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        大跨度箱-桁結(jié)合梁斜拉橋鋼桁梁施工方案研究

        2018-08-14 08:26:44
        交通科技 2018年4期
        關(guān)鍵詞:鋼箱桁梁架設(shè)

        肖 頡

        (中鐵大橋局集團(tuán)有限公司 武漢 430050)

        1 工程概述

        1.1 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        洞庭湖特大橋位于湖南省岳陽市,采用鋼箱鋼桁結(jié)合梁三塔斜拉橋跨越洞庭湖接入長江的出口水道[1-2],采用雙線1.2倍ZH活載設(shè)計(jì),孔跨布置為98 m+140 m+406 m+406 m+140 m+98 m,全長1 290.24 m。主橋橋跨布置見圖1。

        圖1 洞庭湖特大橋主橋橋跨布置圖(單位:m)

        主梁為鋼箱、鋼桁結(jié)合梁結(jié)構(gòu),主桁下弦桿及其兩側(cè)的風(fēng)嘴與橋面板組成鋼箱結(jié)構(gòu),主桁腹桿、上弦桿為桁梁結(jié)構(gòu)。主桁采用內(nèi)傾布置,上弦桿中心間距12.0 m,下弦桿中心間距14.0 m。全聯(lián)桁架為不帶豎桿的華倫式桁架,桁高12.0 m,節(jié)間長14.0 m,斜桿立面傾角59.744°,全橋共92個節(jié)間,全橋以4號塔對稱布置,鋼梁斷面布置見圖2。

        圖2 鋼梁斷面布置圖(單位:mm)

        1.2 鋼桁梁架設(shè)總體方案

        鋼梁安裝采用“先箱后桁”的總體架設(shè)方案,鋼梁腹桿、上弦桿及平面和橫向聯(lián)結(jié)系桿采用散拼架設(shè),由700,900 kN汽車吊機(jī)在橋面從3,4,5號墩墩頂開始向兩側(cè)雙向?qū)ΨQ架設(shè),鋼桁梁桿件通過設(shè)在1號,7號墩附近的提升站運(yùn)至橋面,再通過橋面汽車運(yùn)輸至待架位置。

        2 鋼桁梁施工重難點(diǎn)

        采用“先箱后桁”架設(shè)方案,除具有快速實(shí)現(xiàn)鋼箱合龍,改善鋼梁架設(shè)作業(yè)環(huán)境,提高施工效率,加快施工進(jìn)度等優(yōu)點(diǎn)外,也存在以下重難點(diǎn)。

        1) “先箱后桁”施工導(dǎo)致鋼梁下弦桿與上弦桿節(jié)間存在縱向變形差。鋼箱梁合龍后,下弦桿節(jié)間縱向存在壓縮變形,而此時鋼桁梁上弦桿無縱向變形,因此存在縱向變形差,上弦桿節(jié)間長度若不修正調(diào)整,鋼桁梁上弦桿安裝存在困難。

        2) 散桿件拼裝導(dǎo)致鋼桁桿件接頭較多,變形調(diào)整復(fù)雜。

        3) 上弦桿安裝受上弦、下弦桿制造誤差影響大。鋼梁制造規(guī)范中對桿件兩端的孔距誤差要求為±1.0 mm。安裝上弦桿時,除了上弦桿自身的制造誤差外,下弦桿的制造誤差也反映到上弦桿間接頭間隙上,誤差影響將增大[3-6]。

        3 桿件縱向變形差研究

        各節(jié)段鋼箱梁在斜拉索掛索后會產(chǎn)生壓縮,各節(jié)段的壓縮變形將對上部鋼桁梁安裝產(chǎn)生影響。鋼箱梁合龍后,各節(jié)段在一期恒載索力下的變形見圖3。

        圖3 下弦桿節(jié)間壓縮變形

        由圖3可見,鋼箱梁的最大節(jié)段變形約3 mm,各節(jié)間變形由塔根部向兩側(cè)逐漸減小。在鋼箱梁合龍后,再安裝鋼桁梁時,鋼箱梁已產(chǎn)生縱向變形而鋼桁梁此時無變形,鋼箱梁與鋼桁梁間存在縱向變形差且在塔根處最大,達(dá)到3 mm左右,全橋2/3節(jié)間的箱-桁縱向變形差超過2 mm,鋼桁梁桿件的安裝存在較大困難。

        對此,采取在設(shè)計(jì)上對鋼桁梁上弦桿進(jìn)行尺寸補(bǔ)償?shù)姆椒?,?jì)算得到每個節(jié)間的下弦桿節(jié)間縱向壓縮量見表1,鋼桁梁上弦桿在工廠制造時據(jù)此進(jìn)行尺寸調(diào)整,使鋼桁梁桿件在現(xiàn)場無應(yīng)力狀態(tài)下安裝。

        表1 考慮先箱后桁施工引起的上弦桿尺寸補(bǔ)償mm

        續(xù)表1

        桿件編號上弦桿補(bǔ)償桿件編號上弦桿補(bǔ)償A25A26-2.1A37A38-1.7A26A27-1.7A38A39-2.1A27A28-1.4A39A40-2.4A28A29-1.1A40A41-2.8A29A30-1.0A41A42-3.0A30A31-0.8A42A43-3.0A31A32-0.7A43A44-2.9A32A33-0.7A44A45-2.3A33A34-0.8A45A46-2.0A34A35-1.0A46A460A35A36-1.1A12A13-2.9

        4 桿件變形調(diào)整研究

        桁架桿件在安裝過程中,接頭位置的變形主要受重力影響,因此,根據(jù)桿件截面及類型的不同,采取有限元軟件建立模型,分析接頭位置變形量及相應(yīng)調(diào)整措施。分析結(jié)果見表2。

