悬索特大桥钢桁加劲梁正交异性桥面板施工方案.docx
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悬索特大桥钢桁加劲梁正交异性桥面板施工方案
中国交通建设
临夏折桥至兰州达川二级公路ZD2合同段
钢桁加劲梁、正交异性桥面板施工方案
中交第一公路工程局有限公司
临夏折桥至兰州达川二级公路ZD2合同段
2011年9月
第一章工程概述
1.1大桥概况
刘家峡大桥是临夏折桥至兰州达川二级公路的重点工程,为跨越刘家峡水库黄河支沟而设。
桥梁为单跨536米的钢桁梁悬索桥,桥主缆索在设计成桥状态下,跨中理论垂度为48.7m,垂跨比约为1:
11,主缆中心距15.6m,吊索标准间距8m。
钢桁梁的加劲梁和桥面板等钢结构重约5200吨。
见图1.1刘家峡大桥效果图。
图1-1刘家峡大桥效果图
1.2桥梁结构特点
钢桁加劲梁由主桁、横联、上下平联及抗风水平翼板、下稳定板组成。
主桁架为带竖腹杆的华伦式结构,由上、下弦杆和腹杆组成。
钢桁加劲梁上下弦杆及横联上下横梁均采用整体节点箱形结构,均在节点部位设置焊接节点板,分别与横梁、平联相连,杆件全部采用高强度螺栓连接。
弦杆中心高4m,弦杆外缘间全宽16.122m。
节间长度4m。
一个标准节段长度8m,由2个节间组成,在每节间处设置一道横联。
横联由上、下横梁及腹杆组成,吊点和非吊点处由于受力不同而采用不同截面尺寸,桥面板伸缩缝处上横梁在支座处局部加宽。
上、下平联均采用K形体系、H形截面,在桥面板固定支座处增设箱型制动撑杆。
横联腹杆
下平联
下横梁
上平联
上横梁
主桁腹杆
下弦杆
上弦杆
图1-2加劲梁结构示意图
钢桁加劲梁在两梁端各设置抗风支座4各,竖向支座2个。
为满足钢桁加劲梁的抗风需要,在上弦杆每侧设有2米长的水平翼板,在上横梁中间节点处设有下稳定板。
全桥共33个加劲梁节段,分边段2个、一般标准节段30个、跨中合拢段1个。
桥面采用正交异性钢桥面板结构,由顶板、U型、(板肋)加劲肋、横梁(节点横梁和节间横梁)和5道纵梁组成,桥面横向设2%坡度。
正交异性钢桥面板采用钢支座与主桁横联上横梁相连,桥面板不参与主桁整体受力,各跨桥面板采用连续焊接结构,每11跨设置一道伸缩缝。
正交异性桥面板块制作长度与加劲梁节段同长(四个节间长)见图1-3。
桥面板吊装节段间采用栓焊结合方式,顶板采用对接焊,U型、(板肋)加劲肋、纵梁采用高强螺栓连接。
纵梁
U肋
桥面顶板
横梁
板肋
图1-3桥面板结构示意图
桥面板共有4种吊装段,端部2个(A)、桥面伸缩缝处4个(C、D)、跨中段1个(F)、标准段26个(B、E),共33个吊装段。
1.3桥梁用材料
1.3.1钢材
本桥所用钢材的牌号、执行标准和使用部位见表1.1。
表1.1
牌号
执行标准
使用部位
Q345D
低合金高强度结构钢
(GB/T1591-2008)
加劲梁的上下弦杆、腹杆,横联的上下横梁、腹杆和上下平联、正交异性桥面板等。
Q235C
碳素结构钢
(GB/T700-2008)
加劲梁水平翼板、下稳定板和检修道等。
1)钢材进入制造工厂后,除必须具有生产钢厂的出厂质量合格证明书外,并应按合同和有关现行标准进行复验,做好复验检查记录。
加劲梁主桁弦杆的腹板、吊杆锚箱处上下盖板、吊杆锚箱大于或等于20mm厚的钢板采用Z25Z向性板,钢的含硫量要求不大于0.007%,断面收缩率ψz不小于25%,符合《厚度方向性能钢板》(GB5531-85)Z25的规定。
2)对于碳当量Ceq超过0.44%的钢板,必须通过焊接工艺试验另行选定适当的焊接材料和焊接方法。
碳当量可根据出厂证明书记载的化学成分含量或制造厂抽检得到的化学成分含量,用下式计算:
Ceq(%)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14
