烏蘭木倫河3號橋安全平臺設(shè)計

黃傳毅 蔣逸謙 石明忠

摘要：文章以烏蘭木倫河3號橋工程為例，介紹了雙飛翼拱橋施工過程中不同結(jié)構(gòu)類型的安全操作平臺設(shè)計方案。該工程通過受力計算、安全措施配備等方法對常規(guī)高空、多角度傾斜、外伸安全平臺進行設(shè)計與分析，制作出安全性能高、結(jié)構(gòu)簡單、受力路徑明確的施工安全平臺，最大程度保障作業(yè)人員的安全，可為類似結(jié)構(gòu)形式的橋梁安全平臺設(shè)計提供經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：雙飛翼拱橋;操作平臺;平臺設(shè)計;多角度傾斜

中圖分類號：U442.5文獻標識碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.003

文章編號：1673-4874（2021）01-0008-04

0引言

隨著橋梁建造技術(shù)的日益成熟，人們對橋梁美學(xué)的要求越來越高，橋梁的景觀作用也越來越突出，其建筑造型的藝術(shù)性得到了空前發(fā)展[1-2]。而拱結(jié)構(gòu)給人強勁的力度感，加之拱橋優(yōu)美的曲線造型[3]，一直受到人們的關(guān)注和推崇。

由于拱橋橋型的獨特性，給施工帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。其中安全施工平臺受限于橋梁的設(shè)計結(jié)構(gòu)、施工過程中加工安裝等條件，往往需要根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境制作與橋梁結(jié)構(gòu)形式相匹配的操作平臺[4-5]，以保障作業(yè)人員的安全，為施工提供便利。本文以烏蘭木倫河3號橋為例，介紹了鋼箱梁、鋼箱拱等不同類型的安全操作平臺設(shè)計，為同類型拱橋施工安全操作平臺搭設(shè)提供經(jīng)驗借鑒。

1工程概況

烏蘭木倫河3號橋是國內(nèi)首座雙飛翼景觀特大橋梁，跨徑布置為（5+74+200+64+5）m，屬于中承式復(fù)式鋼箱拱橋，橋面變截面寬度為42～65m。橋梁上部主拱結(jié)構(gòu)為飛翼式鋼箱拱，橫橋向向道路中心線外傾斜17℃，順橋向最大角度為57°;副拱結(jié)構(gòu)為內(nèi)傾式鋼箱拱，橫橋向向道路中心線內(nèi)傾45℃，順橋向最大角度為18°;鋼箱梁斜底板與水平面呈24°夾角，采用超高空間異形支架體系作為臨建結(jié)構(gòu)，輔助完成鋼箱梁、鋼箱拱的吊裝。本文從鋼箱梁、多角度拱肋、鋼管支架等方面介紹安全操作平臺的設(shè)計與使用。

2外伸梁操作平臺

2.1平臺設(shè)計

因施工需要，作業(yè)人員要在外伸梁斜底板內(nèi)角進行焊接操作，斜底板與外水平面夾角為24。，而常規(guī)制作的吊籃無法使人員深入到達外伸梁斜底板底部，現(xiàn)根據(jù)外伸梁形狀，設(shè)計與之相匹配的人員焊接安全操作平臺。

操作平臺采用Q235B碳素鋼材質(zhì)制作，為方便人員作業(yè)，平臺的操作區(qū)域與外伸梁斜底板平行，即與水平面夾角為24°。人員上下通道設(shè)計成垂直防護籠，凈空為2m，保證足夠的人員上下空間，在操作區(qū)域的下方，采用10mm厚的Q235B鋼板進行滿鋪。此外，在外伸梁斜頂板上方約5cm處，設(shè)置一道與斜頂板平行的爬梯，上下分別與操作平臺的主體承重結(jié)構(gòu)、垂直通道相連，既可保證操作平臺上部呈三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，又可為作業(yè)人員佩戴安全帶提供懸掛點，如圖1所示。

2.2受力計算

該計算模型采用soilwork軟件進行分析計算。

（1）材料參數(shù)

