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        纜索吊機(jī)塔頂承重索空載橫移施工技術(shù)

        2021-04-09 10:25:38馮四超
        關(guān)鍵詞:焊縫設(shè)計(jì)

        馮四超

        (中鐵一局集團(tuán)橋梁工程有限公司,重慶 401121)

        1 工程概況

        夜郎河雙線特大橋位于貴州省遵義市桐梓縣境內(nèi),大橋跨越夜郎河溝谷地形、習(xí)新公路,為雙線客貨共線鐵路,主橋采用1~370m 上承式空間X 形( 提籃式) 鋼筋混凝土拱橋,豎直平面內(nèi)矢高83.5m,矢跨比1∶4.4,拱軸系數(shù)M=5.0;引橋及拱上孔跨布置為:5 m×3 2 m 簡(jiǎn)支T 梁+(4m×38m+3m×38m+4m×38m) 鋼混結(jié)合梁+16m×32m 簡(jiǎn)支T 梁;主橋拱座基礎(chǔ)為馬蹄形混凝土基礎(chǔ)如圖1 所示[1]。

        圖1 橋梁設(shè)計(jì)圖

        主橋鋼管拱肋勁性骨架分為44 個(gè)節(jié)段。上下弦主鋼管 共計(jì)8 肢(其中分叉段兩側(cè)各對(duì)應(yīng)4 肢鋼管,拱頂合并段對(duì)應(yīng)8 肢鋼管)。勁性骨架底寬41m,頂寬15.42m,最重節(jié)段重約1960kN(196t),最長(zhǎng)節(jié)段24.5m,吊裝高度205m。

        2 施工方案比選

        大橋橫跨夜郎河溝谷,橋位處地勢(shì)較為陡峻,地面高程501~829m,相對(duì)高差約328m。提籃式拱橋,拱腳為分叉段,中心距為32m;拱頂為合并段,中心距為10m。

        針對(duì)空間X 形勁性骨架拱腳段、拱頂段間距變化大,且節(jié)段需對(duì)稱拼裝,則纜索吊機(jī)須頻繁且快速地進(jìn)行橫移。綜合比較固定式、雙擺塔式及平移式纜索吊機(jī),分析研究適合本項(xiàng)目勁性骨架及鋼梁吊裝的纜索吊機(jī)。

        其中,固定式纜索吊機(jī)承重索兩端支點(diǎn)固定不動(dòng),各承重索覆蓋范圍只是1 條直線。其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,但不能解決勁性骨架拱腳、拱頂節(jié)段變間距吊裝的難題。

        擺塔式纜索吊機(jī)的承重索支承于桅桿式塔架。通過(guò)塔架左、右擺動(dòng),使其工作范圍為可變寬度的矩形。其塔架結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)高;單次擺塔時(shí)間較長(zhǎng),不能滿足本橋工期要求。

        平移式纜索吊機(jī)采用纜塔橫移的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)平移。其一般無(wú)后風(fēng)纜、塔架剛度要求大,塔架及纜索系統(tǒng)構(gòu)造相對(duì)較復(fù)雜;本項(xiàng)目塔架高度約101m,塔架橫移的安全風(fēng)險(xiǎn)高;同時(shí),其軌道基礎(chǔ)要求高,設(shè)計(jì)工程量最大,造價(jià)高。

        綜上所述,最終確定本項(xiàng)目纜索吊機(jī)采用塔頂承重索空載橫移的方式覆蓋橫橋向工作范圍。即在纜塔頂設(shè)橫向滑道,索鞍沿滑道橫移而帶動(dòng)纜索系統(tǒng)空載橫移,然后豎直起吊,縱向移動(dòng)就位。

        3 施工方案設(shè)計(jì)

        依據(jù)兩側(cè)地形,設(shè)計(jì)了吊重約40kN×500kN(4t×50t),跨徑組合為124.2m+548.46m+150.21m 的纜索吊機(jī),確保4 組吊鉤平穩(wěn)起吊最大吊重1 960kN(196t)拱肋勁性骨架。纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)布置如圖2 所示。

        3.1 纜索吊機(jī)簡(jiǎn)介

        纜索吊機(jī)纜塔高度約101m,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ)+承臺(tái)。纜塔與承臺(tái)采用鉸接設(shè)計(jì),上下鉸座均采用鋼板焊接,采用大直徑定制銷軸連接。

