跨線96m下承式簡支鋼桁橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)研究

田朋飛，程天賜，張余平，王國梁，戴傳新

（安徽富煌鋼構(gòu)股份有限公司，安徽 合肥 238076）

1 工程概況

96 m全裝配式鋼桁橋位于安徽省宣城市境內(nèi)，采用單線下承式簡支鋼桁梁跨越既有皖贛線，與皖贛鐵路相交角度為17。，鋼桁梁主桁類型為無豎桿整體節(jié)點(diǎn)平行弦三角桁架下承式鋼桁梁，如圖1所示，主桁跨度96m，全長98.46m，桁高12.8m，兩片主桁中心距8.5m，人行道設(shè)置于主桁外側(cè)，人行道寬度1.01m，總重1200t，墩臺頂距離地面高度為11.60m，最大起吊高度為24.5m，單件最大起吊重量為26.5t，節(jié)點(diǎn)采用高強(qiáng)度螺栓連接的全裝配鋼結(jié)構(gòu)橋梁，工期內(nèi)需要完成采購、制作、運(yùn)輸、安裝、卸載、轉(zhuǎn)體及就位等施工內(nèi)容。

圖1 鋼桁橋梁結(jié)構(gòu)立面圖

2 施工部署

如圖2所示，皖贛鐵路既有線為東西向，本工程橋體跨度方向軸線與既有線交角為17度，①號墩靠東側(cè)，②號墩靠西側(cè)，鐵路橋梁整體線路按墩體編號①→②→③順序由東向西方向進(jìn)行施工，在①號橋墩上設(shè)置端軸旋轉(zhuǎn)軸工裝，在平行既有線一側(cè)設(shè)置橋體拼裝用通長臨時支撐架，臨時支撐架西側(cè)端部與②號橋墩處設(shè)置較大管徑支撐架，其上放置箱型截面跨越既有線滑移大梁，在滑移大梁上設(shè)置兩條滑移軌道，每條軌道上設(shè)置1臺100t爬行器，頂推弧長為28.5m。

圖2 鋼桁橋梁轉(zhuǎn)體后平面布置圖

在①、②號橋墩混凝土澆筑前，應(yīng)做好工裝預(yù)埋件施工，驗(yàn)收后進(jìn)行澆筑混凝土，本工程臨時支撐架對基礎(chǔ)沉降要求高，采用了鋼管樁+承臺基礎(chǔ)，臨時支撐架材料為甲供材，現(xiàn)場下料制作，采用3臺50t汽車吊進(jìn)行臨時支撐架和橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝施工，采用1臺150t履帶吊進(jìn)行滑移大梁跨越既有線安裝施工。鋼桁橋下部檢修小車軌道梁應(yīng)在旋轉(zhuǎn)-頂推施工前完成安裝工作。

端軸旋轉(zhuǎn)-頂推施工完成后，采用4臺400t液壓千斤頂置于設(shè)計指定頂升位置，對橋體兩端進(jìn)行同步整體頂升，同時采用鋼墊板置于每個支座處，頂升至設(shè)定高度后進(jìn)行安裝4套成品支座施工，待成品支座下部灌漿料達(dá)到強(qiáng)度要求規(guī)定值后，對橋體兩端的4臺液壓千斤頂進(jìn)行同步整體卸載，鋼桁橋主體結(jié)構(gòu)安裝施工完成。

3 控制要點(diǎn)

3.1 制定施工流程

①、②號橋墩頂面鋼筋間距密集，預(yù)埋件設(shè)置抗剪鍵現(xiàn)場無法施工，采取在預(yù)埋板四周現(xiàn)場焊接條形鋼板的措施達(dá)到抗剪設(shè)計要求。臨時支撐桁架柱下采用了鋼管樁+承臺基礎(chǔ)，并進(jìn)行了沉降計算，沉降量控制在7mm之內(nèi)。①、②號橋墩上工裝、臨時支撐系統(tǒng)以及滑移大梁安裝完成并驗(yàn)收后，對鋼桁橋進(jìn)行分段高空拼裝，由于施工條件限制，拼裝順序?yàn)?號橋墩向?號橋墩施工，由一端向另一端拼裝施工應(yīng)嚴(yán)格控制拼裝預(yù)起拱標(biāo)高。

