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        下承式拱橋鋼箱梁吊裝施工控制技術(shù)

        2023-12-10 20:05:00蒙宇紹
        西部交通科技 2023年9期

        作者簡介:蒙宇紹(1980—),高級工程師,研究方向:公路橋梁、隧道施工技術(shù)。

        摘要:為探究鋼箱梁吊裝施工問題,文章以某下承式鋼箱梁拱橋為研究背景,分析了施工過程中的重難點,提出了合理的施工流程和關鍵施工步驟,確保施工過程中的安全、質(zhì)量和效率,并對施工過程中出現(xiàn)的各種最不利荷載工況進行結(jié)構(gòu)計算,確保各組成構(gòu)件在施工過程中的強度、剛度及穩(wěn)定性符合要求。研究表明,所提出的“先梁后拱”施工原則符合當前項目條件,同時也滿足安全、經(jīng)濟、高效的施工要求。

        關鍵詞:下承式拱橋;鋼箱梁吊裝;先梁后拱;結(jié)構(gòu)安全驗算

        中圖分類號:U448.22

        0 引言

        下承式拱橋由于造型優(yōu)美等特點常常用于市政橋梁中,而下承式拱橋[1的施工技術(shù)問題是影響施工工期的主要問題。在施工前不僅要通過有限元模型2、BIM技術(shù)等對施工過程及受力情況進行分析,還要對施工質(zhì)量進行安全控制[3-4。鋼箱梁橋面寬5,為扁平結(jié)構(gòu)6,也常常用于市政橋梁中。鋼箱梁的施工吊裝7-8及測控問題也是制約施工安全、質(zhì)量和工期的主要問題9。

        基于上述研究,本文以浙江某市政下承式拱橋的鋼箱梁吊裝為背景,探究鋼箱梁吊裝施工關鍵問題以及安全、質(zhì)量等控制問題。

        1 工程概況及重難點分析

        1.1 工程概況

        以浙江某市政下承式拱橋的鋼箱梁吊裝為研究背景,該橋為1×78 m下承式鋼箱拱橋,橋跨布置為 (1×78)m,主梁采用單箱七室斷面,橋面全寬37.5 m。橋型布置見圖1:

        該橋吊桿采用擠壓錨固鋼絞線索體系,吊桿型號采用GJ15-9類型,索體標準強度fpk=1 860 MPa,其中吊桿的彈模E=1.9×105N/mm2,計算截面面積為12.6 cm2。吊桿通過錨杯將組成吊桿的各個預應力鋼絞線進行整體擠壓和張拉。結(jié)合現(xiàn)場施工情況,采用一端張拉的方式以便于現(xiàn)場張拉施工,吊桿的張拉端設置在橋面主梁處,而主拱拱肋一端為錨固固定端,可以方便張拉設備的使用。此外,吊桿為細長索結(jié)構(gòu),在使用營運過程中,受風荷載、汽車荷載、雨水溫濕度等的影響,可能會產(chǎn)生多次振動和銹蝕。因此,為了充分考慮到吊桿在使用過程中可能出現(xiàn)的振動疲勞問題、銹蝕引起的吊桿替換問題,要求吊桿在設計時吊桿軸力的冗余系數(shù)≥2.5。

        1.2 施工重難點分析

        1.2.1 橋面主梁以及主拱拱肋

        本工程現(xiàn)場安裝施工內(nèi)容主要為鋼箱梁結(jié)構(gòu)和拱肋結(jié)構(gòu)的安裝施工,計劃按照先梁后拱的總體施工方案進行施工作業(yè)。該橋橋面主梁采用鋼箱梁結(jié)構(gòu),橋面寬37.5 m,主跨為78 m,如果采用整體吊裝施工技術(shù),其作業(yè)難度非常大。因此,需要將橋梁鋼箱梁以及主拱拱肋進行節(jié)段劃分。若節(jié)段劃分過小,將增加吊裝施工工期,不利于項目施工的經(jīng)濟性和進度把控;節(jié)段劃分過大,又會影響吊裝施工質(zhì)量,可能使得鋼箱梁和主拱拱肋中存在一定的初始應力,增加鋼箱梁以及主拱拱肋在營運節(jié)段發(fā)生失效和開裂的質(zhì)量風險。因此,橋梁鋼箱梁以及主拱拱肋節(jié)段劃分是下承式拱橋鋼箱梁吊裝施工過程中的重難點之一。

