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        超寬大跨度不對稱斜拉橋索塔橫梁施工技術(shù)研究

        2020-12-16 07:34:14王勤榮
        鐵道建筑技術(shù) 2020年9期
        關(guān)鍵詞:鋼棒索塔貝雷梁

        王勤榮

        (中鐵二十四局集團有限公司 上海 200433)

        1 工程概況

        某大橋主橋為獨塔雙索面混凝土主梁斜拉橋,跨越長湖申運河,跨徑149+100=249 m,采用索塔、主梁、墩臺固結(jié)體系。該橋以混凝土雙主肋為主梁,索塔塔柱平行豎立,呈“H”型,斜拉索布置成扇形雙索面。主橋立面位于豎曲線R=1 800 m的凸曲線上,主橋平面靠近主梁端頭有15 m處在緩和曲線上,其余部分都位于直線段上,結(jié)構(gòu)中心線與道路中線最大偏差5 cm,通過懸臂段調(diào)節(jié)[1]。橋梁結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        索塔采用C50混凝土,橫向為“H”形索塔,高度達83.5 m,橋面以上部分高74 m,塔柱中心間距為27.5 m。索塔橫梁距離橋面高度為48.60 m,采用空腹矩形截面,橫梁跨度23.5 m,跨中梁高3.0 m,寬4.0 m,跨中頂、底板厚0.4 m,腹板厚0.5 m;根部梁高5.0 m,寬6.0 m,根部頂、底板厚0.7 m,腹板厚0.8 m;跨中至根部的頂、底板厚度在5.5 m長度范圍內(nèi)線性變化過渡。索塔橫梁采用了8束φS15.2-19高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,橫梁中間設(shè)置厚0.3 m的橫隔板。索塔橫梁結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 索塔橫梁結(jié)構(gòu)(單位:cm)

        2 索塔橫梁施工方案設(shè)計

        塔身橫梁施工支架采用懸空組合支撐體系,支架完成預(yù)壓后,進行模板拼裝和鋼筋綁扎焊接,最后進行橫梁混凝土澆筑施工。為縮短工期,橫梁與塔柱施工異步,即在塔柱施工過橫梁后,到達第15節(jié)段時,進行橫梁施工。橫梁施工采用懸空支架,拼裝式鋼牛腿通過鋼棒及精軋螺紋鋼拉桿支撐于塔身內(nèi)側(cè),安裝梁系及底板支撐支架,安裝鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、模板后進行施工。支架系統(tǒng)主要包括鋼牛腿、牛腿上分配鋼梁、加強型貝雷桁架梁、貝雷上工字鋼分配梁、碗扣式腳手架系統(tǒng)等[2-3]。支架系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示。

        圖2 橫梁支架系統(tǒng)立面圖(單位:cm)

        2.1 鋼板牛腿與分配鋼梁

        (1)鋼板牛腿

        鋼牛腿與塔身采用拼裝式連接,索塔鋼筋混凝土澆筑時,在索塔相應(yīng)的位置按設(shè)計尺寸預(yù)留孔洞,作為鋼牛腿與索塔連接的孔道。鋼板牛腿上部與索塔采用8根φ32 mm,屈服強度為PSB830的精軋螺紋鋼筋及配套螺母連接,鋼板牛腿下部與索塔采用4根φ120 mm鋼棒連接固定[4]。精軋螺紋鋼的作用是防止鋼牛腿繞鋼棒轉(zhuǎn)動,而鋼棒的作用是防止鋼牛腿沿塔身下滑。牛腿結(jié)構(gòu)如圖3所示。

        (2)分配鋼梁

        鋼牛腿上分配梁采用焊接鋼箱梁,箱梁高80 cm,寬50 cm,鋼板均采用厚度25 cm,材質(zhì)Q235。為防止分配鋼梁在鋼牛腿頂部滑動,在分配梁兩側(cè)設(shè)置擋板。分配梁如圖4所示。

        圖4 分配梁結(jié)構(gòu)(單位:mm)

        2.2 貝雷梁與碗扣式腳手架

        (1)貝雷梁

        索塔橫梁采用加強型貝雷梁作為承載桁架梁,為滿足23 m要求,采用7×3 m+1.5 m+0.5 m組合方式。根據(jù)索塔橫梁斷面分布情況,順橋向采用19道加強型貝雷梁,在位置腹板變化范圍內(nèi)設(shè)置6道加強型貝雷梁,底板下設(shè)置5道加強型貝雷梁。

