丁雁飛

摘要：曲江大橋墩高，橋址溝窄谷深，施工場(chǎng)地狹小。針對(duì)該橋的特點(diǎn)和實(shí)際情況，介紹幾種主要的鋼桁梁架設(shè)方案，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、安全性、優(yōu)缺點(diǎn)等多方面的要求，通過對(duì)不同方案的比選和對(duì)選定方案施工過程及采用的輔助設(shè)施受力計(jì)算，介紹了多跨簡(jiǎn)支鋼桁粱在高墩情況下的不同施工方法及特點(diǎn)，綜合分析了曲江大橋的架設(shè)方案。

Abstract： The piers of Qujiang Bridge are high and there are narrow and deep cleughs on the bridge site. The construction site is narrow. According to the characteristics of the bridge and the actual situation， several main methods of steel truss beam erection are introduced. Combined with the requirements in economy， safety， advantages and disadvantages， through comparison of different methods and stress calculation of the construction process and auxiliary facilities of the selected method， different construction methods of multi-span simply supported steel truss beam in condition of high pier are introduced and the erection methods of Qujiang Bridge are analyzed comprehensively.

關(guān)鍵詞： 鐵路橋梁；高墩；大跨度下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁；架設(shè)方案

Key words： railway bridges；high pier；long-span through type simply supported steel truss beam；erection method

中圖分類號(hào)：U441+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）06-0235-04

0 引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，用鋼材建造的橋梁越來越多，鋼桁梁又是鐵路鋼橋中使用最多的一種形式。鋼桁梁的架設(shè)方法種類較多，如浮運(yùn)安裝法、拖拉法和懸臂拼裝法等。根據(jù)不同的橋梁特點(diǎn)適合采用的架設(shè)方法將會(huì)有所不同，本文將針對(duì)曲江大橋的特點(diǎn)，對(duì)本橋鋼桁梁的架設(shè)方案比選分析，為今后類似工程施工提供參考。

1 工程概況

曲江大橋是新建玉溪至蒙自鐵路的一座重點(diǎn)橋梁（圖1），橋址位于紅河哈尼族、彝族自治州建水縣曲江鎮(zhèn)北東部曲江峽谷區(qū)，橋位處地質(zhì)條件復(fù)雜，屬低中山剝蝕、溶蝕地貌，地面高程為1308～1480m，相對(duì)高差約180m，自然橫坡變化大。全橋孔跨布置采用3×32m簡(jiǎn)支T梁+3×96m下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁+（1×32+2×24）m簡(jiǎn)支T梁。3×96m下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁采用無豎桿平行弦三角形桁架，主體結(jié)構(gòu)鋼材材質(zhì)采用Q345qD，桁高12.8m，節(jié)間長(zhǎng)12m，主桁中心距為7.5m，預(yù)拼后最重桿件93kN，主桁桿件截面除端斜桿采用矩形截面外，其余均采用H形截面，鋼梁總重20310kN。該橋鋼桁梁架設(shè)由于墩高、跨度大，施工難度較大及風(fēng)險(xiǎn)性較高。

2 鋼桁梁架設(shè)方案初選

根據(jù)以往的鋼桁梁架設(shè)經(jīng)驗(yàn)大致可分為浮運(yùn)安裝法、拖拉法和懸臂拼裝法。本橋雖然跨越曲江，但橋址處水位低，不具備浮運(yùn)條件，故不考慮浮運(yùn)安裝法；而拖拉法也常用于中小跨度及自重較小的鋼桁梁，且在施工過程中需設(shè)置滑道和臨時(shí)墩，因受到地形限制，不具備設(shè)置臨時(shí)墩的條件；若采用加長(zhǎng)、加大導(dǎo)梁的設(shè)置，則滑道只能布置在主墩上，對(duì)主橋受力不利，長(zhǎng)導(dǎo)梁不但會(huì)使鋼桁梁橋面系超荷過多，也會(huì)加大鋼桁梁端部荷載，通過仿真模型驗(yàn)算后，發(fā)現(xiàn)主橋桿件也難以承受施工中的荷載。根據(jù)以上初步比選結(jié)果，應(yīng)重點(diǎn)分析懸臂拼裝法。

