装配式重型钢牛腿的安装方法与流程

本发明涉及桥梁工程领域，尤其涉及一种装配式重型钢牛腿的安装方法。

背景技术：

斜拉桥、悬索桥索塔现浇混凝土横梁或钢横梁、悬浇梁以及高墩身盖梁、系梁等施工大多采用托架式承重结构，其中钢牛腿是整个结构受力体系的关键部位，钢牛腿的作用是衔接悬臂梁与挂梁,并传递来自挂梁的荷载。传统承重结构往往采取在混凝土中埋设钢板或型钢的方式进行现场焊接钢牛腿，现场高空施施工过程中会存在诸多弊病，如：高空焊接作业，施工安全风险较大；高空作业条件有限，焊缝质量难以控制；焊接及割除时温度较高，易引起混凝土开裂，不利于实体质量控制等。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种操作方便的装配式重型钢牛腿的安装方法。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种装配式重型钢牛腿的安装方法，包括如下步骤：

在选定的工程界面的钢筋骨架上安装开设有若干定位孔的定位钢板；

安装贯穿所述定位钢板的定位孔的预埋管；

待所述工程界面的浇筑混凝土工序完成后，将预先拼接好的牛腿主体与所述定位钢板进行对接；

利用螺纹杆或销棒通过所述定位钢板上方两角的定位孔对所述牛腿主体进行初步定位；

利用螺纹杆或销棒通过所述定位钢板上其余的定位孔对所述牛腿主体进行最终固定。

进一步设置：所述定位钢板与所述钢筋骨架的内、外侧水平筋焊接固定。

进一步设置：在浇筑混凝土之前，对已安装好的预埋管的两端进行密封。

进一步设置：所述定位孔设有第一定位孔及第二定位孔，所述第一定位孔设于所述定位钢板的顶部及底部且用于供所述螺纹杆穿过，所述第二定位孔设于所述定位钢板的中部且用于供所述销棒穿过。

进一步设置：所述预埋管的管径与对应连接的定位孔的孔径尺寸匹配。

进一步设置：所述牛腿主体包括对应所述定位孔开设有安装孔的主承重板、顶板、位于顶板两侧的两块耳板及若干用于加强牛腿主体结构稳定性的加筋板，所述主承重板、顶板、耳板及加筋板之间均通过焊接以连接。

进一步设置：所述销棒直径与其对应的预埋管的管径差值小于所述螺纹杆直径与其对应的预埋管的管径的差值。

进一步设置：所述牛腿主体通过起吊设备吊装至靠近所选定的工程界面预埋有所述定位钢板的位置，利用倒链辅助施工以准确对接所述牛腿主体与所述定位钢板，所述倒链的上端与所述工程界面的钢筋骨架的主筋连接。

进一步设置：利用螺纹杆穿过牛腿主体上方两角的安装孔及定位钢板上方两角的定位孔并使所述牛腿主体得到初步定位。

进一步设置：分别对应所述牛腿的安装孔及定位钢板的定位孔中插入剩余的螺纹杆及销棒，通过在螺纹杆上施以与其配套的螺母并旋拧使得牛腿主体与所述工程界面浇筑的混凝土表面抵紧以固定所述牛腿主体。

进一步设置：所述牛腿主体与所述工程界面浇筑的混凝土表面抵紧前，可对所述混凝土表面与所述牛腿主体的连接面进行清理。

相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

1.本发明的装配式重型钢牛腿的安装方法中，将现场大量高空焊接、检验割除与修饰的施工方式调整为后场标准化加工制作与检验、现场模块化组装的方式，达到降低现场施工风险，缩短工期，降低成本，提高工效与质量的目的。

2.本发明的装配式重型钢牛腿的安装方法中，通过在安装牛腿主体的过程中限定螺纹杆与销棒的轴心距以及限定销棒与供其插入的预埋管的间隙小于螺纹杆与供其插入的预埋管的间隙，使得作用在牛腿主体上的竖向承载力由销棒承担，作用在牛腿主体上的竖向弯矩由水平精轧螺纹杆进行抵抗平衡使混凝土充分发挥抗压强度高的特性，所述螺纹杆可充分发挥抗拉强度高的特性，并且受力清晰明确，方便设计及验算。

