亞運(yùn)會(huì)公望大橋重型機(jī)械上橋施工關(guān)鍵技術(shù)

徐晗，徐山山，姜旭，龔永慶，詹瀟

(1.浙江中天恒筑鋼構(gòu)有限公司， 浙江 杭州 310008； 2.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院橋梁系， 上海市 200092； 3.中天建設(shè)集團(tuán)有限公司， 浙江 杭州 310006)

1 工程概況

亞運(yùn)會(huì)公望大橋項(xiàng)目位于杭州市錢塘江流域，富春江北側(cè)支江西口。主橋橋型為(35+95+95+35) m下承式拱-梁組合橋，上部采用鋼結(jié)構(gòu)，主橋全長(zhǎng)260 m。主橋橋面設(shè)雙向人字坡，雙向坡度分別為1.8%和-1.25%，豎曲線半徑為3 000 m。橋面變寬，標(biāo)準(zhǔn)寬度43 m，最大寬度50.4 m。主橋主縱梁采用單箱三室鋼箱梁結(jié)構(gòu)，端橫梁采用鋼箱結(jié)構(gòu)，一般段橫梁為工字鋼梁，橫梁間設(shè)兩道小縱梁連接。橋面采用正交異性板支撐于一般橫梁上，采用焊接連接。主拱肋設(shè)計(jì)跨徑為90 m，矢高23.5 m，矢跨比接近1/4，拱圈外斜角為15°；副拱肋設(shè)計(jì)跨徑為90 m，矢高28.125 m，矢跨比接近1/3.2，拱圈外斜角為15°。吊桿分內(nèi)外側(cè)吊桿，縱橋向與豎向夾角為15°；橫橋向內(nèi)側(cè)吊桿與豎向夾角為18°，外側(cè)吊桿隨平臺(tái)外挑長(zhǎng)度變化。主橋立面及剖面見圖1、2。

圖1 主橋立面圖(單位：cm)

圖2 主橋剖面圖(單位：cm)

2 總體施工方案及施工難點(diǎn)

2.1 總體施工方案

該項(xiàng)目北支江為防洪支江，無法進(jìn)行回填施工，同時(shí)由于前期清淤報(bào)批過慢，水位無法滿足船吊施工。

綜合成本、安全、工期因素，最終采用龍門吊+支架法施工橋面，拱采用180 t履帶吊上橋面分段安裝施工，節(jié)段采用50 t平板拖車進(jìn)行水平運(yùn)輸。重型機(jī)械上橋面施工前，需在開行路線上鋪設(shè)路基箱板，對(duì)開行路線下小橫梁及主縱梁臨時(shí)支撐處采取加勁加固措施。

2.2 施工難點(diǎn)

(1) 原設(shè)計(jì)施工考慮船吊施工，支撐卸載時(shí)為拱梁共同受力；而履帶吊上橋面吊裝時(shí)，拱尚未成形，與設(shè)計(jì)工況不符。

(2) 履帶吊自重較大，下部支撐點(diǎn)支撐面較小，存在應(yīng)力集中問題。通過有限元分析，在標(biāo)準(zhǔn)荷載工況下橋體最大Mises應(yīng)力達(dá)到294 MPa，大于鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值270 MPa。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 主橋縱梁鋼管支撐設(shè)置

綜合考慮設(shè)計(jì)分段(12 m左右一段)、工廠加工工藝、運(yùn)輸條件(30 m以內(nèi))、現(xiàn)場(chǎng)龍門吊型號(hào)(2臺(tái)80 t龍門吊)，對(duì)主縱梁進(jìn)行分段，每段長(zhǎng)度控制在24 m左右，最大段重為110 t。在縱梁分段點(diǎn)位置設(shè)置支撐組，共設(shè)2×12=24個(gè)支撐架，每個(gè)支撐架上設(shè)置2×4=8個(gè)支撐點(diǎn)。支撐平面布置見圖3，點(diǎn)支撐立面圖及平面布置圖見圖4。

圖3 支撐平面布置圖(單位：cm)

圖4 點(diǎn)支撐立面圖及平面布置圖(單位：cm)

用Midas/Civil 2019對(duì)全橋進(jìn)行建模。模型的橋面部分主要由橋面板、主梁、橫梁和挑梁組成，采用梁?jiǎn)卧！Ｕ麄€(gè)模型由2 427個(gè)節(jié)點(diǎn)、3 277個(gè)梁?jiǎn)卧M成。在設(shè)有支撐及主橋支座處，實(shí)際為多點(diǎn)約束向下豎向位移及水平位移，無法約束向上位移，故按照鉸接支座設(shè)置(計(jì)算過程中控制拔力出現(xiàn))，主橋有限元模型如圖5所示。

圖5 主橋有限元模型

3.2 橋體加勁加固方案

由計(jì)算結(jié)果可知：19.5 m和57.1 m位置處出現(xiàn)應(yīng)力最值，初步判斷吊車開行時(shí)橋面的應(yīng)力狀態(tài)安全。但無法精確獲得局部應(yīng)力大小，因此對(duì)橋梁進(jìn)行板單元局部建模?？紤]下部支撐分布情況，模型截取19.46～69.672 m的局部節(jié)段進(jìn)行板單元建模驗(yàn)算。

