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        蘭州深安黃河大橋主橋頂推施工分析

        2015-01-08 10:59:26李涵軍
        城市道橋與防洪 2015年8期
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)梁主橋大橋

        李涵軍

        (宏潤建設(shè)集團股份有限公司,上海市200235)

        1 工程概況

        蘭州深安黃河大橋主橋采用下承式蝶形鋼拱疊合梁橋,跨徑156 m,橋?qū)?6.5 m,梁高3.5 m,吊索間距8 m,主墩采用V型墩[1]。主橋的效果圖如圖1所示。

        圖1 蘭州深安黃河大橋主橋效果圖

        根據(jù)施工現(xiàn)場情況,橋址處黃河水流較急,在汛期水位也比較高,而河床以下100 m范圍內(nèi)均為中密~密實狀態(tài)的③5層卵石,水流對河床的沖刷也相對比較嚴(yán)重,河中成樁比較困難。

        一般情況下跨河橋梁鋼結(jié)構(gòu)的施工,可采用先搭設(shè)滿堂支架或少支架、然后在支架上拼裝鋼結(jié)構(gòu)的施工方法;但是,對于該橋,由于特殊的地質(zhì)與水文情況,如采用以上施工方法,水流對支架與河床的沖刷帶來的施工風(fēng)險比較大,施工措施費也比較高,必須減少水中支架的施工量。

        經(jīng)過詳細(xì)的施工方法比選,蘭州深安黃河大橋主橋采用岸上組拼鋼結(jié)構(gòu)部分(鋼主梁與鋼拱肋),然后采用頂推施工的方法,把鋼結(jié)構(gòu)頂推到位,最后進(jìn)行吊桿和橋面板的安裝[2]。

        2 頂推施工方案與計算工況

        該方法利用“頂”、“推”的兩個步驟交替進(jìn)行,先將整體鋼箱橋面托起;向前推送;之后將橋體置于臨時墩上;頂推油缸縮缸到底,繼續(xù)實現(xiàn)下一個循環(huán)。通過往復(fù)頂推步驟的循環(huán),最終將主橋送到預(yù)定的位置。頂推機械結(jié)構(gòu)的頂升油缸安裝于下部結(jié)構(gòu)內(nèi),支撐面在臨時墩上,下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)之間通過安裝聚四氟乙烯板和不銹鋼板進(jìn)行滑動,滑動時頂升油缸和下部結(jié)構(gòu)相對于臨時墩不動。

        根據(jù)施工方案[2],在黃河北岸北濱河路以北的拼裝區(qū)將主橋和主拱拼裝完畢,由北向南沿頂推方向布置臨時墩,利用臨時墩和頂推設(shè)備完成整跨的頂推。綜合考慮所處環(huán)境和結(jié)構(gòu)受力等因素,該施工過程共布置8組16個臨時墩。其中,河中布置L8、L9兩組臨時墩,加上位于主承臺PM17外側(cè)的臨時墩L7及岸上的L6,這4組臨時墩采用樁基礎(chǔ);岸上的L1~L5臨時墩采用擴大基礎(chǔ)。另外,在主承臺PM16處布置一組簡易設(shè)備。頂推時,在橋的頂推方向有前導(dǎo)梁引導(dǎo)橋體的頂推,同時尾部設(shè)有后導(dǎo)梁??傮w布置如圖2所示。

        圖2 拼裝支架、臨時墩立面布置圖

        頂推施工專業(yè)單位根據(jù)頂推過程中的不同狀態(tài)列舉了表1中的20種工況[3]。

        表1 頂升施工過程的工況說明一覽表

        經(jīng)分析比較,該項目保留了大部分的工況,個別未計算和補充計算的工況如下:

        (1)取消了工況10、工況15和工況16的計算,因上述工況利用的臨時墩與相鄰工況一致,結(jié)構(gòu)相對臨時墩的位置也變化不大;

        (2)工況18后面增加一個繼續(xù)滑移5 m的工況,下文稱為“工況18A”,用于計算前導(dǎo)梁到達(dá)L9后的整體受力情況;

        (3)工況19后面增加一個繼續(xù)滑移5 m的工況,下文稱為“工況19A”,用于計算前導(dǎo)梁到達(dá)L10后的整體受力情況。

        各計算工況對應(yīng)的支點情況見表2所列。

        究其原因,通常地應(yīng)力大小與鉆孔卸壓范圍呈正比例關(guān)系[19]。因此,水平地應(yīng)力較小時,控制孔的卸壓范圍有限,其控制作用不明顯;隨著水平地應(yīng)力的增大,控制孔足以影響到壓裂孔,裂隙定向擴展效果明顯。

        表2 各計算工況對應(yīng)的支承位置一覽表

        3 計算模型及考慮的因素

        采用MIDAS軟件建立空間桿系模型,計算模型如圖3所示,模型共劃分3 557個單元,模型考慮了各構(gòu)件相互之間的實際幾何相對關(guān)系,能夠真實反映結(jié)構(gòu)實際剛度。

        圖3 頂推方案計算模型

        計算模型考慮結(jié)構(gòu)自重和施工階段風(fēng)載。其中,主橋重量:按設(shè)計圖紙計入隔板、加勁及臨時加固撐桿等構(gòu)件后共3 284 t;導(dǎo)梁重量:按方案設(shè)計圖紙,前、后導(dǎo)梁均按132 t記;風(fēng)荷載:按照施工階段、蘭州地區(qū)10 a一遇風(fēng)速19.5 m/s,風(fēng)荷載按《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(JTG/T D60-1-2004)計算。荷載組合參照方案設(shè)計要求,縱、橫向風(fēng)按不同方向包絡(luò)疊加后與自重組合。