3.本发明的装配式重型钢牛腿的安装方法中，牛腿主体拆除无需进行切割，对牛腿主体自身结构没有损伤，且不会改变牛腿主体的结构尺寸，保证了牛腿主体的质量进而可以周转使用，并且牛腿主体的拆除方法即安装方法进行逆序，拆除方便。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的装配式重型钢牛腿的安装方法的流程图；

图2为本发明的装配式重型钢牛腿的牛腿主体与预埋管、螺纹杆及销棒的连接方式的示意图；

图3为本发明的装配式重型钢牛腿的牛腿主体的结构示意图。

图中，1、预埋管；11、定位钢板；2、牛腿主体；21、主承重板；211、第一安装孔；212、第二安装孔；22、顶板；23、竖向加筋板；24、横向加筋板；25、耳板；26、加强筋板；3、螺纹杆；31、螺母；4、销棒。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明涉及一种装配式重型钢牛腿的安装方法，主要运用在桥梁工程领域，采用装配式重型钢牛腿作为承重架的支撑结构，无需牛腿安装位置进行高空的高温烧焊及割除作业，提高了施工功效。同时，牛腿主体可循环利用，从而降低了施工成本。

请参见图1至图3，本发明的装配式重型钢牛腿的安装方法，包括如下步骤：

s001、在选定的工程界面的钢筋骨架上安装开设有若干定位孔的定位钢板。

测量组人员在钢筋的绑扎阶段对预埋定位钢板11进行准确放样，并将其与选定的工程界面的钢筋骨架的内、外侧水平筋进行焊接固定。

优选地，所述定位钢板11采用厚度为6mm的薄钢板，并且所述定位钢板11上开设有多个定位孔(图中未示意，下同)以供后续安装使用。

并且本发明可应用于设置有拉梁结构当中，故本实施例将工程界面选定为索塔以进行展开说明。

s002、安装贯穿所述定位钢板11的定位孔的预埋管1。

将预埋管1根据上述与钢筋骨架固定的定位钢板11进行安装，所述预埋管1贯穿所述定位钢板11的定位孔以定位，并且在所述预埋管1的两端均通过定位钢板11进行定位，使得预埋管1的安装误差控制在±1mm内。并且所述定位孔包括第一定位孔及第二定位孔，并且第一定位孔的孔径大小范围为62-64mm，所述第二定位孔的孔径大小范围为112-114mm，所述预埋管1的管径与对应连接的定位孔的孔径尺寸匹配。

优选地，本实施例中的预埋管1为无缝钢管，且长度均为1500mm。

在安装完定位钢板11及预埋管1后进行钢筋骨架的混凝土浇筑工序，在相应节段混凝土浇筑前必须将预埋管1两端使用土工布填塞，并且所述预埋管1的开口处还需使用泡沫胶+密封胶带进行密封处理，防止浇筑过程中的水泥浆的渗入。

此外，所述预埋管1与定位钢板11预埋于塔柱的混凝土结构体中，可形成混凝土内部的加强结构，从而增强塔柱的混凝土结构的牢固性及抗压性等。

s003、待所述工程界面的浇筑混凝土工序完成后，将预先拼接好的牛腿主体2与所述定位钢板11进行对接。

所述牛腿主体2在吊装安装前可先进行整体加工，首先寻找承载力满足加工要求的场地，并由测量组人员对场地的平整度进行测量，选择场地平整出进行组件拼装焊接。

其中，所述牛腿主体2包括主承重板21、与主承重板21焊接并用于承托承重架的顶板22及加筋板，所述主承重板21与塔柱的外壁紧密相贴，所述顶板22垂直于主承重板21设置，所述加筋板包括竖向加筋板23及横向加筋板24，所述竖向加筋板23设于主承重板21与顶板22的底面之间以起到加强主承重板21与顶板22连接强度的作用，所述横向加筋板24平行顶板22设置并与竖向加筋板23连接。进一步的，所述竖向加筋板23设有三块，且三块所述竖向加筋板23平行设置，所述横向加筋板24与三块竖向加筋板23均焊接。

所述顶板22的顶面的两侧设有两块平行的耳板25，承重架架于牛腿主体2的顶板22上且位于两块耳板25之间，从而起到限制承重架位置的作用。所述耳板25与顶板22之间焊接设有加强筋板26，同时所述顶板22与竖向加筋板23之间也设有加强筋板26。使得单个牛腿主体2的承载力可达800kn，并且单个牛腿主体2重0.5t。