        (2)碗扣式腳手架

        索塔橫梁下部碗扣式支架橫橋方向設(shè)置39排,順橋方向設(shè)置19排,橫橋方向(縱距)間距0.60 m;順橋方向腹板下間距0.30 m,底板下間距0.60 m。碗扣支架支撐在貝雷梁頂 14工字鋼上。鋼管φ48 mm,壁厚3.0 mm。碗扣支架根據(jù)構(gòu)造要求設(shè)置剪刀撐。

        3 橫梁支架鋼板牛腿設(shè)計

        3.1 鋼板牛腿分析建模

        拼裝式鋼牛腿為索塔橫梁支架的主要傳力構(gòu)件,橫梁與支架重力以剪力形式傳遞到鋼牛腿、鋼棒和精軋螺紋鋼至索塔立柱,因此,應(yīng)對其進行受力狀態(tài)分析。鋼牛腿板件、鋼棒和混凝土塔壁采用Solid45實體單元模擬[5];精軋螺紋鋼采用單元Link8模擬;牛腿端板與塔壁、鋼棒的接觸關(guān)系采用接觸單元Conta175和Targe170模擬,不考慮牛腿端板與塔壁間的摩擦。

        邊界條件:建立5 m高塔壁的1/2模型,對塔壁底部進行固結(jié),索塔中面進行對稱約束;荷載:根據(jù)分配梁與墊板T8的作用面積,以面荷載的形式施加到墊板T8上[6]。通過對索塔橫梁鋼牛腿實體分析,計算分析鋼牛腿整體受力狀態(tài)、鋼牛腿各板件應(yīng)力狀態(tài)、鋼棒應(yīng)力狀態(tài)、精軋螺紋鋼受力狀態(tài)。

        3.2 計算分析結(jié)果

        鋼板牛腿總體應(yīng)力與縱向豎向位移分布如圖5所示,應(yīng)力結(jié)果均為米塞斯應(yīng)力。

        圖5 鋼牛腿總體應(yīng)力與位移分布

        (1)鋼牛腿應(yīng)力與位移

        由圖5可知,鋼牛腿端板頂面與塔壁脫開間隙最大為2.8 mm,支承位置最大豎向位移約2.6 mm,除局部應(yīng)力集中點外,各板件應(yīng)力狀態(tài)在180 MPa以內(nèi),均滿足變形位移和強度要求[7]。

        (2)板件應(yīng)力

        計算分析可知,除與鋼棒接觸位置外,牛腿端板整體應(yīng)力水平較低,與鋼棒接觸位置應(yīng)力在140 MPa以內(nèi)。牛腿頂板及支承墊板整體應(yīng)力水平較低,在70 MPa以內(nèi)。

        牛腿腹板應(yīng)力呈現(xiàn)外側(cè)腹板應(yīng)力小,中間腹板應(yīng)力大的分布,中腹板于支承墊板正下方應(yīng)力在100 MPa以內(nèi),腹板下緣出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)域,最大約210 MPa。

        牛腿頂板上的加勁板應(yīng)力呈現(xiàn)外側(cè)應(yīng)力較大,中間應(yīng)力較小的趨勢,最大應(yīng)力在100 MPa以內(nèi)。牛腿頂板外側(cè)下加勁板應(yīng)力水平較低,中間加勁應(yīng)力較大,最大應(yīng)力在190 MPa以內(nèi)[8]。

        (3)鋼棒與精軋螺紋鋼應(yīng)力

        鋼棒最大應(yīng)力在220 MPa以內(nèi),環(huán)向加勁與鋼棒接觸的最大應(yīng)力在180 MPa以內(nèi)。最上面排精軋螺紋鋼應(yīng)力為110 MPa,中間排精軋螺紋鋼應(yīng)力為86 MPa,最下面排精軋螺紋鋼應(yīng)力為15 MPa。上述結(jié)構(gòu)應(yīng)力均滿足強度要求。

        4 橫梁支架安裝與拆除施工

        4.1 橫梁支架安裝

        測量放樣→安裝A、B支點鋼板牛腿→安裝A、B支點鋼板牛腿上承載分配鋼梁→按設(shè)計間距、部位安裝貝雷梁→安裝貝雷梁上順橋方向 14工字鋼梁→按設(shè)計間距、部位搭設(shè)φ48×3.5碗扣式支架→按線形調(diào)整頂托高度→安裝橫梁底?!Ъ芟到y(tǒng)預(yù)壓→下步工序施工[9]。

        測量塔柱頂?shù)南嚓P(guān)參數(shù),包括標(biāo)高、斷面尺寸、軸線位置、垂直度等。橫梁支架安裝利用主塔塔機安裝,桁架安裝時,先在主梁B0梁段上拼接組裝,再利用兩個塔機起吊,然后在索塔上安裝。

