華倫式鋼桁架簡支梁分階段多次頂推施工工藝

陳文強，武德智，張 可，劉小龍，隗會軍

（海波重型工程科技股份有限公司，湖北 武漢 430207）

0 引 言

本項目為原有老橋拆除改造新建項目，新建橋梁方案采用鋼桁架簡支梁主橋[1]，橋梁全長192.5 m。左右幅跨徑均為93.4 m下承式鋼桁架，單幅鋼桁架主橋寬19.2 m，每幅各1聯鋼桁架和2聯混凝土現澆箱梁。左幅29.43 m+29.35 m預應力混凝土現澆箱梁+93.4 m下承式鋼桁架+2×20.16 m預應力混凝土現澆箱梁；右幅24.03 m+23.95 m預應力混凝土現澆箱梁+93.4 m下承式鋼桁架+2×25.56 m預應力混凝土現澆箱梁。新建橋梁跨越航道，按凈高不小于7 m控制，路線中心線與河道交角120°。

主桁采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節(jié)間長度7.67 m，跨度92.04 m，主桁高度11 m，高跨比1/8.367。單幅橋兩片主桁中心距18.5 m，寬跨比1/5.057，橋面寬度17.3 m。雙幅橋主桁架之間最小凈距30 cm。

主橋立面、平面布置見圖1、圖2。

圖1 主橋立面布置圖（單位：cm）

圖2 主橋平面布置圖（單位：cm）

主橋由主桁架、橋面系、上、下縱向連接系組成，其中主桁上下弦桿均采用箱形截面，主桁節(jié)點均采用整體式節(jié)點。橋面系為結合梁，由下部的鋼梁和上面的混凝土橋面板結合而成，其鋼梁部分采用縱橫梁體系。上、下平面縱向聯結系均采用X形式，與弦桿在節(jié)點處相連。

施工關鍵技術有二：一是頂推施工支墩、導梁設計及場地布置，二是分節(jié)段多次頂推過程中的線型控制及糾偏。本文對此進行詳細介紹。

1 現場施工場地布置

左、右幅鋼桁架架設施工總體布置見圖3。左幅施工完畢后再施工右幅，單幅鋼桁架采用1臺50 t汽車吊和1臺130 t汽車吊進行安裝。施工作業(yè)步驟為：拼裝場地臨時支墩安裝→水中臨時支墩安裝→導梁架設→第一節(jié)桁架架設→第一次頂推→第二、三節(jié)桁架架設→第二次頂推→第四、五、六節(jié)桁架架設→第三次頂推→第七節(jié)桁架架設→第四次頂推→落梁施工[3]。其中，多次拼裝頂推施工和落梁施工是技術重點。

圖3 主橋施工總體布置圖（單位：mm）

1.1 多次拼裝頂推施工工藝

第一階段（見圖4）：采用1臺130 t與1臺50 t汽車吊安裝導梁及第一節(jié)桁架結構；采用4臺液壓千斤頂將導梁向小樁號側頂推19 m。

圖4 第一階段頂推施工流程圖（單位：mm）

第二階段（見圖5）：采用1臺130 t與一臺50 t汽車吊安裝第二、三節(jié)桁架；采用6臺液壓千斤頂將主桁架向小樁號側頂推20.5 m，主桁架過水中39 m跨。

圖5 第二階段頂推施工流程圖

第三階段（見圖6）：采用1臺130 t與一臺50 t汽車吊安裝第四、五、六節(jié)桁架；采用10臺液壓千斤頂將主桁架向小樁號側頂推20.5 m，主桁架導梁上11號永久墩。

圖6 第三階段頂推施工流程圖（單位：mm）

第四階段（見圖7）：采用1臺130 t與一臺50 t汽車吊安裝第七節(jié)桁架；采用8臺液壓千斤頂將主桁架向小樁號側頂推27.5 m，主桁架上11號永久墩，并采用1臺50 t汽車吊拆除前端導梁。

圖7 第四階段頂推施工流程圖（單位：mm）

1.2 導梁設計

根據施工現場條件，頂推用臨時支墩縱橋向最大間距達50 m，考慮到主桁架與航道呈120°夾角，若采用斜交導梁，可適當減小頂推間距，但由于兩側導梁長度不一致會在頂推過程中使主桁架產生不可逆的扭曲變形，故采用等長式導梁；同時為降低導梁自重，設計采用變截面桁架式箱型導梁[2]，見圖8。導梁縱向長度37.9 m，導梁與鋼桁梁連接處設有兩組縱梁，其結構外形尺寸與鋼桁梁保持一致，兩組縱梁間通過橫梁連接形成整體。為便于導梁通過臨時支墩，導梁的兩組縱梁端部設計成臺階狀，以利于過墩時起頂。

圖8 鋼桁架導梁示意圖（單位：mm）

2 頂推各工況受力分析

2.1 計算模型

采用有限元軟件Midas Civil建立鋼梁頂推模型，采用節(jié)點彈性支撐[4]模擬支墩上的步履頂支撐作用，風荷載通過梁單元線荷載施加在鋼梁及導梁上，建立的計算模型見圖9。