        表2 桿桿變形量及調(diào)整結(jié)果

        5 制造誤差影響研究

        5.1 誤差累積分析

        根據(jù)TB 10212-2009 《鐵路鋼橋制造規(guī)范》,當(dāng)桿件長度L>11 m時,兩端孔群中心距容許誤差為±1.0 mm。

        為分析上弦桿制造誤差對鋼桁拼裝影響,假定每根桿件誤差值為定值,且沿著一個方向累積。以桿件誤差值為2a,不考慮桿件壓縮或拉伸變形,分析原理如下。

        1) 連接第一個節(jié)間上弦桿后,J1,J2節(jié)點(diǎn)分別產(chǎn)生誤差a。

        2) 則第二個節(jié)間上弦桿安裝完成后,J1節(jié)點(diǎn)誤差累積為a+d,J2節(jié)點(diǎn)誤差累積為a-c,J3節(jié)點(diǎn)誤差累積為b,其中L-a+b+c=L+2a,即b+c=3a。依次類推,最終尋找桿件誤差在鋼桁拼裝過程中的累積規(guī)律。

        分析原理示意見圖4。以桿件誤差1 mm對鋼桁拼裝過程進(jìn)行分析,桿件誤差通過單元溫度荷載進(jìn)行模擬。其計(jì)算結(jié)果見表3。桿件節(jié)點(diǎn)誤差為1 mm時,拼裝8個節(jié)間后,桿件制造誤差對鋼桁拼裝起點(diǎn)的影響趨于穩(wěn)定,拼裝點(diǎn)累積誤差值為2.5 mm,拼裝終點(diǎn)累積誤差值未明顯趨于穩(wěn)定。

        圖4 誤差累積分析原理圖

        mm

        5.2 鋼桁梁安裝分組方案

        為減小制造誤差的累積,擬分組安裝上弦桿,組間設(shè)預(yù)留調(diào)整口。

        選取剛度較大的塔根2組鋼桁梁進(jìn)行受力敏感性分析,得出在組間上弦桿接頭兩側(cè)對頂1 000 kN/桁水平力作用下,組間間隙的變化量。對相應(yīng)預(yù)留口誤差及調(diào)整內(nèi)力進(jìn)行分析,結(jié)果見表4。

        表4 上弦桿預(yù)留口誤差及其調(diào)整內(nèi)力(每節(jié)間正誤差1 mm)

        根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,綜合現(xiàn)場施工條件及設(shè)備狀況,選取5個節(jié)間設(shè)一個預(yù)留調(diào)整口時誤差分布及調(diào)整內(nèi)力情況如下。

        1) 若5個節(jié)間均正誤差1 mm,則預(yù)留調(diào)整口的調(diào)整內(nèi)力可控制在400 kN/桁以內(nèi),此為極端情況。

        2) 若4個節(jié)間正誤差1 mm、1個節(jié)間零誤差,則預(yù)留口調(diào)整內(nèi)力可控制在300 kN/桁以內(nèi),此也是較為極端情況。

        3) 若3個節(jié)間正誤差1 mm、2個節(jié)間零誤差,則預(yù)留口調(diào)整內(nèi)力可控制在200 kN/桁以內(nèi),此為較可能出現(xiàn)的情況。

        以上誤差及調(diào)整力均在可控范圍之內(nèi),且為了盡可能減少桁架桿件安裝完成后對成橋狀態(tài)的影響及方便現(xiàn)場施工,因此實(shí)際施工時采用每5個上弦桿節(jié)間為1組,組間設(shè)1個預(yù)留調(diào)整口,全橋共設(shè)18個鋼桁梁組,17個預(yù)留口。鋼桁梁按從塔根向兩側(cè)架設(shè),每組內(nèi)上弦桿節(jié)間按正常鋼梁架設(shè)工藝安裝,組間預(yù)留調(diào)整口,組間預(yù)留調(diào)整口沖釘插打、高栓施擰待鋼桁梁全部安裝后進(jìn)行。

        6 結(jié)語

        通過對鋼桁梁安裝過程中存在的重難點(diǎn)進(jìn)行分析,提出了相應(yīng)的調(diào)整措施。

        1) 對于鋼箱與鋼桁桿件縱向變形差問題,通過對鋼桁梁上弦桿的長度進(jìn)行調(diào)整以完善。在鋼箱梁合龍后,加載全部的鋼桁梁荷載,計(jì)算此時的下弦桿節(jié)間的壓縮量,并據(jù)此對上弦桿節(jié)間長度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,確保理論上此時上弦桿滿足零應(yīng)力安裝要求。

        2) 對于鋼桁桿件變形調(diào)整復(fù)雜的問題,運(yùn)用有限元模擬桁架桿件在施工過程中可能產(chǎn)生的變形或受到的影響,著重研究了斜桿、上弦桿豎向、主桁側(cè)向的變形和調(diào)整方法。

        3) 對于誤差影響大的問題,通過分析誤差累積的影響,提出了鋼桁梁上弦桿安裝采取“分組安裝,組間設(shè)預(yù)留調(diào)整口”的思路。鋼桁梁按從塔根向兩側(cè)架設(shè),每5個上弦桿節(jié)間設(shè)為1組,組內(nèi)上弦桿節(jié)間按正常鋼梁架設(shè)工藝安裝,組間預(yù)留調(diào)整口,組間預(yù)留調(diào)整口沖釘插打、高栓施擰待鋼桁梁全部安裝后進(jìn)行。

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