過街天橋施工技術(shù)研究

王金旭

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，哈爾濱 150000）

人行過街天橋的建立可以使行人與非機(jī)動(dòng)車不考慮避讓機(jī)動(dòng)車的問題，又可以使機(jī)動(dòng)車減少不必要的減速從而提高了通行效率，是一個(gè)雙贏的交通設(shè)施設(shè)計(jì)。周祥乾[1]對(duì)人行天橋作為城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的一部分給予了高度評(píng)價(jià)，并就某桁架景觀人行天橋的設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)與分析，供類似工程參考。杜德潤(rùn)等[2]運(yùn)用ANSYS 有限元軟件對(duì)大跨桁架人行天橋進(jìn)行了施工過程模擬分析，通過“生死單元”模擬實(shí)際施工過程中的結(jié)構(gòu)、邊界和荷載的時(shí)變性，反映出結(jié)構(gòu)在施工全過程的力學(xué)性能變化的范圍及趨勢(shì)，為施工方案的確定提供一定的依據(jù)。屈紅偉[3]對(duì)張弦梁人行天橋施工監(jiān)控進(jìn)行了分析，保證了張弦梁橋成橋運(yùn)營階段的預(yù)拱度、力學(xué)性能等各項(xiàng)指標(biāo)都滿足規(guī)范要求，可為后續(xù)同類型橋梁的施工監(jiān)控提供參考和借鑒。戴鵬[4]對(duì)復(fù)雜環(huán)境下人行天橋鋼箱梁的制作及安裝施工技術(shù)進(jìn)行了研究，給出了多種鋼箱梁制作與安裝方案，并通過對(duì)比選出了最優(yōu)方案，取得了良好的施工效果。徐聯(lián)松[5]對(duì)鋼桁架天橋的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并采用MIDAS CIVIL 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了建模計(jì)算，確保了設(shè)計(jì)完全滿足相關(guān)規(guī)范要求。

1 工程介紹

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該工程天橋全長(zhǎng)約為137.7 m，主橋凈寬4.6 m，為五跨連續(xù)鋼箱梁橋，主梁高為1.5 m、1.2 m，總重567.04 t。主梁結(jié)構(gòu)箱形鋼梁。鋼箱梁為單箱雙室雙懸臂結(jié)構(gòu)，頂板寬5.0 m，底板寬4.0 m，跨徑為39.5 m+21 m+28.3 m+24.5 m+22 m，總長(zhǎng)137.7 m，坡梯道為鋼結(jié)構(gòu)，梯道坡度為1∶2，坡道坡度1∶4，總寬3.2 m，凈寬2.8 m。

人行天橋共分為3 段，其中主跨跨度組合為21 m+28.5 m+24.5 m，箱梁高度為1.2 m，梁寬5 m；北側(cè)邊跨跨度為22 m，箱梁高度為1.2 m，梁寬3.2 m；南側(cè)邊跨跨度為39.5 m，箱梁高度為1.5 m，梁寬5 m。主跨箱梁截面示意圖如圖1 所示。

圖1 主跨鋼箱梁截面示意圖

1.2 安裝施工方案簡(jiǎn)介

本工程現(xiàn)場(chǎng)施工內(nèi)容主要包含現(xiàn)場(chǎng)吊裝和現(xiàn)場(chǎng)連接2 大部分，根據(jù)鋼箱梁的結(jié)構(gòu)形式和現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的限制，現(xiàn)場(chǎng)采用搭設(shè)臨時(shí)支架，通過汽車吊裝節(jié)段上支架的方式進(jìn)行吊裝。其中南側(cè)跨段因重量較大且既有河流上方橋梁無法站立吊車，所以采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝成一段，然后整體抬吊安裝的方式進(jìn)行安裝，其余段均為單機(jī)吊裝。

吊裝完成后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員對(duì)節(jié)段按照線形進(jìn)行定位調(diào)整，對(duì)調(diào)整就位的節(jié)段完成現(xiàn)場(chǎng)連接和涂裝工作。