根據(jù)設(shè)計圖紙，施工平臺材料均采用Q235B碳素鋼。

（2）模型設(shè)計

建模見圖2。

（3）荷載設(shè)計

按最不利情況考慮，假設(shè)人的重量為100kg，向施工平臺邊緣施加2個500N的面荷載。

（4）計算結(jié)果

計算結(jié)果見圖3～4。

通過計算可知，最大屈服應(yīng)力為27.34kPa<215kPa（Q235qb屈服應(yīng)力），最大位移為1.47mm，故平臺滿足要求。

2.3實施效果

根據(jù)設(shè)計所需的材質(zhì)、尺寸要求，施工現(xiàn)場加工并實施，實施后的效果如圖5所示。

通過實際使用效果可以看出，外伸梁的安全操作平臺受力明確、安全系數(shù)高，結(jié)構(gòu)簡單，實際可操作性強，既保證了高空焊接作業(yè)人員的安全，又不影響橋梁主體結(jié)構(gòu)，提高了施工效率。

3主拱操作平臺

本項目的主拱為空間曲線結(jié)構(gòu)，且曲率大，因此只設(shè)計一種平臺并不能滿足施工要求，本文從主拱最陡處與最高處兩種極端情況來介紹主拱操作平臺。

3.1大角度傾斜處操作平臺

3.1.1平臺設(shè)計

主拱順橋向最大角度為57°，坡度大，移動、操作均比較困難，作業(yè)人員需在此環(huán)境下進行鋼箱拱的環(huán)口焊接、打磨、涂裝工作，故特針對此作業(yè)條件（順橋向30°～57°）設(shè)計操作平臺。

操作平臺采用Q345B碳素合金鋼制作，分為上部與下部結(jié)構(gòu)。操作平臺下部結(jié)構(gòu)與鋼管支架頂部焊接，將主拱下方圍起來;上部結(jié)構(gòu)根據(jù)主拱的形狀設(shè)置一圈平臺與主拱結(jié)構(gòu)相匹配，上部平臺的兩個側(cè)面底部各設(shè)置2個與主拱呈45°的牛腿斜撐進行固定。操作平臺上下結(jié)構(gòu)設(shè)置兩道寬度為80cm的爬梯進行連接，既可以供人上下，又可以起到固定作用。

操作平臺爬梯底部每隔30cm設(shè)置一道用角鋼焊接的防滑條，按照規(guī)范要求在平臺臨邊均設(shè)置1.2m的欄桿，底部采用3mm厚的花紋板進行滿鋪，如圖6所示。

3.1.2實施效果

根據(jù)設(shè)計所需的材質(zhì)、尺寸要求，施工加工現(xiàn)場并實施，實施后的效果如圖7所示。

實際操作時，作業(yè)人員可通過攀登鋼管支架頂部到達操作平臺下部，通過爬梯可到主拱環(huán)口附近進行焊接、打磨、涂裝等操作，整個過程中有防滑、防摔、防傾倒措施，有效提高了作業(yè)人員在主拱大角度傾斜處作業(yè)時的安全性。

3.2小角度操作平臺

3.2.1平臺設(shè)計

主拱順橋向為0～30°時角度較為平緩，但具有較高的高度，約為71m，屬于特級高空作業(yè)，且無仟何防護，加上本項目地處北方，風(fēng)沙天氣居多，具有突然性和不可預(yù)估性，故根據(jù)特點設(shè)計主拱小角度安全操作平臺。

拱頂操作平臺采用Q345B碳素合金鋼制作，整體為馬鞍式結(jié)構(gòu)，兩側(cè)為矩形防護圈，緊貼主拱兩側(cè)，既可作為爬梯使用，又可起到安全防護作用。操作平臺呈籠狀，左右兩側(cè)與頂部均與主拱進行焊接固定，使之像馬鞍一樣牢牢“騎”在主拱上。平臺距鋼管支架頂部為40cm，每隔50cm設(shè)置一道爬梯踏步，頂部操作區(qū)域每1m設(shè)置有一道防滑條，且在作業(yè)人員操作區(qū)域上方設(shè)置有多處安全帶懸掛點。

3.2.2實施效果

實施后的效果如圖8所示。

操作時，作業(yè)人員通過攀爬拱頂操作平臺到達拱頂，籠式的構(gòu)造可防止人員移動過程中跌落、摔倒，而馬鞍式結(jié)構(gòu)可使操作平臺牢牢固定，降低了拱頂環(huán)口作業(yè)的安全風(fēng)險。根據(jù)安全平臺定期檢查的結(jié)果，均未發(fā)現(xiàn)安全隱患，隱患發(fā)生率為0，此安全平臺的設(shè)計完全符合要求。

