大跨度鋼桁梁柔性拱橋起落梁施工新技術(shù)

張守利， 張雪松， 劉 凱

（1.上海鐵路局合肥鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部，安徽 合肥 230022；2.中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)有限公司，安徽 合肥 230022；3.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 引言

近年來，高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)為鋼梁橋［1－3］的發(fā)展帶來了新的契機(jī)，鋼桁梁柔性拱橋由于同時(shí)具有鋼桁梁橋與鋼拱橋的優(yōu)點(diǎn)，顯著提高了鋼桁梁橋的跨越能力，鋼桁架拱橋以其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用［4］。已建成的鋼桁梁柔性拱橋包括閩江特大橋（主跨198m）和京滬高鐵黃河大橋（主跨168m）等多座鐵路橋梁［5］。

大型橋梁建設(shè)中施工設(shè)備要求高，施工技術(shù)難度增大，施工質(zhì)量和安全性尤為重要，應(yīng)確保在施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形始終處于安全范圍內(nèi)，成橋狀態(tài)的線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求［6］。

本文以新建的滬漢蓉高速鐵路引入合肥樞紐南環(huán)線經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)鋼桁梁柔性拱特大橋的重點(diǎn)工程作為對象，研究大跨度鋼桁梁柔性拱橋施工中起落梁工藝的關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概述

合肥南環(huán)線經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)鋼桁梁柔性拱特大橋于里程DK466＋191.02～DK466＋420.52處跨越合寧高速公路，與高速公路成夾角26o跨越。該橋?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)，全長461m，其兩邊跨度均為114.75m，主跨跨度為229.5m，主跨長度在同類型橋梁中居于亞洲首位，總自重為115 000kN，主橋立面及斷面如圖1、圖2所示。

圖1 全橋立面布置圖

圖2 主橋斷面圖

本工程中鋼桁梁柔性拱單向頂推過程是在臨時(shí)支墩架設(shè)完成的，并進(jìn)行了線形調(diào)整，需要落在永久橋墩上，然后臨時(shí)支墩拆除，120?！?23＃為永久橋墩。當(dāng)主桁梁通過臨時(shí)橋墩頂推到達(dá)實(shí)際位置時(shí)，實(shí)際標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高高900mm，因此，頂推架設(shè)完成后需進(jìn)行起落梁作業(yè)，落梁高度為900mm。落梁前用操墊板將支撐墊石與鋼桁梁節(jié)點(diǎn)操實(shí)，將輔助支架上墊塊對應(yīng)的鋼桁梁節(jié)點(diǎn)受力轉(zhuǎn)換為主墩墊石上抄墊鋼板對應(yīng)節(jié)點(diǎn)受力，完成體系轉(zhuǎn)換。待輔助支架拆除完成后，開始全橋起落梁。

2 技術(shù)原理和施工工藝技術(shù)

鋼桁梁柔性拱橋起落前進(jìn)行縱橫向糾偏，完成線形尺寸、高栓施擰及橋面板焊接質(zhì)量驗(yàn)收后，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換及輔助橋墩結(jié)構(gòu)拆除，并完成墩頂布置。

利用墩頂裝置依次按照122＃墩→123＃墩→121＃墩→120＃墩的順序進(jìn)行起落梁，起落梁高度為900mm，考慮到10 000kN和6 300kN豎向千斤頂最大行程為120mm，根據(jù)落梁高度計(jì)算分析，確定每次南北兩側(cè)同步落梁100mm。經(jīng)8次循環(huán)，直至全橋落梁800mm。抽取122＃、121＃墩分配梁，進(jìn)行縱橫向位移調(diào)整，再進(jìn)行支座安裝，支座安裝完成后最后全橋落梁到位。

2.1 橋墩頂部設(shè)備布置

橋梁中墩（121＃、122＃）及邊墩（120＃、123＃）墩頂設(shè)備布置分別如圖3、圖4所示，墩頂布置包括縱橫移裝置和起頂裝置?？v橫移裝置包括水平千斤頂、墊梁Ⅰ（帶水平頂反力座）、墊梁Ⅱ。墊梁Ⅰ與墊梁Ⅱ之間布置MGE板加不銹鋼板摩擦副作滑動(dòng)面，以減少縱橫移時(shí)的摩擦力。起頂裝置包括豎向千斤頂、操墊板和分配梁。

中墩121＃、122＃的起頂裝置均設(shè)置8臺(tái)10 000kN豎向千斤頂，縱橫移裝置均設(shè)置8臺(tái)2 000kN水平千斤頂；120＃、123＃邊墩起頂裝置均設(shè)置4臺(tái)6 300kN豎向千斤頂，橫移裝置均設(shè)置4臺(tái)2 000kN水平千斤頂。為確保在抽取豎向千斤頂上操墊板安全方便，豎向千斤頂上操墊板規(guī)格為（20～50）m×500m×500m。

圖3 橋梁中墩墩頂設(shè)備布置圖

2.2 起落梁施工過程

（1）利用122＃墩墩頂南北兩側(cè)各布置的4臺(tái)10 000kN豎向千斤頂同步起頂，當(dāng)122＃墩支撐墊石上的操墊板與鋼桁梁節(jié)點(diǎn)脫離5mm，鎖死千斤頂保險(xiǎn)箍。

