王 松 喻致蓉 張紅杰

(平頂山平煤機煤礦機械裝備有限公司 平頂山 467000)

0 引言

由于城區(qū)人口較為密集且交通路況復(fù)雜，橋梁建設(shè)環(huán)境約束限制較多，城市高架橋的施工必須確保吊裝頂推期間周圍主干道的通行安全。鋼箱梁頂推法施工能夠有效的避免上述問題且施工速度快，近年來發(fā)展迅速[1]。對于鋼箱梁頂推施工，已經(jīng)有較多的學(xué)者對于頂推系統(tǒng)設(shè)計原理、頂推設(shè)備同步控制、平衡度控制、糾偏控制、累計誤差控制等方面進行研究[2-8]，形成了成熟的頂推工藝，但對頂推施工過程中使用的臨時支架結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的研究關(guān)注較少。由于頂推施工過程中工況多、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換復(fù)雜，施工荷載也是一個動態(tài)變化過程，臨時支架結(jié)構(gòu)是否安全合理直接關(guān)系整個頂推施工的成敗，因此，有必要對臨時支架結(jié)構(gòu)安全性進行探討。

1 工程概況

鄭州市農(nóng)業(yè)路快速通道工程為東西向城市快速通道,全線西起雄鷹東路，東至金源東街，總長約13.5km。本工程范圍為農(nóng)業(yè)路快速通道工程NYLDJSG-2標段主線高架橋第2聯(lián)鋼箱梁，跨越既有京沙立交橋，鋼箱梁全橋全長166m，總重約2600t。鋼箱梁節(jié)段效果圖如圖1所示。

圖1 農(nóng)業(yè)路鋼箱梁節(jié)段效果圖

2 鋼箱梁分段設(shè)計方案

由于鋼箱梁全橋整體噸位較大，受到制造、道路運輸、起重條件的限制，為了滿足鋼箱梁梁段的工廠化制造、汽車運輸、工地現(xiàn)場吊裝、頂推施工等各環(huán)節(jié)的要求，鋼箱梁在制造中必須進行縱向、橫向的節(jié)段劃分形成桿件單元，以達到順利制造、順利運輸、順利架設(shè)的目的[3]。綜合考慮以上因素，全橋鋼箱梁沿橋縱向分為13個梁段，橫向分為7個梁段，即5個箱室+2個挑臂，合計91個鋼箱梁桿件，單節(jié)桿件最大重量50t。分段方案如圖2所示。

a.縱向分段圖

b.橫向分段圖

3 鋼箱梁頂推架設(shè)方案

3.1 架設(shè)總體施工方案

為了減少上部鋼箱梁施工對橋下既有道路交通的影響，確保吊裝頂推期間通行安全，參照類似工程并結(jié)合農(nóng)業(yè)路快速通道工程現(xiàn)場實際場地情況，鄭州市農(nóng)業(yè)路鋼箱梁采用步履式多點同步頂推施工[4]。

鋼箱梁節(jié)段箱體桿件運輸至現(xiàn)場后，利用60t龍門吊將鋼箱梁節(jié)段桿件吊裝至頂推及拼裝平臺上進行現(xiàn)場總拼，將鋼箱梁整體節(jié)段的平面坐標和高程調(diào)整到施工道路線形后進行焊接。

由于施工場地受限，本橋由K6#墩側(cè)向K2#墩側(cè)進行頂推，待鋼箱梁全部頂推到位后采用液壓油缸落梁的方法將鋼箱梁整體調(diào)整至設(shè)計標高，達到設(shè)計要求后進行支座安裝，完成鋼箱梁頂推施工。鋼箱梁頂推架設(shè)總體施工如圖3所示。

圖3 農(nóng)業(yè)路鋼箱梁頂推架設(shè)總體施工圖

3.2 鋼箱梁施工難點、重點

(1)考慮到現(xiàn)場施工場地限制，K3-K4-K5跨間為既有的京沙立交橋，跨間臨時支墩設(shè)置難以實現(xiàn)。因此跨間不設(shè)臨時支墩。同時由于鋼箱梁跨越既有線路，對于施工進度和施工安全性要求極高。

