袁 迪 郝中明 尚杰軍

（中交一公局第三工程有限公司，北京 101102）

0 引言

在山區(qū)高速公路互通立交樞紐工程中，新建或改建匝道常與既有高速在空間位置上錯綜復(fù)雜，互通橋梁間多次進行拼接跨線施工；受地形及既有建筑物的限制，施工作業(yè)面有限，這些工程往往需要利用既有橋梁開展吊裝作業(yè)。進行橋梁吊裝作業(yè)時，往往需要采用大起重量的吊車施工，通常關(guān)注吊車的起吊能力及吊物重量，而忽視了這些荷載對既有橋梁的影響,甚至可能會超過橋梁正常使用的極限荷載，從而對橋梁造成破壞。

本文結(jié)合實際工程項目，分析吊車站位、橋梁本身結(jié)構(gòu)型式、吊物重量及吊車自重等各類因素對橋梁的影響，并對吊裝過程進行科學(xué)地分析計算，以保證吊裝作業(yè)安全，為施工提供技術(shù)支持。

1 工程概述

1.1 工程簡介

萬州環(huán)線高速公路鹿山互通立交樞紐拼寬橋工程，與既有G42 滬蓉高速拱橋院子大橋進行拼接，見圖1所示。

圖1 鹿山互通新舊高速拼接示意

拼寬橋上部結(jié)構(gòu)采用“工字鋼板梁+RC 橋面板”的單幅結(jié)構(gòu)的型式；鋼主梁采用直腹板形式，40m 跨徑，單梁截面中心處組合高度2.5m，其中鋼梁高2.24m，單片鋼梁最大重量為30.7t，鋼梁距原地面高度高達76.2m。互通內(nèi)A 匝道3 號橋，整體橋面寬度24.5m，左右半幅寬度11.75m，為40m 結(jié)構(gòu)簡支，橋面連續(xù)T 梁。

1.2 吊裝方案基本思路

由于互通區(qū)內(nèi)地勢高差大，場地作業(yè)狹窄，若于地面吊裝則高度較高，且周邊大量墩柱群導(dǎo)致吊車大臂伸展及轉(zhuǎn)動受限。吊裝位置見圖2。同時緊貼既有高速的拱橋院子大橋交通流量大，若利用老橋進行吊裝作業(yè)，則對交通干擾較大，同時運營多年的老橋劣化及受損程度不明，設(shè)計較為薄弱，在其上吊裝安全風(fēng)險大。故考慮利用與拼寬橋相臨近的新建A3 匝道橋作為吊裝作業(yè)平臺，吊裝半徑最大為24m，吊裝高度為27.8m。

圖2 A3 橋與拼寬橋相對位置

鋼梁安裝擬采用梁段雙機抬吊方式，在廠內(nèi)加工成梁段運至現(xiàn)場拼裝，然后由運梁炮車運送至安裝起吊位置進行安裝，吊車站位示意圖見圖3 所示。

圖3 吊車站位平面示意圖

鋼梁單片進行安裝，起吊安裝時首先安裝靠近老橋側(cè)主梁，主梁架設(shè)到位后及時安裝橫桿及斜撐，保證主梁的穩(wěn)定性。

1.3 吊裝過程中存在的難點

（1）周邊環(huán)境復(fù)雜，吊裝高度大，緊鄰營運高速及高壓線路鐵塔，作業(yè)場地受限。

（2）橋上進行吊裝，除分析吊車、吊具自身的起吊能力外，更重要的是吊裝作業(yè)過程中既有橋梁結(jié)構(gòu)不能造成破壞。

（3）吊裝作業(yè)下吊車于梁體上的應(yīng)力分布是不均勻的，不同位置對橋梁的影響差異較大，可能出現(xiàn)整體滿足要求而局部破壞，如翼緣板等薄弱部位。

（4）受鋼梁重量及吊裝高度及半徑的要求，吊車選型時，至少需要SAC3000 型以上的吊車才能滿足要求。

2 橋梁結(jié)構(gòu)安全性分析

2.1 計算基本數(shù)據(jù)

鋼材自重：78.5kN/m3；混凝土自重：26.0kN/m3；橋面護欄：10kN/m；自重系數(shù)：-1.05；對于汽車荷載縱向整體沖擊系數(shù)μ，計算的結(jié)構(gòu)基頻=5.00Hz，沖擊系數(shù)μ=0.269；混凝土受彎構(gòu)件豎向撓度最大值L/600。驗算結(jié)構(gòu)強度及穩(wěn)定性時恒荷載分項系數(shù)取1.2，活荷載分項系數(shù)取1.4；驗算撓度時荷載分項系數(shù)均取1.0。

2.2 起吊作業(yè)時支腿荷載計算

據(jù)汽車吊布置情況，將汽車吊受力模型進行簡化，假設(shè)支腿的支撐面是一個理想的平面，且4 條支腿均與接觸面接觸（無抬腿現(xiàn)象），默認回轉(zhuǎn)中心剛度大，變形小，考慮車架大梁的扭轉(zhuǎn)及各支腿的彎曲影響。汽車吊支腿受力計算簡圖如圖4 所示。

圖4 吊裝作業(yè)時支腿力計算簡圖

通過平衡方程求出各支反力：

吊裝梁段時，最大吊裝重量為15.0t，汽車吊配重100t，由汽車吊相關(guān)參數(shù)可知，=4.25m，=4.488m，=1.833m，=3.275m，=720kN，=1150.0N，=150.0×22=3300kN.m，=60°，通過平衡方程求解出各支腿反力為=446.85kN，=783.07kN，=529.77kN，=193.55kN。

