摘要：文章以金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊裝施工為例，通過(guò)節(jié)段預(yù)制、纜索吊裝、栓焊連接等工序，在施工過(guò)程中對(duì)吊具設(shè)計(jì)、格子梁分段設(shè)計(jì)及格子梁運(yùn)輸設(shè)計(jì)等進(jìn)行優(yōu)化，有效解決了施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了全橋鋼格子梁安全、精準(zhǔn)、快速順利合龍。

關(guān)鍵詞：鋼格子梁；吊具優(yōu)化；節(jié)段劃分；運(yùn)輸；合龍

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.34 A 43 151 3

0 引言

隨著CFST拱橋的建造跨徑越來(lái)越大，鋼格子梁節(jié)段劃分的數(shù)量也越來(lái)越多，對(duì)鋼格子梁的吊裝要求也越來(lái)越高。鋼格子梁作為CFST拱橋橋面的主要承力構(gòu)件，施工質(zhì)量必須得到保證，每一道工序都必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行控制［1］。鋼格子梁的吊裝從加工制造階段就要考慮，節(jié)段劃分要合理，既要滿(mǎn)足吊裝施工過(guò)程的方便，又要滿(mǎn)足纜索系統(tǒng)的設(shè)計(jì)吊重要求；鋼格子梁的運(yùn)輸也要做到前期場(chǎng)地規(guī)劃，才能保證將其從加工廠順利運(yùn)輸?shù)狡鸬鯃?chǎng)進(jìn)行起吊。進(jìn)行鋼格子梁吊裝前要進(jìn)行仿真計(jì)算，模擬鋼格子梁的吊具受力、吊桿索力及線形，為鋼格子梁吊裝過(guò)程提供參考［2］。因此，在進(jìn)行鋼格子梁吊裝時(shí)，不僅要提前謀劃節(jié)段的劃分和場(chǎng)地的規(guī)劃，而且還要運(yùn)用仿真軟件對(duì)吊裝過(guò)程進(jìn)行模擬來(lái)指導(dǎo)施工。本文以金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊裝為背景，對(duì)其吊裝工藝從格子梁節(jié)段劃分、吊具設(shè)計(jì)、運(yùn)輸路線等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并詳細(xì)介紹了金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊裝關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

金釵紅水河特大橋?yàn)榭鐝?10 m的雙幅中承式鋼管混凝土拱橋，計(jì)算跨徑為280 m，矢跨比為1/4.48。橋面梁采用鋼格子梁的鋼-混凝土組合橋面板。橋面鋼格子梁由兩道主縱梁、三道次縱梁與吊索處的主橫梁及三道次橫梁組成。主橫梁順橋向設(shè)置與吊桿、拱座立柱、肋間橫梁及交界墩相對(duì)應(yīng)，除端橫梁采用箱形截面外，其余均采用工字型截面。見(jiàn)圖1。

2 鋼格子梁吊裝關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 吊具設(shè)計(jì)及受力計(jì)算

鋼格子梁吊裝過(guò)程需要設(shè)計(jì)臨時(shí)吊耳與臨時(shí)吊具配合進(jìn)行鋼格子梁吊裝，當(dāng)?shù)蹙咴O(shè)計(jì)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，不僅會(huì)導(dǎo)致下料成本增加，還會(huì)增大吊具所受應(yīng)力，擴(kuò)大施工安全風(fēng)險(xiǎn)；吊具設(shè)計(jì)過(guò)短則會(huì)導(dǎo)致吊裝過(guò)程中起重鋼絲繩、下掛等與鋼管拱肋發(fā)生碰撞，劃傷拱肋漆面，甚至無(wú)法進(jìn)行吊裝作業(yè)。

為解決吊具的長(zhǎng)度與受力的問(wèn)題，金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊具采用型鋼焊接加工制造，吊具長(zhǎng)度根據(jù)拱肋寬度與鋼格子梁寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)，吊具與吊點(diǎn)通過(guò)螺栓連接，大大提高了吊具的可重復(fù)利用率，減少了鋼材的浪費(fèi)。見(jiàn)圖2。