3)钢材进厂后其表面应采用抛丸或喷丸(砂)除锈,必须将表面油污、氧化皮和铁锈及其他杂物清除干净。
再用干净的压缩空气或毛刷将灰尘清理洁净。
除锈等级要满足涂装方案的要求及《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》(GB/T8923-1988)标准的规定。
1.3.2焊接材料
1)焊接材料应根据焊接工艺评审试验结果确定。
应采用与母材相匹配的焊条、焊丝和焊剂,且符合相应的国家标准。
2)焊接材料除进厂时必须有生产厂家的出厂质量合格证明外,并应按现有关标准进行复验,做好复验检查记录。
3)选定焊接材料应符合设计图纸的要求,按规定标准选择与所焊接材质相匹配的焊接材料。
表1-2焊接材料选用表
焊接方法
焊接材料名称
焊接材料的牌号或型号
标准名称
标准号
手工电弧焊
焊条
E5015
《低合金钢焊条》
GB/T5118-1995
气体保护焊
实芯焊丝
ER50-6
《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》
GB/T8110-1995
气体保护焊
药芯焊丝
E501T-1
《碳钢药芯焊丝》
GB/T17493-2008
埋弧自动焊
焊丝
焊剂
H08MnA
H10Mn2
SJ101q
《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》
GB/T5293-1999
1.3.3高强度螺栓
1)钢桁加劲梁及钢桥面系的连接用高强螺栓应符合下列规范的要求:
《钢结构用高强度大六角头螺栓》(GB/T1228-2006)
《钢结构用高强度大六角头螺母》(GB/T1229-2006)
《钢结构用高强度垫圈》(GB/T1230-2006)
《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》(GB/T1231-2006)
2)高强度螺栓的材质应符合图纸要求及《合金钢结构》(GB/T3077-1999)的规定。
1.3.4涂装材料
1)涂装材料应根据图纸要求选定,以确保预期的涂装效果。
禁止使用过期产品、不合格产品和未经试验的替用产品。
2)对钢桁加劲梁、桥面板应进行专门的涂装工艺设计,钢桁加劲梁的不同涂层应选用同一厂家的产品。
涂装材料进厂后,应按出厂的材料质量保证书验收,并做好复验检查记录备查。
3)涂装材料应兼用耐候、防腐蚀、美化结构等多种功能。
使用期应满足图纸要求年限。
如须改变涂装设计,则变更的涂装材料应符合本款的要求,并报监理人会同发包人、设计单位研究批准后,方可实施。
1.4技术标准
桥梁制作、拼装依据标准如下:
JTG/TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》
TB10212-2009《铁路钢桥制造规范》
YB9254-95《钢结构制作安装施工规程》
GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》
GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》
GB/T3077-1999《合金结构钢技术条件》
GB/T699-1999《优质碳素结构钢技术条件》
GB/T6478-2001《冷镦和冷挤压用钢》
GB/T5118-1995《低合金钢焊条》
GB/T8110-1995《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》
GB/T5293-1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》
GB/T12470-2003《低合金钢埋弧焊用焊剂》
TB1558-84《对接焊缝超声波探伤》
