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1、1神州大桥钢索塔制作及安装工艺曹晓民（陕西重型机械制造有限公司 西安 710032）摘要：神州大桥钢索塔是神州大桥的关键部件，结构复杂，制造难度大，通过采取各种工艺措施，精心设计胎具、架设支架，使钢索塔制造安装一次成功完成。关键词：钢索塔；制作；安装；工艺1、 工程概述神州大桥位于天山-阴山东西向复杂构造带的中段，及阿拉善弧形构造的内侧，属于继承性断陷复合盆地。桥梁起点桩号 K1+715,终点桩号 K1+863，全长 148米，主桥为 80米跨单塔双索面无背索斜拉桥，引桥为 230米连续箱梁，全桥结构连续。主塔采用钢箱结构，内部灌微膨胀混凝土，主梁为预应力混凝土连续箱梁，斜拉索采用高强度平行钢
2、丝索。箱梁采用支架现浇的施工方法，横断面为等截面单箱三室，顶板宽 18米，底板宽 13.8米，梁中心高 1.8米，翼缘板悬臂长 2.1米，边腹板厚 90，中腹板厚 40，顶底板均厚 22，在腹板与顶、底板交汇处均设倒角，与顶板交汇处倒角 6030，与底板交汇处倒角 3020。箱内横梁按照功能不同分为厚 35的拉索横梁、厚 250的引桥墩横梁、厚 250的引桥顶横梁、厚 300的塔根大横梁及 100和 144的桥台端横梁。主引桥箱梁横断面相同，纵向为全桥结构连续，连续箱梁在腹板上设置纵向预应力束，预应力束通长布置，采用连续器接长。在拉索横梁下缘区域设置横梁预应力束。见图一。2、 钢索塔结构简介钢
3、索塔横桥向竖立面为半椭圆弧门形塔，塔纵桥向背向黑河倾斜，与水平线倾斜 58度夹角。钢索塔垂直高度 42米，顺着塔方向高 49.526米。顺桥向宽度为等宽 4.0米，下部与承台面成锐角，侧设半径 5.6米的圆弧倒角；横桥向为变截面，在承台顶面处宽度为 3.0米，塔顶宽度为 1.8米。为了保证钢索塔与承台连接的可靠性，塔柱底部与承台顶预埋钢板熔透焊接，承台的主钢筋伸入塔柱，钢索塔内表面焊有剪力钉。2钢索塔的一个塔柱分四个节段，第一节段长 13.041米，第二、三节段长 15.0米，第四节段长 7.734米，其中第一节段在直线上，其余三个节段在椭圆曲线上。第三、第四节段上分别有 5个和 2个斜拉索锚
4、箱，即每个塔柱有 7个锚箱。节段的横截面尺寸为 43-41.8米，断面上除四周带有加劲肋的壁板外，在第四和第三节段塔箱内还设有两道腹板，即第一和第二节段为单箱单室结构，第三和第四节段为单箱三室结构。壁板的厚度分两种，面向黑河的壁板 25，第三第四节段面向桥岸壁板为 25，其余壁板厚度都为 16.壁板和腹板上加劲肋的规格统一为 12180。节段上设置横隔板或横肋板，间距 1.5米。横隔板和横肋板厚 12，其加劲肋厚 10。钢索塔的材料采用 Q345qC（GB/T714-2000）,总重量近 410吨。钢索塔是整个桥梁的关键部件结构复杂，质量要求高，是整桥制造的关键。钢索塔详图如图二。 T12T3
5、4M1256M734673,03,024,50.6,04.715,015,07,39,25035,941,80T1TM123456M758AAA三 4306三三三40 三a1=92,b.三5,3.4三3、 钢索塔制造的难点：按照钢索塔的结构特点及其制作的尺寸要求，在制作过程中需控制以下几个关键点。3.1几何尺寸精度的控制由于构件相互连接处尺寸公差要求高，特别是分段之间尺寸公差的控制尤其困难。而且各分段板厚较大，构件尺寸长、大，焊接质量要求高，焊接变形大，构件精度不易控制。采取如下控制措施：3.1.1、认真分析分段构件的变形规律，通过焊接变形试验确定焊接变形量的大小，以确定采取反变形措施；3.1
6、.2、采取理论计算与模拟试验相结合的方法确定各焊缝预留的焊接收缩量，并在生产过程中跟踪测量，及时修正，板单元预留焊接收缩补偿量如表 1.3侧板、壁板厚度/ 横向收缩/ 焊接收缩量25，16，12 1.52.5 1.0-1.53.1.3、对零件下料、坡口加工、分段构件整体组装等生产过程严格把关，并采取合理的焊接方法、优化焊接顺序并在专用平台上焊接等措施，控制焊接变形。3.2焊接质量控制钢索塔的壁板接料焊缝、整体组装四角焊缝等处极易产生裂纹，对其焊接质量的控制是焊接工艺的关键。采取以下措施：3.2.1、根据不同接头形式，分别进行焊接工艺试验，确定焊接方法、焊接设备、焊接材料、焊接工艺参数、焊接顺序
7、、坡口形式等。四条主焊缝必须同向焊接；内部加劲肋焊缝必须对称焊接；由于箱体截面尺寸较大容易变形，在箱体内部焊接前，加工艺支撑；检测箱体宽度、高度、对角线差、扭曲、水平立向弯曲等应符合工艺要求；3.2.2、按照焊接试验结果编制合理的焊接工艺，设计保证焊接质量和便于控制焊接变形的工艺装备，确保焊接工艺的有效实现和焊接变形的有效控制；3.2.3、编制关键焊缝的质量控制计划。从原材料的复验、下料、拼装、焊接、探伤等生产过程严格把关。4、 典型零件的制造流程4.1横隔板的制造横隔板是钢索塔的关键零部件，是保证钢索塔截面尺寸的重要部件，采用精密切割下料，保证长度、宽度、对角线尺寸差满足工艺要求。其工艺流程