1.3 施工重點(diǎn)及控制措施

首先，主跨下側(cè)為城市主要通行干道，道路車輛通行量大，緊鄰的廣場(chǎng)為城市主要商圈，人員密集流動(dòng)性較大，交通導(dǎo)流的壓力也很大。決定在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置封閉式圍擋進(jìn)行作業(yè)，吊裝作業(yè)等需要臨時(shí)占路的作業(yè)內(nèi)容安排在晚上11:00 點(diǎn)以后進(jìn)行，在不同的施工階段采取主輔路分流的方式對(duì)行人及車輛進(jìn)行導(dǎo)行，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專人分別在上行路口設(shè)置臨時(shí)導(dǎo)行提示牌，并配備專人對(duì)車輛進(jìn)行疏導(dǎo)。

其次，南側(cè)跨段為跨既有河流分段，分段長(zhǎng)度為43.8 m，吊裝重量為127 t，且既有河流區(qū)域無法采用臨時(shí)支架法進(jìn)行安裝，其整跨長(zhǎng)度不符合運(yùn)輸要求，所處河流區(qū)域橋面上部承載力不足，無法采用單機(jī)吊裝的方式進(jìn)行。決定廠內(nèi)采用小分段制作，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后采用單機(jī)吊裝分段組拼，形成整體后采用整體雙機(jī)抬吊的方式進(jìn)行構(gòu)件安裝工作。雙機(jī)抬吊設(shè)置專人指揮，以降低抬吊過程中的風(fēng)險(xiǎn)。

2 施工工藝

2.1 支架簡(jiǎn)介

臨時(shí)支架共4 組，高5 m，由下至上依次為2.5 m*6 m路基箱、1.5 m*1.5 m 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支架、400*200 H 型鋼分配梁、300*300 H 型鋼墊梁、Φ219 圓管支撐。支架與路基箱、上側(cè)分配梁之間采用調(diào)節(jié)管調(diào)節(jié)支架高度，調(diào)節(jié)管與分配梁鋼采用焊接連接，上方搭直徑219 mm 臨時(shí)鋼撐管至下弦桿鋼梁下方。臨時(shí)支架安裝采用全站儀進(jìn)行定位，保證支架不偏心，4 組支架編號(hào)分別為ZJ1、ZJ2、ZJ3、ZJ4，支架布置如圖2 所示。

圖2 支架布置圖

支架頂部與下墊梁間滿焊，并加設(shè)2 塊100 mm*100 mm*12 mm 的加筋板，并在圓管與型鋼連接處焊接2 塊12 mm 厚的加筋板，用于節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)，墊梁與墊梁之間滿焊，以上均為角焊縫，焊腳尺寸不小于6 mm；支架底部與路基箱采用焊接連接，并在每個(gè)支腿焊接4塊100 mm*100 mm*12 mm 的加筋板，以上均為角焊縫，焊腳尺寸不小于6 mm。

2.2 不利吊裝工況分析

吊裝施工采用汽車吊裝的方式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件和鋼箱梁的分段方式，天橋吊裝施工過程可分為3部分，分別為南側(cè)跨段、主路跨段、北側(cè)跨段?，F(xiàn)將最不利于施工的情況進(jìn)行分析。

2.2.1 單段最重吊裝工況

考慮單段吊裝最大重量時(shí)，最大吊裝段為主路跨段的第二分段，記為2GL-2，其吊裝重量為73.751 t，吊裝高度約為6 m，根據(jù)吊裝設(shè)備計(jì)算可知，2GL-2 單段吊裝情況下分析時(shí)（含現(xiàn)場(chǎng)卸車工況），最大作業(yè)半徑為9 m，桿長(zhǎng)為15.3 m。

2.2.2 單段最大半徑吊裝工況

考慮單段吊裝最大半徑時(shí)，最大吊裝段為南側(cè)跨段的第二分段，記為1GL-2，其吊裝半徑為22 m，該分段的重量為32.783 t，造成其吊裝半徑最大的主要原因?yàn)樵摽缍紊蟼?cè)無法站立吊車，只能在既有河流兩岸進(jìn)行吊裝。

2.2.3 南側(cè)跨段吊裝特殊工況

考慮南側(cè)跨段由于既有河流區(qū)域上方無法站位，需要將該跨段在施工現(xiàn)場(chǎng)先拼裝成整體，之后再進(jìn)行吊裝作業(yè)，將該跨段記為1GL。1GL 組成整體梁段后，重量為127.68 t，為本項(xiàng)目最重吊裝重量，采用雙機(jī)抬吊的方式進(jìn)行安裝，最大作業(yè)半徑為12 m，雙機(jī)抬吊考慮0.8 倍的不平衡系數(shù)。

