斜拉橋主塔鋼橫梁整體同步提升滑移施工關鍵技術研究

徐南

鋼結構安裝整體提升施工技術適用性強，能提供一定的拼裝空間以及穩(wěn)定牽引條件的超高構件、大型設備或者大跨度鋼架、桁架等鋼結構均可實施?；剖┕ぜ夹g同樣適用于大跨度網(wǎng)架結構、平、曲面立體桁架大跨度鋼結構等的安裝施工，對于場地條件適合的鋼結構橋梁同樣適用。

近年來，鋼結構安裝施工整體提升滑移技術集成機械、液壓以及監(jiān)測傳感器元件，通過PLC 編程，由計算機自動控制。隨著科技發(fā)展，整體式裝配技術越來越多的應用在大型超高建筑工程中，但在橋梁施工領域應用并不普遍。本文將建筑安裝領域整體同步提升滑移施工技術引入到橋梁工程中，設計安裝支架和提升平臺，提出同步提升滑移施工技術措施，配合傳感器自動化監(jiān)測及人工輔助監(jiān)控，保證施工方案安全可靠。

一、工程概況及特點

哈西大橋上跨哈南編組站48 條鐵路，是當前我國跨越鐵路線路最多的轉體斜拉橋。哈爾濱地區(qū)年施工工期短；編組站場內(nèi)軌道線路多、交通運輸繁忙、施工場地小、環(huán)境復雜、臨近營業(yè)線施工安全風險高。主塔橫梁原設計采用預應力混凝土橫梁，支架法施工，施工難度大、風險高、周期長。設計變更為鋼橫梁，由兩榀桁架結構組成，橫梁跨度25m，巧妙采用同步提升和滑移方案，并將二者結合，對施工現(xiàn)場環(huán)境交通影響小，節(jié)省工期，節(jié)約成本，確保焊接質(zhì)量。

二、提升滑移支架系統(tǒng)設計

1.設計原則

結構設計采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法，用分項系數(shù)的設計表達式進行設計。強度計算按照承載能力極限狀態(tài)計算，剛度計算按照正常使用極限狀態(tài)計算?？紤]結構恒載和風荷載。

強度計算：1.2×恒荷載+1.4×活荷載；

剛度計算：1.0×恒荷載。

2.鋼橫梁梁柱式支架設計

（1）設計方案

梁柱式支架，采用雙拼工32b 縱梁，間距200cm；鋼管立柱采用325×8mm，縱向間距2×2 m，橫向間距2+3.5+2+6+2+3.5+2 m，聯(lián)結系采用槽鋼14；在雙拼工32b 縱梁上設置16mm 支撐鋼板，左右各5 道。

（2）有限元模型

采用Midas Civil 有限元分析軟件建立空間計算模型。求出最大支點反力標準值為250.1 kN。由于箱梁底是弧形，存在水平力為250.1×sin5°=21.80 kN。鋼管立柱、縱梁采用梁單元，柱底固結，其他采用彈性連接。為簡化模型，只選擇一組支架進行計算，如圖1。

圖1 梁柱式支架有限元模型

（3）有限元計算分析

縱梁最大組合應力為40.7MPa ＜215MPa，最大剪應力為15.8MPa ＜125MPa；聯(lián)結系最大組合應力為11.6MPa ＜215MPa，最大剪應力為1.1MPa ＜125MPa；立柱最大組合應力為44.2MPa ＜215MPa，最大反力為161.2kN。強度均滿足施工要求。

縱梁最大位移為0.39mm ＜L/400=2000/400=5mm；鋼管立柱壓縮變形最大為0.41mm ＜L/1000=1.6mm。剛度均滿足要求。

單根鋼管立柱軸向壓力為21.52MPa ＜215MPa，壓桿穩(wěn)定性滿足要求。

3.鋼橫梁提升平臺設計

（1）設計方案

在塔柱頂端設置， 提升大梁采用H700×300×12×20；提升小梁采用B250×250×20；平臺梁采用B550×300×25；前立柱采用B350×350×25；后立柱、連系桿1、斜撐、水平構造采用H350×350×10×16；連系桿2 采用H200×200×8×12；材質(zhì)采用Q355 鋼材。

