曲江大橋鋼桁梁架設(shè)技術(shù)

張 軍

(中鐵十九局集團有限公司，北京 100176)

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曲江大橋鋼桁梁架設(shè)技術(shù)

張 軍

(中鐵十九局集團有限公司，北京 100176)

摘要：曲江大橋跨越竹居河，主橋采用3×96 m跨下承式簡支鋼桁梁，地址情況復(fù)雜，橋址處峽谷較深，主墩最高達92 m。對比主橋鋼桁梁安裝架設(shè)過程中拖拉法及懸臂施工法的經(jīng)濟性、安全性及可行性等方面因素，介紹采用的改進型懸臂施工法(單端懸臂索塔輔助拼裝法)，及其相對于其他架設(shè)方法的優(yōu)勢，為我國該類橋梁的架設(shè)施工提供了更多的成功經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：鋼桁梁架設(shè)；單端懸臂法；索塔輔助拼裝

1 工程概況

曲江大橋橋跨及橋型布置如圖1所示,玉溪方向引橋部分采用3×32 m簡支預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，主跨部分采用3×96 m下承式簡支鋼桁梁；蒙自方向引橋采用1×32 m+2×24 m簡支預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，橋梁全長463 m。主梁鋼桁采用無豎桿平行弦三角桁架結(jié)構(gòu)，主桁桁高12.8 m，中心距7.5 m，節(jié)間距12 m，吊裝最重桿件93 kN，主桁端斜桿采用矩形截面，其余斜桿均采用H形截面，主梁總重20 310 kN[1]。主墩最高達92 m，該橋墩高、跨度大，施工難度較大及風(fēng)險性較高。

圖1 玉蒙線某大橋總布置圖(單位：cm)

線路等級：國家I級鐵路；設(shè)計行車速度：120 km/h；設(shè)計活載：鐵路單線“中-活載”。

由于受橋位地形、主跨梁部結(jié)構(gòu)形式、投資、工期等因素影響，鋼梁架設(shè)不能采用常規(guī)的拖拉架設(shè)、單端大懸臂拼裝等方案，必須研究新的架設(shè)方案。通過初步分析論證，最終確定主要對懸臂拼裝法架設(shè)施工方案進行比選。

2 方案比選

在橋梁架設(shè)施工過程中，對于橋位跨越地溝谷不深、易設(shè)臨時墩及滑道時，中小跨度鋼梁橋一般采用拖拉法施工；而本橋橋位處跨越河谷較深，若采用拖拉法施工設(shè)置臨時墩工程量巨大。對于拖拉法施工，若不增設(shè)臨時墩，則需要加長、加高前導(dǎo)梁的尺寸，且只能將滑道直接布置于主墩之上，對高墩受力極為不利。對于本橋，通過有限元仿真模型計算可知，加長導(dǎo)梁會較大增加鋼桁梁梁端荷載，主桁腹桿軸力將超過其理論承載能力，故此法對于本橋架設(shè)不可行。

兩端對稱懸臂拼裝法施工具有進度快、工期短、受力明確等優(yōu)勢，但在懸拼初期需要較多的臨時固定支撐設(shè)備，結(jié)合本橋所在橋位狀況，并不是最為經(jīng)濟可行的架設(shè)方法[2]。單端懸臂拼裝方案除架梁吊機外，基本不采用吊索塔架這樣的大型設(shè)備，降低了施工難度，極大的節(jié)約了施工成本，能在本橋施工工期規(guī)定之內(nèi)安全、經(jīng)濟的完成主梁架設(shè)；但施工過程中其受力不對稱，不能可靠的保證施工安全。故本橋在單端懸臂架設(shè)的基礎(chǔ)上，在架設(shè)墩頂設(shè)置吊索塔架進行輔助拼裝，既節(jié)約了施工成本，又保證了施工安全[3]。

拖拉法、對稱懸臂拼裝法、單端懸臂拼裝及吊索塔架輔助拼裝四種方法施工工期、經(jīng)濟費用及安全性比較如表1所示。

表1 四種施工方法各項因素對比表

3 單端懸臂吊索塔架輔助拼裝方案

單端懸臂吊索塔架輔助拼裝指主桁鋼梁在第4跨單端懸拼過程中，當懸拼6個節(jié)間以后，在③號墩頂架設(shè)吊索塔架(可移動)，將對稱錨固于塔架頂端的兩個鋼索吊拉住已懸拼部分，并在懸拼剩余2節(jié)間過程中通過張拉鋼索調(diào)整鋼桁內(nèi)力與位移，確保主梁線形符合設(shè)計，使主桁鋼梁各桿件受力滿足強度及穩(wěn)定性要求。

