鋼結構現場施工實務彙整(鋼橋及鋼構件)

2023/03/28閱讀時間約 8 分鐘
  這篇文章彙整了我這幾年在現場學到的鋼結構知識,主要是鋼橋與鋼構件的施工細節,如果有做到鋼構的朋友必看!
  這些細節是我自己遇到問題後,找資料及思考後得到的結論。
鋼結構現場施工實務彙整
  • 鋼橋預拱概念
  用「簡支梁」為例,受到自重均佈力後,主梁會有一個向下的曲線變形,「預拱」則是將主梁變形反向製作,來讓鋼橋主梁放上去是平的(受自重後),且橋面板也一樣是平的。
  • 鋼橋構件:
  受拖板車長度限制(約8~10m),鋼橋需要分成好幾個構件,分次拖運到工地組裝。
  因為鋼橋下面是懸空的,所以要設計「桁架」或是「上拱」來提供強度,因為我沒做過上拱橋,所以這邊針對「桁架橋」來說明:桁架橋構件有左、右兩支主梁、橋面板、立面斜撐、上主梁以及上斜撐。  
鋼橋構件
  主梁前後的下方會放置支承;橋面板則用來給車子行走。
  • 假組立:
  為了配合螺栓孔的精度,鋼橋精度也是「毫米」等級。如果沒有先「假組立」,可能造成現場組裝不起來,需要「停工」好一段時間來修改。
所以進工地前一定要在工廠先假組立,確定現場裝的起來。如果空間允許,最好是整座一起假組立。
  因為鋼橋構件到現場是用暫撐座先撐著,而這時候是預拱的狀態。所以假組立時至少需要側倒安裝一次,會比較符合現場安裝的情形,且側倒時剛好可以量測預拱值。
  另外連接板的穿孔率也要檢查,避免「塞孔」造成現場螺栓穿不進去。
  • 鋼橋地組
  是指鋼橋在工地組裝,上面說過:「鋼橋需要分成好幾個構件,分次拖運到工地組裝」。
  • 鋼橋暫撐座及應力轉換:
  在地組時,重力全部都會吃在暫撐座上面。此時鋼橋仍然還是維持預拱狀態。實務上會拿型鋼來墊底,暫撐座高程不會剛好是預拱值。
  等到從鋼橋自前、後頂起之後,力量會轉移到盤式支承上。應力轉換後鋼橋底部會變成懸空,而預拱會因自重「消失」,使鋼橋變成平面。
  • 油壓千斤頂:
  油壓千斤頂需要利用「匯流排」來確定能「同步頂升」,來避免鋼橋傾斜掉落。千斤頂所需總能量需要大於橋梁自重,橋梁自重簡單算一下應該就知道了。
  • 盤式支承
  盤式支承為鋼梁兩側「盤子狀」的固定件,有分「固定式」、「單向活動」、「雙向活動」。  
  固定式為上、下兩個圓盤,上盤銲接在鋼樑上,下盤固定在帽梁或是橋台上。
  因橋梁跨距長(尤其是鋼構),熱脹冷縮量大。所以一邊的支承要設計單向活動支承。垂直車行方向則因為要防止橋梁掉落不能活動,只有平行車行方向允許移動。
  單向活動盤支是利用單向長槽來實現單向活動的功能。考慮熱脹冷縮,一開始滑槽要有「前置量」,也就是一開始不能裝到槽的「邊緣」。前置量用簡單的線性溫度膨脹公式來計算就好。
  如果一座鋼橋「橫跨」好幾跨,因有多處盤支固定,落橋風險較低。如有需求鋼橋頭、尾可以設計雙向活動盤支來「分散地震力」。
  雙向活動盤支上部為「大圓板」、下部為「小圓板」,因為地震力主要是橫向,而雙向活動盤無「平面束制」,所以雙向活動盤支下的墩柱「不吃地震力」。
  • 加勁區
  因應力轉換後力量全部吃在盤式支承上,所以盤式支承上方主梁內部需要增設「加勁板」,來避免因應力集中使鋼樑破壞。如果應力轉換時有要將千斤頂放置在非設計加勁區,需要在工廠就將此區域增設加勁板,以免鋼橋頂升時損壞。
  • 側推:
  如果要將鋼橋側推,方法有好幾種,這邊講的是「千斤頂」側推。
  在鋼橋前後底部設置滑軌後,在側面設置千斤頂側推,千斤頂後方需設置反力座提供反力。另外要注意不能讓鋼橋有機會一直往行進方向滑走,所以對向要設「反力座」避免鋼橋掉落,且滑軌沿行進方向要有坡度比較保險。
  因為側推能量需求與滑軌「摩擦係數」與關係很大,所以滑軌材質要慎選,盡量挑摩擦力小的材質。
  • 摩阻型螺栓:
  螺栓有分「承壓型」及「摩阻型」,「承壓型」剪力只有吃在螺栓斷面,「摩阻型」剪力來源是鋼板間的摩擦力。
  兩者的差別在於:摩組型螺栓需要將螺栓鎖固至預力達「0.7Tu」以上,才能始鋼板間產生摩擦力。