（2）有限元模型

采用Midas Civil 有限元分析軟件建立空間計算模型。柱、梁采用梁單元，柱底固結，其他采用彈性連接，如圖2。鋼箱梁重1200 kN，一側的提升平臺承重600 kN。計算工況：提升鋼梁；滑動鋼梁至提升大梁跨中位置；滑動鋼梁至最終位置。

圖2 提升平臺有限元模型

（3）有限元計算分析

不同工況下，平臺梁最大組合應力為179.5MPa＜295MPa，最大剪應力為35.6MPa ＜170MPa；斜撐最大組合應力為121.1MPa ＜295MPa，最大剪應力為4.5MPa ＜170MPa；提升梁最大組合應力為122.4MPa＜295MPa，最大剪應力為55.0MPa ＜170MPa。強度滿足施工要求。

不同工況下， 平臺梁最大位移為5.11mm＜L/400=1900/250=7.6mm；斜撐壓縮變形最大為2.32mm ＜L/1000=6.12mm；提升梁最大位移為12.66mm ＜L/400=8750/400=21.88mm。剛度滿足要求。斜撐軸向壓力為85.82MPa ＜295MPa，壓桿穩(wěn)定性滿足要求。

三、施工技術措施

1.同步提升施工技術措施

哈西大橋主塔橫梁提升高度52m，應用專用底錨和專用鋼絞線作為受拉構件，確保超高距離提升安全。在提升平臺上安裝液壓同步提升系統(tǒng)設備，包括液壓泵源系統(tǒng)、提升器、傳感器等，具有占用空間小、重量輕、提升能力強等特點。依靠液壓原理使提升器工作，動作過程中加速度極小，確保主塔橫梁平穩(wěn)提升，提升平臺受力均衡，并無附加力矩。液壓同步提升施工技術依靠傳感器元件實現(xiàn)自動化監(jiān)測測點內(nèi)力及位移狀態(tài)，并將測點數(shù)據(jù)即時反饋到計算機控制系統(tǒng)，通過計算機處理并發(fā)出指令。依靠PLC 主動控制系統(tǒng)實現(xiàn)各提升器動作同步、負載一致，實現(xiàn)橫梁提升過程中的姿態(tài)矯正、牽引應力控制及操作閉鎖，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)過程顯示和超限報警。依靠總線控制及分級控制系統(tǒng)實現(xiàn)對各個液壓提升器的實時獨立監(jiān)控和調(diào)整，時效性好、精準度高，確保主塔橫梁提升安裝質(zhì)量。液壓提升平臺可以省去大型吊機的作業(yè)，大大減少施工空間占用，方便其他作業(yè)同步平行施工，有利工程進度。

2.同步滑移施工技術措施

步進式液壓頂推器，通過后部頂緊，主液壓缸產(chǎn)生頂推反力，實現(xiàn)與之連接的主塔橫梁向前平移。頂推器的反力結構利用滑道設置，省去了反力點的加固問題。

液壓頂推器與主塔橫梁通過銷軸連接，傳力途徑非常直接，啟動過程中無延時，動作精確度高。由于其反力點為步進頂緊式接觸，不會在滑移過程中產(chǎn)生相對位移，所以同步控制效果更好。步進式的工作過程，使得同步誤差在每個行程完成后自然消除，不會出現(xiàn)累積誤差，同步精度很高。

3.監(jiān)測監(jiān)控技術措施

進行試提升后，桁架在提升過程中，通過徠卡測量機器人對理論撓度變形較大點處進行動態(tài)監(jiān)控，以掌握桁架提升的同步性和整體變形。間隔一定時間對桁架進行一次觀測，記錄撓度值并比較每次所記錄的觀測值，最大變形均不超過25/250=0.1m，桁架提升過程安全。

四、結語

通過斜拉橋主塔鋼橫梁整體同步提升滑移施工關鍵技術研究，得到的結論如下：

（1）鋼橫梁梁柱式支架設計方案強度、剛度、穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

（2）鋼橫梁提升平臺設計方案強度、剛度、穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

（3）主塔鋼橫梁代替預應力混凝土橫梁采用整體提升滑移技術，大大節(jié)省人力，減少高空作業(yè)風險，占用場地小，自動化程度高，施工工期短。

（4）主塔鋼橫梁整體提升滑移系統(tǒng)采用傳感監(jiān)測和計算機集中控制，并結合人工測量，安裝精度高，省時高效，保證施工進度。