        4.2 橫梁混凝土澆筑

        橫梁混凝土采取一次性灌注,先澆筑底板、腹板,然后澆筑頂板混凝土。澆筑底板時,從兩側(cè)塔柱向橫梁的中部水平分層灌注混凝土;澆筑頂板時,從橫梁的中部向兩側(cè)塔柱分段灌注混凝土?;炷凉嘧⒉捎眯毕蚍侄嗡椒謱拥氖┕し椒?,坍落度控制在14~16 cm。在灌注混凝土前,應(yīng)在模板上標(biāo)記出分段灌注的長度、坡度、起止時間等,以便負(fù)責(zé)振搗的人員在本層振搗完畢后的交接班。

        4.3 橫梁支架拆除

        支架拆除同樣利用主塔塔機,預(yù)應(yīng)力張拉完成后,清理底模雜物并利用1.5 t吊裝袋打包,然后用塔吊運至地面,工序關(guān)鍵措施如圖6所示。橫梁投影面下各方向擴寬6 m設(shè)置警戒線,并設(shè)置0.5 m厚緩沖層,防止支架拆除過程中墜物傷人[10]。

        圖6 貝雷梁拆除工序關(guān)鍵措施示意

        (1)底模、腳手架及工字鋼分配梁拆除

        底模拆除首先下放腳手架上頂托,使底模模板與混凝土脫離,依次抽出底模竹膠板、方木、縱向分配鋼管。按照“縱橋向?qū)ΨQ均衡、橫橋向基本同步”的原則,由外向內(nèi),由兩側(cè)向中間分階段循環(huán)對稱拆除腳手架。拆除腳手架后抽出 14工字鋼分配梁,利用塔吊打捆運至地面。

        (2)加強型貝雷梁拆除

        因單片貝雷梁寬度較窄,拖拉過程中容易發(fā)生傾覆,拆除前貝雷梁片應(yīng)進行重新重組。可將單片的貝雷梁與雙拼貝雷梁組合,并利用U型卡扣緊。

        貝雷組橫移前首先要加固牛腿頂分配鋼梁及鋼牛腿,將分配鋼梁與鋼牛腿焊接在一起,防止貝雷橫移時分配鋼梁發(fā)生側(cè)翻,同時在分配鋼梁兩端利用∠7×7角鋼加焊寬1.2 m,高1.2 m的工作平臺。利用兩個5 t手拉葫蘆將重新分組的貝雷片拖移至橫梁外側(cè),拖移貝雷組時利用混凝土橫梁頂面的卷揚機鋼絲繩為保險,防止貝雷組拖移過程中傾倒或由于拖移不同步造成貝雷組墜落。

        貝雷組拖移到位后(距離分配鋼梁邊40 cm),利用兩臺6015型塔吊將貝雷組吊運至地面,注意兩臺塔吊必須同步作業(yè)。

        (3)牛腿頂分配梁及鋼牛腿拆除

        貝雷片拆除后,在混凝土橫梁頂面布置兩臺卷揚機及滑輪,將焊接在一起的分配鋼箱梁和鋼牛腿吊起,利用牛腿下操作平臺拆除固定鋼牛腿的精軋螺紋鋼及鋼棒,用卷揚機將分配鋼箱梁及鋼牛腿整體下放到地面,注意兩臺卷揚機要同步作業(yè),嚴(yán)禁失衡。分配鋼梁及鋼牛腿拆除后,利用塔吊吊籃拆除鋼牛腿下操作平臺[11]。

        5 結(jié)束語

        該大橋索塔橫梁具有結(jié)構(gòu)自重大(500 t)、位置高的特點,在施工方法與工藝上進行了一系列的優(yōu)化,各項檢驗均達到優(yōu)良,取得了成功的橫梁施工經(jīng)驗[12]。

        (1)通過橫梁支架方案比選,放棄了傳統(tǒng)的滿堂式落地支架、高空斜撐支架等技術(shù)風(fēng)險高和經(jīng)濟效益不顯著的施工方案,研制了一種新型高空牛腿,上部承重托梁、貝雷梁和支架模板系統(tǒng)的新型支架方案,達到了節(jié)省成本、加強施工安全、提高工作效率以及保證工程質(zhì)量的效果。

        (2)對橫梁進行了預(yù)拱度設(shè)置,有效抵消橫梁向下?lián)隙龋WC了橫梁良好的視覺效果。

        (3)在橫梁高度中心處塔柱設(shè)置向外預(yù)偏5 mm,對第15節(jié)段頂部設(shè)置向外預(yù)偏8 mm,能有效解決橫梁施工時塔柱向內(nèi)(橫橋向)產(chǎn)生位移的問題。

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