采用Abaqus大型通用有限元軟件計(jì)算，按照施工圖實(shí)際尺寸建立鋼箱梁節(jié)段模型。模型含3對(duì)鋼支撐及3#墩支座，臨時(shí)鋼支撐采用兩排分配梁以及8個(gè)臨時(shí)支墊分別頂在兩道橫梁與主縱梁斜腹板的交界處，橫梁布置間距為每3 m一道，共設(shè)置3道小縱梁，用于聯(lián)系橫梁。臨時(shí)支撐約束此處8個(gè)節(jié)點(diǎn)。而3#墩支座則按支座墊板處面積進(jìn)行約束。臨時(shí)支撐與支座均約束x、y、z方向的位移，不約束轉(zhuǎn)角，與整體模型相同。此外，由于模型僅為全橋的部分結(jié)構(gòu)，相比整體模型，還要在分割處加上相應(yīng)的支承，故約束z方向的位移與x、y方向的轉(zhuǎn)角，如圖6所示。

圖6 主橋節(jié)段有限元模型(旋轉(zhuǎn)后仰視圖)

荷載工況主要考慮履帶吊的空載行駛工況與吊裝工況：① 行駛狀態(tài)下，履帶吊兩條履帶均勻受力；② 吊裝工況下，兩條履帶偏載，且外側(cè)偏載比內(nèi)側(cè)偏載更不利，荷載工況見表1。由于履帶吊履帶為面荷載，下部設(shè)置路基箱板后，按照2.5∶1路基板厚度應(yīng)力擴(kuò)散后的面荷載加荷。荷載布置見圖7、8。

圖7 荷載布置圖(單位：cm)

圖8 荷載分布平面布置圖(以吊車行駛位置⑤為例)(單位：cm)

根據(jù)表1荷載工況計(jì)算得到,最大應(yīng)力發(fā)生在履帶吊行駛至距離3#支墩8.6 m臨時(shí)支撐位置工況下，臨時(shí)支撐點(diǎn)位置(即吊車行駛位置④)，最大Mises應(yīng)力為294 MPa，大于材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值270 MPa。最大變形發(fā)生在構(gòu)件起吊前，最大變形量為10.11 mm。

表1 荷載工況統(tǒng)計(jì)

由此可知：結(jié)構(gòu)變形較小處于安全范圍內(nèi)，而應(yīng)力已臨近屈服強(qiáng)度值，需要進(jìn)行加固。故對(duì)各工況發(fā)生最大Mises應(yīng)力位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表2)。

由表2可見Mises應(yīng)力最大位置均隨著吊車荷載的移動(dòng)而出現(xiàn)在不同的臨時(shí)支撐點(diǎn)位置，主要是由于此處位于橫梁與主縱梁斜腹板、底板的交界處，截面急劇變化、剛度不連續(xù)導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象。為確保工程施工時(shí)不發(fā)生應(yīng)力集中的問題，在擴(kuò)大臨時(shí)支撐點(diǎn)面積的同時(shí)，在每個(gè)支撐點(diǎn)箱體內(nèi)側(cè)增加加勁板加強(qiáng)，同時(shí)考慮到路基箱板與橫梁的不貼合，容易造成應(yīng)力集中，所以對(duì)橫梁通過加密加勁板的方式進(jìn)行加固處理。

表2 各工況最大應(yīng)力統(tǒng)計(jì)

通過建立局部模型，驗(yàn)算局部應(yīng)力集中位置應(yīng)力,可得到：在加勁前，最大應(yīng)力為291 MPa，對(duì)模型進(jìn)行加勁處理后，最大應(yīng)力降至182.3 MPa，滿足規(guī)范要求。實(shí)際施工時(shí)，除了在支座處加設(shè)勁板外，在履帶吊開行路線下方橫梁位置采取加密加勁板的方式進(jìn)一步加強(qiáng)。

4 輔助措施

4.1 指定構(gòu)件堆放位置及履帶吊開行路線

為了保障施工工況與計(jì)算工況吻合，采用指定履帶吊開行路線、吊裝停機(jī)點(diǎn)以及構(gòu)件堆放位置的思路。為確保措施落實(shí)，在橋面焊接完成后，對(duì)指定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量放樣，并用油漆進(jìn)行標(biāo)記，施工過程中派專員進(jìn)行跟蹤檢查。

4.2 鋪設(shè)路基箱板擴(kuò)散應(yīng)力

為了減小履帶吊對(duì)橫梁及橋面板的影響，采取鋪設(shè)路基箱板的方式進(jìn)行應(yīng)力擴(kuò)散。在采購(gòu)路基箱板時(shí)，對(duì)尺寸嚴(yán)格把控，長(zhǎng)度方向按照3 m的模數(shù)采購(gòu)，寬度方向大于2 m。鋪設(shè)路基箱板時(shí)，所有對(duì)接點(diǎn)必須設(shè)置于橫梁中心位置，避免橋面板直接受載。

5 結(jié)語

履帶吊上橋面施工方案在較多鋼拱梁組合橋結(jié)構(gòu)中被采用，主要原因在于成本低、施工方便靈活、質(zhì)量安全可靠、對(duì)技術(shù)要求較低。該文提供了一種“由整體到局部，通過管理讓措施落實(shí)”的技術(shù)方案，確保大型機(jī)械上橋面安裝安全可靠。通過計(jì)算可知：履帶吊上橋面施工特別要注意臨時(shí)支撐處、開行路徑周邊橫梁上翼緣的應(yīng)力集中問題，需要采取加固措施。