        1.2.2 鋼箱梁運輸

        鋼箱梁的運輸長度長且跨度大,故鋼箱梁的運輸也是本工程的重點難點。對該批超長、超寬的鋼箱梁構(gòu)件,計劃選用30~32 t半掛平板加長車進行公路運輸,并選用拉索加長底板車型運輸。運輸線路按照中南鋼構(gòu)→黨農(nóng)線→紅十五線→信益線→錢陶公路→六一省道→三三省道→古咋線→江北連接線→機場路→東環(huán)北路→方欣路→目的地,運輸里程約為150 km。

        1.2.3 鋼箱梁及拱肋結(jié)構(gòu)現(xiàn)場吊裝施工

        鋼箱梁及拱肋結(jié)構(gòu)的吊裝安裝也是本工程的重點及難點。鋼箱梁現(xiàn)場安裝施工時,考慮到大面積的河道范圍內(nèi)無法行駛重型運梁車輛及大噸位汽車吊,故計劃利用已安裝完成的鋼箱梁以及下部臨時支撐架結(jié)構(gòu),在鋼箱梁上方行走重型運梁車輛及大噸位汽車吊,該方案需要提請設計單位對下部鋼箱梁結(jié)構(gòu)進行應力及變形的驗算。

        1.2.4 臨時腳手架及支撐桿件拆除工作

        據(jù)前述可知,橋梁鋼箱梁的吊裝施工過程中,會使用一定數(shù)量的臨時腳手架以及支撐桿件,施工完成后,要對這些臨時腳手架以及支撐桿件進行拆除。為了確保鋼箱梁質(zhì)量問題和臨時周轉(zhuǎn)性腳手架以及支撐桿件拆除工作的安全性,要探究以下問題:

        (1)何時對臨時腳手架以及支撐桿件進行拆除才能確保鋼箱梁質(zhì)量;

        (2)臨時腳手架以及支撐桿件的拆除順序是怎樣的。

        針對上述臨時腳手架以及支撐桿件拆除施工,要通過有限元軟件進行仿真數(shù)值模擬,計算和驗算臨時腳手架以及支撐桿件在拆除施工過程中各個構(gòu)件、桿件的受力狀態(tài),并在臨時腳手架以及支撐桿件拆除現(xiàn)場隨時隨地監(jiān)測和測量各個桿件和構(gòu)件的變形及受力情況,確保臨時腳手架以及支撐桿件拆除工作順利有序地進行。

        2 吊裝施工流程及步驟

        2.1 施工流程(圖2)

        考慮本橋暫無通航要求,主橋總體施工方案為先梁后拱,即在主河道范圍內(nèi)完成地基處理后,均勻布置一定間距的格構(gòu)式支撐胎架,并在其頂部設置主梁拼裝平臺。同時進行吊桿的安裝、索力張拉、吊桿索力調(diào)整以及橋梁主梁和主拱線形的控制,并在上述工作全部完成后,逐步按支架拆除計劃進行支架的拆除和監(jiān)測工作。

        具體施工組織及關鍵工程施工方案如下:

        (1)進行地基處理及場地平整,做橋梁施工前的準備。

        (2)工廠制作鋼箱梁節(jié)段及鋼拱肋節(jié)段。

        (3)搭設臨時支架并預壓后,現(xiàn)場節(jié)段拼裝鋼箱梁梁體。

        (4)搭設臨時支架,吊裝并焊接主拱。

        (5)配合吊桿安裝和初張拉。

        (6)施工裝飾拱肋部分。

        (7)待上述工作全部完成后,逐步按支架拆除計劃進行支架的拆除和監(jiān)測工作,并進行后續(xù)收尾工作,主要包括橋面二期鋪裝、路面標志標線繪制、人行道的防護和車行道防撞欄桿等安裝工作。