优选地，本实施例中的主承重板21为厚度为40mm的厚钢板，所述顶板22采用厚度为30mm的厚钢板，所述竖向加筋板23、横向加筋板24及两块耳板25均采用厚度为20mm的厚钢板，并且本实施例中牛腿主体2所采用的钢板均为q35钢材。通过将主承重板21、顶板22、竖向加筋板23、横向加筋板24及加强筋板26焊接形成牛腿主体2结构，并且焊缝的厚度为10mm，顶板22及竖向加筋板23与主承重板21的焊缝长度均为500mm。

在实际施工过程中，通过上述焊缝的厚度及长度可计算得到焊缝的面积为20000mm²，则焊缝的抗剪强度110mpa为焊缝容许的最大抗剪强度，满足规范要求。

此外，在安装前，可对所述牛腿主体2与塔柱的相互接触面进行清理，以确保所述牛腿主体2的主承重板21可与塔柱的侧壁紧密相贴。

在安装时，通过塔式起吊机将牛腿主体2运输至预埋有定位钢板11的位置附近，随后可利用1t的倒链辅助施工以准确对接所述牛腿主体2与所述定位钢板11，并且所述倒链的上端与塔柱的钢筋骨架的主筋连接，以确保倒链的稳定性。

s004、利用螺纹杆3或销棒4通过所述定位钢板11上方两角的定位孔对所述牛腿主体2进行初步定位。

s005、利用螺纹杆3或销棒4通过所述定位钢板11上其余的定位孔对所述牛腿主体2进行最终固定。

通过将螺纹杆3及销棒4穿过牛腿主体2并插入到相应的预埋管1中，以实现所述牛腿主体2的定位与固定，并且所述螺纹杆3作为牛腿主体2的水平抗拉构件，所述销棒4作为牛腿主体2的主承重结构，以提高所述牛腿主体2的承载能力及稳定性。

其中，所述螺纹杆3采用直径为32mm的psb830级的精轧螺纹杆，所述螺纹杆3的长度大于预埋管1的长度，且螺纹杆3的端部可伸出预埋管1，同时在所述预埋管1的端部上设有可与其配合的螺母31，通过旋拧于螺纹杆3上的螺母31使其与牛腿主体2相抵以将牛腿主体2与塔柱侧壁抵紧并且紧密相贴，从而实现对牛腿主体2进行预紧锚固的作用，并且保证牛腿主体2受力后不发生位移而导致牛腿主体2出现松动，同时螺纹杆3的外露长度可根据其两端的螺母31施工要求进行预留。

所述销棒采用直径为100mm的45#钢销棒，所述销棒4的长度大于所述预埋管1的长度，且所述销棒4外露于所述牛腿主体2外侧的长度宜在10cm以上。并且所述销棒4作为所述牛腿主体2的竖向承重结构，其截面面积a＝3.14×50×50＝7850mm²，其抗剪承载力：

其中τ为销棒4的许用剪切应力。

所述牛腿主体2的主承重板21上还开设有与定位钢板11的定位孔对应设置的安装孔，且安装孔的大小与定位孔的大小尺寸匹配，所述安装孔包括供螺纹杆3穿过的第一安装孔211及供销棒4穿过的第二安装孔212，所述第一安装孔211设有六个，分别设于所述主承重板21的顶部及底部，所述第二安装孔212设有二个且位于所述主承重板21的中部，由于定位钢板11的定位孔对应牛腿主体2的安装孔设置，即与定位钢板11连接的供螺纹杆3插入的预埋管1设有六根，供销棒4插入的预埋管1设有两根。

其中，供螺纹杆3插入的预埋管1采用直径为63.5mm、厚度为3mm的无缝钢管，供销棒4插入的预埋管1采用直径为114mm、厚度为4mm的无缝钢管，即销棒4直径与其对应预埋的无缝钢管内径的差值小于精轧螺纹杆直径与其对应预埋的无缝钢管的差值。并且无缝钢管之间通过定位钢板11进行精确定位，使得插入预埋管1中的螺纹杆3与销棒4之间的轴心的距离范围为290-300mm，同时使拼装承重架作用在所述牛腿主体2的顶板22的合力点的偏心距范围大小为255-265mm，优选地，本实施例中的螺纹杆3的轴心与销棒4的轴心的距离为295mm，拼装承重架作用在牛腿主体2的顶板22的合力点的偏心距为260mm。通过上述结构设置，所述销棒4与供其插入的无缝钢管的间隙小于所述螺纹杆3与供其插入的无缝钢管的间隙，则所述牛腿主体2在受到压力时，所述销棒4先于所述螺纹杆3与对应的无缝钢管接触，使得作用在牛腿主体2上的竖向承载力可由钢销棒承担，作用在牛腿主体2上的竖向弯矩由水平精轧螺纹杆进行抵抗平衡，使混凝土充分发挥抗压强度高的特性，所述螺纹杆3可充分发挥抗拉强度高的特性，并且受力清晰明确，方便设计及验算。

