制是保证对接顺利的关键。

考虑到弦管是曲线管，用火工弯制而成，除节段弦管两端均留有余量100mm外，其它构件只留少量焊接收缩补偿量下料，在片体和节段制作过程中不用二次切割，零件的下料采用高精度的五轴数控管子切割机等设备，制作构件的精度高，使构件的装配质量满足焊接要求，确保建造质量。

④工厂预拼装满足吊装要求和设计要求
为了保证工地吊装顺利，拱肋节段在工厂制作时必须进行节段预拼装或采用姐妹段连体制作后拆装的工艺，节段预拼装时节段数必须大于三个。

2.制作的重点难点和工艺措施及特点
⑴弦管制作过程的椭圆度控制问题
主拱拱肋弦管制作经过管节制作、直管段制作、火工弯管、片体制作和节段制作的，程，弦管直径达750mm，是拱桥的主要受力构件，有比较严格的椭圆度控制要求，且在火工弯管、片体制作和节段制作过程中受到不均匀的应力作用，将使其椭圆度产生不同程度的变化，其椭圆度的控制是本工程的重点和难点之一，在制作过程中采取了下述措施加以控制：
①制作管节时，钢板卷制前要进行压边，焊接后进行管节校圆。

②制作直管时环缝的装配和焊接要采用特制工装进行调整和防止变形。

③火工弯管时管端口要加十字撑和井字撑进行保形，并在中间适当位置加箍保形和中间位置加压加速火工速度。

④严格控制弦管相接构件接缝间的间隙，并采用二氧化碳气体保护焊等小变形的焊接方法，减小焊接变形。

⑵加工过程中弦管线形的控制问题
主拱拱肋是复杂的空间管桁架结构，其结构不对称性在焊接后易引起弦管线形变化，而空间六弦管曲线相接对弦管线形控制提出了更高的要求，因此采取了下述措施控制弦管线形：
①弦管加工线形是在设计线形的基础上叠加设计预拱和加工预拱。

②采用计算机进行线形控制点坐标计算，并制作加工样板。

③计算焊接收缩量，装配弦管间结构件时拉开弦管间间距，施放反变形。

④在片体制作时，在线形控制点附近和节段弦管端部采用门式钢架刚性固定的强制防变形措施。

其效果显著，弦管线形控制点超差点数量减少三分之二以上。

⑶腹杆相贯线切割问题
腹杆与弦管相接的管口是管管相贯线，设计上要求全熔透，管口必须开焊接坡口，相贯管口是一条空间曲线，由于存在变化的自然夹角，管端坡口将随曲线而变化。

过去大多采用纸样画线后手工切割，然后手工打磨焊接坡口的方式加工，用这种方法加工不但速度慢，而且难以精确地加工管端相贯口。

为了很好地解决这个问题，专门从德国进口了一部计算机控制的五轴数控管子切割机切割腹杆，该切割机能一次切割成型管子相贯线和焊接坡口，切割面光滑，能满足制作要求，从而很好地解决了这一问题。

该切割机可加工管径65mm至1200mm 的各种类型管子。

⑷焊接变形的控制问题
焊接变形的控制是钢结构制作过程的关键技术之一，采取下述措施控制焊接变形：
①采用计算焊接收缩补偿量、构件下料时补偿的精密造桥工艺技术，严格控制构件的装配间隙和质量，控制焊接金属填充量。

②应用弦管间间距拉开装配的反变形技术。

③采用双数焊工对称施焊的焊接工艺，设计合理的焊接程序。

④采用二氧化碳气体保护焊等高效小变形的焊接方法。

⑤采用刚性固定控制变形措施。

⑸节段制作精度的控制问题
片体组装成节段后形成复杂的空间桁架，如制作后的节段精度控制不好将很难进行调整，制作过程中必须给予高度的重视，采取下述技术措施进行控制：
①组装节段的片体的制作精度要保证满足技术要求，达不到的要先行调整好，否则组装成节段后将难以进行修整。

②在节段弦管端部和片体中部适当位置设置支撑用于支持片体，并用于刚性固定，控制节段的焊接变形。

③采用双数焊工对称施焊的焊接工艺，并设计合理的焊接程序。

④弦管长度方向的余量可一端先行切割，另一端余量节段焊接完成后切割。

⑤片体的误差在节段装配时采用分中均布的方式调整，减少误差累积的影响。

⑹节段管端口对接精度控制问题
主拱肋由六弦管组成，主拱肋节段对接时要同时对接空间的六条曲线管，节段管端口对接精度的控制是节段后续工地吊装顺利对接的关键，是本工程的重点和难点之一，制作过程中采用下述技术措施进行控制：
①按生产场地和生产计划的安排，采用姐妹段连体制作的节段组装工艺，无法采用连体节段组装工艺制作的相邻节段采用节段下胎后预拼装的工艺，使主拱肋节段在工厂下胎前的弦管端口对接精度满足设计要求。

