張 軍

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京 100176)

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曲江大橋鋼桁梁架設(shè)技術(shù)

張 軍

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京 100176)

摘要：曲江大橋跨越竹居河，主橋采用3×96 m跨下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁，地址情況復(fù)雜，橋址處峽谷較深，主墩最高達(dá)92 m。對(duì)比主橋鋼桁梁安裝架設(shè)過(guò)程中拖拉法及懸臂施工法的經(jīng)濟(jì)性、安全性及可行性等方面因素，介紹采用的改進(jìn)型懸臂施工法(單端懸臂索塔輔助拼裝法)，及其相對(duì)于其他架設(shè)方法的優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)該類橋梁的架設(shè)施工提供了更多的成功經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鋼桁梁架設(shè)；單端懸臂法；索塔輔助拼裝

1 工程概況

曲江大橋橋跨及橋型布置如圖1所示,玉溪方向引橋部分采用3×32 m簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，主跨部分采用3×96 m下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁；蒙自方向引橋采用1×32 m+2×24 m簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，橋梁全長(zhǎng)463 m。主梁鋼桁采用無(wú)豎桿平行弦三角桁架結(jié)構(gòu)，主桁桁高12.8 m，中心距7.5 m，節(jié)間距12 m，吊裝最重桿件93 kN，主桁端斜桿采用矩形截面，其余斜桿均采用H形截面，主梁總重20 310 kN[1]。主墩最高達(dá)92 m，該橋墩高、跨度大，施工難度較大及風(fēng)險(xiǎn)性較高。

圖1 玉蒙線某大橋總布置圖(單位：cm)

線路等級(jí)：國(guó)家I級(jí)鐵路；設(shè)計(jì)行車速度：120 km/h；設(shè)計(jì)活載：鐵路單線“中-活載”。

由于受橋位地形、主跨梁部結(jié)構(gòu)形式、投資、工期等因素影響，鋼梁架設(shè)不能采用常規(guī)的拖拉架設(shè)、單端大懸臂拼裝等方案，必須研究新的架設(shè)方案。通過(guò)初步分析論證，最終確定主要對(duì)懸臂拼裝法架設(shè)施工方案進(jìn)行比選。

2 方案比選

在橋梁架設(shè)施工過(guò)程中，對(duì)于橋位跨越地溝谷不深、易設(shè)臨時(shí)墩及滑道時(shí)，中小跨度鋼梁橋一般采用拖拉法施工；而本橋橋位處跨越河谷較深，若采用拖拉法施工設(shè)置臨時(shí)墩工程量巨大。對(duì)于拖拉法施工，若不增設(shè)臨時(shí)墩，則需要加長(zhǎng)、加高前導(dǎo)梁的尺寸，且只能將滑道直接布置于主墩之上，對(duì)高墩受力極為不利。對(duì)于本橋，通過(guò)有限元仿真模型計(jì)算可知，加長(zhǎng)導(dǎo)梁會(huì)較大增加鋼桁梁梁端荷載，主桁腹桿軸力將超過(guò)其理論承載能力，故此法對(duì)于本橋架設(shè)不可行。

兩端對(duì)稱懸臂拼裝法施工具有進(jìn)度快、工期短、受力明確等優(yōu)勢(shì)，但在懸拼初期需要較多的臨時(shí)固定支撐設(shè)備，結(jié)合本橋所在橋位狀況，并不是最為經(jīng)濟(jì)可行的架設(shè)方法[2]。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，降低了施工難度，極大的節(jié)約了施工成本，能在本橋施工工期規(guī)定之內(nèi)安全、經(jīng)濟(jì)的完成主梁架設(shè)；但施工過(guò)程中其受力不對(duì)稱，不能可靠的保證施工安全。故本橋在單端懸臂架設(shè)的基礎(chǔ)上，在架設(shè)墩頂設(shè)置吊索塔架進(jìn)行輔助拼裝，既節(jié)約了施工成本，又保證了施工安全[3]。

拖拉法、對(duì)稱懸臂拼裝法、單端懸臂拼裝及吊索塔架輔助拼裝四種方法施工工期、經(jīng)濟(jì)費(fèi)用及安全性比較如表1所示。

表1 四種施工方法各項(xiàng)因素對(duì)比表

3 單端懸臂吊索塔架輔助拼裝方案

單端懸臂吊索塔架輔助拼裝指主桁鋼梁在第4跨單端懸拼過(guò)程中，當(dāng)懸拼6個(gè)節(jié)間以后，在③號(hào)墩頂架設(shè)吊索塔架(可移動(dòng))，將對(duì)稱錨固于塔架頂端的兩個(gè)鋼索吊拉住已懸拼部分，并在懸拼剩余2節(jié)間過(guò)程中通過(guò)張拉鋼索調(diào)整鋼桁內(nèi)力與位移，確保主梁線形符合設(shè)計(jì)，使主桁鋼梁各桿件受力滿足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求。

