寧波灣頭大橋鋼桁架拱架設(shè)施工技術(shù)研究

摘要：寧波灣頭大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為（48+180+48）m的三跨連續(xù)、梁拱固結(jié)的鋼桁拱疊合梁。為解決其鋼桁架拱在架設(shè)過程中抗風(fēng)穩(wěn)定性差的特點，文章通過方案比選，選用在施工過程對主體結(jié)構(gòu)進行加固的方案進行實施。

關(guān)鍵詞：鋼桁架；拱橋；施工技術(shù)

中圖分類號：U445 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2014）18-0003-03

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，公路、鐵路、城市交通獲得了長足發(fā)展，大跨度鋼桁架拱橋由于承載能力高、剛度大、造型美觀等特點，在橋梁設(shè)計中具有較大的優(yōu)勢。國內(nèi)外的鋼桁架拱橋不斷增多，需要研究其施工技術(shù)，以保證在施工中的安全和質(zhì)量。

1工程概況

寧波灣頭大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為（48+180+48）m的三跨連續(xù)、梁拱固結(jié)的鋼桁拱疊合梁。橋面總寬43.6 m。主梁采用疊合梁，橋面結(jié)構(gòu)由鋼主梁、鋼橫梁、人行道挑梁、小縱梁和鋼筋砼橋面板組成。主拱肋由2片桁架和6道風(fēng)撐組成，2片拱肋橫向中心距33.6 m，風(fēng)撐為一字型。灣頭大橋上部結(jié)構(gòu)整體為三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，剛性梁，柔性拱，如圖1所示。

2施工方案

寧波灣頭大橋總體采用“先梁后拱”的施工方案，鋼主梁采用少支架支承，雙側(cè)棧橋，跨橋龍門吊機作為起吊設(shè)備。施工順序為先在拼梁支架上安裝鋼主梁節(jié)段、橫梁、小縱梁，再安裝拱肋及風(fēng)撐，安裝吊桿，安裝橋面板及其它，主橋總體施工方案立面圖如圖2所示。

3 鋼梁及鋼桁架拱架設(shè)施工技術(shù)

灣頭大橋橋面寬43.6 m，鋼梁是縱橫梁結(jié)構(gòu)，無剪刀撐，鋼桁架拱的風(fēng)撐為一字形，橫向剛度差，抵抗水平荷載能力較弱，由于上部結(jié)構(gòu)安裝工期將進入臺風(fēng)期，需要在鋼桁架拱架設(shè)時充分考慮風(fēng)荷載的影響。

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）中“附錄A全國基本風(fēng)速圖及全國各氣象臺站的基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓值表”，寧波市百年一遇的風(fēng)速為31.3 m/s（相當(dāng)于11級風(fēng)）。因此拱肋架設(shè)期間按11級風(fēng)（基本風(fēng)速取值31.3 m/s，相當(dāng)于寧波地區(qū)百年一遇）荷載考慮進行結(jié)構(gòu)驗算。

如果僅僅用臨時設(shè)施的強度和剛度來抵抗主體結(jié)構(gòu)傳來的荷載，臨時結(jié)構(gòu)將非常龐大，施工將非常困難而且不經(jīng)濟。而對主體結(jié)構(gòu)稍作加強，在臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計中能充分考慮主體結(jié)構(gòu)的剛度，會有效的減少施工難度，降低成本。因此在主體結(jié)構(gòu)上、下游主梁下平面增設(shè)臨時水平剪刀撐，以提高主梁的橫向剛度，減少拼梁支架樁在橫向風(fēng)力下的位移。在拱肋上增設(shè)多道臨時K撐結(jié)構(gòu)，提高拱肋的橫向剛度，減少拼拱支架鋼管柱的位移。

3.1拼梁支架

拼梁支架布置于橋中線的上、下游兩側(cè)，其中心線距橋中線16.8 m，拼梁支架采用樁基礎(chǔ)。拼梁支架的標(biāo)準(zhǔn)跨度為9 m，基礎(chǔ)采用φ500 mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和鋼管樁，基礎(chǔ)之間設(shè)有聯(lián)結(jié)系。支架頂與鋼主梁之間設(shè)置液壓千斤頂和分配梁，千斤頂用于調(diào)節(jié)鋼梁標(biāo)高。拼梁支架結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

在對支撐樁進行設(shè)計的過程中，為了確保設(shè)計方案的合理性，假設(shè)主梁受到的風(fēng)力作用全部由自身承擔(dān)；主墩的活動墩側(cè)部分，應(yīng)該實現(xiàn)與墩間的緊密契合，確保主梁順橋在產(chǎn)生升溫溫度力之后，會將之傳輸?shù)街鞫丈?，而不是拼梁支架樁，以減少對于樁體的影響；同時，可以以拼梁支架樁、樁間連結(jié)系以及樁頂分配梁，共同構(gòu)成一個整體性較強的剛架體系，提升其承載能力和穩(wěn)定性。然后，結(jié)合相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，建立每一個剛架體系的有限元模型，對其進行受力分析和計算，確保支撐樁的各項參數(shù)可以滿足工程的設(shè)計和規(guī)范要求。

3.2主梁加固

3.2.1加固方法

在該橋梁中，受各種因素的影響，只有橫梁和縱梁，而沒有斜撐。因此，在橋梁主體結(jié)構(gòu)施工完成后，橋面板安裝施工前，結(jié)構(gòu)整體的橫向剛度較差，在寧波市百年一遇的風(fēng)力作用下，會出現(xiàn)較大的橫向位移，最大位移達到28 cm，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。因此，需要采取相應(yīng)的措施，對主梁進行加固。加固方法為：拱肋合龍前，在中跨兩組主梁間的上平面，加設(shè)臨時性的水平剪刀撐，通過主梁系統(tǒng)，將主梁和支架受到的風(fēng)荷載傳到主體橋墩上，從而減少風(fēng)力對于拼梁支架樁的影響。水平剪刀撐的設(shè)置，應(yīng)該盡量選擇工地的既有材料，并且在主梁安裝完成后進行，1/2中跨主梁新加剪刀撐的布置方式如圖4所示。

