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全国市政工程行业科技成果展示:曲线钢-混组合变截面全焊接连续钢桁架桥建造关键技术

    “曲线钢-混组合变截面全焊接连续钢桁架桥建造关键技术”项目于2014年4月立项, 2015年12月完成,并通过了北京市住房和城乡建设委员会组织的项目成果鉴定。该项目研究由北京市政建设集团有限责任公司、北京交通大学、北京市市政工程设计研究总院有限公司等单位承担。该研究项目成果获2016年度“北京市政路桥集团有限公司科学技术奖”一等奖及“全国市政行业2016年度市政工程科学技术奖”一等奖,其成果适用于钢混凝土组合变截面全焊接连续钢桁架结构桥梁类似工程的施工。

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桥梁钢梁结构吊装施工

    项目研究技术原理

    “曲线钢-混组合变截面全焊接连续钢桁架桥建造关键技术”项目研究依托北京市跨温榆河顺于路西延桥工程进行,所采用的技术原理如下。

    通过研究采用三维智能建模技术精确放样、研制三维高精度构件焊接胎架、优化焊接工艺、多节段工厂预拼调整技术、运输减振防碰撞措施、现场拼装三向位移控制技术、预留嵌补调整段等系列关键技术,确保了桥线形与设计符合良好。合理设计了钢桁梁现场拼装临时支架及砂箱系统,确保了施工期临时支架的沉降变形、强度在安全可范围内,采用门式吊机吊装方案及配套三向变形控制措施进行钢桁梁节段拼装。研发了悬挂于钢桁架上弦杆的新型三脚架支撑结构作为桥面板混凝土浇筑支撑架。

    项目关键技术及创新点

    该项目研究的关键技术及创新点如下。

    1)形成并申报了多项专利技术:①《一种多个砂箱同步卸载的联动装置》实用新型专利,专利号为ZL 2015 2 0407085.5;②《一种新型三角架支撑结构》实用新型专利,专利号为ZL 2015 2 05000847.6;③《一种节段预制钢桁架连续梁桥砂箱的卸落方法》发明专利;④《一种新型三角架支撑结构及模板》发明专利;⑤《一种适用于河道的大跨度钢桁架混凝土组合梁桥的支架》实用新型专利;⑥《一种吊装钢桁梁节段的门式吊机的行走轨道支撑》实用新型专利;⑦《一种新型桥面板结构》实用新型专利;⑧《一种钢桁梁检修车》实用新型专利。

    2)提出了空间板件精准下料、焊接变形控制、工厂预拼精度保证、现场安装三维变形控制等一系列关键制造安装技术,保证了全焊接变截面空间曲线钢桁架的成桥线形与设计线形符合良好。

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桥面板混凝土浇筑施工

    3)研发了多点砂箱分批同步下落技术,通过现场应变监测,控制了钢桁架和混凝土桥面板的应力状态,避免了桥面混凝土开裂。

    4)研发了悬挂于钢桁架上弦杆的新型三脚架支撑结构,作为跨河段桥面板混凝土浇筑的临时支架,合理地解决了汛期河道不能搭设落地支架的问题。

    5)提出了桥面板采用CF50钢锭铣削型钢纤维补偿收缩混凝土分两次浇筑的方法,研发了钢纤维混凝土投料、浇筑、成形的工艺措施,有效的防止了桥面板的开裂。

    6)提出了在主河槽设临时支墩,墩上铺设轨道梁,利用沿轨道梁行走的门式吊机拼装钢桁梁节段的方法,在满足施工精度及质量同时,保证了雨季河道度汛,取得了良好的经济和社会效益。

    7)研制了用于钢构件维修保养的桥梁检修车,保证钢桁梁服役期日常检查检修及重要部位检查到位的要求,该设备使用方便可靠、检修安全。

    与国内外同类技术的比较

    项目查新结果表明:在所检索查询的国内外文献范围内,相关文献涉及钢桁混凝土组合梁桥的研究,但未涉见曲线钢桁架混凝土组合变截面全焊接连续梁桥的报道,亦未见用于该类桥施工的多点砂箱分批同步下落技术及悬挂于钢桁架上弦杆的三角形支撑结构的报道,因此结合周围环境条件,研究钢混凝土组合变截面全焊接连续钢桁架桥关键技术具有重要的意义。

    北京市跨温榆河顺于路西延桥主桥是我国首座钢混凝土组合变截面全焊接连续钢桁架桥。该项目成果达到国内外领先水平,与国内外同类技术相比具有工期短、经济效益明显等优点,特别适合类似桥梁的施工。

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北京温榆河顺于路西延桥夜景

    项目应用成果与效益

    该项目研究成果在应用钢混凝土组合变截面全焊接连续钢桁架结构的北京市跨温榆河顺于路西延桥主桥工程中得到了成功应用,取得了良好的经济和社会效益。

    经济效益 基于该项目研究成果,施工过程中对钢桁架梁的加工制作、焊接质量、临时支架的设计、桁架梁的运输吊装、桥面板施工方法制定了专项优化设计方案,为该工程的顺利施工提供充分的技术和质量保证,也取得了显著的经济效益。

    1)主桥钢桁架节段采取液压轴线车运输和2台龙门吊吊装,此方法既满足了河道汛期过水要求、又能满足现场吊装,同时也保证了施工质量和安全,与传统的吊车安装方式相比,缩短了施工周期,节约了约1 115万元的工程造价。

    2)桥面板模板采用三角支架支撑方法施工,与传统的支搭满堂红排架相比,不受河道过水断面影响,施工方便、经济、安装简单、受力合理,可有效缩短施工周期。节约造价约111万元。

    社会效益 该项目成果应用的社会效益主要体现在以下几个方面:

    1)主桥钢桁架节段采取液压轴线车运输和2台龙门吊吊装,与传统的吊车安装方式相比,减少了地基处理,极大地节约了河道占地范围,缩短了占地时间,保证了在汛期河道排洪的需要,缩短了施工周期。

    2)桥面板模板采用三角支架支撑方法施工,此方法与传统的支搭满堂红排架相比,节约了地基处理的材料,降低了对河道的围堰及水土污染,不影响河道过水断面,保证了汛期河道排洪的需要。

    3)全桥共设计22处临时支架,位于河道范围的岸滩内和河道过水断面内,根据现场不同环境区域制定针对性的临时支架设计结构,避免了不必要的消耗和浪费,受力结构合理,现场施工方便、安全可靠、缩短施工周期,满足了河道对河道安全汛期的要求。

    4)从钢桁架梁的加工制作、焊接质量、临时支架的设计、桁架梁的运输吊装、桥面板施工方法制定等环节进行全过程施工工艺研究及质量控制。结合本工程实际,研究结构施工中的质量控制措施,此方案可对为今后类似施工提供参考。

    5)通过采用课题研究提出的技术方案,有效地保证了桥梁施工的顺利进行,在保证施工质量的同时,也有效缩短了施工工期,得到了监理和业主的好评。(北京市政建设集团有限责任公司 供稿)

    注:本文刊载于《市政技术》2018年第1期,第1、2页。