趙建鋼 高 輝 朱鵬鳳
上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 上海 200002
鋼混疊合梁是在鋼箱(槽型)梁上澆筑鋼筋混凝土橋面板而形成的梁?;炷翗蛎姘逡话悴捎煤髨鲱A(yù)制,現(xiàn)場安裝就位后澆筑接縫混凝土以實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)同混凝土橋面板的結(jié)合。鋼混疊合梁的橋面板安裝,一般是在鋼梁安裝完成后,采用大型起重設(shè)備直接吊裝,如履帶吊(陸上)及浮吊(水上)等,或者采用架橋機逐跨就位后,連續(xù)安裝[1-7]。
溫州市七都北汊橋工程受施工條件的制約,難以采用常規(guī)工藝安裝,因此根據(jù)項目特點,專門設(shè)計了橋面板架設(shè)設(shè)備,在應(yīng)用過程中取得了較好的效果。
溫州市七都大橋北汊橋工程為連接溫州甌江兩岸的重點越江工程,主橋為5跨雙塔中央索面疊合梁斜拉橋,兩端分別通過2跨和5跨的鋼混疊合連續(xù)梁引橋跨越甌江同陸上高架連接(圖1)。
鋼混疊合梁引橋位于甌江主通航孔兩側(cè),采用雙幅分離斷面形式布置,跨徑布置分別為:南側(cè)2×54 m,北岸4×58.5 m+60 m。斷面布置為雙向6車道+人行道形式,橋面總寬度37.46~47.80 m。
經(jīng)綜合考慮,本項目的橋面板采用自行研制加工的專用架板機進行架設(shè)。架板機由主體承重系統(tǒng)、架設(shè)系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)組成,整套設(shè)備直接利用鋼混疊合梁橋面作為支撐面,大大減小了結(jié)構(gòu)的體量,滿足本工程橋面板架設(shè)的施工需要。
鋼混疊合梁總高度為3.5 m,由槽型鋼梁+混凝土橋面板組成(圖2)?;炷翗蛎姘鍖挾?5.95 m,懸臂長度3.5 m,橋面板厚22~50 cm,單塊板自重55~69 t,橋面板采用現(xiàn)場預(yù)制,預(yù)留槽口,后期通過澆筑濕接縫同鋼梁完成疊合,全橋兩岸共176塊。
圖1 溫州市七都北汊橋橋型示意
對于類似工程的橋面板安裝,一般是在鋼梁安裝完成后,采用大型起重設(shè)備直接進行吊裝,如履帶吊(陸上)及浮吊(水上)等,或者采用架橋機逐跨就位后,連續(xù)安裝。
圖2 鋼混疊合梁組成結(jié)構(gòu)示意
本工程的引橋疊合梁位于甌江通航孔兩側(cè)位置,引橋投影面以下大部分是兩岸的防汛大堤及大堤的拋石防護區(qū),不具備采用大型設(shè)備直接吊裝的施工條件。
對于本工程而言,若采用架橋機架設(shè)預(yù)制板,其前、中支腿間距要達到60 m(對應(yīng)1跨橋梁的跨徑),整機長度將超過100 m,高度超過10 m,體量龐大,不具備經(jīng)濟合理性,因此本工程不考慮采用架橋機架設(shè)橋面板。
架板機包括主體承重系統(tǒng)、架設(shè)系統(tǒng)、橋面板運輸系統(tǒng)3部分。整套設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,自重?。s40 t),直接利用鋼混疊合梁橋面作為支撐(后端支撐在已完成架設(shè)的橋面板上,前端支撐在未架設(shè)橋面板的鋼梁頂部),結(jié)構(gòu)整體高度?。ㄕw高度約4 m),結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定(圖3、圖4)。
圖3 架板機總體結(jié)構(gòu)(順橋向)
圖4 架板機總體結(jié)構(gòu)(橫橋向)
2.2.1 承重系統(tǒng)
承重系統(tǒng)由主縱梁、主橫梁組成矩形框架,用于承擔(dān)架板裝置自重及所安裝橋面板的質(zhì)量。主縱梁上設(shè)置滑道,滑道上布置橋面板架設(shè)系統(tǒng)。主縱梁下設(shè)置前、中、后3對支腿,支腿側(cè)面設(shè)置豎向千斤頂(或手動滑輪組),可實現(xiàn)支腿的上下伸縮,支腿下方設(shè)置鋼輪,通過軌道,可實現(xiàn)架板機的縱向行走。
2.2.2 架設(shè)系統(tǒng)
架設(shè)系統(tǒng)用以實現(xiàn)橋面板的起吊、縱向移動以及下放就位。架設(shè)系統(tǒng)由1道主橫梁及提升卷揚機(或千斤頂)組成,橫梁兩端布置在主縱梁頂部的滑道上,通過電機牽引,實現(xiàn)縱向移動,提升卷揚機(或千斤頂)布置在橫梁頂端,掛鋼絲繩(或鋼絞線)用以提升橋面板。
2.2.3 運輸系統(tǒng)
運輸系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)橋面板在橋上的水平運輸,包括運板小車及軌道??刹捎脦щ姍C直接牽引的小車或采用不帶動力的滑輪,通過前端布置的卷揚機牽引以實現(xiàn)行走。
架板機結(jié)構(gòu)采用有限元計算軟件模擬分析各工況下的受力情況,計算荷載考慮引橋橋面板單塊最大自重69 t,吊具、千斤頂?shù)仍O(shè)備約重6 t/套,外荷載累計75 t,按照對稱的原則作用于橫梁上,吊裝橫梁為直接受力構(gòu)件,并將荷載傳遞給主體框架。