本橋主梁架設(shè)過程中，吊索塔架受力明確，設(shè)計、組裝極為方便，墩柱間移動較為便捷，采用此方案僅需預(yù)拼第4跨2個節(jié)間和合攏段節(jié)間即能順利完成3主跨96 m鋼桁梁架設(shè)，最大程度的保證施工安全。該方案在③、④墩頂均不需要設(shè)置臨時托架，減少了主桁梁架設(shè)施工工作量，尤其是高空作業(yè)工作量，極大的減少了臨時支撐設(shè)備的用量，確保了施工安全及進度，主梁架設(shè)施工工序見圖2。

3.1 施工關(guān)鍵控制工況

主橋3×96 m下承式簡支鋼桁梁架設(shè)過程主要分為6個關(guān)鍵控制工況。工況一(圖3)施工步驟為：

圖2 曲江大橋主梁架設(shè)方案

圖3 工況一，安裝架梁吊機及①～③墩間鋼梁(單位：mm)

(1)②墩位安裝一臺STT293塔吊，利用塔吊安裝①墩頂及②～③墩鋼桁梁平臺，對稱安裝E0′～E2節(jié)間鋼桁梁。

(2)利用塔吊在鋼桁梁上安裝架梁吊機，安裝后錨系統(tǒng)。

工況二(圖4)施工步驟為：

(1)利用架梁吊機向前懸臂拼裝鋼梁，架設(shè)③～④墩頂鋼梁至E2′節(jié)間。

(2)利用塔吊安裝扣索塔架，架完圖3中鋼梁后架梁吊機略微向前移動避開吊索塔架節(jié)點。

(3)在吊索塔架上設(shè)置倒鏈安裝吊索上端，鋼梁上設(shè)置吊架安裝吊索下端，張拉主桁上吊索，左右側(cè)對稱同時張拉。

圖4　工況二,安裝吊索塔架懸拼完成第4跨

工況三(圖5)施工步驟為：

(1)架梁吊機前移架設(shè)鋼桁梁至④墩頂。

(2)單側(cè)主桁E0′、A1′封閉后，立即與墩頂支撐，將鋼梁支撐牢固。

(3)架設(shè)鋼梁臨時連接后，架設(shè)④～⑤墩間鋼梁。

圖5　工況三,架梁機前移懸拼第5跨前5個節(jié)間(單位：mm)

工況四(圖6)施工步驟為：

(1)架梁吊機架設(shè)至A3′E2′桿件，后退一個節(jié)間。

(2)吊索塔架向前走行安裝至④墩頂。

(3)在吊索塔架上設(shè)置倒鏈安裝吊索上端，鋼梁上設(shè)置吊架安裝吊索下端，按設(shè)計索力張拉吊索。

圖6　工況四,吊索塔架前移輔助完成第5跨(單位：mm)

工況五(圖7)施工步驟為：

(1)架梁吊機前移，將鋼桁梁架設(shè)至⑤墩頂，并支撐牢固。

(2)利用塔吊拆除①～③墩間鋼梁，處理后通過運梁線運至⑤墩架設(shè)。

工況六(圖8)施工步驟為：

(1)架梁吊機前移，將鋼桁梁架設(shè)至⑥墩頂，支撐牢固。

(2)拆除吊索塔架及架梁吊機，調(diào)整鋼梁縱向位置，解除鋼梁間臨時連接，將鋼梁下放到位。

(3)調(diào)整并檢查鋼梁橫向位置，完成鋼梁架設(shè)，拆除臨時設(shè)施。

3.2 計算分析

3.2.1 主桁架設(shè)各控制工況計算

將鋼桁梁簡化成單片桁架梁進行計算，鐵路縱橫梁橋面系等荷載均分到兩片桁架上，橋門架、縱橫梁等荷載平均分配到對應(yīng)節(jié)點上。每個施工工況下的支點反力、桿件內(nèi)力及懸臂端撓度均進行檢算。以施工工況五為例，架梁吊機在⑤墩頂懸臂拼裝鋼梁至E2′時，吊索塔架每片桁架自重為900 kN/桁，架梁吊機采用20 t桅桿吊機，自重400 kN，每桁分配為200 kN/桁，吊索張拉力2 810 kN，計算模型見圖9。

圖7　工況五,架梁機前移懸拼第6跨前5個節(jié)間(單位：mm)

圖8　工況六,吊索塔架前移輔助完成第6跨(單位：mm)

圖9 施工工況五主桁架受力計算模型

各施工工況支點最大反力、桿件最大內(nèi)力及懸臂端最大撓度計算結(jié)果見表2。

表2 各施工工況計算結(jié)果

計算結(jié)果表明，各個施工工況各桿件應(yīng)力均小于考慮應(yīng)力提高系數(shù)后273 MPa的允許應(yīng)力，桿件受力均滿足設(shè)計要求。