3 懸臂拼裝方案

由于懸臂拼裝法不采用臨時(shí)支架，而是將鋼梁桿件逐根依次拼裝在一起，施工操作受地形影響較小，因此在鋼桁梁架設(shè)中應(yīng)用廣泛，尤其是對(duì)橋墩高、跨度和自重大、跨越河流且不能浮運(yùn)、不能采用滿堂支架、主橋結(jié)構(gòu)為連續(xù)鋼桁梁或多孔簡(jiǎn)支鋼桁梁時(shí)，懸臂拼裝法有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。

而曲江大橋所處的地形、跨度及多孔布置正適合采用懸臂拼裝法施工。根據(jù)本橋投資及工期的要求，綜合考慮施工方案的經(jīng)濟(jì)性、安全性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素，對(duì)本橋進(jìn)行了兩種懸臂拼裝方案研究：

①對(duì)稱懸臂拼裝方案；

②單端懸臂拼裝方案。

3.1 對(duì)稱懸臂拼裝方案

對(duì)稱懸臂拼裝方案是在4#、5#主墩上搭設(shè)臨時(shí)支架形成工作平臺(tái)，然后通過空中纜索吊分別在兩主墩上對(duì)稱安裝鋼桁桿件，由于受力要求，在5#墩鋼桁梁對(duì)稱懸臂安裝5個(gè)節(jié)間時(shí)，需通過吊索塔架調(diào)整桿件內(nèi)力及位移，此時(shí)4#墩在墩頂工作平臺(tái)上對(duì)稱懸臂3個(gè)節(jié)間與5#墩的鋼桁梁進(jìn)行中間合龍。

4#～5#墩間的鋼桁梁合龍后，利用5#墩的吊索塔架不斷調(diào)整索力，繼續(xù)安裝5#～6#墩剩余桿件，直至到達(dá)6#墩頂。此后，在4#墩搭設(shè)吊索塔架，并在相應(yīng)位置掛索，借助索力調(diào)整安裝3#～4#墩鋼梁桿件。桿件安裝完畢后，拆除吊索塔架，此時(shí)形成了3×96m下承式連續(xù)鋼桁梁結(jié)構(gòu)，將臨時(shí)桿件和4#、5#墩的臨時(shí)支架拆除即形成簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，鋼梁安裝完成（圖2）。

3.2 單端懸臂拼裝方案

單端懸臂拼裝方案由玉溪端開始，首先在1#～3#墩之間搭設(shè)2×32m六四式鐵路軍用梁作為拼梁膺架，利用纜索吊機(jī)在軍用梁膺架上拼裝鋼桁梁約60m，再分別沿0#臺(tái)和4#墩方向繼續(xù)懸拼，最后將已經(jīng)拼裝完畢的0#臺(tái)～3#墩間96m鋼桁梁作為錨梁，在0#臺(tái)頂處壓重或錨定，在3#墩頂處安裝兩孔鋼桁梁間的臨時(shí)聯(lián)結(jié)桿件。

然后在鋼桁梁頂部蒙自端安裝起吊能力為15t的拼梁桅桿吊機(jī)，由纜索吊機(jī)吊裝移位（因受鋼桁梁桿件存放場(chǎng)地限制），桅桿吊機(jī)懸拼，利用第一孔梁繼續(xù)向4#墩方向懸臂拼裝，一直懸拼至第6個(gè)節(jié)間，同時(shí)在4#墩搭設(shè)臨時(shí)托架，在托架上對(duì)稱懸拼四個(gè)節(jié)間，通過千斤頂調(diào)整相對(duì)位置后合龍第二孔梁，這樣就形成了2×96m的連續(xù)梁。按照此方法繼續(xù)架設(shè)完成4#～5#墩的96m鋼桁梁。

