臨時(shí)索塔輔助轉(zhuǎn)體的異形鋼箱梁橋落架方案研究

摘" 要：某跨鐵路轉(zhuǎn)體橋?yàn)槿S不對(duì)稱極度異形的鋼箱梁橋，橋梁兩端寬度差異非常大，鋼箱梁構(gòu)造特殊。鋼箱梁落架過程涉及到梁體、索塔、斜拉索及鋼支架受力的相互協(xié)調(diào)問題。以該異形鋼箱梁為研究對(duì)象，建立數(shù)值模型，對(duì)斜拉索張拉及支架拆除的各施工步驟進(jìn)行數(shù)值模擬分析，確定合理的落架順序。研究表明，采用臨時(shí)索塔，設(shè)置斜拉索輔助主梁受力是轉(zhuǎn)體施工時(shí)必要且合理的措施，合理的拆除順序是先拆除中部靠近梁端的支架，再逐步向中墩處拆除跨中支架，斜拉索全部張拉完成后再拆除邊墩及中墩位置處的支架，落架過程中結(jié)構(gòu)受力和變形均處于合理范圍。

關(guān)鍵詞：鋼箱梁；異形；落架；斜拉索；受力分析

中圖分類號(hào)：U445.4" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）01-0165-04

Abstract： A certain railway swing bridge is a three-dimensional asymmetric and extremely special-shaped steel box girder bridge. The width at both ends of the bridge is very different， and the steel box girder has a special structure. The process of dropping steel box girder involves the mutual coordination of forces between the beam body， tower tower， stay cables and steel brackets. Taking the special-shaped steel box girder as the research object， a numerical model was established， and numerical simulation analysis was carried out on each construction step of stay cable tensioning and bracket removal to determine a reasonable frame dropping sequence. Research shows that using temporary pylon and installing stayed cables to assist the main beam in stress are necessary and reasonable measures during swing construction. The reasonable demolition sequence is to first remove the brackets near the beam end in the middle， and then gradually remove the mid-span brackets towards the middle pier. After the stayed cables are fully tensioned， the brackets at the side piers and middle piers are removed. The structural stress and deformation are within a reasonable range during the frame lowering process.

Keywords： steel box girder; abnormal shape; falling frame; stayed cable; force analysis

對(duì)于大跨異形橋梁的轉(zhuǎn)體施工，采用臨時(shí)輔助索塔并張拉斜拉索作為主梁的彈性支承，可以起到減小主梁懸臂狀態(tài)受力的作用。鋼箱梁在支架上拼裝完成后，張拉輔助斜拉索并逐步脫離支架，這個(gè)過程涉及到梁體、索塔、斜拉索及鋼支架受力的相互協(xié)調(diào)問題，有必要對(duì)這個(gè)過程中的結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析研究，以確定合理的落架方案，使得體系轉(zhuǎn)換完成之后結(jié)構(gòu)受力合理。

1" 工程概況

上海市漕寶路快速路自東向西依次跨越機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線、滬昆高鐵、滬蘇湖鐵路及改線滬昆鐵路等7條鐵路，與鐵路夾角為79°?？缭缴鲜鲨F路的橋梁采用轉(zhuǎn)體施工方法架設(shè)，轉(zhuǎn)體主橋?yàn)椋?×95）m變寬度不等高異形整體連續(xù)鋼箱梁T構(gòu)橋，墩梁固結(jié)體系[1]。橋梁為立交主線與匝道合并為一體布置，橋面寬度變化大，寬度范圍40.5～99.8 m；梁高3.5～5.2 m，其中北側(cè)EN匝道高出約2.0～4.5 m。

橋梁為三維不對(duì)稱極度異形的鋼箱梁橋，采用平面轉(zhuǎn)體施工工藝建造，轉(zhuǎn)體角度為110°，轉(zhuǎn)體總重量16 850 t。圖1為橋梁轉(zhuǎn)體平面示意圖。