        (8)進行成橋荷載試驗,竣工驗收,通車運營。

        吊裝施工流程如圖2所示。

        2.2 臨時支架搭設

        2.2.1 鋼箱梁臨時支撐架系統(tǒng)(圖3)

        鋼箱梁的臨時支撐胎架系統(tǒng)采用?359×10 mm鋼管立柱,材質(zhì)為Q345B,頂部分配梁采用雙拼HM600×250×14×20,分配梁之間設置HM94×150×6×9次梁;橫撐、斜撐采用16#槽鋼,材質(zhì)均為Q235B。支撐胎架底部鋪設鋼制路基板,路基板下方為換填處理過的地基。經(jīng)承載力試驗得知,該換填地基土承載力約為300 kPa/m2,

        可以滿足支撐胎架設置及受力要求。

        節(jié)點說明:鋼箱梁臨時格構(gòu)式支撐架的高度均在2.4 m左右。支撐胎架主梁與鋼管立柱采用≥10 mm的角焊縫焊接,并在鋼管立柱柱身處焊接10 mm×300 mm×200 mm耳板。水平支撐及斜支撐槽鋼采用4顆M20的10.9 s高強螺栓與鋼管立柱柱身的耳板連接。格構(gòu)式支撐架的鋼管立柱與下方路基箱之間通過6 mm角焊縫圍焊焊接。格構(gòu)式支撐胎架需經(jīng)過深化設計后,方可加工制作。

        2.2.2 拱肋結(jié)構(gòu)臨時支撐系統(tǒng)(下頁圖4)

        拱肋結(jié)構(gòu)的臨時支撐胎架系統(tǒng)采用?359×10鋼管立柱,材質(zhì)為Q345B;頂部胎架梁采用HM600×250×14×20型鋼梁;橫撐和斜撐采用16#槽鋼,材質(zhì)均為Q235B。為保證支撐胎架系統(tǒng)的穩(wěn)定性,支撐胎架底部的鋼管立柱與下方的鋼箱梁焊接固定,并在臨時支撐架之間設置了16#槽鋼斜撐,使臨時支撐架形成穩(wěn)定的整體。

        節(jié)點說明:鋼拱肋格構(gòu)式支撐架的高度在6.4~12.3 m左右,支撐胎架的主梁與鋼管立柱采用≥10 mm的角焊縫焊接,并在鋼管立柱柱身處焊接10 mm×300 mm×200 mm耳板,水平支撐及斜支撐槽鋼采用4顆M20的10.9 s高強螺栓與鋼管立柱柱身耳板連接。格構(gòu)式支撐胎架需經(jīng)深化設計后,方可加工制作。

        2.2.3 臨時支撐架驗收

        (1)臨時支撐架搭設及主體結(jié)構(gòu)施工過程中,項目部應根據(jù)方案要求進行技術(shù)交底,安排專人進行巡視檢查,并對施工過程中出現(xiàn)的不符合設計文件以及相關行業(yè)規(guī)定和規(guī)范中的技術(shù)參數(shù)要求的問題,應通知相關責任人及時整改,并做好整改記錄,從而確保項目施工過程中的質(zhì)量。

        (2)搭設完成的臨時支撐架應首先由項目部自行組織驗收,需要整改的,及時組織整改。

        (3)臨時支撐架搭設完成后,必須會同總包和監(jiān)理單位進行驗收,并懸掛明顯的狀態(tài)標識牌(合格、不合格、待驗收等)。

        2.3 關鍵步驟

        鋼箱梁吊裝施工中的主要關鍵步驟如下:

        2.3.1 支架預壓并吊裝鋼箱梁

        臨時支撐架搭設施工完成后,選擇中部最不利的一排臨時支撐架,按1.2倍設計承載力進行支架頂部預壓加載試驗。加載試驗注意觀測支架的變形及沉降情況,確保支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定后,逐段吊裝鋼箱梁,見圖5。

        2.3.2 拱肋架設

        待鋼箱梁全部安裝焊接完成,搭設臨時支撐架,采用220 t汽車吊開始對稱安裝拱肋,見圖6。

        2.3.3 安裝并張拉吊桿

        采用70 t汽車吊根據(jù)設計要求依次開始安裝并張拉吊桿,見圖7。

        2.3.4 拆除臨時支架并裝飾

        按照從中間向兩邊的順序,依次對稱拆除卸載拱肋下方的臨時支撐胎架系統(tǒng)。順序安裝裝飾架結(jié)構(gòu),直至鋼結(jié)構(gòu)安裝施工完成,見圖8。

        3 吊裝工況安全驗算

        3.1 工況分析

        3.1.1 鋼箱梁吊裝工況計算(圖9)

        鋼箱梁吊裝工作均采用就近吊裝施工的原則。鋼箱梁吊裝單元的最大外形尺寸為長13.8 m×寬4.6 m×高2.5 m,重量約為54.6 t。

        SAC2200型220 t汽車吊選用主臂長度30.5 m,作業(yè)半徑為10 m以內(nèi),額定起重量為65 t,可吊裝高度為28.8 m,吊機單機負載率為84%,可以滿足鋼箱梁分段單元吊裝施工要求。

        3.1.2 拱肋結(jié)構(gòu)吊裝工況分析

        拱肋結(jié)構(gòu)單元均采用就近吊裝施工的原則。拱肋吊裝單元的最大外形尺寸為長12.4 m×寬1.8 m×高1.9 m,重量約為27.4 t,安裝凈高約為15.3 m。SAC2200型220 t汽車吊選用的主臂長度為30.5 m,作業(yè)半徑在12 m以內(nèi),額定起重量為56 t,可吊裝的高度為28.0 m,吊機單機的負載率為49%,可以滿足拱肋分段單元吊裝施工要求,見圖10。

        3.2 鋼結(jié)構(gòu)吊裝索具計算

        鋼箱梁吊裝時設4根鋼絲繩吊索,吊裝角度按60°計算,則每根鋼絲繩受力為:

        式中:

        [Fg]——鋼絲繩的容許拉力(kN);

        Fg——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和,無表查時可近似按Fg=0.5×d2計算;

        d——鋼絲繩直徑;

        α——換算系數(shù),6×37鋼絲繩,取0.82 ;

        K——鋼絲繩的安全系數(shù),取6。

        則選用直徑為?52 mm的壓制鋼絲繩,可以滿足吊裝要求。

        4 吊裝施工安全措施

        為確保鋼箱梁吊裝施工過程中的安全,需明確相應的安全措施:

        (1)吊耳處根據(jù)受力大小進行內(nèi)部加固;

        (2)吊耳設計圖:

        (3)若采用吊車溜尾,需要移位時,設備尾部根據(jù)剛度情況決定是否加固并在吊車換位時落在搭好的道木上;

        (4)吊裝時吊車支腿派專人監(jiān)護。

        5 結(jié)語

        本文主要結(jié)論如下:

        (1)對于下承式拱橋鋼箱梁的吊裝施工,在施工前要明確施工過程中的重點和難點,防止在施工過程中出現(xiàn)安全和延誤工期等問題。

        (2)施工前制定合理的施工流程、施工方法及施工步驟,是保證施工安全、質(zhì)量與高效的關鍵措施。

        (3)要對施工過程中出現(xiàn)的各種最不利荷載工況進行結(jié)構(gòu)計算,確保各組成構(gòu)件在施工過程中的強度、剛度及穩(wěn)定性符合要求。

        參考文獻

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        收稿日期:2023-04-08

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