3.2 鋼桁橋加工制作預(yù)起拱和預(yù)拼裝

本鋼桁橋梁上下弦構(gòu)件均采用箱型截面，鋼板材質(zhì)為Q370qd，節(jié)點(diǎn)設(shè)計形式為全裝配式高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)板連接，上平縱聯(lián)各節(jié)間桿件按不發(fā)生預(yù)拱度設(shè)計，上弦構(gòu)件的節(jié)間距離（節(jié)間距離為12m）加長14mm，其他構(gòu)件、連接板、制孔等均不變，預(yù)拱度通過改變斜桿的交匯點(diǎn)通過帶有一定拼裝內(nèi)力加以實(shí)現(xiàn)，該方式是通過上弦構(gòu)件加長形成廠制預(yù)拱度，上弦加長而通過斜桿的夾角調(diào)整進(jìn)行拼裝而帶動下弦同時形成預(yù)拱度較容易實(shí)現(xiàn)，拼裝內(nèi)力小不影響鋼桁橋結(jié)構(gòu)受力性能。

圖3 鋼桁橋工廠預(yù)拼裝順序圖

根據(jù)工期進(jìn)度要求，將鋼桁橋分為A、B、C、D四段進(jìn)行工廠預(yù)拼裝，將A和B段加工完成后進(jìn)行工廠預(yù)拼裝，驗(yàn)收合格后，將A段運(yùn)至現(xiàn)場拼裝施工；C段加工完成后和B段進(jìn)行工廠預(yù)拼裝，驗(yàn)收合格后，將B段運(yùn)至現(xiàn)場拼裝施工；D段加工完成后和C段進(jìn)行工廠預(yù)拼裝，驗(yàn)收合格后，將C、D段運(yùn)至現(xiàn)場，拼裝根據(jù)廠制預(yù)拱度要求，嚴(yán)格控制廠制預(yù)拱度和胎架位置的一致性，每個節(jié)點(diǎn)板穿孔率均應(yīng)達(dá)到100%，若出現(xiàn)不合格應(yīng)采取糾偏措施或置換連接節(jié)點(diǎn)板。

3.3 端軸旋轉(zhuǎn)工裝設(shè)計

旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計前應(yīng)對橋體的單軸旋轉(zhuǎn)受力進(jìn)行分析，建立受力模型，基本假定為橋梁下弦、橫向構(gòu)件及橋面板形成剛體，爬行器頂推力對橋梁跨度方向的線型無影響，如圖4所示，Q為主動力：爬行器頂推力（KN）；Q’為旋轉(zhuǎn)軸處由主動力Q產(chǎn)生的反力（KN），由旋轉(zhuǎn)軸承擔(dān)全部剪力Q’，即Q’=Q=Gf其中G為號橋墩摩擦面上承擔(dān)的橋體重量，f為摩擦系數(shù)，啟動時按照0.2取值，滑移過程按照0.15取值），N和N’是由主動力Q引起的摩擦力，N=N’=Gf（其中G為號橋墩摩擦面上承擔(dān)的橋體重量，f為摩擦系數(shù)，啟動時按照0.2取值，滑移過程按照0.15取值）。

圖4 旋轉(zhuǎn)軸受力分析圖

①號橋墩上端軸旋轉(zhuǎn)中心工裝包括旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)梁和摩擦梁三部分，如圖5所示，旋轉(zhuǎn)軸形式為插銷式，承受全部旋轉(zhuǎn)剪力Q’，內(nèi)軸與外筒設(shè)計間隙為5mm，加工制作偏差±0.5mm，內(nèi)軸鋼管內(nèi)設(shè)置十字勁板，抗剪焊縫均采用有限元軟件進(jìn)行復(fù)核，接觸面長度按照1/6接觸面周長計算。摩擦梁設(shè)置三個方向限位板與橋體支座底板連接，限位板與橋體下弦及支座底板接觸面應(yīng)刨平頂緊，并應(yīng)對橋體采取有效加強(qiáng)措施，避免橋體結(jié)構(gòu)構(gòu)件受外力作用發(fā)生變形等不利影響。

圖5 端軸旋轉(zhuǎn)工裝與旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計

3.4 跨線梁截面的選取與設(shè)計

滑移跨線梁與支撐體系布置如圖6所示，支撐體系采用四肢格構(gòu)柱，截面選取為（甲供材），截面管徑比超過規(guī)范設(shè)計要求，采取管壁內(nèi)外部加強(qiáng)措施?；瓶缇€梁總長度28.5m弧長，最大凈跨12.5m，考慮爬行器受力同步、爬行器數(shù)量最少、頂推力額定值、便于控制等原則，選取兩臺爬行器和2條軌道設(shè)置于滑移跨線梁頂面，則考慮2條軌道承受重力不均衡因素導(dǎo)致滑移梁受扭的不利影響，選取了箱型截面，在每條軌道下的箱型截面頂板處做加強(qiáng)措施，跨線滑移梁分為三段，每段為直線梁，拼接處現(xiàn)場焊接，鋪設(shè)軌道為半徑R=96m圓弧。本項目對滑移梁進(jìn)行了有限元分析，跨線滑移梁抗傾覆、底部與支撐柱連接處均采取了防止板件局部失穩(wěn)的有效措施。