        纜塔立柱采用四管格構(gòu)拴接拼裝,格構(gòu)單節(jié)長(zhǎng)度8m,采用800mm×16mm 鋼管,連接系均為雙榀槽20a 型鋼。纜塔兩立柱間距為28m,塔頂橫梁總長(zhǎng)度為52m。塔架設(shè)置3 道橫梁,橫聯(lián)設(shè)計(jì)為鋼管桁架(與立柱一致),采用螺栓與立柱連接。

        圖2 纜索吊機(jī)總體設(shè)計(jì)布置圖

        纜塔頂部設(shè)置橫梁,橫梁采用鋼管桁架設(shè)計(jì),全部采用426mm×12mm 鋼管焊接,其上部放置索鞍滑道,滑道采用鋼板焊接的箱型結(jié)構(gòu),長(zhǎng)度為52m,滑道采用型鋼連接。滑道上部放置索鞍承載纜索系統(tǒng)。

        纜索承重索采用6 根62mm 鋼絲繩;牽引索采用根32mm 鋼絲繩,走“4”布置,單根牽引索配合1 臺(tái)25t 慢速自鎖式卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引作業(yè);起重索采用根32mm 鋼絲繩,走“10”布置,單根牽引索配合1 臺(tái)15t 慢速自鎖式卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行起重作業(yè)。

        纜塔設(shè)計(jì)跨中通風(fēng)纜、邊跨后風(fēng)纜,克服吊裝過(guò)程中纜索系統(tǒng)對(duì)纜塔的縱向水平荷載;設(shè)計(jì)橫向風(fēng)纜,克服風(fēng)荷載及索鞍橫移后吊裝過(guò)程中纜索系統(tǒng)對(duì)纜塔的橫向水平荷載。確保塔架結(jié)構(gòu)安全。

        起重小車、索鞍等均為定制配套鋼結(jié)構(gòu)。承重索主錨碇(后風(fēng)纜聯(lián)合錨碇)、橫向風(fēng)纜聯(lián)合錨碇均設(shè)計(jì)為重力式錨碇。

        3.2 索鞍橫移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

        滑道上布置索鞍,依據(jù)勁性骨架間距變化值,在滑道兩側(cè)腹板對(duì)應(yīng)位置預(yù)留銷孔,用于索鞍橫移后的錨固。索鞍設(shè)計(jì)為空載橫移,采用連續(xù)千斤頂來(lái)回牽引兩索鞍同步橫移,橫移最大間距約32m,滿足纜索吊機(jī)橫移覆蓋勁性骨架吊裝施工如圖3 所示。

        圖3 索鞍橫移設(shè)計(jì)布置圖

        3.3 索鞍橫移機(jī)構(gòu)計(jì)算

        由上述設(shè)計(jì)可知,索鞍機(jī)構(gòu)主要有連續(xù)千斤頂、錨座、鋼絞線及索鞍限位銷軸。其中,依據(jù)本橋纜索吊機(jī)在最外側(cè)吊裝作業(yè)時(shí),空載工況下單個(gè)索鞍對(duì)纜塔的豎向荷載約為2235kN(223.5t),橫向力約為207kN(20.7t)??紤]索鞍與滑道摩擦系數(shù)為μ=0.1,則兩個(gè)索鞍同步牽引需要的牽引力為F=2×(μ×223.5t+20.7t)=86.1t。

        1)千斤頂選型

        依據(jù)橋涵施工技術(shù)規(guī)范要求,張拉千斤頂?shù)念~定張拉力宜為設(shè)計(jì)張拉力的1.5 倍,且不得小于1.2 倍[2]。千斤頂選型為120t 的連續(xù)千斤頂(約為設(shè)計(jì)張拉力的1.39 倍)。

        2)鋼絞線選型

        考慮最大牽引力F=861kN(86.1t),其中體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線的控制應(yīng)力為[3]:

        式中,fpk為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的抗拉強(qiáng)度。

        單根φ15.24mm 鋼絞線的截面積為A=140mm2[4];單根鋼絞線的控制張拉力為Tcon=Aσcon=18.23t。

        則計(jì)算鋼絞線數(shù)量n=F/Tcon=4.7。故牽引鋼絞線采用6 根φ15.24mm 鋼絞線。

        3)錨座焊縫計(jì)算

        錨座均采用鋼板焊接而成,焊縫均為直角角焊縫。簡(jiǎn)化計(jì)算,豎板與立板焊縫承壓,立板與滑道頂板焊縫抗剪。錨座設(shè)計(jì)如圖4 所示。

        圖4 索鞍橫移錨座設(shè)計(jì)圖

        圖4 中,N1 豎板厚3cm,N2 立板厚20cm,滑道梁頂板厚2cm。焊腳尺寸均為hf=12mm;則焊縫計(jì)算尺寸:he=0.7hf=8.4mm。由錨座設(shè)計(jì)可知,正面角焊縫及側(cè)面角焊縫長(zhǎng)度一致,即單根焊縫長(zhǎng)度為lf=40cm;則單根焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為lw=38.8cm。

