韋永昌 宋佩超 劉祥

作者簡介：

韋永昌（1982—），高級工程師，主要從事市政工程、道路橋梁工程技術(shù)和施工管理工作;

宋佩超（1988—），工程師，主要從事橋梁施工技術(shù)工作;

劉 祥（1991—），工程師，博士，主要從事橋梁施工技術(shù)工作。

文章以烏蘭木倫河3號橋工程為例，介紹了超寬重型鋼箱梁的梁上運(yùn)梁工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，并選取最不利運(yùn)梁位置進(jìn)行最大剪應(yīng)力以及最大有效應(yīng)力有限元模擬，驗(yàn)證了梁上運(yùn)梁工藝的可行性。梁上運(yùn)梁工藝有效解決了超寬重型鋼箱梁的運(yùn)輸問題，可為類似橋梁施工提供工程借鑒。

超寬重型，鋼箱梁，梁上運(yùn)梁，有限元模擬

U448.21+3A371273

0 引言

隨著橋梁設(shè)計能力、建造能力的提高，橋梁的跨徑和承載能力也在不斷取得突破[1]。其中，梁體作為橋梁的受力和運(yùn)輸通道是橋梁的主要受力結(jié)構(gòu)，其樣式存在著多樣性[2]。鋼箱梁結(jié)構(gòu)由于其剛度大、穩(wěn)定性好、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用[3-4]。

鋼箱梁的加工需要相應(yīng)的大型專業(yè)設(shè)備，包括起重設(shè)備、下料機(jī)械、胎架場地等，因此往往在遠(yuǎn)離橋位現(xiàn)場的專業(yè)加工廠內(nèi)進(jìn)行制造。因此，當(dāng)鋼箱梁加工完成后需運(yùn)輸至橋位現(xiàn)場進(jìn)行安裝。鋼箱梁結(jié)構(gòu)雖然在受力方面有著極大的優(yōu)勢，但由于梁體較大，尤其是對于較寬的鋼箱梁節(jié)段，其運(yùn)輸方面存在著極大的問題[5]。已有的鋼箱梁運(yùn)輸方法通常為水路運(yùn)輸和陸地運(yùn)輸。在城市中建設(shè)的橋梁，當(dāng)無法實(shí)現(xiàn)水路運(yùn)輸，而陸地運(yùn)輸又由于體積過大影響交通時，使鋼箱梁的運(yùn)輸一直困擾著施工單位[6]。本文以烏蘭木倫河3號橋?yàn)槔?，詳?xì)介紹了分體式鋼箱的梁上運(yùn)梁工藝，該工藝通過二次拼裝和運(yùn)梁小車有效解決了鋼箱梁的運(yùn)輸問題。

1 工程概況

烏蘭木倫河3號橋主橋鋼箱梁段長348 m，主梁全寬42～65 m，采用帶外伸橫梁的鋼箱梁。鋼箱梁主箱式由兩個單箱單室結(jié)構(gòu)通過聯(lián)系橫梁及面板組成，主箱式全寬為34 m，梁高為3.5 m，梁段長度為3.4～7.95 m，重量為136～203 t。采用扁平流線型截面，箱梁內(nèi)設(shè)置6道腹板，斜頂板同時兼頂板、腹板的功能，斜底板同時兼底板、腹板的功能。如下頁圖1所示。

為保證鋼箱梁安全可靠地完成安裝，本方案采用支架法設(shè)計，在確保安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的前提下合理布置支架形式，采用履帶吊安裝的施工工藝。

2 梁上運(yùn)梁設(shè)計

鋼箱梁在鋼結(jié)構(gòu)廠進(jìn)行整體拼裝、單箱室焊接及運(yùn)輸，待運(yùn)至橋位現(xiàn)場時進(jìn)行二次拼裝，以解決超寬重型鋼箱梁從出廠到橋位現(xiàn)場的運(yùn)輸問題。在橋位現(xiàn)場的大拼場通過橫梁及面板的焊接，將單個的鋼箱梁箱室組裝成雙主梁形式。

由于大拼場與鋼箱梁安裝位置存在一定距離，可通過龍門吊、履帶吊、運(yùn)梁小車等運(yùn)輸工具將鋼箱梁運(yùn)至吊裝位置。但履帶吊在負(fù)重情況下的行走極不安全，龍門吊的運(yùn)輸需要沿途設(shè)置軌道基礎(chǔ)，因此兩種方案均不可實(shí)行。只能采用在已完成吊裝的鋼箱梁表面鋪設(shè)軌道，并通過運(yùn)梁小車將準(zhǔn)備吊裝的鋼箱梁運(yùn)輸至合適位置后進(jìn)行吊裝。軌道設(shè)置在箱梁腹板上，以減少箱梁變形。如圖2～4所示。