轉(zhuǎn)體前鋼箱梁位于鐵路東側(cè)，與滬昆高鐵走向平行的場(chǎng)地上進(jìn)行拼裝。由于單側(cè)懸挑跨徑為95 m，為減小鋼箱梁懸臂端撓度，在中墩位置主梁上方設(shè)置臨時(shí)鋼管桁架式索塔及斜拉索作為轉(zhuǎn)體施工時(shí)的輔助受力措施，如圖2所示。鋼箱梁拼裝完成后，張拉斜拉索、落架，為轉(zhuǎn)體做好準(zhǔn)備。受到虹橋機(jī)場(chǎng)附近區(qū)域限高，索塔高度取為27 m。由于鋼箱梁兩頭寬度差異非常大，給索塔受力、斜拉索布置及張拉落架施工帶來了較大的難度。

2" 鋼箱梁拼裝支架

鋼箱梁拼裝支架采用鋼管支墩方案，支架共布置16組，縱橋向平均間距12 m左右設(shè)置一組。

支架鋼管立柱4根成一組，立柱的縱橫向均為間距3.25 m，鋼管立柱尺寸為Ф609 mm×16 mm。為增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需在鋼管之間設(shè)縱橫向及斜向支撐，支撐規(guī)格為Ф121 mm×5 mm鋼管。鋼管立柱頂面設(shè)置法蘭盤與橫梁連接，橫梁尺寸為雙拼HN700 mm×300 mm H型鋼。橫梁之間用縱梁進(jìn)行連接，縱梁尺寸為雙拼HW300 mm×300 mm H型鋼。支架布置立面及平面如圖3所示。

支架編號(hào)從橋面較窄處到橋面較寬處依次編號(hào)：橋面較窄（小頭端）邊墩處為0#、1#支架，橋面較寬（大頭端）邊墩處為16#支架，中墩兩側(cè)支架為9#、10#支架，較窄邊墩到中墩處跨中支架依次為2#、5#、8#支架，較寬邊墩到中墩處跨中支架依次為13#、12#、11#支架。

3" 斜拉索張拉及鋼箱梁支架拆除方案

3.1" 斜拉索布置及張拉方案

斜拉索采用151-Ф7 mm型號(hào)，兩端分別錨固在主梁頂板及臨時(shí)塔上。單側(cè)斜拉索布置24束，橋面小頭端斜拉索編號(hào)為S1—S24，橋面大頭端斜拉索編號(hào)為M1—M24。臨時(shí)塔上斜拉索錨點(diǎn)橫橋向共布置4排，間距5.5 m，高度方向上共布置6排，間距2 m。圖4為斜拉索布置圖。

斜拉索共48根，每組4根，全橋共分為12組，按組進(jìn)行張拉，張拉順序按照?qǐng)D4表中順序。塔上斜拉索張拉按照先中立柱錨點(diǎn)后邊立柱錨點(diǎn)，先低處錨點(diǎn)后高度錨點(diǎn)的順序進(jìn)行。梁上錨點(diǎn)分別布置在主線及兩側(cè)匝道上，梁上斜拉索張拉按照先主線后匝道，先跨中后邊支點(diǎn)的順序進(jìn)行。

3.2" 鋼箱梁落架方案

鋼箱梁在支架上拼裝完成后，逐步張拉斜拉索，并同時(shí)拆除支架。在此過程中，鋼箱梁從支架支承的受力體系轉(zhuǎn)化為類似獨(dú)塔斜拉橋的雙懸臂體系。對(duì)于本項(xiàng)目中極度異形的鋼箱梁來說，落架體系轉(zhuǎn)換涉及到梁體、索塔、斜拉索及鋼支架受力相互協(xié)調(diào)的問題，過程復(fù)雜，擬定一個(gè)合理的落架順序是確保施工過程安全平穩(wěn)非常重要的環(huán)節(jié)[2-4]。

