李　諾（中鐵五局集團(tuán)建筑工程有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

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獨(dú)墩雙鋼拱傾斜塔無(wú)支架原位拼裝研究及施工

李諾（中鐵五局集團(tuán)建筑工程有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

斜拉橋雙鋼拱傾斜塔高度高、重量大、呈空間立體結(jié)構(gòu)，多年來(lái)形成了多種施工方法，但如何最大程度的利用結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)及合理的結(jié)構(gòu)分析，節(jié)省工程造價(jià)及施工周期，都未得到很好的解決。本文通過(guò)建立雙鋼拱傾斜塔有限元模型，調(diào)整水平索和臨時(shí)索索力，優(yōu)化拼裝過(guò)程中各階段結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力，模擬出切實(shí)可行的無(wú)支架原位拼裝方法，并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，理論與實(shí)踐相互修正，使雙鋼拱傾斜塔無(wú)支架原位拼裝得以成功實(shí)施。

雙鋼拱傾斜塔；無(wú)支架；原位拼裝；研究；施工

1　工程概況

荔波官塘大橋主拱塔為單塔雙斜拱鋼結(jié)構(gòu)，外觀橫立面看呈斜伸的雙網(wǎng)球拍形，兩拱成43.6°斜交，對(duì)稱布置，拱高52.395m；拱塔上設(shè)置水平索及斜拉索，為國(guó)內(nèi)第二座雙斜鋼拱塔。主塔為Q345D級(jí)鋼結(jié)構(gòu)，截面輪廓尺寸為3200mm× 2500mm（橫橋向×順橋向），鋼箱壁厚J0～J2段為40mm，其余段均為30mm，總重約1280t；鋼拱塔J0段通過(guò)PBL剪力鍵連接埋入RC塔座。

2　類似既有鋼拱塔施工方案

（1）水平拼裝后正角度轉(zhuǎn)體。本方法在第一座獨(dú)墩雙拱斜拉橋——沈陽(yáng)三好橋成功使用，該方法先滿鋪支架，形成10°平面，然后靠支架支撐進(jìn)行節(jié)段拱塔拼裝，再使用液壓同步提升施工技術(shù)正角度豎轉(zhuǎn)到位。該施工方法控制因素眾多、需要大型提拉設(shè)備、施工周期長(zhǎng)。

（2）豎直拼裝后負(fù)角度轉(zhuǎn)體。本方案為設(shè)計(jì)推薦方案，先搭設(shè)豎直支架，然后在支架上進(jìn)行鋼拱塔豎直拼裝，再負(fù)角度豎轉(zhuǎn)到位。該方案臨時(shí)塔架使用量大、轉(zhuǎn)體控制因素多、需要大型提升設(shè)備、施工周期長(zhǎng)。

以上兩種為施工中常見(jiàn)的方法，在拼裝過(guò)程中，傾斜鋼拱塔施工均在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)（使用支架平臺(tái)支撐，進(jìn)行水平或豎直安裝，重力全由支架承受，拱塔本身處于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)）下拼裝完成后再轉(zhuǎn)體到位。

3　獨(dú)墩雙鋼拱傾斜塔無(wú)支架原位拼裝理論分析

3.1建立模型

采用MIDAS2010建立有限元分析模型（見(jiàn)圖1），其中塔座、鋼塔采用梁?jiǎn)卧M，主橋水平索、臨時(shí)索采用桁架單元中的索單元模擬，塔座根部固結(jié)。

圖1　獨(dú)墩雙鋼拱傾斜塔無(wú)支架原位拼裝分析模型圖

3.2荷載組合

荷載組合一：自重+索力；

荷載組合二：自重（考慮一節(jié)段先拼）+索力+縱向十級(jí)風(fēng)；

荷載組合三：自重（考慮一節(jié)段先拼）+索力+橫向十級(jí)風(fēng)。

3.3分析計(jì)算及結(jié)果

采用倒拆法模擬分析鋼拱塔各階段施工工況及最終成拱階段，經(jīng)計(jì)算分析，優(yōu)化得出鋼拱塔水平索、臨時(shí)拉索初張力表見(jiàn)表1。