當(dāng)?shù)跹b橫梁攜橋面板移動至中支腿附近時,為最不利工況。因此,前支腿下端視為固定支座;后支腿簡支在已安裝完畢的橋面板上,視為鉸支座。
利用Midas Civil專業(yè)計算軟件進行計算分析,架板機計算模型如圖5所示。
圖5 架板機計算模型示意
計算結(jié)果顯示,在吊裝最終橋面板移至中支腿的工況下,架板機結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為144 MPa(圖6),小于205 MPa,結(jié)構(gòu)安全。
結(jié)構(gòu)最大變形位于吊裝橫梁之上,最大值為20.88 mm(圖7),小于21.25 mm(L/400,L 為橫梁跨徑,取8.5 m),滿足使用要求。
架板機的工作原理類似橋面吊機,橋面板由運輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)運至架板機尾端后,通過承重系統(tǒng)前、中、后支腿的交錯提升,配合架設(shè)系統(tǒng)的提升、前移、下放等工序,實現(xiàn)橋面板的架設(shè)。主要的工作流程如下:
圖6 架板機應(yīng)力計算結(jié)果
圖7 架板機變形計算結(jié)果
1)步驟一:架板機就位,后、中支腿支撐在已經(jīng)完成架設(shè)的橋面板上,前支腿支撐在未安裝橋面板的鋼梁頂口。待安裝的橋面板運輸至架板機后側(cè)位置,此時架設(shè)起吊系統(tǒng)保持在前、中支腿之間(圖8)。
圖8 架板機工作流程一
2)步驟二:收起后支腿,隨后將橋面板運輸至中、后支腿中間,此時荷載由架橋機前、中支腿承受并傳遞到橋梁上(圖9)。
圖9 架板機工作流程二
3)步驟三:下放后支腿,隨后架設(shè)起吊系統(tǒng)移動至中、后支腿之間,起吊橋面板(圖10)。
圖10 架板機工作流程三
4)步驟四:收起中支腿,起吊系統(tǒng)將橋面板前移至中、前支腿之間的位置(圖11)。
圖11 架板機工作流程四
5)步驟五:下放橋面板,精調(diào)后就位,完成架設(shè),隨后接長軌道,架板機前移,循環(huán)進行下一塊板施工(圖12)。
圖12 架板機工作流程五
單塊橋面板上對應(yīng)鋼梁腹板位置預(yù)留有槽口,同時板塊之間保留后澆帶,在鋼梁頂板上對應(yīng)槽口及后澆帶位置設(shè)有剪力釘,橋面板架設(shè)完成后,在槽口內(nèi)澆筑纖維混凝土。
橋面板疊合分階段進行,第一階段先完成跨中位置的槽口濕接縫混凝土澆筑,第二階段依據(jù)設(shè)計要求將中間橋墩墩頂位置的鋼混疊合梁進行反頂,隨后澆筑中間橋墩墩頂位置的槽口濕接縫,完成全部的疊合。
1)架板機在橋面板架設(shè)過程中,涉及支腿、提升系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)等多個部件的配合聯(lián)動,每道工作的實施順序必須嚴格控制,并由專人負責(zé)檢查,以確保施工過程安全。
2)架板過程中設(shè)備的整體穩(wěn)定是施工控制的重點,在實施過程中對架板機結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化調(diào)整。原方案提升設(shè)備采用可橫向移動的卷揚機,后期調(diào)整為用2臺50 t數(shù)控千斤頂實現(xiàn)橋面板的提升,減小了提升系統(tǒng)的質(zhì)量以及高度,精簡了吊具的結(jié)構(gòu),也提高了橋面板架設(shè)精度。同時,原方案采用帶電機驅(qū)動的運板車,經(jīng)實施優(yōu)化,調(diào)整為不帶動力的鋼輪,由布置在橋面前端的卷揚機牽引,大大降低了運板車的高度,從而降低了整體架板機的工作高度,增強了穩(wěn)定性。
3)橋面板架設(shè)主要包括架橋面板和運輸橋面板兩部分工作,其中架板工作工序固定,施工效率相對可以確保,但由于架設(shè)橋面板是由一端向另一端推進的,因此隨著橋梁線路的加長,橋面板的運輸往往成為制約架設(shè)效率的重要因素。
4)在預(yù)制橋面板與鋼梁之間設(shè)有橡膠密封條及環(huán)氧砂漿層,以加強橋面板同鋼梁的黏結(jié)。由于橋面存在橫坡及縱坡,故在安裝橡膠密封條及灌注環(huán)氧砂漿時應(yīng)考慮坡度影響,控制施工質(zhì)量(圖13)。
圖13 橋面板施工現(xiàn)場
1)本工程采用架板機進行橋面板架設(shè)施工,克服了施工條件的限制,滿足了工程需要,取得了較好的經(jīng)濟效果。
2)架板機施工時涉及橋面板運輸、起吊、就位以及架板機本身的前移等多道工序,在實施時通過嚴格控制工序銜接,可確保施工過程安全。
3)通過對架板機的提升系統(tǒng)、動力系統(tǒng)以及運輸系統(tǒng)的改進,如采用數(shù)控千斤頂?shù)?,可以進一步提高施工效率。同時,通過對總體結(jié)構(gòu)尺寸的調(diào)整,使部分組件實現(xiàn)標準化,可適用于類似橋面板的安裝施工,大大提高了通用性。