(2)本橋?qū)儆诟叨帐┕で翼斖浦亓看螅撓淞壕嗟孛娓叨燃s30m，本橋需要更大的頂推力和更強的臨時支架。

(3)鋼箱梁段縱橋向為大坡度，最大高差約2.4m。在頂推過程中，支架抄墊處在頂推過程中需要不斷進行調(diào)整，頂推施工難度較大。

3.3 鋼箱梁施工步驟

步驟一：在K4#墩與K6#墩范圍內(nèi)拼裝60t龍門吊機、布置45m鋼箱梁拼裝支架、調(diào)節(jié)鋼箱梁線形標高。施工步履式頂推臨時支墩，其上布置步履式頂推設(shè)備。

步驟二：在拼裝支架上拼裝導(dǎo)梁；隨后拼裝第一節(jié)段鋼箱梁，并將導(dǎo)梁及鋼箱梁焊接。

步驟三：待第一節(jié)拼裝完畢檢驗合格后，進行頂推施工，將整體向前頂推一個節(jié)段。然后拼裝第二個節(jié)段鋼箱梁；待鋼箱梁焊接檢驗合格后，進行頂推施工。為了防止頂推過程中傾覆，在向前頂推一個節(jié)間時第一段鋼箱梁及導(dǎo)梁需要三套步履裝置支撐。

步驟四：重復(fù)步驟三繼續(xù)向前頂推一個節(jié)間，在拼裝平臺上拼裝第三個節(jié)段鋼箱梁；待鋼箱梁焊接檢驗合格后，進行頂推施工。

步驟五：重復(fù)步驟四操作，向前頂推兩個節(jié)間在拼裝平臺上拼裝后續(xù)兩個階段；進行頂推施工，將導(dǎo)梁頂推至K3#墩；在頂推過程中對鋼箱梁進行糾偏。

步驟六：重復(fù)上述步驟，拼裝后續(xù)鋼箱梁，進行頂推施工，至導(dǎo)梁K1#墩。

步驟七：繼續(xù)向前頂推鋼箱梁，當(dāng)導(dǎo)梁第一節(jié)段伸出K2#墩后拆除第一節(jié)段導(dǎo)梁；在拼裝拼裝支架上接續(xù)拼裝鋼箱梁。

步驟八：待鋼箱梁頂推到位后，拆除導(dǎo)梁，進行落梁施工，使鋼箱梁線形滿足設(shè)計要求。拆除拼裝平臺、頂推機構(gòu)和支架。

3.4 鋼箱梁頂推整體受力計算

由于頂推的方法的特殊性，鋼箱梁頂推施工過程中存在多種施工工況，為保證施工安全，必須對鋼箱梁頂推整體受力計算。計算結(jié)果統(tǒng)計如表1所示。

表1 鄭州市農(nóng)業(yè)路快速通道橋支墩雙邊受力統(tǒng)計表(單位：t)

以上所有工況應(yīng)力最大值如圖4所示。

a：頂推導(dǎo)梁各工況下最大應(yīng)力圖(單位：MPa)

綜上所述：經(jīng)計算分析在頂推過程中：

導(dǎo)梁(Q345B)上最大應(yīng)力σ=116.7MPa<[σ]=199MPa

鋼箱梁上最大應(yīng)力σ=43.5MPa<[σ]=199MPa

4 頂推臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)農(nóng)業(yè)路鋼箱梁橋位附近交通條件和頂推施工要求，需布置龍門吊、鋼箱梁頂推支架及拼裝支架、導(dǎo)梁等臨時設(shè)施[4-6]。