所述螺纹杆3作为所述牛腿主体2的水平抗拉构件，单个所述牛腿主体2的承载力为800kn，则所述螺纹杆3的水平拉力：

满足规范要求。上述计算公式中4指代牛腿主体2顶部的四根螺纹杆3，804mm²为螺纹杆3的截面积，830mpa为对应型号精轧螺纹杆容许的拉应力。

在安装过程中，首先利用所述螺纹杆3穿过所述牛腿主体2上方两角的第一安装孔211及定位钢板11上方两角的定位孔，以使得所述牛腿主体2的位置得到初步定位。

随后将所述销棒4及其余螺纹杆3插入到对应的安装孔中，并用所述螺纹杆3上的螺母31将牛腿主体2与塔柱抵紧固定，从而实现所述牛腿主体2与塔柱之间的固定与支撑。

在装配式重型钢牛腿安装完成后，可利用其作为承重结构搭建承重架体。在拼装承重架体实用完成后，需先将搭建的承重架体进行拆除，然后按照牛腿主体2的安装顺序以反序依次拆除精轧螺纹杆、钢销棒及牛腿主体2，并可将拆除的精轧螺纹杆、钢销棒及牛腿主体2转入下道工序进行周转使用。

此外，在别的实施例中，可根据实际施工情况设置不同数量的螺纹杆3及不同数量的销棒4，并且进行结构的受力分析，改变螺纹杆3与销棒4的轴心距，以能充分发挥混凝土及钢材各自的特性。

本发明的装配式重型钢牛腿的安装方法打破传统现场焊接钢牛腿的安装方法，采取标准化设计，钢牛腿由专业钢结构工厂统一加工制作与检验，结构安全有保障；推行模块化施工，预埋件统一后场下料，现场采用定位模法组装，施工工效较高且精度有保证；科学合理进行结构受力分析，能充分发挥混凝土与钢材各自的特性；采取全组装施工方式，现场无焊接及割除作业，避免高空作业，同时利于混凝土实体及外观质量控制且安全环保，采取装配式重型钢牛腿作为拼装承重架的支撑结构，将现场大量高空焊接、检验割除与修饰的施工方式调整为后场标准化加工制作与检验、现场模块化组装的方式，达到降低现场施工风险、缩短工期、降低成本、提高工效与质量的目的。一次加工成型后，反复周转使用，节约资源，较低成本。

为验证装配式重型钢牛腿的可行性，根据现场实际塔柱施工工况进行模拟实验。通过模拟实验以验证承重架的拼装过程中装配式钢牛腿结构安全可靠，特对钢牛腿结构从强度、刚度和稳定性等方面进行场外试验，验算其与理论计算结果是否相符。

具体实验包括如下步骤：

(1)根据塔柱钢筋结构，绑扎钢筋，单个结构尺寸为2.6×2×1.5m，其中上塔柱标准节段壁厚为1.5m；

(2)预埋钢牛腿的预埋结构和承重反压梁；

(3)安装模板；

(4)浇筑混凝土；

(5)待混凝土满足施工强度后，安装钢牛腿、承重架及反压扁担梁和千斤顶；

(6)调试千斤顶，反压。

为了在钢牛腿上方施加指定荷载，采用100t千斤顶作为反压设备，并按设计承载力80t的10％、50％、75％、100％及120％逐级加载，每级加载后实测牛腿主体2的标高来检查牛腿主体2的变形情况。

经试验，逐级加载反压实测数据整理如下表：

经试验，当施加指定荷载后，牛腿主体2的变形挠度均满足设计规范要求。研制的装配式重型钢牛腿可适用于上塔柱钢横梁承重架的施工。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。