本橋主梁架設(shè)過(guò)程中，吊索塔架受力明確，設(shè)計(jì)、組裝極為方便，墩柱間移動(dòng)較為便捷，采用此方案僅需預(yù)拼第4跨2個(gè)節(jié)間和合攏段節(jié)間即能順利完成3主跨96 m鋼桁梁架設(shè)，最大程度的保證施工安全。該方案在③、④墩頂均不需要設(shè)置臨時(shí)托架，減少了主桁梁架設(shè)施工工作量，尤其是高空作業(yè)工作量，極大的減少了臨時(shí)支撐設(shè)備的用量，確保了施工安全及進(jìn)度，主梁架設(shè)施工工序見(jiàn)圖2。

3.1 施工關(guān)鍵控制工況

主橋3×96 m下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁架設(shè)過(guò)程主要分為6個(gè)關(guān)鍵控制工況。工況一(圖3)施工步驟為：

圖2 曲江大橋主梁架設(shè)方案

圖3 工況一，安裝架梁吊機(jī)及①～③墩間鋼梁(單位：mm)

(1)②墩位安裝一臺(tái)STT293塔吊，利用塔吊安裝①墩頂及②～③墩鋼桁梁平臺(tái)，對(duì)稱安裝E0′～E2節(jié)間鋼桁梁。

(2)利用塔吊在鋼桁梁上安裝架梁吊機(jī)，安裝后錨系統(tǒng)。

工況二(圖4)施工步驟為：

(1)利用架梁吊機(jī)向前懸臂拼裝鋼梁，架設(shè)③～④墩頂鋼梁至E2′節(jié)間。

(2)利用塔吊安裝扣索塔架，架完圖3中鋼梁后架梁吊機(jī)略微向前移動(dòng)避開(kāi)吊索塔架節(jié)點(diǎn)。

(3)在吊索塔架上設(shè)置倒鏈安裝吊索上端，鋼梁上設(shè)置吊架安裝吊索下端，張拉主桁上吊索，左右側(cè)對(duì)稱同時(shí)張拉。

圖4　工況二,安裝吊索塔架懸拼完成第4跨

工況三(圖5)施工步驟為：

(1)架梁吊機(jī)前移架設(shè)鋼桁梁至④墩頂。

(2)單側(cè)主桁E0′、A1′封閉后，立即與墩頂支撐，將鋼梁支撐牢固。

(3)架設(shè)鋼梁臨時(shí)連接后，架設(shè)④～⑤墩間鋼梁。

圖5　工況三,架梁機(jī)前移懸拼第5跨前5個(gè)節(jié)間(單位：mm)

工況四(圖6)施工步驟為：

(1)架梁吊機(jī)架設(shè)至A3′E2′桿件，后退一個(gè)節(jié)間。

(2)吊索塔架向前走行安裝至④墩頂。

(3)在吊索塔架上設(shè)置倒鏈安裝吊索上端，鋼梁上設(shè)置吊架安裝吊索下端，按設(shè)計(jì)索力張拉吊索。

圖6　工況四,吊索塔架前移輔助完成第5跨(單位：mm)

工況五(圖7)施工步驟為：

(1)架梁吊機(jī)前移，將鋼桁梁架設(shè)至⑤墩頂，并支撐牢固。

(2)利用塔吊拆除①～③墩間鋼梁，處理后通過(guò)運(yùn)梁線運(yùn)至⑤墩架設(shè)。

工況六(圖8)施工步驟為：

(1)架梁吊機(jī)前移，將鋼桁梁架設(shè)至⑥墩頂，支撐牢固。

(2)拆除吊索塔架及架梁吊機(jī)，調(diào)整鋼梁縱向位置，解除鋼梁間臨時(shí)連接，將鋼梁下放到位。

(3)調(diào)整并檢查鋼梁橫向位置，完成鋼梁架設(shè)，拆除臨時(shí)設(shè)施。

3.2 計(jì)算分析

3.2.1 主桁架設(shè)各控制工況計(jì)算

將鋼桁梁簡(jiǎn)化成單片桁架梁進(jìn)行計(jì)算，鐵路縱橫梁橋面系等荷載均分到兩片桁架上，橋門架、縱橫梁等荷載平均分配到對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)上。每個(gè)施工工況下的支點(diǎn)反力、桿件內(nèi)力及懸臂端撓度均進(jìn)行檢算。以施工工況五為例，架梁吊機(jī)在⑤墩頂懸臂拼裝鋼梁至E2′時(shí)，吊索塔架每片桁架自重為900 kN/桁，架梁吊機(jī)采用20 t桅桿吊機(jī)，自重400 kN，每桁分配為200 kN/桁，吊索張拉力2 810 kN，計(jì)算模型見(jiàn)圖9。

圖7　工況五,架梁機(jī)前移懸拼第6跨前5個(gè)節(jié)間(單位：mm)

圖8　工況六,吊索塔架前移輔助完成第6跨(單位：mm)

圖9 施工工況五主桁架受力計(jì)算模型

各施工工況支點(diǎn)最大反力、桿件最大內(nèi)力及懸臂端最大撓度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各施工工況計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，各個(gè)施工工況各桿件應(yīng)力均小于考慮應(yīng)力提高系數(shù)后273 MPa的允許應(yīng)力，桿件受力均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 索塔檢算