GB/T2970-1991《中厚板超声波检验方法》
GB11345-1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》
GB/T3323-1987《钢熔化焊对接接头射线照像和质量分级》
GB/T1031-1995《表面粗糙度参数及数值》
GB/T1228-2006《钢结构用高强度大六角头螺栓》
GB/T1229-2006《钢结构用高强度大六角头螺母》
GB/T1230-2006《钢结构用高强度垫圈》
GB/T1231-2006《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈技术条件》
JGJ82-1991《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》
JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》
JT/T722-2008《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》
1.5钢桥施工方案概述
加劲梁采用在厂内完成杆件的制作及加劲梁的试拼装,以杆件型式发运到现场。
在工地桥塔后的拼装场,拼装成桁片,然后运输到桥塔前的拼装场,拼装成整体节段吊装。
吊装采用缆索吊从跨中向两端完成架设。
正交钢桥面板采用在厂内完成桥面板板块单元的制作,在桥址的拼装场地拼装成整体桥面板,与加劲梁节段同步顺序安装。
第二章施工总体部署
2.1项目组织机构设置
针对刘家峡大桥钢桁加劲梁、桥面板的制造与安装工程,本公司成立了专项领导小组,公司抽调钢桁梁工程经验丰富的技术、管理人员组成项目经理部,负责组织落实钢桁梁的工厂制造、运输及工地拼装等本工程的全部工作。
项目经理部下设项目一部和二部,项目一部负责钢桁梁构件的制造、厂内涂装;项目二部负责构件的运输、工地整体节段拼装、桥上施工及补涂装。
组织机构设置如下:
2.2劳动力组织计划
计划投入结构、焊接、机械等各类专业技术人员20名。
以下为施工人员计划。
表2-1劳动力组织计划
序号
工种
按工程制作场地投入劳动力情况
制造
拼装场
桥上施工
1
组装工
44
46
6
2
划线工(含测量)
12
8
3
切割工
16
6
1
4
钻工
24
2
5
铣工
8
6
电焊工
80
28
8
7
修整工
15
8
1
8
打磨工
30
12
6
9
涂装工
18
8
20
11
起重工
16
8
2
12
吊车司机
10
8
13
检查工
16
6
2
14
探伤检测
4
4
2
15
运输工
12
16
16
辅助工
30
16
4
合计
335
166
52
2.3设备、仪器配备
表2-2投入设备、仪器表
序号
设备
单位
数量
说明
1
数控等离子切割机、ZC-4000
台
1
工作台长宽:
25×4m
2
数控切割机ZC-4000
台
1
工作台长宽:
25×4m
3
直条切割机GZ-4000
台
1
工作台长宽:
20×4m
4
便携式数控切割机TZNC1200*4000
台
7
轨道范围:
1.2×4m
5
半自动火焰切割小车
台
10
6
数控钻床、
台
1
1.6×3m
7
摇臂钻床、Z3732X8
台
5
8
摇臂钻床、Z3050
台
5
9
剪板机、QC11Y
台
1
20×4000mm
10
铣边机XBJ-15
台
1
11
端面铣DX4060
台
1
12
端面铣DX1512
台
1
13
端面铣DX1215
台
1
14
平板矫平机W43
台
1
30×3000mm
15
埋弧自动焊机、ZD5-1250
台
8
16
手工电弧焊机、ZX7-500
台
10
17
气体保护焊机、YM-500KR
台
20
18
CO2自动焊车、AWT-1
台
10
19
悬臂焊机XMZ-1000
台
2
20
烘干箱、ZYH-2002