表1鋼拱塔水平索、臨時(shí)拉索初張力表

拼裝階段、成拱階段分析組合應(yīng)力圖如圖2～3所示。

圖2　大合龍段吊裝前鋼塔應(yīng)力圖

圖3　吊裝完成階段鋼塔應(yīng)力圖

大合龍段吊裝前鋼塔最大應(yīng)力出現(xiàn)在塔座根部，其值為-40.8MPa，橫橋向和順橋向最大值在 Je1頂端，其值為13.21mm和66.74mm。

本階段鋼塔最大應(yīng)力出現(xiàn)在Ja1頂端，其值為-34.5MPa，順橋向位移最大值在塔頂位置，其值為67.5mm。橫橋向位移最大值出現(xiàn)在Je1頂端，其值為66.68mm。

3.4分析結(jié)論

由分析計(jì)算可知，鋼塔在節(jié)段懸臂無(wú)支架原位拼裝過(guò)程中主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，且留有一定富余，位移是可以控制的，故采用節(jié)段懸臂無(wú)支架原位拼裝方案在受力、變形上是可行的。

4　獨(dú)墩雙鋼拱傾斜塔無(wú)支架原位拼裝施工

4.1吊點(diǎn)設(shè)置

雙鋼拱塔為斜角懸臂安裝，為減少空中拼裝、定位難度，每節(jié)段吊裝時(shí)均需成某一偏角，根據(jù)各節(jié)段的重心位置在節(jié)段上設(shè)置三個(gè)吊點(diǎn)，使節(jié)段吊起后的狀態(tài)基本與安裝要求狀態(tài)吻合以便于節(jié)段定位。

4.2吊裝測(cè)量

在每節(jié)段邊上設(shè)置4個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)面設(shè)置一中心點(diǎn)作為復(fù)核點(diǎn)。為減小鋼結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中高溫引起的自身變形而對(duì)定位點(diǎn)的造成的偏位，將每邊的點(diǎn)向內(nèi)移0.1m，如圖4所示。

圖4　節(jié)段定位點(diǎn)示意圖

圖5　節(jié)段吊裝時(shí)角度調(diào)整示意圖

鋼拱塔吊裝就位后，采用兩臺(tái)全站儀進(jìn)行坐標(biāo)交匯法對(duì)當(dāng)前節(jié)段進(jìn)行精確定位，并用馬板對(duì)本節(jié)段進(jìn)行固定?？紤]溫度對(duì)鋼拱塔的影響，測(cè)量選擇在早上太陽(yáng)未出來(lái)前進(jìn)行。

4.3節(jié)段拼裝

鋼拱塔無(wú)支架原位拼裝采用2臺(tái)SCC3200履帶起重機(jī)進(jìn)行吊裝。

在吊裝下一節(jié)段前，對(duì)上一節(jié)段的安裝坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)核。同時(shí)在每個(gè)節(jié)段吊裝前，確定履帶吊站位，滿足節(jié)段吊裝所需要求；安裝吊桿、吊具、導(dǎo)鏈，將吊裝節(jié)段吊起，調(diào)到安裝角度（需根據(jù)理論分析結(jié)果，設(shè)置預(yù)偏量），如圖5所示。

吊裝當(dāng)前節(jié)段前，為了便于節(jié)段定位，在上一節(jié)段上端口較低側(cè)設(shè)置限位擋塊；將當(dāng)前節(jié)段吊裝到安裝位置后，在上一節(jié)段上設(shè)置耳板，利用千斤頂將當(dāng)前節(jié)段微調(diào)到位；之后將當(dāng)前節(jié)段內(nèi)的加勁肋嵌補(bǔ)段焊接、安裝高強(qiáng)螺栓，同時(shí)將腹板、蓋板焊接。在焊接完成前吊機(jī)不允許松鉤，焊接完成后按要求進(jìn)行臨時(shí)索及水平索張拉。