        計算模型中,臨時墩處的豎向支承按剛性考慮;將水平方向考慮為彈性支承,彈簧剛度按橡膠塊與臨時墩的串聯(lián)剛度取用,L6~L9還同時按m法考慮了樁基的水平彈簧剛度,L10僅考慮橡膠塊的剛度。各臨時墩頂水平向的綜合剛度見表3所列。

        表3 臨時墩頂水平剛度一覽表(單位:kN/m)

        4 工況分析結(jié)果

        由于文章篇幅所限,本文不再列出每個計算工況的結(jié)果(具體計算結(jié)果可參考文獻(xiàn)[4]),下文將頂推過程中的臨時墩最不利反力和鋼結(jié)構(gòu)及導(dǎo)梁各構(gòu)件的應(yīng)力變化趨勢,以及結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行匯總。

        4.1 臨時墩最不利反力

        根據(jù)頂推過程中各工況的計算,將各臨時墩可能出現(xiàn)的最不利反力進(jìn)行匯總,詳見表4所列。

        表4 最不利反力匯總表(單位:kN)

        由表4可見,L1~L6臨時墩的最大豎向反力相差不多,L8在工況20下出現(xiàn)最大8 553 kN的豎向力;水平力而言,橫橋向普遍較順橋向大一些,考察計算結(jié)果發(fā)現(xiàn),橫橋向最大水平力都是支承在導(dǎo)梁上出現(xiàn)的,因為導(dǎo)梁主肢間基本無橫向聯(lián)系,建模時按分離的單元考慮,截面橫向抗彎和抗扭剛度都很小,而支點橫橋向位置與截面形心不重合,豎向反力會產(chǎn)生扭矩,需要支座的橫橋向水平力來平衡,在導(dǎo)梁主肢間設(shè)置橫向聯(lián)系、大幅度提高主肢的抗扭剛度后,橫向水平力可明顯減小,因此,可以認(rèn)為臨時墩的設(shè)計仍是受順橋向水平力控制。

        4.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力

        圖4~圖6所示為主橋鋼結(jié)構(gòu)與導(dǎo)梁各主要構(gòu)件在頂推過程中的應(yīng)力變化情況。

        圖4 拱肋應(yīng)力匯總曲線圖

        圖5 橋面系應(yīng)力匯總曲線圖

        圖6 導(dǎo)梁應(yīng)力匯總曲線圖

        由圖4可見,在整個頂推過程中,拱肋及橫向連桿的應(yīng)力水平都不高,拉壓應(yīng)力均在80 MPa以內(nèi),臨時撐桿在個別工況下應(yīng)力較大,工況19下出現(xiàn)最大壓應(yīng)力158 MPa;由圖5可見,除主梁在工況19A和工況20下出現(xiàn)126 MPa的壓應(yīng)力外,橋面系構(gòu)件的拉、壓應(yīng)力基本在100 MPa以內(nèi);由圖6可見,導(dǎo)梁主肢在個別工況下出現(xiàn)約200 MPa的應(yīng)力,其原因前文已做分析,提高主肢橫向剛度和抗扭剛度后,應(yīng)力水平會有明顯改善,聯(lián)系桁架主桿壓應(yīng)力水平偏高一些,分析發(fā)現(xiàn)較大應(yīng)力均出現(xiàn)在主肢附近,建議適當(dāng)提高與主肢連接處的桁架桿件規(guī)格。

        4.3 結(jié)構(gòu)變形

        表5列出了主橋鋼結(jié)構(gòu)各主要構(gòu)件與導(dǎo)梁在頂推過程中的豎向位移變化情況。

        表5 結(jié)構(gòu)豎向位移匯總一覽表(單位:mm)

        由表5可見,頂推過程中,拱肋變形在37 mm~50 mm之間、主梁變形在13 mm~44 mm之間,變形量和變化幅度都不是很大;導(dǎo)梁懸臂端受支點位置影響較大,變形為32 mm~316 mm。

        5 結(jié)語

        針對蘭州深安黃河大橋主橋頂推施工方案,頂推施工單位對頂推過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析,而工程總包單位在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了仔細(xì)的結(jié)構(gòu)復(fù)核工作,根據(jù)計算復(fù)核結(jié)果,提出了一些關(guān)于導(dǎo)梁設(shè)計的優(yōu)化建議。

        在具體的頂推施工過程中,在工程總包單位的協(xié)調(diào)管理下,頂推專業(yè)單位與施工監(jiān)控單位對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了監(jiān)控,以事先的計算結(jié)果為依據(jù)來指導(dǎo)頂推施工,使監(jiān)控實測結(jié)果和理論分析結(jié)果保持一定的吻合度,確保頂推施工過程中結(jié)構(gòu)的安全。

        主橋鋼結(jié)構(gòu)于2013年10月順利地頂推到位,其成功的經(jīng)驗可為其它類似橋梁的施工所借鑒。

        [1]上海市政工程設(shè)計研究總院.蘭州市深安黃河大橋工程主橋施工圖設(shè)計文件[R].2011.

        [2]宏潤建設(shè)集團股份有限公司.蘭州市深安黃河大橋工程主橋施工組織設(shè)計文件[R].2012.

        [3]上海同新機電控制技術(shù)有限公司.蘭州深安黃河大橋主橋頂推施工計算書[R].2012.

        [4]宏潤建設(shè)集團股份有限公司.蘭州市深安黃河大橋工程主橋頂推方案復(fù)核計算報告[R].2012.

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