  • 高拉力螺栓:
  用來搭配摩組型螺栓,因螺栓為兩側對鎖,一邊會設置頸部,達足夠扭力時頸部即扭斷,也代表螺栓預力已達0.7Tu以上。鎖斷扭力需要看螺栓型錄,鎖斷後需要進行扭力扳手試驗。另外鎖斷後的螺栓外露面要補噴漆,不然會從鎖斷面開始鏽蝕進去。
  • 人孔:
  人孔位置要在連接板附近,人才能進去將螺栓對鎖。
  • 噴砂:
  將鋼構粗糙表面及碎屑去除,避免影響鍍鋅「附著度」。
  • 剛接及鉸接設計:
  梁柱接合處為「剛接」設計時,除了螺栓之外,梁柱接頭還要「銲接」,此時會預留10公分以上無塗裝部分,銲接完後再補漆。
  「鉸接」設計只有螺栓接合而已,所以不會預留原鋼材表面。
  通常在「大梁」會設置「剛接」,「小梁」會設計「鉸接」,「懸臂梁」則一定要設計「剛接」。
  • 常見鍍鋅方法:
  鍍鋅主要目的為「防蝕」,其次是「美觀」。
熱浸鍍鋅:
  將鋼構件浸入鋅之高熱溶液內,冷卻後完成鍍鋅,因為需要溶液槽,所以量體不能過大。
鋅粉噴漆:
  用噴漆方式上鋅粉,適用於大構件及補漆,一次噴太多會造成「垂流」導致表面不佳。
  • 常見鍍鋅量確認方法:
鍍鋅試片:
  在熱浸鍍鋅時會銲一塊小鋼片在構件上,與鋼構件一起鍍鋅,並在工地敲下來進行試驗,確保試片與鋼構件鍍鋅量相同。實驗室會將鋅粉刮除驗重量,除以鋼片面積,得到單位面積重量(單位為g/cm2)。
膜厚計:
  對應噴漆方法,用一個手持式儀器,以探針測量鍍鋅厚度,因為鍍鋅尺度是「微米」等級,膜厚計使用前需用石板「校正」,否則誤差會太大。通常這個量測方法不會請實驗室來測,所以測量點數等需要符合規範要求。
  • 多界面膜厚量測:
  除了鋅粉外,防蝕塗裝可能還有「瀝青」等材料,因為膜厚劑是用探針原理測量,所以只能測總膜厚。
  雖然規範不會限制膜厚上限,但是會影響到測量,因為膜厚抽樣會在交界面做。當底層噴的太厚,上層的膜厚可能會失準,所以當量測到膜厚過高的時候需要紀錄下來,用來確認上層膜厚是否足夠。
  • 開槽
  在鋼板邊緣切斜角,銲渣才能溶進去銲接,斜角切到底為全滲透銲,沒切到底為部分滲透銲。全滲透銲時開槽角度不影響設計強度,所以開槽角度要看鋼構場怎麼設計會比較好銲接,角度太小銲渣會進不去,但要確認現場開槽角度與施工圖一致,角度可以借「銲道規」來量測。
  部分滲透銲的開槽角度會影響計算強度,需與設計圖一致。
  • 開孔
  梁柱接頭的腹板會讓翼板無法進行全周銲,需要開一個小洞來讓翼板進行全周銲。
  • 背襯板:
  當全滲透背面沒有密接時,銲渣會從背面流出,需要一個小鋼板來擋住。
  • 銲接品質
  按照AWS D1.4的規範,要選用符合「母材強度」的「銲材」,銲材規格E80XX代表銲材的Fu是80ksi(5624kgf/cm2)、E70XX代表銲材的Fu是70ksi(4921kgf/cm2)。
這邊有一個容易搞錯的觀念,母材強度4200kgf/cm2是(fy=4200kgf/cm2,fu=5600kgf/cm2)要搭配銲材規格E80XX(fu=80ksi(5624kgf/cm2))才對,很容易用到E70XX(fu=70ksi(4921kgf/cm2))的銲材來對應。
  常見非破壞檢測方式:全滲透銲採UT(超音波檢測)、填角銲採MT(磁粉檢測),UT是一個小方塊的儀器滑過銲接面,所以只能用在平面銲接的時候使用。MT是噴磁粉水所以各種情形都可以用,鋼筋銲接也要用MT(喇叭單雙斜型)。
另外有些單位規定要先進行100%VT(目視檢測)後才進行其他檢測,VT要出報告,不是亂看就可以了。
  • 燈桿吊裝順序:
有用錨碇螺栓固定的鋼構件,安裝順序是基礎與錨碇螺栓一起澆置(預留錨碇螺栓),再來將鋼構套進螺栓,然後用螺帽轉緊固定,再來鋼構下方空隙用無收縮水泥砂漿填縫。
鋼構出工廠後要減少銲接,避免還要補漆,所以盡量在工廠裡就整座做好,不得已才在現場銲接。

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