台
2
200kg
21
抛丸机QL6930
台
1
22
除锈设备
台
3
满足本工程需要
23
气动砂轮机
台
10
满足本工程需要
24
高压无气喷涂机
台
2
满足本工程需要
25
储气罐(1m3)
台
2
1m3
26
储气罐
台
3
6m3
27
龙门吊、MG60/5t28m
台
2
60吨
28
龙门吊SMT30t-18
台
2
30吨
29
车间桥吊QD30/5t28.5米
台
4
30吨
30
龙门吊MG30/5t30m
台
2
30吨
31
车间桥吊QD5t/13.5米
台
2
5吨
32
全站仪BTS-802C
台
1
33
电子经纬仪DJD2-C
台
1
34
水准仪AE32
台
1
35
水准仪DS2800
台
1
36
X射线探伤机XXH-3005
台
1
37
超声波探伤仪PXUT-320C
台
2
38
电磁轭马蹄式磁粉探伤仪CJE-2A
台
1
39
红外线测温仪AE8868
个
2
40
锚纹仪PCWI0918
个
1
41
涂层测厚仪QVANIX4200
个
1
42
涂层测厚仪TT-220
个
1
2.4施工场地规划
工厂加劲梁、桥面板钢构件的制作下设预处理、下料、加工、组焊、修整、制孔、预拼装及涂装八个工段。
涂装在涂装厂房进行。
加劲梁立体试拼装在试拼场地进行,试拼场地为混凝土硬化地面,能够满足承重要求。
起重设备选用两台60吨的龙门,即可满足加劲梁立体试拼装的需要。
选择在桥址附近,塔台工区现场作为建设拼装场地及施工人员办公和生活区。
拼装场分为杆件存放区、加劲梁桁片拼装区、节段拼装区、桥面板节段拼装区。
2.5施工准备
2.5.1材料采购及管理
1材料采购
本项目所用钢材、焊接材料、涂装材料均招标采购。
采购材料的供货方必须是按ISO9001质量体系要求,并通过我公司评定合格方能成为供货方。
供货方必须承诺按本工程进度要求供货,以保证钢桥生产的顺利进行。
2材料复验
所有进厂材料须有生产厂家的出厂质量证明书,并组织对钢板按照现行有关规定进行检测、试验并签发检验报告。
钢桁梁的制造及验收,应按照《铁路钢桥制造规范》(TB10212-2009)执行。
钢材应按同一厂家、同一材质、同一板厚、同一出厂状态每10个炉(批)号抽验一组试件。
材料的复验包括:
材料的化学成分检验和材料的力学性能试验,钢材进厂复验结果应报监理工程师确认,只有复验合格的材料方可用于本桥钢桥制造。
钢桁梁制造用的焊接材料、涂装材料及其他材料必须符合设计图纸的要求和现行标准的规定。
除必须有生产厂的出厂质量证明书外,还应按合同和有关现行标准进行复验,并做好复验检查记录,复验合格后方能使用。
用于特殊部位的Z向钢板,要求做Z向性能试验,其Z向性能必须满足《厚度方向性能钢板》(GB5313-85)中Z25级的要求。
3材料管理
1)进场材料经检验合格后,由质检部门入库编号;不合格材料及时反馈,及时退换。
2)本工程材料专料专用,物资部门须妥善保管,在钢板两端侧面做出标识,严格材料领退制度,加强退料管理,以免使用过程中混用。
3)所有材料应妥善存放,避免积水,防止腐蚀和变形。
4)所有材料须经入厂复验合格、监理工程师同意后方可使用。
2.5.2技术准备
技术部门认真研究理解业主提供的钢桁梁技术文件(设计图纸、规范、技术要求等资料),并邀请设计部门进行设计交底。
在此基础上制定总体加工工艺方案、安装和拼装方案,完成施工图转化、工装设计、焊接工艺评定、工艺文件编制等技术准备工作。
1施工图绘制
施工图按钢桁梁构件分类绘制,全部采用计算机CAD绘图。
内容包括:
钢桁加劲梁和桥面板杆件(单元)工厂制作详图、厂内试拼装图、现场吊装段整体拼装图、安装部位图和发送杆件表等。
2工装设计
为保证钢桁加劲梁和桥面板的制造精度,提高生产效率,需要设计制作或改制一系列工装。
如;各种杆件栓孔钻制模板、H形杆件焊接胎、箱型杆件组装胎、焊接平台、桥面板单元组装胎、板单元反变形焊接胎等。