圖9 鋼桁梁頂推施計算模型

2.2 計算工況

根據施工流程，為簡化計算各構件拼裝時不再分工況，僅計算每次頂推前完成的拼裝狀態(tài)，全橋的工況見表1。

表1 鋼桁梁頂推過程主要計算工況

2.3 計算結果

2.3.1 鋼桁梁計算結果

由圖10計算結果可以看出，鋼桁梁頂推過程中，基本組合下最大拉應力為68.4 MPa，最大壓應力為-71.3 MPa，均小于305 MPa，最大剪應力為8.8 MPa＜170 MPa，鋼桁梁在頂推過程中整體始終處于較低的應力水平。

圖10 基本組合下鋼桁梁下緣組合應力包絡圖（單位：MP a）

2.3.2 鋼導梁計算結果

由圖11、圖12計算結果可以看出，基本組合下最大拉應力為62 MPa，最大壓應力為-66.8 MPa，鋼導梁在頂推過程中整體始終處于較低的應力水平；鋼導梁最大豎向位移為66.7 mm，鋼導梁自身剛度滿足要求[5]。

圖11 鋼導梁最大應力包絡圖（單位：MP a）

圖12 鋼導梁位移包絡圖（單位：mm）

2.3.3 支反力計算結果

在基本組合下計算各個工況臨時支墩的支反力。計算結果顯示水中頂推支墩最大支反力設計值為3129.3 kN，岸上頂推支墩最大支反力為656 kN，拼裝支墩最大支反力為879.5 kN。

3 落梁施工工藝

3.1 作業(yè)平臺搭設

鋼桁梁落梁作業(yè)平臺采用槽鋼和鋼管組成，順橋向布置在主墩兩側，見圖13。作業(yè)平臺工字鋼上抹上適當黃油以減少摩擦，可作為安裝支座時滑道使用。

圖13 作業(yè)平臺示意圖（單位：mm）

3.2 落梁施工工藝

落梁設備采用8臺800 t千斤頂，頂程120 mm，能在持荷600 t狀態(tài)下保壓6 h以上。千斤頂起頂速度控制在10 mm/min，落頂速度控制在5 mm/min。

在鋼桁梁每個角的磨光頂緊位置布置兩臺800 t千斤頂，千斤頂相對于鋼桁梁對稱布置；由于落梁高差較大，千斤頂下方支設鋼墩，千斤頂上方依次為一層2 cm厚鋼板、鋼枕若干層、鋼板2~4層；保險墩位于支座位置，由下往上依次為支座、鋼墩、鋼枕、鋼板。墩頂鋼支墩布置見圖14。

圖14 墩頂鋼支墩布置圖

鋼支墩及千斤頂安裝完成，且其他各種準備工作結束后，即可開始進行落梁施工。同時啟動同一端的2臺豎向千斤頂將鋼桁梁頂起，使該側的主支墩脫空，抽出主支墩上的一個鋼支墩調節(jié)段，然后2臺豎向頂同時回程，使鋼桁梁落在主支墩上支撐。鋼桁梁落穩(wěn)后，將副支墩上脫空的千斤頂移開，然后除掉副支墩上的一個鋼支墩調節(jié)段，最后再將豎向頂歸位，由此完成鋼桁梁一端的一次落梁。緊接著進行另一端的一次落梁，如此反復，直至落到可安裝支座的高度，進行支座安裝，待支座安裝后進行最后一次落梁。

3.3 糾偏工藝

由于液壓千斤頂前進速度不同等原因，鋼桁梁在移動過程中將可能出現橫向位置偏差，為確保鋼桁梁在頂推過程中不存在較大偏移并對出現的偏移進行及時糾正，需設置頂推過程限位擋塊及靜態(tài)糾偏裝置。當鋼桁梁的橫向偏移量超過20 mm時，限位擋塊會將接觸上滑道側面，限制鋼桁梁繼續(xù)發(fā)生橫向位移。

當鋼桁梁在某個臨時支墩位置橫向偏移量超出20 mm時，需預留橫向微調千斤頂支架用于對鋼桁梁糾偏，鋼桁梁每階段頂推就位后，后方通過倒鏈將鋼桁梁臨時固定于支架頂面，滑道處利用橫向微調千斤頂支架進行固定。三向調節(jié)裝置示意見圖15。

圖15 三向調節(jié)裝置示意圖

4 結語

結合該工程背景，闡述了華倫式鋼桁架簡支梁分節(jié)段多次頂推施工工藝技術，運用有限元分析軟件，對鋼桁梁頂推過程中的結構力學特性進行了研究；通過該技術的運用，實現了在狹小施工區(qū)域跨現有河道多次拼裝頂推施工，目前本項目現場正在緊鑼密鼓施工中，預計2022年12月完工。