陳建濤

(中國港灣工程有限責任公司，北京 100027)

0 引言

我國首座鋼管拱橋是于1990 年建成的凈跨徑115m 的四川旺蒼東河大橋，由于其大大降低了拱橋下部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的工程量以及造價，且造型美觀，在我國得到了迅速發(fā)展。雖然鋼管拱不斷刷新跨徑記錄，但200m 以下跨徑仍占半數(shù)以上，鋼管拱支架法安裝是常采用的方法。鋼管拱少支架安裝方法具有受力明確、結(jié)構(gòu)合理、工藝簡單、節(jié)約時間和費用等優(yōu)點，具有不可替代的優(yōu)勢。

1 工程概況

綿瀘高鐵內(nèi)江至自貢至瀘州線內(nèi)江段內(nèi)江三元沱江雙線特大橋主橋長572m，采用(70+3×144+70)m連續(xù)梁鋼管拱，分別跨越原成渝線內(nèi)江東站、內(nèi)椑路、內(nèi)江污水處理廠、沱江。由預應力混凝土箱梁橋面、鋼管混凝土拱肋、鋼管拱肋橫撐及吊桿等主要受力構(gòu)件組成，采用先梁后拱的形式成橋。

主拱拱肋兩端14.5m 范圍內(nèi)為啞鈴型等截面，中間段落為空腔型式，截面高度3.2～5.1m；邊拱拱肋均為啞鈴型等截面，截面高度3m。主、邊拱計算跨徑均為144m，主拱計算矢高36m，邊拱計算矢高28.8m，主拱矢跨比1/4，邊拱矢跨比1/5。每跨兩拱肋間從拱腳至拱頂每邊對稱設(shè)置三道雙層K 撐，邊拱橫撐鋼管截面為φ600×25mm，主拱為φ800×16mm；邊拱斜撐鋼管截面為φ450×20mm，主拱為φ600×14mm。主拱和邊拱上下橫撐鋼管之間均設(shè)置三角形橫聯(lián)，橫聯(lián)斜桿截面為φ350×14mm。全橋共設(shè)間距8.5m 的吊桿84 根。本文以主拱為例進行論述。

2 臨時支架設(shè)計及搭設(shè)

2.1 臨時支架設(shè)計

臨時支架的立柱采用φ630×8mm 的焊接鋼管，順橋向設(shè)置在兩根吊桿中間，即間距8.5m，立柱間采用φ325×8mm 的焊接鋼管連接。支架之間設(shè)置縱向連接，縱向連接主肢及肢間均采用φ325×8mm 的焊接鋼管（詳見圖1-3）；支架組拼全部采用現(xiàn)場焊接。

圖1 臨時支架正視圖

圖2 臨時支架俯視圖

圖3 臨時支架側(cè)視圖

2.2 臨時支架受力計算

2.2.1 支架結(jié)構(gòu)參數(shù)

臨時支架材料為Q235B，鋼材容重78.5kN/m3，彈性模量E=206GPa，抗拉強度設(shè)計值σ=215MPa，抗剪強度設(shè)計值τ=125MPa，若安全系數(shù)取1.48，則材料抗拉強度許用值[σ]=145MPa，抗剪強度許用值[τ]=84MPa[1]。

2.2.2 立柱計算

立柱φ630×8mm 鋼管回轉(zhuǎn)半徑i=219.92mm，截面面積A=15632.6mm2，截面系數(shù)W=2400392.8mm3。

立柱最大長度l0=32.6m，

長細比λ=l0/i=32600/219.92=148.2，

查表得ψ=0.346，

經(jīng)計算，最大豎向壓力為 6# 立柱 N=321387.05N，

支架強度σ1=N/(ψA)=59.5MPa；

經(jīng)計算，側(cè)向水平力最大為3# 立柱N0=124386.74N；

彎矩M2=FL=124386.74×18578.2=2.3×106N·mm；

σ2=M2/W=2.3×106/2400392.8=0.96MPa；

風載荷彎矩M3=10.6×106N·mm，

σ3=M3/W=10.6×106/2400392.8=4.4MPa；

σ合=σ1+σ2+σ3=59.5+0.96+4.4=64.9MPa＜[σ]=145MPa。

2.2.3 橫撐計算

主肢φ325×8mm 鋼管回轉(zhuǎn)半徑i=112.11mm，截面面積A=7967.1mm2，截面系數(shù)W=616241.3mm3。

長細比λ=l0/i=9000/112.11=80.3，

查表得ψ=0.778，

橫撐受到剪力V1=N(fy/235)-2/85ψ=321387.05/(85×0.778)=4860N，

σ=N/(ψA)=4860/(0.778×7967.1)=0.78MPa＜[σ]=145MPa。

臨時支架強度和剛度滿足要求。

2.2.4 邁達斯建模計算

通過建模（圖4）計算，臨時支架支反力最大為59.5t；最大應力發(fā)生在支架立柱為106.11MPa；最大側(cè)向位移為41mm≤[f]=H/400=32600/400=81.5mm，剛度滿足要求[2]。

圖4 臨時支架計算模型

經(jīng)計算支架滿足設(shè)計要求。

2.3 臨時支架搭設(shè)

連續(xù)梁施工時，提前埋設(shè)臨時支架預埋件。在梁面測量放樣橋梁中心線及跨中橫橋向中心線，以此為基準放樣標示出支架中心點及預埋件（圖5）安裝位置，進行預埋件布設(shè)。