8、如图三。 48502967503649三三三三三三三三三3三44.2壁板的制造壁板是钢索塔箱型结构的外围板，是整个钢索塔的重要部件，其尺寸及拼接焊缝质量的好坏关系着整个钢索塔的质量。其典型结构及工艺流程如下。 234三三三三三三三 1507402805、 钢索塔节段的制造钢索塔整个由 8节段组成，左右两侧每两节对称，总共 8节段发现场组对。5.1、T1,T2 节段在拼好的平台上进行组装，组装时以壁板作基准组对横隔板、横肋板、纵向加劲肋、前后侧板、另一壁板使其成整体，并在端口加井字形工艺支撑，测量外形尺寸及对角线尺寸应符合工艺要求。组对过程见照片。5.2 、T3,T4 节段在拼好的组装胎具上进行
9、组装，组装时以侧板作基准组对横隔板、纵向加劲肋、前后壁板、横肋板、两个中腹板、横肋板、锚固箱、另一侧板使其成整体，并在端口加井字形工艺支撑，测量外形尺寸及对角线尺寸应符合工艺要求。组对过程见照片5。6、整体试拼装：为了确保钢索塔现场的安装质量，检查各节段的尺寸状况，结合厂内场地情况，我们对整个钢索塔分两部分进行了试拼装。如图所示。 T12T349,257.639,57.63,0.812,4.67,195.1,0.,.,.,.4,85.37,1.97,30.,.47,40.15,3842T12T32,103.8,9.643,1.084,65.97,1.5,09.723.,974,85.3,.9三
10、 三第一步，试拼时按图五左侧先拼 T1-T2-T3-T4-T4五块，垫支平整后测量各种尺寸，应符合图纸及工艺文件的规定。第二步按图五右侧拼 T4-T4-T3-T2-T1五块，同样垫支平整后测量各种尺寸，应符合图纸及工艺文件的规定。需要注意的是 T4-T4两块必须参与试拼两次。只有这样才能保证整体配合尺寸。7、现场架设及吊装7.1、现场支架搭设钢索塔第一节重量 52.4077吨，第二节重 45.49吨，第三节重 66.784吨，第四节重 39.14吨，钢索塔安装采用汽车起重机起吊，采用钢管支架对钢索塔进行临时支撑（临时支撑支架设计如图）6，立撑采用2738，横连杆采用槽钢 22a。立撑顶平放横梁
11、，横梁采用双拼槽钢 24，每侧宽出钢管 50，在钢索塔底端连接梯形箱体楔块，采用 M16螺栓连接，楔块下加工高 34钢板箱，以便钢索塔临时微调。立柱底端基础采用扩大 C25混凝土基础，混凝土底铺设 30厚三七灰土垫层，四边各宽出基础 20.钢索塔立柱设计高度 37.8564米，最低 10.0804米，根据每节重心布设钢管支架位置。第一节不设钢管支架，塔架在高 16米与 28.5米处顺桥向。横桥向设置钢丝风缆绳，以抵抗横向风力。根据钢管立柱平面坐标，采用全站仪对钢管支架精确放线，并控制设计高度。钢索塔支架加工误差控制在 3以内。如图六及照片所示。 T12T343,03,021,5,4.715,0
12、15,07,39,25035,941,80TT58AA4306三D37X8三三D20三2a三D20 2,14.3,709.4,.3815,7.46,6,5,6,25.913 D73X8三三2a2a三 50X170X三三 三77.2、吊装工艺方法：施工现场运输道路占车位置畅通无障碍，地面平整。支车位置地耐力不小于 8t/。塔柱第一节段、第二节段采用 160吨汽车吊单机主吊、35 吨汽车吊尾部调整吊装就位；塔柱第三、第四节段采用 160吨汽车吊和 200吨汽车吊双机抬吊就位。如图为第三、第四节段吊装吊车站位示意图。 T12T343,03,021,5,4.715,015,07,39,250T3D73
13、X8三三2a2a三1010T12T343,03,021,5,4.715,015,07,39,250T3D73X8三三2a2a三70902三 20三 160三160三F2=8.5tF1=26.8t F2=8.76t94三 三三 7.3、 现场焊接现场焊接全部采用 CO2气体保护焊进行，内侧焊完后，外侧碳弧气刨清根后再焊，焊接工艺规范参数按照工艺规定进行。现场最后一道焊缝焊前应检查错边量，满足要求后方可焊接。因为桥梁所在地温差大，两个钢索塔柱日照方向不同，变形不一致，现场观测 T4-T4之间最大错边量达 60.因此这道焊缝只有等两边日照一致时，错变量满足要求后，突击焊接，这一点是必须注意的。8、结束语钢索塔通过按照以上工艺制造和安装，取得了满意效果。为类似桥梁钢索塔制造积累了经验。该项目获得国家建筑质量“鲁班奖” 。参考文献1、 焊接手册机械工业出版社2、GB50017-2003 钢结构设计规范3、GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范4、 钢结构2010 年第 4期作者简介：曹晓民，男，1963 年出生，焊接高级工程师，邮箱：CXM