在拼裝第三孔鋼桁梁的同時(shí)，將0#臺(tái)的錨梁和0#臺(tái)～3#墩間的鋼桁梁拆除，拆除的鋼桁梁將在5#～6#墩之間拼裝，拼裝前需在6#墩旁搭設(shè)臨時(shí)支墩并在上面安裝鋼桁梁的兩個(gè)節(jié)間，待5#～6#墩間拼裝6個(gè)節(jié)間后再將這兩個(gè)節(jié)間與之合龍，這樣就形成了3×96m連續(xù)鋼桁梁，待將鋼桁梁拼裝的安裝設(shè)備和連接3×96m鋼桁梁的臨時(shí)桿件拆除后，就完成了曲江大橋3×96m下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁的安裝（圖3）。

3.3 對(duì)稱懸拼和單端懸拼方案對(duì)比

對(duì)稱懸拼方案可以在4#、5#主墩同時(shí)進(jìn)行施工，架設(shè)工期短。在經(jīng)濟(jì)方面，由于需要在4#、5#墩頂搭設(shè)臨時(shí)施工平臺(tái)，平臺(tái)在施工中要提供對(duì)稱懸臂支反力，結(jié)構(gòu)需要加強(qiáng)，臨時(shí)結(jié)構(gòu)用量較大，又加上需要2臺(tái)吊索塔架和4臺(tái)拼架吊機(jī)；在施工安全上，4#、5#施工平臺(tái)是施工設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，鋼梁安裝過程中，施工平臺(tái)要提供5個(gè)對(duì)稱節(jié)間的支反力，此反力通過平臺(tái)的臨時(shí)桿件傳至墩身，這對(duì)墩身設(shè)計(jì)及平臺(tái)設(shè)計(jì)都提出較高要求；另外，在施工難度上，鋼桁梁在跨中合攏，精度要求較高，施工難度大。

單端懸臂拼裝時(shí)鋼桁梁端部承受由大懸臂引起的巨大內(nèi)力，因不使用吊索塔架，又要滿足施工要求，需加強(qiáng)懸臂端鋼桁梁下弦桿件，保證桿件受壓時(shí)不失穩(wěn)，同時(shí)減小下弦桿件的計(jì)算長(zhǎng)度，但增加了臨時(shí)桿件的用量；從設(shè)備投入上來看，由于單向施工，僅需投入1臺(tái)拼架吊機(jī)，大大減少了施工設(shè)備的用量；從工期考慮，此方案將帶來多安裝和拆卸一孔96m錨梁，工期較長(zhǎng)。另外，此方案需要進(jìn)行臨時(shí)聯(lián)結(jié)桿件的和最大懸臂施工狀態(tài)下桿件受力的分析，以及鋼桁梁的位移計(jì)算。

經(jīng)綜合對(duì)比，單端懸臂拼裝方案設(shè)備投入較少，施工難度較小，施工工期較長(zhǎng)，因該橋不是控制性工程，故最終采用了該方案。下文將進(jìn)行單端懸拼方案施工狀態(tài)下的受力分析和計(jì)算。

3.4 單端懸臂拼裝方案施工計(jì)算模型的建立和計(jì)算

3.4.1 一孔96m簡(jiǎn)支鋼桁梁的建立

以單端懸臂拼裝方案為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行建模工作，共計(jì)考慮施工過程中的4個(gè)施工階段。為校核模型的準(zhǔn)確性，先單獨(dú)建立一孔96m簡(jiǎn)支鋼桁梁（圖4），對(duì)其恒載部分與施工設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑挠?jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。

各桿件截面、截面方向和對(duì)應(yīng)的材料特性嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙給出的規(guī)格輸入計(jì)算機(jī)軟件。主桁立面在不考慮后期橋面、人行道等恒載作用主桁桿件自重作用下的位移最大值為38mm，發(fā)生在跨中截面。這與施工圖紙?zhí)峁┑暮爿d作用下的跨中撓度50.1mm相比較偏小，說明其他恒載的作用效應(yīng)將為12.1mm，兩者并不矛盾，也間接反映模型的合理性。主桁桿件在自重作用下桿件的組合應(yīng)力最大值都很小，拉為52.2MPa，壓為43.3MPa。