節(jié)段偏差調(diào)整：如果在鋼拱塔平面內(nèi)節(jié)段角度有偏差，采取調(diào)整臨時(shí)拉索的方法來(lái)進(jìn)行調(diào)整；如果在鋼拱塔平面偏轉(zhuǎn)角度上有偏差則調(diào)整永久拉索；如果通過(guò)拉索調(diào)整均無(wú)法將節(jié)段調(diào)整到位時(shí)，分析測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)節(jié)段偏長(zhǎng)時(shí)，就須將其修割至符合安裝要求；反之，如果節(jié)段偏短，就須在安裝下一節(jié)段時(shí)通過(guò)留間隙來(lái)調(diào)整，使下一節(jié)段的安裝坐標(biāo)在允許誤差范圍內(nèi)。

現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝：在設(shè)置節(jié)段間的坡口時(shí)，盡量避免仰焊，焊接主要采用藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，單面V型坡口+鋼襯墊，坡口角度為50°，單面焊雙面成型。嚴(yán)禁在無(wú)任何防護(hù)措施下，在雨、雪天及母材表面潮濕或大風(fēng)天氣進(jìn)行露天焊接。各類構(gòu)件節(jié)段施焊順序應(yīng)對(duì)稱于橋軸線，并對(duì)稱于構(gòu)件自身的對(duì)稱軸，均勻、對(duì)稱、同步協(xié)調(diào)的實(shí)施。對(duì)各類加勁連接的補(bǔ)償段，可在大接頭環(huán)縫施焊后，再進(jìn)行焊接。

4.4水平索、臨時(shí)拉索安裝及張拉

為減小鋼拱塔拼裝階段變形及應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題，在拼裝過(guò)程中利用斜拉橋自身9束水平索克服兩拱塔間順橋向向外位移及應(yīng)力，并在單個(gè)拱內(nèi)設(shè)置4組臨時(shí)橫橋向拉索克服單拱內(nèi)重心未超過(guò)支點(diǎn)時(shí)兩肢向外傾斜段的橫橋向外側(cè)位移及應(yīng)力。

水平索及臨時(shí)索均采用履帶吊吊裝上鋼拱塔后，人工穿束，根據(jù)每節(jié)段施工順序要求分別進(jìn)行施工階段張拉至設(shè)計(jì)噸位；當(dāng)鋼拱塔成拱后，拆除臨時(shí)拉索，調(diào)整水平索索力至成拱索力。

4.5鋼拱塔大合龍段施工

當(dāng)拼裝完Je段時(shí)，鋼拱塔重心仍然在其支點(diǎn)靠外側(cè)接近支點(diǎn)中心線，在此選用大節(jié)段進(jìn)行合攏，即將兩個(gè)Jf段作為最后大合攏段進(jìn)行安裝，其中一個(gè)Jf段在加工時(shí)接頭處處理為鈍角，另一個(gè)Jf段處理為銳角（圖6），方便合攏段的順利安裝。

圖6　合攏段切割示意圖

先吊裝左側(cè)合攏段，使用碼板臨時(shí)固定，并對(duì)稱焊接部分焊縫，之后吊裝右側(cè)合攏段，調(diào)整好后，焊接碼板固定，左右對(duì)稱焊接Je與Jf接頭焊縫，最后焊接兩Jf接頭。在Jf段接頭焊接完成前，履帶吊不松鉤。

5　結(jié)語(yǔ)

獨(dú)墩雙鋼拱傾斜塔無(wú)支架原位拼裝，充分利用了結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)（利用水平索、設(shè)置臨時(shí)索、使用大合攏段、允許鋼拱塔在拼裝過(guò)程中產(chǎn)生一定應(yīng)力、設(shè)置預(yù)偏量），改變了以往鋼拱塔拼裝過(guò)程中的無(wú)應(yīng)力狀態(tài) （自重均靠支架等支撐結(jié)果承受）的施工方法。經(jīng)過(guò)細(xì)致的理論分析、嚴(yán)格的施工控制及監(jiān)控量測(cè)，該方法達(dá)到了預(yù)期效果，節(jié)省了建設(shè)資金及施工時(shí)間，為類似工程施工提供了一種全新的方法。

2016-3-12

U445.4

A

2095-2066（2016）09-0193-02