黃子麟 谷明 熊雅文

摘要：文章以柳州市官塘大橋鋼箱梁安裝為例，介紹了無吊索區(qū)拖拉支架施工和鋼箱梁安裝、標(biāo)準(zhǔn)梁段橋面吊機(jī)安裝的混合施工方法，并采用數(shù)值分析對(duì)拖拉支架的設(shè)計(jì)以及拖拉過程中鋼箱梁自身的狀態(tài)進(jìn)行研究。該混合方法高效、精準(zhǔn)地完成了主橋鋼箱梁安裝，且施工過程中安全可控，可為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：鋼箱梁;拖拉支架;橋面吊機(jī);數(shù)值分析

0 引言

近年來，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)力的提高，鋼結(jié)構(gòu)加工與制造的技術(shù)邁入一個(gè)新的臺(tái)階，鋼箱梁橋的應(yīng)用越來越廣泛。與一般的混凝土箱梁相比，鋼箱梁具有抗扭性能好、結(jié)構(gòu)形式多樣、施工周期短等特點(diǎn)。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼箱梁安裝施工主要采用吊裝和頂推的方法。吊裝法主要利用大型機(jī)械設(shè)備輔助，頂推法需搭設(shè)大量水中支架。本文以柳州市官塘大橋施工為背景，借助有限元數(shù)值分析的方法，分析研究了無吊索區(qū)梁段拖拉支架法施工以及有吊索區(qū)橋面吊機(jī)施工的混合方法的可行性，對(duì)鋼箱梁安裝施工過程的受力性能與特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對(duì)鋼箱梁安裝施工技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)[1]。

1 研究背景

1.1 工程簡(jiǎn)介

柳州市官塘大橋主橋?yàn)橹谐惺戒撓涔皹?，結(jié)構(gòu)體系為有推力提籃式拱橋。主橋全長(zhǎng)462m，主拱計(jì)算跨徑為457m，凈矢高為100m，單側(cè)拱座基礎(chǔ)水平推力達(dá)17500t[2]（見圖1）。

主橋鋼箱梁采用單箱單室扁平流線型全焊鋼箱梁，全橋鋼箱梁劃分為44節(jié)段。吊索區(qū)梁段寬44.5m，無吊索區(qū)梁段寬39.5m，梁中心高3.5m（外輪廓），端節(jié)段長(zhǎng)11.33m，跨中節(jié)段長(zhǎng)8.5m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)10.5m，最大吊重245t。

1.2 工程特點(diǎn)

（1）東西岸邊跨無吊索區(qū)梁段安裝區(qū)域大部分為淺水區(qū)或無水區(qū)，無法直接由660t浮吊吊裝梁段就位，考慮先搭設(shè)臨時(shí)支架作為存梁點(diǎn)，再由牽引裝置將梁段拖拉至設(shè)計(jì)位置。

（2）為減少浮吊使用，將浮吊用于臨時(shí)支架的拆除，同時(shí)增加標(biāo)準(zhǔn)梁段的安裝速度，剩余的節(jié)段和跨中段均采用橋面吊機(jī)懸拼對(duì)稱安裝，并在安裝過程中同步進(jìn)行吊索安裝與索力控制，最終完成鋼箱梁的合龍。

2 施工技術(shù)方法

2.1 無吊索區(qū)梁段支架施工

無吊索區(qū)梁段采用的拖拉系統(tǒng)鋼管支架主要由支撐立柱鋼管和橫聯(lián)系鋼管組成。鋼管立柱作為后期對(duì)鋼箱梁頂升落梁的支點(diǎn)，其位置應(yīng)設(shè)計(jì)在鋼箱梁橫隔板對(duì)應(yīng)處，避免鋼箱梁在頂升落梁時(shí)產(chǎn)生過大變形。立柱鋼管內(nèi)設(shè)置鋼筋籠并嵌入巖層后澆筑，鋼管接長(zhǎng)通過環(huán)板連接。工字鋼分配梁焊接于管頂鋼板上，上部設(shè)置鋼板支墊調(diào)節(jié)標(biāo)高。滑道梁與調(diào)節(jié)鋼板焊接，并在滑道梁頂部焊接薄層不銹鋼滑板，并設(shè)置MGE滑板。