3.2.2 索塔檢算

吊索塔架鉸接于鋼梁A0節(jié)點上，前后兩根拉索分別錨固在鋼梁A4、A4′節(jié)點上，塔架凈高36 m(支撐支座中心到頂部吊索中心線交會點)，橫向由兩片鋼桁組成，橫向?qū)挾?.5 m，自重為90 t/桁。吊索塔架驗算按照軸心受壓桿件計算，吊索傳遞的水平分力相互平衡，豎直壓力通過塔架中心立柱頂部拉板作用于中心立柱上，中心立柱再將力通過和鋼梁A0節(jié)點的連接支撐支座傳遞給鋼梁，進而直接豎直作用于橋墩上。吊索塔架每節(jié)點中心立柱為在H桿件兩豎板上設(shè)置3組萬能桿件組成的塔式壓桿，各節(jié)點間通過萬能桿件連接綴板相連，左右兩片桁架間通過萬能桿件連接成整體。

拉索左右每片鋼桁沿跨度方向均設(shè)置2根，單根吊索均由91根?7 mm的高強鋼絲組成，設(shè)計索力2 000 kN，采用冷鑄錨具，下端張拉，故每個錨箱單側(cè)2根拉索設(shè)計拉力為4 000 kN，有限元計算模型見圖10。

圖10 索塔塔架布置示意圖及計算模型(單位：mm)

有限元分析計算可知，吊索塔架支撐支座豎向反力為2 900 kN，塔架頂端最大彈性壓縮為13 mm，單側(cè)吊索塔架計算結(jié)果和整體模型計算結(jié)果差異較小，中心立柱最大軸向壓力為1 700 kN，兩個桿件最大軸壓945 kN，小于4根N1萬能桿件所允許承受的1 200 kN軸壓力，故吊索塔架支點上中心立柱需新制加厚桿件，其余桿件均可利用萬能桿件進行組拼，滿足吊索塔架受力需要。

4 結(jié)束語

曲江大橋主跨采用3×96 m下承式簡支鋼桁梁，墩高達92 m，受橋位地形、主跨梁部結(jié)構(gòu)形式、投資、工期等因素影響，不能采用常規(guī)的拖拉方案、單端大懸臂拼裝等方案。通過對各類施工方案的施工過程計算、輔助設(shè)施的采用情況、經(jīng)濟性、安全性、優(yōu)缺點等多方面的分析，優(yōu)選出適合高墩大跨鋼桁梁的架設(shè)方案——單端懸臂吊索塔架輔助拼裝方案。該方案不僅具有單端懸臂拼裝方案的不需臨時托架、減少施工工序、降低高空作業(yè)量等優(yōu)點，而且克服了單端懸臂拼裝過程中懸臂部分不平衡受力較大的問題，降低了主桁鋼梁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風(fēng)險，其方法成功在本橋主跨鋼桁梁架設(shè)過程中實施，為以后此類橋梁的架設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻

[1]陳建峰，戴曉春，郭建勛，等.玉蒙鐵路曲江大橋簡支鋼桁梁架設(shè)方案分析[J].施工技術(shù)，2009(9):74-76

[2]羅 娟.大跨度斜拉橋鋼桁梁懸臂架設(shè)與造價分析[J].鐵路工程造價管理,2015(3)：25-28

[3]張 磊,王春生,任更峰,等.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工期安全評價[J].中國安全科學(xué)學(xué)報, 2008,1(1):139-145

收稿日期：2016-05-19

作者簡介：張軍(1972—)，男，高級工程師，主要從事土木工程施工技術(shù)管理工作

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.04.016

中圖分類號：U445.4

文獻標識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)04-0061-05

On the Erection Technique for the Steel Truss Girders of the Qujiang River Bridge

Zhang Jun

(19th Bureau Group Co. Ltd. of the Railway Building Corporation of China,Beijing 100176,China)

Abstract:The Qujiang River Bridge spanning the Zhuju River,the main bridge uses 3×96 m through-type simple-supported steel truss beams.As the bridge is located in a relatively deep valley, its main pier is as high as 92 m and the geological conditions there is very complex.Upon the basis of comparing the economy, safety and feasibility of the pulling method and the boom method commonly used for the erection of the steel truss beams of main bridges, the innovated boom method (Namely,the cable-tower-aided assembly method) is introduced in the paper,with its advantages over other erection methods dealt with.The project may provide more successful experience for the erection of bridges of the same type in the future.

Key words:erection of steel trusses;one-end boom method;cable-tower-aided assembly