吊索塔架鉸接于鋼梁A0節(jié)點(diǎn)上，前后兩根拉索分別錨固在鋼梁A4、A4′節(jié)點(diǎn)上，塔架凈高36 m(支撐支座中心到頂部吊索中心線交會(huì)點(diǎn))，橫向由兩片鋼桁組成，橫向?qū)挾?.5 m，自重為90 t/桁。吊索塔架驗(yàn)算按照軸心受壓桿件計(jì)算，吊索傳遞的水平分力相互平衡，豎直壓力通過(guò)塔架中心立柱頂部拉板作用于中心立柱上，中心立柱再將力通過(guò)和鋼梁A0節(jié)點(diǎn)的連接支撐支座傳遞給鋼梁，進(jìn)而直接豎直作用于橋墩上。吊索塔架每節(jié)點(diǎn)中心立柱為在H桿件兩豎板上設(shè)置3組萬(wàn)能桿件組成的塔式壓桿，各節(jié)點(diǎn)間通過(guò)萬(wàn)能桿件連接綴板相連，左右兩片桁架間通過(guò)萬(wàn)能桿件連接成整體。

拉索左右每片鋼桁沿跨度方向均設(shè)置2根，單根吊索均由91根?7 mm的高強(qiáng)鋼絲組成，設(shè)計(jì)索力2 000 kN，采用冷鑄錨具，下端張拉，故每個(gè)錨箱單側(cè)2根拉索設(shè)計(jì)拉力為4 000 kN，有限元計(jì)算模型見(jiàn)圖10。

圖10 索塔塔架布置示意圖及計(jì)算模型(單位：mm)

有限元分析計(jì)算可知，吊索塔架支撐支座豎向反力為2 900 kN，塔架頂端最大彈性壓縮為13 mm，單側(cè)吊索塔架計(jì)算結(jié)果和整體模型計(jì)算結(jié)果差異較小，中心立柱最大軸向壓力為1 700 kN，兩個(gè)桿件最大軸壓945 kN，小于4根N1萬(wàn)能桿件所允許承受的1 200 kN軸壓力，故吊索塔架支點(diǎn)上中心立柱需新制加厚桿件，其余桿件均可利用萬(wàn)能桿件進(jìn)行組拼，滿足吊索塔架受力需要。

4 結(jié)束語(yǔ)

曲江大橋主跨采用3×96 m下承式簡(jiǎn)支鋼桁梁，墩高達(dá)92 m，受橋位地形、主跨梁部結(jié)構(gòu)形式、投資、工期等因素影響，不能采用常規(guī)的拖拉方案、單端大懸臂拼裝等方案。通過(guò)對(duì)各類施工方案的施工過(guò)程計(jì)算、輔助設(shè)施的采用情況、經(jīng)濟(jì)性、安全性、優(yōu)缺點(diǎn)等多方面的分析，優(yōu)選出適合高墩大跨鋼桁梁的架設(shè)方案——單端懸臂吊索塔架輔助拼裝方案。該方案不僅具有單端懸臂拼裝方案的不需臨時(shí)托架、減少施工工序、降低高空作業(yè)量等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了單端懸臂拼裝過(guò)程中懸臂部分不平衡受力較大的問(wèn)題，降低了主桁鋼梁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，其方法成功在本橋主跨鋼桁梁架設(shè)過(guò)程中實(shí)施，為以后此類橋梁的架設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳建峰，戴曉春，郭建勛，等.玉蒙鐵路曲江大橋簡(jiǎn)支鋼桁梁架設(shè)方案分析[J].施工技術(shù)，2009(9):74-76

[2]羅 娟.大跨度斜拉橋鋼桁梁懸臂架設(shè)與造價(jià)分析[J].鐵路工程造價(jià)管理,2015(3)：25-28

[3]張 磊,王春生,任更峰,等.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工期安全評(píng)價(jià)[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào), 2008,1(1):139-145

收稿日期：2016-05-19

作者簡(jiǎn)介：張軍(1972—)，男，高級(jí)工程師，主要從事土木工程施工技術(shù)管理工作

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.04.016

中圖分類號(hào)：U445.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-3953(2016)04-0061-05

On the Erection Technique for the Steel Truss Girders of the Qujiang River Bridge

Zhang Jun

(19th Bureau Group Co. Ltd. of the Railway Building Corporation of China,Beijing 100176,China)

Abstract:The Qujiang River Bridge spanning the Zhuju River,the main bridge uses 3×96 m through-type simple-supported steel truss beams.As the bridge is located in a relatively deep valley, its main pier is as high as 92 m and the geological conditions there is very complex.Upon the basis of comparing the economy, safety and feasibility of the pulling method and the boom method commonly used for the erection of the steel truss beams of main bridges, the innovated boom method (Namely,the cable-tower-aided assembly method) is introduced in the paper,with its advantages over other erection methods dealt with.The project may provide more successful experience for the erection of bridges of the same type in the future.

Key words:erection of steel trusses;one-end boom method;cable-tower-aided assembly