斜拉索的張拉順序，縱橋向?yàn)橄瓤缰泻罅憾耍瑱M橋向?yàn)橄戎虚g后兩側(cè)。隨著斜拉索的張拉，梁端逐漸被拉起，跨中各組支架與梁體逐漸脫離，跨中支架2#、13#，5#、12#及8#、11# 3組對(duì)稱拆除，隨后拆除邊墩附近0#、1#、16#支架及中墩處9#、10#支架。

根據(jù)施工需要，12組斜拉索的張拉需分4個(gè)階段實(shí)施，每階段張拉完成后，拆除一組支架。支架拆除方案如下。

第一組拆除：張拉第1至2組斜拉索后，拆除2#、13#或者5#、12#支架。

第二組拆除：張拉第3至6組斜拉索后，拆除上述2組未拆除組或8#、11#支架。

第三組拆除：張拉第7至10組斜拉索后，拆除最后一組跨中支架。

第四組拆除：張拉第11至12組斜拉索后，拆除邊墩支架0#、1#、16#及中墩支架9#、10#。

4" 計(jì)算分析

為了比較不同支架拆除順序方案中結(jié)構(gòu)的變形和受力情況，確定合理的支架拆除順序，針對(duì)各種支架拆除方案進(jìn)行了受力分析研究。圖5為計(jì)算模型，鋼箱梁采用板單元，臨時(shí)塔、斜拉索及支架均采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。

4.1" 第一組支架拆除

搭設(shè)支架，鋼梁吊裝就位并完成焊接形成整體，施加壓重，張拉第1至2組斜拉索后，拆除第一組支架有2種方案：先拆除2#、13#或者先拆除5#、12#支架。

針對(duì)上述的2種方案，比較鋼箱梁、斜拉索、索塔、支架的受力狀態(tài)，結(jié)果見表1。

圖6為拆除2#、13#支架后鋼箱梁Mises應(yīng)力[2]。先拆除2#、13#支架后，鋼箱梁Mises應(yīng)力為最大為44 MPa。由于跨中處的支架未拆除，鋼梁應(yīng)力較小。鋼箱梁應(yīng)力較大值集中在靠近邊墩的斜拉索錨固處?？缰兄Ъ芪床鸪幍匿摿簯?yīng)力較小。

比較上述2種拆支架方案，在拆除支架前后，鋼梁變形及各構(gòu)件的應(yīng)力均處于較低水平。先拆除2#、13#支架的方案，鋼梁最大變形為跨中下?lián)?.4 mm；先拆除5#、12#支架的方案，鋼梁最大變形為跨中下?lián)?0.7 mm。綜合比較，張拉第1至2組斜拉索后，推薦采用第一組先拆除2#、13#支架的方案。

4.2" 第二組支架拆除

張拉第3至6組斜拉索后，拆除第二組支架。拆除第二組支架有2種方案：先拆除5#、12#支架或者先拆除8#、11#支架。

針對(duì)上述的2種方案，比較鋼箱梁、斜拉索、索塔和支架的受力狀態(tài)，結(jié)果見表2。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，2種拆除方案臨時(shí)塔應(yīng)力和斜拉索應(yīng)力相差不大。

拆除5#、12#支架后鋼箱梁Mises應(yīng)力，應(yīng)力最大值87 MPa。由于跨中支架的持續(xù)拆除及斜拉索的張拉根數(shù)增加，鋼箱梁應(yīng)力顯著增加，應(yīng)力值由邊墩錨固處，向跨中逐步增大?？缰兄Ъ芪床鸪幍匿摿簯?yīng)力值較小。

綜合比較，先拆除5#、12#支架方案鋼梁變形及受力狀態(tài)，優(yōu)于先拆除8#、11#的方案。故推薦張拉第3至6組斜拉索后，第二組先拆除5#、12#支架的方案。