3 主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

采用梁上運(yùn)梁工藝，由于是在已安裝好的鋼箱梁上鋪設(shè)軌道并進(jìn)行后續(xù)鋼箱梁的運(yùn)輸，因此需要對已安裝的鋼箱梁進(jìn)行受力計算。

該計算模型采用Midas Civil 2019軟件進(jìn)行分析計算，采用板單元對腹板頂板腹板及肋板等進(jìn)行模擬，材料均采用Q345級鋼材，采用一般支承模擬臨時墩立柱，約束主梁全部自由度，箱梁模型采用7.5 m標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行模擬。根據(jù)鋼箱梁設(shè)計圖中各單元件尺寸、位置、板厚等進(jìn)行模型的建立，具體建模如圖5所示。

4 荷載設(shè)計

采用運(yùn)梁小車對鋼箱梁進(jìn)行運(yùn)輸，根據(jù)鋼箱梁的節(jié)段劃分和鋼管支架的布置形式，當(dāng)運(yùn)梁小車處于不同位置時，已安裝的鋼箱梁會處于不同的受力工況，選取其中的最不利工況進(jìn)行受力分析。

（1）運(yùn)梁平車運(yùn)輸最大吊重段梁時，位于首個支架頂（前支點(diǎn)），荷載設(shè)計如圖6所示。

（2）運(yùn)梁平車運(yùn)輸最大吊重段梁時，運(yùn)梁平車位于跨中，荷載設(shè)計如圖7所示。

（3）運(yùn)梁平車運(yùn)輸最大吊重段梁時，運(yùn)梁平車位于末端主梁支架頂（后支點(diǎn)），荷載設(shè)計如圖8所示。

5 計算結(jié)果

當(dāng)運(yùn)梁平車運(yùn)輸最大吊重段梁分別處于不同工況時，對相應(yīng)位置鋼箱梁的最大剪應(yīng)力以及最大有效應(yīng)力進(jìn)行分析。其中，計算的最大剪應(yīng)力為60.00 MPa，鋼材允許的最大剪應(yīng)力為100 MPa，安全系數(shù)為1.7。計算的最大有效應(yīng)力為110.78 MPa，而鋼材允許的最大有效應(yīng)力為172 MPa，安全系數(shù)為1.5。以上計算結(jié)果表明梁上運(yùn)梁工藝具有足夠的安全性和可實(shí)施性，如表1、圖9～11所示。

6 現(xiàn)場實(shí)施

通過對不同工況下已安裝主梁的受力分析，可以看出梁上運(yùn)梁具有足夠的安全儲備。軌道在施工過程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)為順直度及加固效果。軌道的順直度是平車正常運(yùn)行的保障，若不順直，箱梁運(yùn)輸過程中存在傾覆風(fēng)險，因此項(xiàng)目部采取全站儀對軌道順直度進(jìn)行控制;軌道加固是保證軌道在運(yùn)輸過程中不發(fā)生變形、移位的保障措施，但過渡加固將對箱梁母材造成損傷，綜合考慮采用50 cm一道壓軌板進(jìn)行加固。

鋼箱梁位于運(yùn)梁小車上，保證小車具有足夠動力，行駛過程中全程有操作人員跟隨，確保小車運(yùn)行的平穩(wěn)性，并在軌道的重點(diǎn)位置設(shè)置防沖撞裝置，同時隨著鋼箱梁節(jié)段鋪裝的加長，不斷加長軌道。

7 結(jié)語

在烏蘭木倫河3號橋的施工中，技術(shù)人員采用后場單箱室拼裝、前場二次拼裝的方式，并結(jié)合梁上運(yùn)梁的工藝，成功解決了超寬重型鋼箱梁的運(yùn)輸問題。本文根據(jù)運(yùn)梁小車運(yùn)輸最重節(jié)段時的不同位置，選取了不同的受力工況進(jìn)行了最大主應(yīng)力、最大剪應(yīng)力以及最大有效應(yīng)力的分析，結(jié)果表明梁上運(yùn)梁具有足夠的安全性，并在施工過程中得到了有效應(yīng)用。

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