4副拱操作平臺

4.1平臺設(shè)計

本項目副拱的角度為橫橋向向內(nèi)傾斜45。，順橋向最大角度為18°，且架設(shè)結(jié)構(gòu)為空間異形鋼結(jié)構(gòu)，橫截面為菱形，在進行副拱的拱上作業(yè)時，由于橋型設(shè)計因素，人員無法直接在副拱上方進行站立操作。

副拱操作平臺使用Q345B碳素合金鋼制作，為兩個箱式防護籠組合而成，與副拱形狀完全相適應(yīng)，兩個防護籠中間使用兩根角鋼焊接固定，防護籠兩側(cè)用彩鋼板進行圍擋，用作擋風(fēng)使用，平臺下方靠副拱一側(cè)每50cm用角鋼設(shè)置一道防滑條，上方設(shè)置3根橫桿作為安全帶懸掛點，整個平臺與副拱緊密貼合，為作業(yè)人員的施工提供安全保障（如圖9所示）。

4.2實施效果

實施后的效果如圖10所示。

副拱操作平臺與副拱的空間異形結(jié)構(gòu)完全相匹配，結(jié)構(gòu)簡易、制作方便、穩(wěn)定性良好，解決了人員在副拱上難以作業(yè)的困難，最大的特點是具有可拆卸功能，可隨著副拱的施工進度不斷移動，隨拆隨用，在減少安全風(fēng)險的同時又能提高施工效率。

5鋼管支架操作平臺

5.1平臺設(shè)計

本項目采用的是超高空間異形支架作為橋梁臨時支撐結(jié)構(gòu)，施工現(xiàn)場鋼管支架林立、復(fù)雜，且鋼管支架高度不一，為落實安全生產(chǎn)要求，項目在鋼管支架作業(yè)時，每隔3.5m搭設(shè)一層作業(yè)平臺。

鋼管支架作業(yè)每層均設(shè)置專用作業(yè)平臺，平臺完全按照標準化進行制作，整個平臺四個角均與鋼管支架進行焊接固定，底部采用3mm花紋板進行滿鋪，臨邊四周設(shè)置.2m的防護欄桿與20cm的擋腳板，上下平臺之間設(shè)置人員樓梯，焊接角鋼作為樓梯扶手，樓梯口進行三面防護，所有的安全設(shè)施均噴涂紅白警示色，使施工重要部位一目了然。

5.2實施效果

實施后的效果如圖11～12所示。

鋼管支架操作平臺規(guī)范、標準，警示效果強，為作業(yè)人員對于臨建結(jié)構(gòu)的焊接、管理人員的檢查、人員上下主副拱都提供了便利，且安全可靠。

6結(jié)語

本文以烏蘭木倫河3號橋鋼箱梁斜底板、順橋向及橫橋向多角度拱肋、鋼管支架安全平臺為例，通過受力分析及定制化設(shè)計得知：

（1）針對外伸底部施工部位，設(shè)計了結(jié)構(gòu)簡單、受力明確的施工安全平臺。

（2）針對主拱大傾角、超高高度及風(fēng)沙等特殊條件，定型設(shè)計安全操作平臺，隱患查出率、事故發(fā)生率均為0，工程施工過程更加安全、方便、快捷、針對性強。

（3）鋼箱梁安全平臺的設(shè)計，在可以節(jié)約成本的同時提高施工過程安全性，為同類型施工安全平臺搭設(shè)提供寶貴的經(jīng)驗借鑒。

參考文獻

[1]賀立新，宋雷，龍柏全.市政道路的景觀橋梁設(shè)計[J]西南公路，2014（4）：68-71.

[2]石京，葉楨翔，楊朗，等.景觀橋梁的設(shè)計理念及其評價體系研究[J].公路交通科技，2006（8）：140-142.

[3]陳寶春.拱橋技術(shù)的回顧與展望[J].福州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009（1）94-106.

[4]黃勝，張浩，張志偉，鋼結(jié)構(gòu)橋梁高空滑移操作平臺[J].深圳土木與建筑，2012（3）：43-46.

[5]高成子，蘇亞鋒，劉金翠，等.調(diào)節(jié)式操作平臺在超高層鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2016，45（8）：51-54.