3.2.2分析和計算

結(jié)合橋梁工程的設(shè)計圖紙和模型進行分析，可以將主梁和中跨內(nèi)拼梁支架樁之間的約束，看做是水平方向的彈性約束。主梁在水平方向所承擔(dān)的荷載主要是風(fēng)荷載，包括鋼主梁自身風(fēng)荷載、拼拱支架立柱以及拼梁支架所傳風(fēng)荷載，拱肋和風(fēng)撐受到的風(fēng)荷載，則直接由臨時加固設(shè)施等傳輸?shù)街鳂驑蚨铡?/p>

加固前，鋼主梁自身風(fēng)荷載是主梁水平荷載的主要組成部分。結(jié)合相應(yīng)數(shù)據(jù)，可以得出，主橋跨中的最大橫向位移為279.8 mm。在增設(shè)水平剪刀撐進行加固后，主梁受到的水平荷載大大減少，主梁跨中的最大橫向位移為24.5 mm，所承受的最大應(yīng)力為31.9 MPa，斜支撐所承受的最大應(yīng)力為37.2 MPa，可以滿足橋梁的設(shè)計和施工要求。

3.3拼拱支架

3.3.1結(jié)構(gòu)形式

拼拱支架由立柱、橫橋向聯(lián)結(jié)系、縱橋向聯(lián)結(jié)系和風(fēng)纜組成。立柱由2φ400 mm鋼管和鋼管之間的腹桿組成，支承在鋼主梁上，設(shè)置橫橋向聯(lián)結(jié)系在和縱橋向聯(lián)結(jié)系。各組立柱的上方用柱頂縱橋向斜支撐互連。風(fēng)纜采用φ28 mm鋼絲繩，在橫橋向上交叉設(shè)置，提高拼拱支架的抗風(fēng)能力。鋼桁架拱和風(fēng)撐的重量通過鋼桁架拱下的原有橫隔板向墊座傳遞，進而傳力到立柱。具體結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。

3.3.2結(jié)構(gòu)計算

對拼拱支架的各種受力狀態(tài)分別進行計算，可知支架結(jié)構(gòu)整體和各個部件的強度、剛度、穩(wěn)定性均能滿足要求，鋼桁架拱下弦箱增設(shè)短梁、鋼主梁內(nèi)增設(shè)支承加勁肋的強度及穩(wěn)定性均達到規(guī)范要求，拼拱支架與拼梁支架、棧橋能夠共同抗水平力，具有可靠的安全性和適用性。

3.4拱肋加固

3.4.1加固措施

鋼桁架拱結(jié)構(gòu)的風(fēng)撐型式為口字型，由于沒有布置相應(yīng)的斜撐，因此拱肋在合攏之前，水平方向的剛度較差，在11級風(fēng)荷載作用下的橫向位移達到了23.5 cm，與設(shè)計要求的5 cm相差甚遠(yuǎn)，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性，需要采取相應(yīng)的加固措施，以確保施工的順利進行。在進行現(xiàn)場分析和受力計算后，從拼拱支架和拼梁支架的安全方面考慮，在拱肋上增加了臨時性的“X撐”，可以通過拱腳，將拱肋受到的風(fēng)荷載傳輸?shù)街黧w橋墩上，從而增強拱肋的穩(wěn)定性和水平剛度。充分考慮了支撐結(jié)構(gòu)的實用性、有效性和經(jīng)濟性，決定采用φ1 000 mm，壁厚10 mm的鋼管作為撐桿，與鋼桁架拱之間采用夾箍連接。具體加固處理如圖6所示。

3.4.2計算假定與計算結(jié)果

對結(jié)構(gòu)的受力情況和傳力情況進行分析，可以得知，拱肋和風(fēng)撐受到的風(fēng)荷載可以通過鋼桁架拱，直接傳往主體橋墩。拱肋按照主體支座的形式，在邊墩與主墩處約束；拼拱支架立柱則對拱肋豎向約束。假定橋體處于11級風(fēng)荷載作用下，對尚未進行加固的拱肋在合龍前的施工狀態(tài)進行檢算，則在水平方向上，拱肋前端的最大位移為23.5 cm，最大應(yīng)力為145 MPa。在加固完成后，需要再次對拱肋的施工狀態(tài)進行檢算，得出水平方向的最大位移為7.97 cm，最大應(yīng)力為120 MPa，具有良好的加固效果。

寧波灣頭大橋總體采用雙線棧橋+龍門吊機的施工方案，棧橋的通行能力強，運輸速度快，可兼顧下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的施工，為主橋的施工提供了良好的作業(yè)平臺。龍門吊機走行靈活，吊重能力大，可滿足鋼構(gòu)件和其他結(jié)構(gòu)的吊裝要求，可以很容易的開展流水作業(yè)，有效的加快進度。在對灣頭大橋的上部結(jié)構(gòu)進行防風(fēng)加固的過程中，通過對主體結(jié)構(gòu)的加固，使得受到的風(fēng)力作用可以傳到橋墩，減少了對于橋梁主體的影響。實踐證明，這種加固方法操作簡單，效果良好，工期較短而且節(jié)省投資，能夠切實滿足施工需要。

在橋梁施工中對臨時結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)充分利用主體結(jié)構(gòu)自身的強度和剛度，減少臨時設(shè)施的材料投入，增強加固方案的經(jīng)濟性。

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