4.1 臨時支架

4.1.1 臨時結(jié)構(gòu)布置

臨時支架主要包含頂推支架及拼裝支架。頂推支架供鋼箱梁頂推承載使用，拼裝支架供鋼箱梁頂推前的拼裝施工使用(圖5)。

圖5 鄭州農(nóng)業(yè)路臨時支架布置圖

4.1.2 拼裝支架4.1.2.1 拼裝支架結(jié)構(gòu)設(shè)計

拼裝支架主要用于組拼鋼箱梁吊裝段桿件，將鋼箱梁桿件總拼成型，為鋼箱梁頂推施工進行相應(yīng)準備工作。

拼裝支架的長度計算應(yīng)考慮以下因素：拼裝支架作為鋼箱梁箱體桿件拼裝的焊接平臺，既要滿足鋼箱梁承重要求，又要滿足鋼箱梁橋面整體線形要求，同時必須滿足工人焊接操作要求[5]。綜上所述，為滿足鋼箱梁組拼、焊接打磨、油漆涂裝工位的需要,鋼箱梁拼裝支架平臺至少要提供3個節(jié)段鋼箱梁工作位置。本橋鋼箱梁縱向節(jié)段單節(jié)最長尺寸14.53m，最短尺寸11.2m，由此可以計算拼裝支架最小長度尺寸應(yīng)為45m。

4.1.2.2 拼裝支架結(jié)構(gòu)計算

圖6 拼裝支架及邊跨頂推裝置示意圖 圖7 拼裝支架模型受力圖(單位：t)

圖8 拼裝支架應(yīng)力圖(單位：MPa)

最大應(yīng)力值為σmax=51.9MPa≤[σ]=145 MPa，故強度滿足要求。

最大側(cè)向位移為fmax=33.8mm≤[f]=H/400=24632/400=61.58mm，故剛度滿足要求。

經(jīng)計算拼裝支架滿足受力要求。

4.1.3 墩旁頂推支架4.1.3.1 頂推支架結(jié)構(gòu)設(shè)計

墩旁頂推支架為頂推施工中的主要受力結(jié)構(gòu)，強度設(shè)計上既要滿足鋼箱梁頂推施工時的最大豎向荷載和最大水平力的需求，又要滿足鋼箱梁在頂推過程中沿道路平曲線和豎曲線軌跡前進要求[5]。

頂推支架主肢結(jié)構(gòu)設(shè)計采用φ820mm×10mm的螺旋鋼管，肢間聯(lián)接系結(jié)構(gòu)采用φ325mm×7mm鋼管，支架的外形尺寸為2000mm×10000mm，兩側(cè)對稱布置，且橋墩兩側(cè)支架需將其連成整體，保證其整體的穩(wěn)定性。分配梁均采用鋼箱梁，分配梁上部放置頂推設(shè)施(圖10)。

圖10 K2#-K4#墩頂推支架示意圖

4.1.3.2 墩旁頂推支架結(jié)構(gòu)受力計算

鋼箱梁頂推過程中墩旁頂推支架同時承受豎向荷載和水平荷載，為保證頂推過程的安全和順利進行，有必要對墩旁頂推支架的強度、剛度進行計算。經(jīng)過以上鋼箱梁整體計算受力分析：頂推支架在頂推過程中受力最不利工況中受到單側(cè)最大的壓力為F導(dǎo)=4040000N；單根分配梁上受力為F=2020000N，水平方向受風(fēng)荷載，單根鋼管受到的風(fēng)荷載為F風(fēng)=12100N。采用有限元分析軟件Midas civil建立臨時墩旁頂推支架有限元模型，如圖11～13所示。

圖11 墩旁頂推支架模型受力圖(單位：N) 圖12 墩旁頂推支架應(yīng)力圖(單位：MPa)

圖13 墩旁頂推支架變形圖(單位：mm)

最大應(yīng)力值為σmax=87.5MPa≤[σ]=145 MPa，故強度滿足要求。

分配梁上最大位移為fmax分=7mm≤[f]=L/400=6000/400=15mm；

支架上最大位移為fmax支=3mm≤[f]=H/400=6000/400=15mm，故剛度滿足要求。

經(jīng)計算墩旁頂推支架滿足受力要求。

5 結(jié)束語

經(jīng)過計算，該工程臨時支架結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠滿足頂推施工要求。在鄭州市農(nóng)業(yè)路快速通道工程鋼箱梁工程實踐中，由于臨時支架結(jié)構(gòu)合理，較好的克服了頂推過程工況變化多、高墩頂推彎矩大等技術(shù)難點，為該橋的頂推架設(shè)施工順利完成提供了有力保障，其經(jīng)驗可供同類型橋梁施工臨時支架結(jié)構(gòu)設(shè)計參考。