        正面角焊縫:設(shè)計(jì)3 道立板,則N1 豎板與N2 立板正面角焊縫共計(jì)6 道,計(jì)算時(shí)考慮3 道焊縫受力。

        則正面角焊縫計(jì)算應(yīng)力為[5]:

        式中,βf為正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù);ffw為角焊縫的設(shè)計(jì)強(qiáng)度;N 為作用于焊縫的力。

        故正面角焊縫滿足設(shè)計(jì)要求。

        側(cè)面角焊縫:設(shè)計(jì)3 道立板,則N2 立板與滑道頂面?zhèn)让娼呛缚p共計(jì)6 道,計(jì)算時(shí)考慮3 道焊縫受力。

        則側(cè)面角焊縫計(jì)算應(yīng)力為:

        故側(cè)面角焊縫滿足設(shè)計(jì)要求。

        4)錨固銷軸計(jì)算

        單個(gè)索鞍最大牽引力為N=F/2=430.5kN(43.05t),單個(gè)索鞍錨固點(diǎn)共計(jì)4 處,銷軸設(shè)計(jì)為d=φ50mm 鋼棒,材質(zhì)為Q345 鋼。由于牽引特性,考慮2 處錨固點(diǎn)參加受力?;懒焊拱搴穸葹閠 =20mm。

        式中,fcb銷軸承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

        銷軸抗剪強(qiáng)度為[5]:

        銷軸抗彎強(qiáng)度為[5]:M=32.29kN·m

        式中,fb為銷軸抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

        綜上所述,采用Q345 鋼的φ50mm 鋼棒限位錨固能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工。

        4 纜索吊機(jī)橫移施工

        勁性骨架節(jié)段吊裝時(shí),先在橋?yàn)橄缕囱b場(chǎng)將節(jié)段平面調(diào)整至安裝姿態(tài),纜索吊機(jī)垂直提升后,縱移就位。當(dāng)一個(gè)節(jié)段對(duì)稱吊裝完成,開始橫移索鞍。

        本橋設(shè)計(jì)索鞍橫移最大距離32m,節(jié)段對(duì)稱吊裝,索鞍需來(lái)回往復(fù)橫移。往左橫移工序?yàn)椋喊惭b索鞍右側(cè)錨具固定→左側(cè)錨座安裝調(diào)試連續(xù)千斤頂→釋放索鞍限位銷軸→張拉連續(xù)千斤頂→索鞍限位錨固→拆除連續(xù)千斤頂→拆除索鞍右側(cè)錨具(往右橫移工序一致)。

        連續(xù)千斤頂位于滑道兩側(cè),橫移時(shí)多余鋼絞線應(yīng)盤圓放置于2 滑道間的端頭工作平臺(tái),并做好保護(hù),不得損傷鋼絞線;橫移過(guò)程中注意連續(xù)千斤頂油表讀數(shù),超過(guò)設(shè)計(jì)讀數(shù)時(shí),應(yīng)立即停止橫移,做好措施后再繼續(xù)橫移,避免強(qiáng)行牽引對(duì)索鞍及鋼絞線等造成破壞,影響結(jié)構(gòu)安全。

        5 結(jié)語(yǔ)

        本橋通過(guò)采用纜索吊機(jī)塔頂承重索空載橫移的方式滿足大跨度空間X 形勁性骨架變間距吊裝。采用固定式纜塔,并塔頂索鞍空載橫移帶動(dòng)纜索系統(tǒng)橫移的方式覆蓋全部勁性骨架節(jié)段,極大地優(yōu)化了纜塔設(shè)計(jì),節(jié)約了材料;采用連續(xù)千斤頂進(jìn)行塔頂承重索空載橫移,快速高效地完成了勁性骨架節(jié)段的吊裝施工,節(jié)段吊裝施工比同類型橋梁工期節(jié)約約60d,平均每個(gè)節(jié)段節(jié)約工期約1.4d;設(shè)置預(yù)緊橫向纜風(fēng)繩,很好地克服了纜索系統(tǒng)在最外側(cè)重載吊裝時(shí)產(chǎn)生的橫向水平荷載。采取的塔頂承重索空載連續(xù)千斤頂橫移、橫向纜風(fēng)繩等一系列措施,確保了經(jīng)濟(jì)、高效、安全地完成了拱肋勁性骨架的吊裝施工。

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