3.4.2 施工階段-I

該施工階段是以1#～3#墩之間搭設(shè)2×32m六四式鐵路軍用梁作為拼梁膺架來實(shí)現(xiàn)的。拼梁膺架形式采用雙層8片，即每側(cè)4片，兩側(cè)之間中-中間距為7.5m，為保證墩身受力均勻及滿足六四式軍用梁中-中挑出尺寸的要求，在2#、3#墩頂布設(shè)I56工字鋼梁做分配梁，然后拼組六四式軍用梁。主桁體系的受力是在節(jié)間處通過橫向墊木把荷載傳遞到拼梁膺架上。以此表述構(gòu)造計(jì)算模型（圖5）。

計(jì)算結(jié)果：

①最大位移發(fā)生在3#墩處，最大位移fmax=46.6mm（↓），比整片鋼桁梁自重產(chǎn)生的跨中位移還大。結(jié)果的不一致，原因是施工階段-I鋼桁梁在0#臺(tái)錨固或壓重，另一端并未約束，只是中間部分支撐在軍用梁膺架上，鋼桁梁形式相同，約束不同導(dǎo)致結(jié)果不同。

②施工設(shè)計(jì)圖中A2A3以及E2E3兩根桿件具有最大的軸向應(yīng)力，A2A3：σax=15.6MPa（壓），E2E3：σax=14.7MPa（拉）。

③施工設(shè)計(jì)圖中A2A3以及E3E4兩根桿件具有最大的組合應(yīng)力，A2A3：σcombined=25.1MPa（壓），E3E4：σcombined=27.7MPa（應(yīng)力拉）。

④軍用梁最大軸力發(fā)生在2#～3#墩間拼梁膺架橫向內(nèi)、外側(cè)的兩片軍用梁上，最大壓桿軸力Nax=385kN（壓），最大拉桿軸力Nax=407kN（拉）。

⑤軍用梁最大位移發(fā)生在2～3#間拼梁膺架橫向內(nèi)外側(cè)軍用梁上，其值為fmax=26.4mm（↓）。

3.4.3 施工階段-II

該施工階段在階段-I的基礎(chǔ)上進(jìn)一步向96m跨度方向擴(kuò)展，此時(shí)務(wù)必采用膺架上已成的鋼桁梁作為錨梁，兩孔鋼桁梁之間通過臨時(shí)桿件的連接傳力。當(dāng)懸臂施工接近4#墩時(shí)為該施工階段的最不利受力狀態(tài)，考慮了部分人員和機(jī)具重量。以此為基礎(chǔ)構(gòu)建計(jì)算模型（圖6）。

結(jié)論：

①最大位移發(fā)生在最大懸臂端，最大位移fmax=433mm （↓）。

②最大組合應(yīng)力發(fā)生在臨時(shí)桿件上，上弦桿件σcombined=223.7MPa（拉），下弦桿件σcombined=613.8MPa（壓）。

③下弦桿件因弱化為只輸入下弦桿件的截面特征，并未考慮到在這種在支座處較短桿件下局部連接的截面特性增大效應(yīng)，因此應(yīng)力結(jié)果為名義計(jì)算應(yīng)力，如果相應(yīng)增大截面特征會(huì)有效降低臨時(shí)下弦桿件的計(jì)算應(yīng)力。

④Q345qD基本容許應(yīng)力中：彎曲應(yīng)力[σw]=1.05[σ]=210MPa，上弦臨時(shí)桿件的應(yīng)力已經(jīng)超出彎曲容許應(yīng)力6.5%，幅度不大，原施工圖紙上提供的上下弦桿件可以采用。

⑤軍用梁最大桿件軸力Nax=±54kN （拉或壓）。

⑥軍用梁最大位移發(fā)生在跨間跨中位置，其值較小，為fmax=3.6mm（↓）。

⑦因錨梁在0#臺(tái)和3#墩都有約束，施工中懸臂荷載使得錨梁部分上翹，實(shí)際對(duì)拼梁膺架壓力減小，所以拼梁膺架在本階段受力和變形都較小。

3.4.4 施工階段-III

延續(xù)施工階段-II進(jìn)一步向5#墩方向擴(kuò)展，此時(shí)4#墩頂?shù)呐R時(shí)桿件承擔(dān)懸臂施工狀態(tài)下的傳力，0#臺(tái)至4#墩已完成兩片鋼桁梁作為錨梁。當(dāng)懸臂施工接近5#墩時(shí)的施工狀態(tài)為該施工階段最不利的受力狀態(tài)，考慮了部分人員和機(jī)具重量，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建計(jì)算模型（圖7）。