3桥址大临设施
钢桁加劲梁、桥面板吊装段的整体拼装用胎架,塔区施工平台、拼装用起重设备、安装焊接作业平台等。
4焊接工艺评定
在钢桁梁制造开工前,根据设计文件的内容及要求,结合钢桁梁的接头形式进行焊接工艺评定试验,焊接工艺评定按照《铁路钢桥制造规范》(TB10212-2009)标准制定。
焊接工艺评定的原则是以可靠的钢材焊接试验为依据,来测定焊接接头满足设计所要求的使用性能,验证施焊工艺的正确性,确保焊接质量。
试验要在桥梁正式焊接之前完成。
根据《焊接工艺评定试验报告》编写各种接头的焊接工艺指导书,焊接工艺指导书经监理工程师批准后在钢桁梁施焊中严格执行。
2.5.3技术培训
公司决定,对参加本桥制造、安装的管理人员、技术人员和工人进行上岗前全员技术培训和质量意识教育、技术交底和应知应会教育,对于主要工种,如焊工、组装工、划线工、钻工、检查工等进行特殊培训和考核,实行持证上岗制度。
其中,电焊工按焊接方法、焊接位置分别进行考试,合格者发给合格证书,不得超越证书范围作业。
2.6总体计划安排与工期保证措施
2.6.1总体计划安排
加劲梁、桥面板加工工期为2011年09月1日~2012年9月31日,计13个月。
本工程是折达公路的控制工程,也是我局2011年十大重点工程项目,做好本工程的施工意义十分重大。
具体施工安排
1、施工准备:
2011.09.1-2011.11.20
2、加劲梁、桥面板制作:
2011.12.1——2012.9.30
3、加劲梁桁架安装:
2012.7.1——2012.11.15
2.6.2工期保证措施
①列为公司重点工程
公司非常重视该项目,将本桥列为2011~2012年公司的重点工程,从设备、人员、资金等各方面给予全力投入,确保本桥按质、按量、如期完工。
②组织机构与人员投入
针对本工程的重要性,公司从人员方面全方位的投入。
在管理、技术人员保证准时到位,全身心投入本工程工作。
根据工期特点,在保证工期要求的前提下,分阶段投入施工人员。
③材料保证
为保证材料满足工期要求,工程启动后我们将在最短时间内开始材料采购,同时进行技术准备、工装准备等相关工作,保证工程能够按时开工。
我们将合理规划物资存料场,设置专用场地单独存放本工程钢板,并按照工程的供料情况和进度安排合理堆放,方便原材报验和生产需要。
④应用先进技术及科学合理的工艺
为确保本桥的质量和工期要求,实现制造“优质、高效”的目标,在生产制造中采用先进工艺、先进技术,并将针对本桥的特点加以优化和完善。
⑥设备到位
提前对拟用于本工程的关键设备进行全面维护、校核,确保能够正常投入本工程制造中。
第三章钢桁梁厂内制造及拼装
3.1总体制造方案
3.1.1钢桁梁主要部件组成
加劲梁主要杆件为箱形和H形。
其中主桁弦杆及横联横梁采用整体节点箱形,弦杆单杆设置4~5个整体节点,弦杆间连接采用四面等强拼接,上弦杆箱形在吊点处两块腹板伸出上翼缘作为吊索锚箱。
主桁架腹杆采用箱形和H形断面。
横联腹杆除边竖杆为箱形外其余全部采用工形断面,平联杆件采用箱形和H断面。
大部分H型杆为型钢。
桥梁抗风需要增设水平翼板和下抗风稳定板,其结构由型钢和PPS盖板组成。
桥面系为正交异性桥面板结构,由顶板、U形肋、板肋、横梁和纵梁组成,顶板横向分成5个板单元制作段。
其横梁和纵梁均为⊥形断面。
3.1.2制造方案
①钢板预处理
钢板在切割前,采用赶板机进行钢板赶平,以消除钢板内应力,防止进厂的钢板因弯曲、翘曲等因素影响切割质量。
对于钢板的表面缺陷,应根据《铁路钢桥制造规范》(TB10212-2009)的有关规定进行修补和处理。
②钢板下料
主要零件、异形零件通过数控切割机下料,直条采用多头切割机下料,不仅变形量小,而且效率高。
对于重要零件的边缘或焊接边缘应进行机加工(如工形和箱形杆件的腹板、箱型杆件的内隔板、接头板、锚箱承力板等),以保证零件的尺寸和焊接坡口精度,下料时预留加工余量。