圖5 臨時支架基礎(chǔ)示意圖

在后場進行臨時支架單元件的組拼，包括立柱、橫梁、橫向連接件等；單元件焊接牢固后，轉(zhuǎn)運至施工現(xiàn)場用75t 汽車吊進行吊裝。利用基礎(chǔ)預埋件上的標記準確定位立柱，將立柱與預埋件間的間隙修整完成后牢固焊接。再安裝支架分配梁，最后安裝調(diào)整墊座。墊座安裝應較設(shè)計位置低約1cm，待拱肋安裝時抄墊調(diào)整鋼板。為防止應力集中，所有連接部位焊接加筋板補強。在每兩個節(jié)段連接口處拱肋底搭設(shè)臨時作業(yè)平臺（圖6），四周圍護防護欄桿，并設(shè)置爬梯方便作業(yè)人員上下[3]。

圖6 作業(yè)平臺示意圖

3 鋼管拱安裝

3.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算

采用MIDAS/Civil 建立（70+3×144+70）m 預應力混凝土連續(xù)箱梁模型（圖7），進行結(jié)構(gòu)有限元分析。

圖7 箱梁計算模型

對臨時支架拼裝前的梁體結(jié)構(gòu)進行分析，預應力混凝土箱梁在結(jié)構(gòu)自重+預應力作用下的結(jié)構(gòu)變形最大位移為17.74mm，發(fā)生在主跨跨中；主跨跨中上緣、下緣的壓應力分別為5.2MPa、8.3MPa；墩頂附近最大壓應力為12.1MPa（圖8）。

圖8 鋼管拱安裝前箱梁結(jié)構(gòu)變形云圖(單位：mm)

在主跨鋼管拱肋合龍段吊裝時，在鋼管拱肋自重+臨時支架自重+2 臺75t 汽車吊自重+風載作用下，進行強度分析。主跨跨中位移31.3mm(↓)，相鄰邊跨跨中位移29.5mm(↑)；主跨跨中上緣、下緣的壓應力分別為7.6MPa、5.5MPa；墩頂附近最大壓應力為11.8MPa（圖9）。

圖9 主跨合龍時箱梁結(jié)構(gòu)變形云圖(單位：mm)

綜上，在主跨鋼管拱肋安裝施工中，預應力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求。

3.2 拱肋安裝

按照設(shè)計要求，主跨鋼管拱共分為17 個節(jié)段，其中1 個合龍節(jié)（圖10），最大重量11.63t，最大長度12.2m；3 個橫撐最大重量9.3t，最大長度13.7m。從拱腳至拱頂對稱安裝。

圖10 拱肋分段安裝示意圖

安裝前，將2臺75t汽車吊、1臺30t平板車用150t履帶吊吊至橋面，作為臨時支架和鋼管拱節(jié)段的吊裝設(shè)備。

首先用橋面汽車吊將安裝節(jié)段從橋下吊至橋面，再用平板車轉(zhuǎn)運至安裝地點。用75t 汽車吊將節(jié)段1安裝在臨時支架上，通過支架頂?shù)那Ы镯敽蛯ф満J微調(diào)就位，線型滿足設(shè)計要求后焊接固定，再依次焊接各節(jié)段的接頭焊縫（圖11）。安裝時應進行全程線形監(jiān)控，以保證每個節(jié)段線形調(diào)整至設(shè)計要求位置。

圖11 拱肋節(jié)段吊裝示意圖

按以上方法安裝節(jié)段2～3 后，吊裝橫撐節(jié)段的橫聯(lián)1 和斜撐1。以此類推直至節(jié)段8。

安裝合龍段之前，應對已安裝拱肋線形進行全天觀測，找出拱肋溫度控制變形量規(guī)律；根據(jù)觀測數(shù)據(jù)對鋼管拱肋合龍段長度進行修正；并在合理時間內(nèi)安裝合龍段。

鋼管拱肋成型后拆除臨時支架上的調(diào)整墊座，按設(shè)計要求進行弦桿、綴板混凝土壓注，待混凝土強度達到要求后進行吊桿張拉。

4 支架拆除

4.1 臨時支架拆除條件

條件一鋼管拱環(huán)焊縫全部焊接完成，檢驗合格。

條件二拱肋內(nèi)壓注的混凝土抗壓強度達到設(shè)計強度的100%，檢驗合格。

條件三周圍的障礙物清除完畢。

4.2 臨時支架拆除方法

一是臨時支架由跨中向兩端拆除。遵循“先支后拆、后支先拆”的原則，先卸落臨時支架與鋼管拱下弦管間的千斤頂、墊板等；觀測鋼管拱的沉降值，如達到設(shè)計要求即可開始支架拆除。

二是用火焰切割機將臨時支架立柱與其他部分分離。

三是人工配合汽車吊拆除鋼管立柱。先用汽車吊將鋼管輕輕拖住，再用氧炔從鋼管底將其與預埋鋼板分離，最后吊至橋面平板車上轉(zhuǎn)運出場[4]。

4.3 臨時支架拆除注意事項

一是拆除前，須由項目負責人組織安全負責人及現(xiàn)場負責人等聯(lián)合驗收合排查，消除安全隱患。

二是拆除前，撤離支架上方的施工人員，經(jīng)現(xiàn)場負責人確認無其他人員。

三是拆除前，逐級做好安全技術(shù)交底工作，確保作業(yè)人員熟悉操作要點和安全注意事項。

四是對施工影響區(qū)進行圍擋，懸掛警示標志，嚴禁非作業(yè)人員進入。

五是鋼管拱支架拆除屬危大工程，應安排專職安全員全程盯控、嚴防死守。

5 結(jié)語

內(nèi)江三元沱江雙線特大橋連續(xù)梁鋼管拱通過少支架法吊裝，并在施工中嚴格控制，安全、保質(zhì)、如期圓滿完成，其成拱線形與設(shè)計完美匹配。在200m 以下跨徑的鋼管拱安裝中，少支架法安裝技術(shù)具有較高的實用價值和借鑒意義。