2.3 起吊作業(yè)最不利工況驗算

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG3362-2018）第5.1.2 條驗算，驗算結(jié)果見圖5、圖6、圖7 所示，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)×作用效應(yīng)的組合設(shè)計最大值均≤構(gòu)件承載力設(shè)計值，滿足規(guī)范要求。

圖7 斜截面抗剪承載能力驗算結(jié)果

2.4 持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG3362-2018）第6.3.1-2 條驗算,驗算結(jié)果見圖8、圖9 所示，結(jié)構(gòu)正截面及斜截面抗裂驗算均滿足規(guī)范要求。

圖8 正截面抗裂驗算頻遇組合結(jié)果

圖9 結(jié)構(gòu)斜截面抗裂驗算結(jié)果

2.5 持久狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算結(jié)果

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG3362-2018）第7.1.5，7.1.6 條驗算，驗算結(jié)果見圖10、圖11，正截面及斜截面壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

圖10 正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算結(jié)果

圖11 斜截面混凝土的主壓應(yīng)力驗算結(jié)果

2.6 受彎構(gòu)件撓度驗算

按照相關(guān)規(guī)范要求，受彎構(gòu)件在使用階段的撓度驗算按荷載頻遇組合，乘以撓度長期增長系數(shù)，撓度長期增長系數(shù)取1.81。

對于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，按上述計算的長期撓度值，在消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長期撓度后，梁式橋主梁的最大撓度處不應(yīng)超過計算跨徑的1/600?；钶d作用下的最小豎向位移見圖12。

圖12 活載作用下的最小豎向位移

2.7 汽車吊支腿鋼墊梁驗算

已知汽車吊最不利狀況時單支腿最大支腿力為783.07kN，單個支腿與鋼梁接觸面積約0.36m2，則作用在單個支腿處的面荷載為=2.18MPa。

通過建立鋼墊梁細部有限元模型,計算吊車站位起吊作業(yè)最不利工況時的內(nèi)力及變形，鋼墊梁模型長度為2.8m。鋼墊梁豎向撓度值見圖13。由圖13 可知，汽車吊最不利狀況時支腿處鋼墊梁最大豎向撓度為-0.87mm，撓度值較小，說明鋼墊梁有足夠的剛度。

圖13 鋼墊梁豎向撓度值

經(jīng)驗算，汽車吊站位起吊作業(yè)最不利工況時，鋼墊梁實體單元最大von-mises 應(yīng)力為124.79MPa，小于Q355 鋼材的彎曲應(yīng)力設(shè)計值275MPa；最大剪切應(yīng)力為63.89MPa，小于剪切應(yīng)力設(shè)計值160MPa；最大主拉應(yīng)力為48.36MPa，最大主壓應(yīng)力為129.38 MPa，小于軸向應(yīng)力設(shè)計值275MPa。其最大剪切應(yīng)力及主拉應(yīng)力見圖14、圖15。

圖14 鋼墊梁最大剪切應(yīng)力圖

圖15 鋼墊梁最大主拉應(yīng)力圖

3 計算結(jié)果分析

綜合以上計算結(jié)果，汽車吊在A3 橋墩頂側(cè)10m范圍內(nèi)，橋梁上部結(jié)構(gòu)強度可滿足受力要求，且有一定的安全儲備。同時施工過程中需注意以下幾點：

（1）汽車吊移位時應(yīng)嚴格沿著預(yù)制T 梁腹板中心線行走，應(yīng)提前劃線標記，便于引導(dǎo)汽車吊行走路線。同時汽車吊移位時應(yīng)卸除部分配重。

（2）施工過程中，應(yīng)加強對上部預(yù)制T 梁的受力狀況的觀測，及時了解橋梁本身的承載狀態(tài)，出現(xiàn)異常時應(yīng)立即停止施工。

（3）鋼梁吊裝過程中，應(yīng)盡量避免將吊車安排在橋跨內(nèi)，橋面及下方地面區(qū)域應(yīng)實行封閉。橋面之上嚴禁方案允許以外的機械設(shè)備、車輛進入施工區(qū)域，防止超載事故的發(fā)生。圖16 為鋼梁吊裝作業(yè)現(xiàn)場。

圖16 鋼梁吊裝作業(yè)

（4）為避免橋上荷載過大，A3 橋橋面鋪裝宜在鋼梁吊裝完成后施做，但為保證橋梁整體受力，濕接縫必須施做完成并達到規(guī)定強度。

（5）吊裝前必須按照既定位置于橋面上測量放線，確定吊車支腿放置位置、運梁車輪胎運行路線，確保與計算工況一致。

（6）汽車吊支腿避免直接加載于梁體的翼緣板上，應(yīng)設(shè)置墊梁使荷載均勻分布于相鄰兩片梁的梁肋傳遞荷載；同時墊梁與橋面間隙采用細砂鋪筑；以免荷載過于集中造成梁體破壞。

（7）嚴格限制汽車吊吊臂的旋轉(zhuǎn)范圍，施工時設(shè)置指揮人員，保證兩吊車協(xié)同作業(yè)，達到控制最不利位置支腿反力的目的。

4 結(jié)束語

利用既有結(jié)構(gòu)進行吊裝作業(yè)對其結(jié)構(gòu)本身的分析驗算是不容忽視的，項目技術(shù)人員通過對起重機在既有橋梁上作業(yè)對橋梁自身結(jié)構(gòu)的受力分析計算，制定出了合理、安全的吊裝方案，并得以安全實施，大大加快了施工進度，降低了交通導(dǎo)改成本支出。為同類型互通立交工程跨線拼接施工作業(yè)提供了具體的方案和借鑒思路。