吊具除了要在長(zhǎng)度上滿(mǎn)足要求外，在受力性能方面也應(yīng)能滿(mǎn)足吊裝要求。金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊具受力計(jì)算采用Midas Fea軟件進(jìn)行實(shí)體分析，網(wǎng)格劃分以六面體為主，四面體為過(guò)渡單元。鋼材材料為Q345C，荷載模擬通過(guò)提取Midas Civil吊點(diǎn)內(nèi)力以節(jié)點(diǎn)耦合的方式施加在吊環(huán)上。吊具結(jié)構(gòu)劃分單元數(shù)為67 319，節(jié)點(diǎn)數(shù)為20 091。見(jiàn)圖3。

采用Midas Civil軟件建立鋼格子梁標(biāo)準(zhǔn)段，模擬平移起吊過(guò)程，并提取吊點(diǎn)位置最大內(nèi)力加于Midas Fea模型中對(duì)吊具進(jìn)行受力分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，鋼格子梁吊具最大范米塞斯應(yīng)力為84.2 MPa，小于其材料屈服強(qiáng)度345 MPa，吊具的受力性能滿(mǎn)足規(guī)范要求［3］。

對(duì)吊具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證安全的前提下，最大限度地節(jié)約材料與加工成本，為今后鋼格子梁吊具的設(shè)計(jì)提供參考。

2.2 鋼格子梁節(jié)段劃分優(yōu)化設(shè)計(jì)

中承式鋼管混凝土拱橋橋面鋼格子梁分為拱上寬度較窄的非標(biāo)準(zhǔn)段和拱下節(jié)段寬度較寬的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，若將拱肋與格子梁相交處的變截面段進(jìn)行整體吊裝，會(huì)出現(xiàn)吊點(diǎn)布置困難、吊桿安裝困難、拱肋橫撐阻礙吊點(diǎn)運(yùn)行等施工問(wèn)題。拱肋相交段鋼格子梁整體劃分見(jiàn)圖5。

為解決鋼格子梁變截面部位吊裝的問(wèn)題，金釵紅水河特大橋創(chuàng)造性地將鋼格子梁變截面部分采取分離式吊裝的方法進(jìn)行施工，通過(guò)與設(shè)計(jì)人員溝通，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求下，將鋼格子梁變截面段中的吊桿主橫梁作為自由段單獨(dú)劃分為一段，其余四根次橫梁?jiǎn)为?dú)劃分為一段，見(jiàn)圖6、圖7。

單獨(dú)劃分后，各段可以進(jìn)行單獨(dú)加工、單獨(dú)吊裝，降低了鋼格子梁變截面段吊裝的施工難度，吊裝過(guò)程可控，是解決鋼格子梁變截面梁吊裝施工困難的方法之一。

2.3 鋼格子梁運(yùn)輸優(yōu)化設(shè)計(jì)

受實(shí)際施工場(chǎng)地限制，鋼管混凝土拱橋鋼結(jié)構(gòu)加工場(chǎng)與吊裝現(xiàn)場(chǎng)之間往往不能實(shí)現(xiàn)便捷運(yùn)輸。在鋼格子梁出場(chǎng)運(yùn)輸過(guò)程中，若對(duì)運(yùn)輸方式、路線等的選擇不恰當(dāng)，則會(huì)對(duì)鋼格子梁鋼結(jié)構(gòu)造成較大擾動(dòng)，使梁體產(chǎn)生一定的形變，最終導(dǎo)致鋼格子梁安裝精度降低，后期調(diào)整困難。

為解決鋼格子梁的運(yùn)輸路線問(wèn)題，金釵紅水河特大橋結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)加工場(chǎng)、起吊場(chǎng)與拱座基坑三者間的距離與高差，設(shè)計(jì)了兩階段鋼格子梁運(yùn)輸方法。

（1）第一階段：拱上節(jié)段吊裝

在鋼結(jié)構(gòu)加工場(chǎng)中采用200 t龍門(mén)吊將鋼格子梁節(jié)段安放至軌道平車(chē)上，將鋼格子梁沿軌道運(yùn)輸至塔架前起吊場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)鋼格子梁運(yùn)輸，見(jiàn)圖8。