3 支架施工模擬

3.1 建立模型

采用MIDAS CIVIL 有限元分析軟件對(duì)該項(xiàng)目支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，支架所有構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧獊砟M，支架底部與基礎(chǔ)進(jìn)行剛性連接，支架頂部與墊梁、墊梁與墊梁之間采用一般彈性支撐里的剛性連接。荷載分為恒荷載與活荷載，其中，恒荷載包括橋梁荷載、支架結(jié)構(gòu)自重、縱向墊梁以及橫向分配梁的自重?；詈奢d按橋面施工活荷載1.5 kN/m2進(jìn)行計(jì)算，另外考慮風(fēng)荷載施加到支架兩側(cè)。在進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，荷載工況為1.5*橋梁荷載+1.2*支架自重+1.4*活荷載+0.85*風(fēng)荷載。

各構(gòu)件具體型號(hào)及材質(zhì)詳情如下：斜腹桿和直腹桿鋼材材質(zhì)為Q235B，主桿與墊梁為Q345B，梁結(jié)構(gòu)面的橫、縱步距均為1 500 mm，所采用管材截面型式為主柱管Φ140*8，直腹桿Φ63.5*5，斜腹桿Φ70*6；上下短管采用與立柱管管材一致Φ140*8，墊梁分為2 層，由下至上依次為HW300*300*12*12型鋼、HW400*200*8*13型鋼。

根據(jù)天橋箱梁的分段重量情況，計(jì)算出的各支架承受鋼箱梁荷載見表1。

表1 鋼箱梁荷載分布表

由表1 可知，在支架形式完全相同的情況下，ZJ3承受的節(jié)點(diǎn)荷載最大，大小為64.3 t，因此對(duì)其進(jìn)行受力分析。

3.2 模擬結(jié)果與分析

考慮到施工順序問題，將支架施工主要分為2 種工況進(jìn)行模擬計(jì)算：工況一為安裝一側(cè)鋼箱梁時(shí)支架的受力及變形分析；工況二為兩側(cè)均吊裝完畢后支架的受力及變形分析。

通過施工模擬可以得出，在工況一的施工工況下，墊梁的最大應(yīng)力值為σ=54.9 MPa≤[σ]=310 MPa，最大豎向位移u=1.3 mm≤[u]=10 mm；支架結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值為σ=75.1 MPa≤[σ]=310 MPa，最大豎向位移u=1.0 mm≤[u]=10 mm。部分云圖如圖3 所示。

圖3 工況一下的最大應(yīng)力與豎向位移云圖

通過施工模擬可以得出，在工況二的施工工況下，墊梁的最大應(yīng)力值為σ=72.4 MPa≤[σ]=310 MPa，最大豎向位移u=1.5 mm≤[u]=10 mm；支架結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值為σ=101.3MPa≤[σ]=310MPa，最大豎向位移u=1.4mm≤[u]=10 mm。部分云圖如圖4 所示。

圖4 工況二下的最大應(yīng)力與豎向位移云圖

通過以上模擬可以得出，在最危險(xiǎn)工況下的支架受力及變形施工模擬中，應(yīng)力及豎向位移均符合相關(guān)規(guī)范要求，可以保障施工安全。

4 結(jié)束語

過街人行天橋已經(jīng)成為了一種十分成熟的城市基礎(chǔ)交通設(shè)施，各位學(xué)者從其設(shè)計(jì)、加工、施工等各個(gè)方面都進(jìn)行了詳盡的研究。該項(xiàng)目結(jié)合前人研究對(duì)過街天橋的施工過程又進(jìn)行了分析，具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義，分析主要得到以下結(jié)論：①人行過街天橋一般建設(shè)在城市繁華地帶，應(yīng)做好施工防護(hù)及導(dǎo)流等安全施工措施；②根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件及天橋構(gòu)造特點(diǎn)，制定適合本項(xiàng)目的施工方案；③對(duì)臨時(shí)設(shè)施進(jìn)行一定的受力及變形計(jì)算，確保施工過程安全可靠。