2.2 無吊索區(qū)梁段拖拉施工

在南北側(cè)交界墩蓋梁處預(yù)埋PVC管形成張拉孔，采用自動(dòng)連續(xù)千斤頂作為牽引裝置拖拉鋼箱梁，逐段拼接。拉錨器作為牽引鋼絞線的固定端，焊接在鋼箱梁底板前端兩側(cè)，橫向限位裝置焊接在無吊索區(qū)鋼箱梁底部。鋼箱梁底板設(shè)置四組橫向精調(diào)系統(tǒng)，即鋼箱梁需要橫移調(diào)整時(shí)作為千斤頂反力點(diǎn)的構(gòu)造（見圖2）。

首節(jié)鋼箱梁平面位置滿足設(shè)計(jì)要求后，由豎向千斤頂調(diào)整梁頂面至控制標(biāo)高，然后在梁底與滑道梁頂面之間塞墊鋼板，千斤頂卸力，鋼箱梁由滑道梁進(jìn)行支撐。剩余的無吊索區(qū)節(jié)段標(biāo)高以首節(jié)鋼箱梁的標(biāo)高為基準(zhǔn)，順接對(duì)位（見圖3）。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)梁段吊裝施工

標(biāo)準(zhǔn)梁段橋面吊機(jī)安裝施工工藝流程為：橋面吊機(jī)前移就位→運(yùn)輸船轉(zhuǎn)運(yùn)鋼箱梁拋錨定位→吊具下放→吊點(diǎn)連接→鋼箱梁起吊→鋼箱梁粗對(duì)位→吊索與鋼箱梁連接→鋼箱精調(diào)→限位馬板焊接→環(huán)焊縫焊接→連接板安裝→吊索索力精調(diào)→下一循環(huán)。

每一節(jié)段鋼箱梁安裝前應(yīng)根據(jù)監(jiān)控指令確定鋼箱梁預(yù)抬值和相應(yīng)吊索張拉力值，橋面吊機(jī)吊裝鋼箱梁線形至目標(biāo)值后進(jìn)行鋼箱梁匹配件安裝及馬板焊接，后進(jìn)行鋼箱梁環(huán)縫焊接。環(huán)縫焊接過程中吊索與鋼箱梁栓接但不張拉，環(huán)縫焊接完成后張拉吊索調(diào)整吊索索力至目標(biāo)值，經(jīng)監(jiān)控測(cè)量并符合要求后，橋面吊機(jī)前移進(jìn)行下節(jié)段鋼箱梁安裝施工。

2.4 合龍段吊裝施工

合龍段安裝前，對(duì)合龍口應(yīng)進(jìn)行至少24h的連續(xù)觀測(cè)。為利于合龍段安裝，配切時(shí)將合龍段梁配切為梯形，即頂板比底板在順橋向方向長(zhǎng)度每側(cè)小2cm（見圖4）。由于合龍段配切過程為白天，為避免因溫度影響配切數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，在合龍段配切完成時(shí)間在8：00am前。[KH-*1]

3 有限元數(shù)值驗(yàn)算分析結(jié)果

3.1 拖拉支架驗(yàn)算分析

通過Midas軟件建立梁?jiǎn)卧Ｐ?，采用極限應(yīng)力法，模擬無吊索區(qū)四片鋼箱梁整體拖拉時(shí)支架受力的最不利工況。拖拉支架主要由鋼管和工字鋼、鋼板組成，材料均為Q235型，鋼管樁基為嵌入中風(fēng)化巖層5m的鋼筋混凝土樁，混凝土澆筑到巖面以上3m，其主要受四片鋼箱梁的豎向重力、水平摩擦力和流水壓力對(duì)整個(gè)支架的影響。