（2）第二階段：拱下節(jié)段吊裝

由于拱下節(jié)段需要在拱肋下方完成起吊，并且拱座基坑下方與鋼結(jié)構(gòu)加工場(chǎng)間運(yùn)輸路線坡度過(guò)大，難以采用遙控平車(chē)將鋼格子梁運(yùn)輸至拱下節(jié)段起吊場(chǎng)起吊，本工程采取了將鋼格子梁吊運(yùn)至拱座背后遙控旋轉(zhuǎn)平車(chē)上，再使用平車(chē)從拱座背后經(jīng)過(guò)“U”型彎轉(zhuǎn)運(yùn)鋼格子梁至拱肋下方起吊場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)鋼格子梁運(yùn)輸，見(jiàn)圖9。

通過(guò)鋼格子梁運(yùn)輸方案兩階段設(shè)計(jì)，利用旋轉(zhuǎn)平車(chē)的便捷性，有效解決了拱上及拱下鋼格子梁的運(yùn)輸問(wèn)題，提高了鋼格子梁吊裝的效率，達(dá)到了縮短施工工期、節(jié)約時(shí)間成本的效果。

3 應(yīng)用實(shí)踐

金釵紅水河特大橋?qū)蛎娓褡恿簞澐譃?種節(jié)段類(lèi)型，分別為：4個(gè)端頭段、4個(gè)拱肋相交段1、4個(gè)拱肋相交段2、4個(gè)自由段、36個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段和2個(gè)合龍段，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1。

3.1 吊具的應(yīng)用

拱上節(jié)段包括端頭段和拱肋相交段，直接在主縱梁上焊接吊耳進(jìn)行鋼格子梁吊裝；拱下節(jié)段包括自由段、標(biāo)準(zhǔn)段、合龍段，在主橫梁Hz1兩端外側(cè)及次橫梁Hc1端部分別安裝最大吊重為60 t的吊具，吊具與鋼格子梁采用螺栓連接。

3.2 節(jié)段劃分應(yīng)用

節(jié)段劃分主要是針對(duì)鋼格子梁與拱肋相交段而言，將原設(shè)計(jì)為整體的拱肋相交段劃分為拱肋相交段2和自由段，吊裝過(guò)程中先進(jìn)行自由段的安裝再進(jìn)行拱肋相交段2的安裝。

3.3 鋼格子梁運(yùn)輸應(yīng)用

在鋼管混凝土拱橋橋面鋼格子梁安裝施工中，減少鋼結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)而發(fā)生形變一直是鋼格子梁安裝施工中的重難點(diǎn)問(wèn)題，金釵紅水河特大橋采用兩階段運(yùn)輸方法對(duì)拱上及拱下鋼格子梁進(jìn)行運(yùn)輸。

4 結(jié)語(yǔ)

金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊裝關(guān)鍵技術(shù)主要對(duì)吊具優(yōu)化設(shè)計(jì)、鋼格子梁分段優(yōu)化設(shè)計(jì)、鋼格子梁運(yùn)輸優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并將優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于工程實(shí)際，取得了較好的效果，有效地解決了施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

（1）在金釵紅水河特大橋施工過(guò)程中通過(guò)Midas Civil軟件對(duì)吊具進(jìn)行建模計(jì)算，對(duì)吊具受力性能進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)將格子梁寬度與拱肋寬度進(jìn)行精確對(duì)比，得出經(jīng)濟(jì)性與安全性最優(yōu)的吊具加工長(zhǎng)度。金釵紅水河特大橋通過(guò)對(duì)吊具的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證安全性的前提下，最大限度節(jié)約材料與加工成本，并取得實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為今后鋼格子梁吊具的設(shè)計(jì)提供參考。

（2）金釵紅水河特大橋項(xiàng)目創(chuàng)造性地將鋼格子梁變截面部分采取分離式吊裝的方法進(jìn)行施工，通過(guò)與設(shè)計(jì)人員溝通，將變截面段中的吊桿主橫梁作為自由段與其余四根次橫梁分離開(kāi)，進(jìn)行單獨(dú)加工、單獨(dú)吊裝，降低了格子梁變截面段吊裝的施工難度，吊裝過(guò)程可控，解決了橋梁變截面梁吊裝施工問(wèn)題。

（3）金釵紅水河特大橋通過(guò)鋼格子梁運(yùn)輸方案兩階段設(shè)計(jì)，利用旋轉(zhuǎn)平車(chē)的便捷性，有效地解決了拱上及拱下鋼格子梁的運(yùn)輸問(wèn)題，提高了鋼格子梁吊裝的效率，達(dá)到了縮短施工工期、節(jié)約時(shí)間成本的效果。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-12-20