③零件机加工
零件边缘及坡口的机加工采用铣边机等机加工设备,确保加工精度。
④组装方案
所有杆件均采用胎形或平台组装,并针对不同的杆件确定不同的组装方法和定位基准。
采用先孔法的零件组装时,采用样板以孔定位进行组对。
⑤焊接方案
主要杆件的主焊缝优先采用埋弧自动焊焊接,以便控制焊接质量;其余采用CO2气体保护焊焊接,可减小焊接变形,提高生产效率。
焊接时要严格按照焊接工艺中的规范参数、焊接顺序及方向进行焊接。
桥面板单元在反变形胎上采用CO2气体自动保护焊焊接。
⑥制孔方案
根据各类杆件的构造及孔群分布情况,设计制作相应的钻孔样板。
3.1.3试拼装方案
根据设计文件和规范要求,为验证工厂制造工艺的合理性,构件的制作精度,确保桥上的顺利拼接,厂内试拼装十分重要。
为此,选择具有代表性的加劲梁的第一、二、三吊装节段进行连续立体试拼装,其他节段采用平面试拼装的方案。
加劲梁试拼杆件主要包括主桁杆件、横联杆件、平联杆件以及各部分的连接件。
桥面板试拼装主要包括桥面系以及各部分的连接件。
试拼装在厂内进行,试拼场设置拼装胎架,配置两台起重设备。
3.2关键制作工艺措施
本桥采用整体节点弦杆结构,其制作精度、整体节段拼装质量是本钢桁梁制造控制的重点,也是本钢桁梁制造成败的关键。
采用数控切割机等先进设备,在充分利用现有设备、工装的基础上,设计制作包括上弦杆专用组装胎型、下弦杆专用组装胎型、整体节点覆盖式钻孔模样板及各类中小型组焊、钻孔模样板等一系列工装;通过广泛采用焊接自动化技术,保证整体节点弦杆制作精度和整体节段拼装质量。
桥面板单元制作采用反变形自动焊接工艺,有效控制焊接变形,保证焊接质量。
3.3加劲梁制造
加劲梁主要包括主桁弦杆、主桁腹杆、横联横梁杆件、横联腹杆、平联杆件及连接件等。
这些杆件按结构类型分为H形杆件、箱型杆件(普通箱型杆件和带整体节点的箱形杆件)、连接板等。
3.3.1H形杆件制造
加劲梁主桁腹杆、横联腹杆、平联等主要为H形杆件,除主桁端部斜腹杆为焊接H形杆件,其它H形杆件采用标准H型热轧型钢,焊接H形杆件的其制作工艺流程如下:
3.3.1H形杆件制造
钢板预处理
精切下料
矫正
腹板机加工
胎型组装
焊接
修整
划线卡模样板钻孔
倒棱
主要工艺流程如下:
3.3.2普通箱形杆件制造
普通箱形杆件主要包括主桁端部直腹杆、跨中及固定支座处上的平联杆件。
钢板下料、槽型组焊修、箱体组焊修均在胎型上或平台上进行,防止或减少热加工中因杆件自重影响而产生的变形。
箱形杆件制作工艺流程为:
钢板预处理
精切下料
矫正
机加工*
组焊槽型
箱形扣盖
焊接
修整
划线卡模样板钻孔
U型样板钻孔
倒棱
主要工艺流程如下:
3.3.3板件制造
钢板预处理
精切下料
矫正
数控钻床钻孔或采用模板钻孔
倒棱
板件主要指拼接板、填板等。
其工艺流程为:
3.3.4整体节点弦杆制造
整体节点弦杆是本桥制造的一个重点和难点。
由于杆件长(最长18380mm)截面小(502×522mm)、结构复杂(每根杆件上有4~5个整体节点),焊接量较大,制孔相对困难。
因此,在制造中应重点控制。
下面以边上弦杆为例重点介绍典型的整体节点上弦杆的制作过程。
边上弦杆是本桥典型的杆件之一,杆件长15290mm,设有4个整体节点,端节点外侧设有抗风支座,在吊点处两块腹板伸出上翼缘作为吊索锚箱板。
该杆件制造难度较大,编制详细可靠的制作工艺,用于保证杆件的制造质量符合规范要求。
主要工艺流程如下:
3.3.5横联横梁制造
横联上、下横梁采用整体节点箱形结构,分别与横联腹杆、平联杆和抗风稳定板连接,横梁分为端横梁、吊点处横梁和非吊点处横梁,其横梁箱形断面(直线段)分别为:
513×450mm、507
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