圖6 滑移跨線梁與支撐體系布置

3.5 頂推爬行器工裝的設(shè)計要點(diǎn)

本工程所采用的TJG-1000型頂推爬行器工作原理是：頂推器底部對軌道進(jìn)行“握裹”，頂推臂與橋體采用銷軸連接，通過液壓千斤頂伸長使得橋體移動，每次行程300mm。如圖7所示，頂推爬行器工裝設(shè)計成“托盤”形式，銷軸頂推點(diǎn)標(biāo)高與“托盤”底板摩擦面標(biāo)高盡量保持一致，“托盤”工裝頂推面與橋體接觸面處，應(yīng)對其鋼構(gòu)件內(nèi)部進(jìn)行有效加強(qiáng)，加強(qiáng)措施應(yīng)經(jīng)原橋體設(shè)計單位同意許可。頂推力與摩擦力對軌道（包括跨線滑移梁）產(chǎn)生作用與反作用的內(nèi)力，結(jié)合本工程工裝設(shè)計特點(diǎn)和實(shí)際情況，支撐架設(shè)計不考慮頂推橋體所產(chǎn)生的水平力，在軌道斷開連接處，應(yīng)考慮兩臺頂推爬行器不平衡受力所產(chǎn)生的水平推力，對軌道與箱型梁頂面連接卡板進(jìn)行承載力復(fù)核。

圖6 頂推爬行器工裝

3.6 旋轉(zhuǎn)-頂推施工過程關(guān)鍵部位監(jiān)測

本橋梁在頂推旋轉(zhuǎn)過程中采用了施工監(jiān)測技術(shù)，主要針對關(guān)鍵部位進(jìn)行應(yīng)力、位移和豎向撓度的監(jiān)測，關(guān)鍵部位包括：試頂前卸載后橋體線性測量；旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)梁的應(yīng)力監(jiān)測；摩擦梁上限位板應(yīng)力監(jiān)測；兩端摩擦梁在滑移過程的滑移量監(jiān)測（監(jiān)測水平位移是否同步）；跨線滑移大梁應(yīng)力和豎向撓度監(jiān)測；跨線滑移大梁側(cè)向支撐構(gòu)件應(yīng)力監(jiān)測；跨線滑移大梁與支撐格構(gòu)柱連接部位應(yīng)力監(jiān)測；支撐格構(gòu)柱頂和柱底應(yīng)力和板局部變形監(jiān)測等。工程實(shí)施前制定了系統(tǒng)的監(jiān)測方案，根據(jù)爬行器的每次推進(jìn)行程，進(jìn)行了全過程的受力模擬分析，確立了橋體滑移過程對跨線滑移梁3處最不利位置，本項目試頂為3個行程，試頂過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)與受力分析數(shù)據(jù)較為吻合，對后續(xù)正式頂推奠定了良好的技術(shù)數(shù)據(jù)支撐。如圖8所示是本工程對關(guān)鍵部位數(shù)據(jù)監(jiān)測的現(xiàn)場圖像。

4 結(jié)語

隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用越來越得到認(rèn)可，亟待提高施工技術(shù)水平與積累工程施工經(jīng)驗(yàn)，本工程實(shí)踐表明：

圖8 橋體施工過程實(shí)時監(jiān)測

①當(dāng)跨線鐵路橋與既有線交角小于20。時，采用本工程實(shí)施的端軸旋轉(zhuǎn)-頂推施工方法是經(jīng)濟(jì)可行的，具有施工便捷、降低技術(shù)難度、經(jīng)濟(jì)、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

②本工程實(shí)施的端軸旋轉(zhuǎn)-頂推施工方法，旋轉(zhuǎn)軸工裝設(shè)計首先建立了力學(xué)模型，該設(shè)計可對類似工程具有廣泛應(yīng)用價值；跨線滑移大梁采用箱型截面，并在軌道下布設(shè)加強(qiáng)肋，以直帶曲等構(gòu)造設(shè)計均提高其整體穩(wěn)定性，是該類工程滑移工裝的首選截面形式。

③端軸旋轉(zhuǎn)-頂推施工方法的實(shí)施應(yīng)重視施工全過程受力模擬仿真分析、施工全過程實(shí)時監(jiān)測并與數(shù)值模擬值對比、橋梁卸載與就位、橋梁轉(zhuǎn)體施工專項應(yīng)急預(yù)案等，對支撐系統(tǒng)、工裝系統(tǒng)的關(guān)鍵部位應(yīng)進(jìn)行詳盡計算分析，并采用有限元軟件進(jìn)行復(fù)核，做好鋼結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定構(gòu)造設(shè)計工作。