施加邊界時(shí)，立柱鋼管底部施加固定約束，軌道梁與分配梁彈性連接，分配梁與立柱鋼管剛性連接。主要驗(yàn)算結(jié)構(gòu)支架的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，以及鋼管樁基底部錨固能力。結(jié)果采用承載能力極限狀態(tài)的包絡(luò)，施工階段狀態(tài)的包絡(luò)。見圖5。

支架的一階彈性屈曲系數(shù)為4.65，滑道梁容易屈曲（見圖6），實(shí)際施工中將滑道梁與分配梁之間焊接，提高支架整體穩(wěn)定性。

鋼混樁基下部受到來自鋼管支墩與混凝土之間的粘結(jié)力（其大小為拖拉系統(tǒng)豎向支座反力F），水平剪力Q以及復(fù)合形式樁基結(jié)構(gòu)底部彎矩M。經(jīng)Midas軟件計(jì)算，以最大值分別驗(yàn)算鋼管的支反力、水平抗剪、抗彎（見表1～2）。

3.2 拖拉過程中鋼箱梁驗(yàn)算分析

無吊索區(qū)梁段施工采取逐段拼接，并通過滑道梁及拖拉系統(tǒng)將拼接好的梁體向兩側(cè)橋臺(tái)拖拉到位，最后由立柱鋼管頂?shù)那Ы镯斶M(jìn)行標(biāo)高的調(diào)整。根據(jù)其拖拉施工過程，通過ANSYS程序進(jìn)行鋼箱梁板單元（Shell63）模擬計(jì)算，主要驗(yàn)算頂升過程對(duì)梁體的影響，該施工方法梁體是否能承受。建立鋼箱梁整體模型（包括：橫隔板、加勁肋、“U”肋等），荷載為1.2倍鋼箱梁自重，拖拉索力為2×540000N。約束根據(jù)實(shí)際工況，分別對(duì)鋼箱梁底部與滑道梁、千斤頂接觸部分進(jìn)行三個(gè)平動(dòng)方向約束。工況如下。

工況一：1#梁體落位3#、4#立柱，采用拖拉裝置對(duì)1#梁體進(jìn)行拖拉。

工況二：1#梁體落位預(yù)定位置，開始拖拉2#梁體。

工況三：1#、2#、3#、4#梁體拖拉就位，采用鋼管頂?shù)那Ы镯攲?duì)四片梁進(jìn)行頂升。

以工況三計(jì)算結(jié)果為例，鋼箱梁底部Mises應(yīng)力云圖如圖7所示，其應(yīng)力主要范圍在0～180MPa。超限部分主要集中于千斤頂與鋼箱梁接觸部位，應(yīng)力集中區(qū)域相對(duì)較小。

其豎向位移云圖如圖8所示，豎向位移最大值為31.8mm，其撓跨比約1/765（肋間橫梁與3#柱間梁體出現(xiàn)相對(duì)最大豎向位移）。

4 結(jié)語

根據(jù)理論并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，官塘大橋主橋鋼箱梁安裝，其邊跨無吊索區(qū)采用拖拉支架法施工，標(biāo)準(zhǔn)段和合龍段采用橋面吊機(jī)施工，施工過程涉及了多種施工工藝。該混合施工方法減少了臨時(shí)工程量，有效地提高大型機(jī)械使用效率，節(jié)約人工，同時(shí)減少了管理人員投入。該橋僅采用100d就完成了鋼箱梁的合龍安裝，安裝的全過程始終處于安全、快速、高效的可控狀態(tài)，為今后同類橋梁施工提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛 斌.高位條件下84m雙線簡(jiǎn)支鋼桁梁頂推施工技術(shù)研究[J].21世紀(jì)建筑材料，2010（6）：83-86.

[2]谷 明，陸家恩，徐小游，等.大跨度鋼線拱橋施工技術(shù)研究及應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019（17）：41-42.