②制作过程中对节段弦管端口处要采取刚性固定等强制变形措施，控制弦管端口的变形。

③节段下胎前要割除弦管端余量，并拆除管端的支撑，用火工进行局部修整。

④对悬臂过长的节段管端口处进行临时加强，防止运输等过程中的变形。

⑤节段管端口余量切割时要注意施放弦管工地对接焊的收缩补偿量。

3.制作过程中存在的问题
⑴弦管火工弯制过程的措施和效果
弦管火工弯制过程对弦管的椭圆度产生较大的影响，为了保证制作质量，在弦管火工弯制过程中采取了端部加十字撑或井字撑、中间加箍保形和中间加压等措施，并相应进行了一些对比试验。

从加工后的弦管成品的测量数据看，这些措施在控制弦管火工弯制过程中的弦管椭圆度起到了一定的作用，其效果如下：
①弦管端加十字撑或井字撑的作用相当明显，对管端的椭圆度影响最显著，对节段弦管的顺利对接起到了很好的作用。

此外，对管端加十字撑和井字撑的保形效果差不多，但比加一字撑的效果要好。

②中间加箍的效果不明显，由于火工弯制时钢管变形受到周边约束，临时性的加箍并不能消除火工后的内应力，箍拆除外力释放后钢管会产生椭圆度的变化。

③中间加压可明显加快火工弯管的进度，但不宜中间单点加力，宜中间多点均匀加力。

④采用激光红外线测温仪监控火工时温度，能有效地防止过火现象的发生。

⑵加工过程中弦管线形局部线形超标的处理
在制作片体和节段时，由于其结构的不对称性，在制作过程中很容易产生弦管线形局部超标的现象，对该现象的处理只能采用火工校正的方法，但要调整好也相当困难。

在本工程中如能做好上面所述的措施，线形控制点的线形偏差大部分能控制在5mm的范围内，极个别点可出现最大8mm的现象。

制作过程中在设计要求的3mm范围内的控制点可达75％。

如所有的局部超标点均用火工的方法去调整，不但影响加工进度，对管子的材料也不利。

考虑到5mm范围内偏差不会对钢构件的受力产生影响，也不会对将来的节段弦管产生较大的影响，
经设计院同意后，对超过设计要求3mm偏差的局部点，如其相邻点之间偏差值之差值仍不超过3mm时，可对该局部线形超标点不进行校正处理。

这样只有相当少量的局部线形超标点需要进行火工校正，不但有效地保证建造质量，也大大地加快了施工进度。

⑶腹杆相贯线切割口问题
虽然采用了德国进口的先进的计算机控制的五轴数控管子切割机进行腹杆下料加工，腹杆相贯线切割口的质量能很好地满足技术要求，但由于相贯的弦管经过火工加工后，其椭圆度会发生变化，因此会引起腹杆相贯口两趾处间隙较大的现象发生。

经分析后采用修正的方法处理，对腹杆相贯口的切割数据进行调整，加大了相贯母管的直径参数，并对长度和相贯夹角等参数进行了小范围的调整，较好地解决了由于弦管椭圆度变化引起的相贯口两趾处间隙超差的问题。

⑷姐妹段制作工艺应注意的问题
在制作主拱肋节段时采用了姐妹段连体制作工艺，可省去了节段预拼装的工艺过程，对建造的进度和场地安排耳，建造质量的控制都是有帮助的，但在制作时应注意下述问题：
①节段分片体制作后再组装的工艺设计。

片体制作后形成桁架，组装节段时拱肋高度方向的变形较小，可在制作时不再考虑该方向的收缩变形；但拱肋宽度方向的收缩变形要考虑，采用上中下三片体组装间距拉开施放反变形的措施进行控制，同时在片体间设置多组支撑起到刚性固定防止变形的目的。

②节段制作焊接时会引起弦管长度方向的收缩，但其焊接收缩量不会很大，可充分利用拱肋工地合龙采用衬垫焊单面焊双面成型的焊接坡口间隙，姐妹节段间不用拉开间隙，因此，组装胎架地样线形采用设计线形和设计预拱叠加后的线形。

③节段弦管端余量切割时要考虑节段工地合龙时的焊接收缩补偿，弦管端余量切割可一端在节段组装前切割，另一端在节段焊接后切割。

④节段弦管的切割断面要与弦管中心线垂直，方便节段工地合龙时的弦管对接。

⑤节段焊接时，节段间弦管不要存在点焊等连接，节段的焊接变形会比较均匀。

第四节转体施工法。