結(jié)論：

①施工中最大位移發(fā)生在最大懸臂端，最大位移fmax=500mm （↓）。

②最大組合應(yīng)力發(fā)生在4#墩處的臨時(shí)桿件上，上弦桿件σcombined=216.5MPa（拉），下弦桿件σcombined =323.7MPa（壓）。

③下弦桿件計(jì)算應(yīng)力與施工階段-II中相同。

④Q345qD基本容許應(yīng)力中：彎曲應(yīng)力[σw]=1.05[σ]=210MPa，上弦臨時(shí)桿件的應(yīng)力已經(jīng)超出彎曲容許應(yīng)力3.1%，幅度不大，原施工圖紙上提供的上下弦桿件可以采用。

⑤軍用梁最大位移發(fā)生在1#～2#墩跨間跨中位置，其值較小，為fmax=13.5mm（↓）。

⑥軍用梁最大軸力發(fā)生在1#～2#墩間跨中位置桿件上，最大桿件軸力Nax=-169kN（壓），Nax=185kN（拉）。

⑦因在0#臺(tái)和4#墩區(qū)間兩片錨梁都有獨(dú)立支座，施工中實(shí)際對(duì)拼梁膺架壓力減小，所以拼梁膺架在本階段受力和變形都較小。

3.4.5 施工階段-IV

延續(xù)施工階段-III進(jìn)一步向6#墩方向擴(kuò)展，此時(shí)5#墩頂?shù)呐R時(shí)桿件承擔(dān)懸臂施工狀態(tài)下的最大應(yīng)力，3#墩至5#墩已完成兩片鋼桁梁作為錨梁。當(dāng)懸臂施工接近6#墩時(shí)的施工狀態(tài)為該施工階段最不利的受力狀態(tài)，考慮了部分人員和機(jī)具重量，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建計(jì)算模型（圖8）。

結(jié)論：

①施工中最大位移發(fā)生在最大懸臂端，最大位移fmax=510mm （↓）。

②最大組合應(yīng)力發(fā)生在5#墩處的臨時(shí)桿件上，上弦桿件σcombined=230.7MPa（拉），下弦桿件σcombined=327.7MPa （壓）。

③下弦桿件計(jì)算應(yīng)力與施工階段-II中相同。

④Q345qD基本容許應(yīng)力中：彎曲應(yīng)力[σw]=1.05[σ]=210MPa，上弦臨時(shí)桿件的應(yīng)力已經(jīng)超出彎曲容許應(yīng)力9.8%?？紤]到施工狀態(tài)和桿件的臨時(shí)使用等特點(diǎn)，原施工圖紙上提供的上下弦桿件可以采用，但加強(qiáng)后使用更為合適。

4 結(jié)語

首先，從兩個(gè)詳細(xì)比選施工方案來看，對(duì)稱懸拼方案工期最短，適合工期緊張的工程采用，但該方案臨時(shí)設(shè)備和臨時(shí)鋼材用量較大，且施工難度較大；單端懸臂拼裝方案除架梁吊機(jī)外，基本不采用吊索塔架這樣的大型設(shè)備就能完成，降低了施工難度，但工期要相對(duì)長(zhǎng)一些。其次，通過對(duì)單端懸臂拼裝方案施工計(jì)算模型的建立和計(jì)算，提供了可靠的技術(shù)保障。

本文對(duì)玉溪至蒙自鐵路曲江大橋初步選定的兩種鋼桁梁架設(shè)方案進(jìn)行了比選，并對(duì)最終選定的方案進(jìn)行了計(jì)算分析，希望能為同類型橋梁的架設(shè)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]TB 10002.2-2005，鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范Es3[S].

[2]鐵道專業(yè)設(shè)計(jì)院.鋼橋[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.

[3]鐵道部第三工程局.鐵路工程施工技術(shù)手冊(cè)——橋涵[M] 北京：中國(guó)鐵道出版社，1994.