4.3" 第三組支架拆除

張拉第7至10組斜拉后，拆除第三組支架：8#、11#支架。鋼箱梁、斜拉索、索塔和支架的受力計(jì)算結(jié)果見表3。

拆除8#、11#支架后，鋼梁邊墩處上撓39 mm，跨中下?lián)?5 mm，鋼梁Mises應(yīng)力為79 MPa，支架立柱最大壓應(yīng)力為96 MPa。

計(jì)算結(jié)果表明，隨著斜拉索張拉根數(shù)的增加及跨中支架的全部拆除，鋼箱梁錨固處及跨中位置的應(yīng)力值均明顯提高。

4.4" 最大懸臂狀態(tài)

最后2組第11、12組斜拉索張拉完成后，拆除其余所有支架，使梁底與支架脫離，鋼箱梁處于最大懸臂狀態(tài)，梁體全部荷載由主墩及基礎(chǔ)承擔(dān)。此時(shí)鋼箱梁、斜拉索和臨時(shí)塔的變形和應(yīng)力狀態(tài)見表4。

最大懸臂狀態(tài)的鋼箱梁Mises應(yīng)力最大值為93 MPa。最大懸臂狀態(tài)下，鋼梁梁端有72 mm上撓，跨中處下?lián)?0 mm。臨時(shí)塔最大拉應(yīng)力為183 MPa，斜拉索最大應(yīng)力為728 MPa。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形均滿足規(guī)范要求。

綜上分析，轉(zhuǎn)體鋼箱梁的較為優(yōu)選的斜拉索張拉及支架拆除順序：①?gòu)埨?至2組斜拉索后，拆除2#、13#支架；②張拉第3至6組斜拉索后，拆除5#、12#支架；③張拉第7至10組斜拉索后，拆除8#、11#支架；④張拉第11至12組斜拉索后，拆除其余所有支架。

通過對(duì)斜拉索張拉及支架拆除的各個(gè)施工步驟的計(jì)算分析，可知在推薦拆支架順序下，結(jié)構(gòu)變形和受力均滿足相關(guān)規(guī)范要求，且相比之下受力狀態(tài)較優(yōu)，故推薦的拆支架順序是合理的。

5" 結(jié)論

上海市漕寶路快速路跨鐵路轉(zhuǎn)體橋?yàn)槿S不對(duì)稱極度異形的鋼箱梁橋，橋面寬度非常寬且橋梁兩端寬度差異非常大，橋梁構(gòu)造特殊、復(fù)雜。

鋼箱梁落架體系轉(zhuǎn)換過程涉及到梁體、索塔、斜拉索及鋼支架受力相互協(xié)調(diào)的問題，過程復(fù)雜，擬定一個(gè)合理的落架順序是確保施工過程安全平穩(wěn)非常重要的環(huán)節(jié)。

本文通過對(duì)斜拉索張拉及支架拆除的各個(gè)施工步驟進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算分析，得到以下結(jié)論：

1）鋼箱梁懸臂跨度大，橋面寬度變化范圍大，采用臨時(shí)索塔，設(shè)置斜拉索輔助主梁受力是轉(zhuǎn)體施工時(shí)必要且合理的措施。

2）對(duì)于本項(xiàng)目的鋼箱梁支架，合理的拆除順序是先拆除中部靠近梁端的支架，再逐步向中墩處拆除跨中支架，斜拉索全部張拉完成后再拆除邊墩及中墩位置處的支架。

3）靠近斜拉索錨固端的鋼梁應(yīng)力較大，隨著斜拉索的張拉根數(shù)增加，鋼箱梁跨中處下?lián)献冃卧龃螅缰形恢弥髁簯?yīng)力值逐步增大。

4）文中計(jì)算時(shí)斜拉索均按一次張拉到位考慮，實(shí)際施工中斜拉索一般采取分級(jí)張拉，因此實(shí)際施工時(shí)可采用斜拉索分級(jí)張拉與鋼支架上方千斤頂分級(jí)卸荷相互交錯(cuò)進(jìn)行的方式，確保落架過程平穩(wěn)可靠。

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