（2）抽出每層50mm的操墊板，打開千斤頂保險(xiǎn)箍，南北兩側(cè)同步落頂50mm，再鎖死千斤頂保險(xiǎn)箍。

（3）打開千斤頂保險(xiǎn)箍，南北兩側(cè)同步落頂至千斤頂不承重，此時(shí)支撐墊石上的操墊板承重，抽出千斤頂上的操墊板，122＃墩落梁100mm。繼續(xù)按照123＃墩→121＃墩→120＃墩的順序，重復(fù)步驟（1）～步驟（3），分別起落梁100mm。

重復(fù)上述步驟，經(jīng)8次循環(huán)，直至120?！?23＃墩累計(jì)落梁800mm，抽取122＃、121＃墩分配梁，進(jìn)行主橋梁縱橫向位移調(diào)整。

2.3 鋼桁梁縱橫向位移調(diào)整

2.3.1 鋼桁梁縱向移動(dòng)調(diào)整

采用縱向水平裝置進(jìn)行縱向位移調(diào)整，在121＃、122＃主墩南北兩側(cè)各設(shè)置4臺(tái)2 000kN水平千斤頂，如圖5所示。

圖4 橋梁邊墩墩頂設(shè)備布置圖

圖5 鋼桁梁縱向移動(dòng)千斤頂布置平面圖

在墊梁Ⅰ與墊梁Ⅱ之間增加不銹鋼板和聚四氟乙烯板，以減小摩擦力。

考慮到8臺(tái)千斤頂工作時(shí)同步存在偏差，取折減系數(shù)0.8，不銹鋼板和聚四氟乙烯板摩擦系數(shù)為0.08，鋼桁梁重量約為115 000kN?？鼓Σ劣?jì)算：8×2 000×0.8＝12 800kN＞115 000×1.2×0.08＝11 040kN，符合施工要求。

2.3.2 鋼桁梁橫向移動(dòng)調(diào)整方法

如圖6所示，在中墩節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)起頂點(diǎn)下單側(cè)各設(shè)置4臺(tái)2 000kN千斤頂，同時(shí)頂推鋼梁實(shí)現(xiàn)橫向位移。在墩頂布置前墊梁Ⅰ與墊梁Ⅱ之間增加不銹鋼板和聚四氟乙烯板，以減小摩擦力。同上抗摩擦計(jì)算，符合施工要求。

圖6 鋼桁梁橫向移動(dòng)布置斷面圖

3 起落梁過程結(jié)構(gòu)受力分析

本工程采用有限元軟件Midas／Civil對鋼桁梁柔性拱特大橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，考慮在不同主墩豎向起頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)受力性能［7］。所有構(gòu)件材料均按設(shè)計(jì)圖紙選用，橋面板采用板單元，支架桿件采用梁單元。由于本橋節(jié)點(diǎn)全部為焊接整體節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量比較大，所以在計(jì)算模型中對橋的構(gòu)件質(zhì)量乘以1.45的放大系數(shù)，確保模型質(zhì)量與實(shí)際橋質(zhì)量相符。橋梁頂推過程中墊塊均為滑動(dòng)墊塊，因此不約束順橋向（即X方向），考慮側(cè)向風(fēng)力作用而約束Y、Z方向，計(jì)算模型如圖7所示。

圖7 鋼桁梁柔性拱橋計(jì)算模型

橋梁起落時(shí)，通過對122＃墩落梁100mm高度后，再到123＃和121＃主墩上落梁100mm，最后到120＃主墩落梁100mm。如此循環(huán)，直至全橋落梁至設(shè)計(jì)高度。以安全、高效、技術(shù)可行為原則，對每個(gè)輪次主墩起落高度100mm進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果見表1所列。

表1 主墩支座反力和橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)力值

表1中，σ1、σ2、σ3、σ4分別為最大壓應(yīng)力、穩(wěn)定容許壓應(yīng)力、最大拉應(yīng)力、容許拉應(yīng)力。

計(jì)算結(jié)果表明，鋼桁梁柔性拱特大橋桿件的最大壓應(yīng)力為82.2MPa，小于穩(wěn)定容許壓應(yīng)力226.8MPa，最大拉應(yīng)力為85.2MPa，小于容許拉應(yīng)力210MPa，落梁過程中橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性均能夠滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)要求［8］。

4 結(jié)束語

通過墩頂輔助結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，解決了大型鋼桁梁落梁的難題；充分利用墩頂布置調(diào)整鋼梁線形，保障了大跨度鋼桁梁柔性拱架設(shè)后線形精度滿足設(shè)計(jì)要求。本文介紹的大跨度連續(xù)鋼桁梁柔性拱起落梁施工技術(shù)具有先進(jìn)、安全可靠及經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)點(diǎn)，對類似大型橋梁施工有推廣價(jià)值。

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［4］孫海濤.大跨度鋼桁架拱橋關(guān)鍵問題研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.

［5］鄧雄暉，王玉銀.大跨鋼桁梁橋加勁柔性拱施工階段抗風(fēng)性能［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，44（4）：145－148.

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［7］楊 揚(yáng)，完海鷹，李慶鋒，等.合肥新機(jī)場實(shí)腹式剛架鋼結(jié)構(gòu)的施工仿真分析［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，34（6）：866－869.

［8］TB 10002.2－2005，鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.