纜索式起重機(jī)懸拼輕型鋼拱架施工技術(shù)研究

許適

摘要：通過下牢溪大橋建設(shè)實(shí)例，認(rèn)真研究纜索式起重機(jī)懸拼輕型鋼拱架施工過程中纜索式起重機(jī)的穩(wěn)定性及輕型鋼拱架的荷載承受能力，具體分析采取措施的可行性，總結(jié)類似拱橋施工過程的施工工藝、方法及控制措施和關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)相關(guān)類似結(jié)構(gòu)的橫跨峽谷、江河等不利地質(zhì)條件下拱橋施工提供可參考的科學(xué)實(shí)例。

關(guān)鍵詞：纜索式起重機(jī)；型鋼拱架；承式箱型拱橋

引言：

拱橋是一種受力性能良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的工程結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的美觀性，在跨河、峽谷及風(fēng)景區(qū)建設(shè)中較為常見，而大跨度拱橋或者多孔連拱拱橋施工工藝復(fù)雜、施工風(fēng)險(xiǎn)大、技術(shù)要求高，以往的施工方式往往會(huì)增加施工造價(jià)成本造成資源浪費(fèi)，本文主要研究一種專利性較強(qiáng)的輕型鋼拱架懸拼施工工藝，主要分析研究纜索式起重機(jī)穩(wěn)定性能和鋼拱架懸拼過程穩(wěn)定性控制。

1.工程概況

本項(xiàng)目為宜巴線下牢溪橋危橋改造工程，主要工程內(nèi)容為原有橋梁左側(cè)新建上承式箱型拱橋，新建下牢溪橋型為上承式箱型拱橋，左幅橋梁起點(diǎn)樁號(hào)K9+191.96，終點(diǎn)樁號(hào)K9+341.04，全長(zhǎng)149.08m。主橋?yàn)閱慰?0m箱型拱橋，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1.5，矢跨比為1/5.233，無鉸拱體系。引橋?yàn)?m簡(jiǎn)支實(shí)心板，橋面連續(xù)；橋梁全寬22.0米。

2.纜索式起重機(jī)穩(wěn)定驗(yàn)算

吊裝系統(tǒng)由主索、索鞍、跑車、起重滑車組、牽引索、卷?yè)P(yáng)機(jī)、錨錠等組成。兩岸塔柱基礎(chǔ)設(shè)置拱座基礎(chǔ)上，蓮坨岸塔柱高42m；宜昌岸塔柱高24m。本案例最不利工況為：纜索單側(cè)在拱架拼裝期間最大吊重量124.068KN，安裝8m實(shí)心板時(shí)最大吊量為104KN。

主索采用4φ47.5（6×37+1）鋼絲繩，起重索采用φ19.5（6×37+1）鋼絲繩走6線，牽引索采用φ21.5（6×37+1）鋼絲繩走2線，鋼拱架風(fēng)纜采用φ26（6×37+1）鋼絲繩，塔架風(fēng)纜采用4φ32.5和φ32.5（6×37+1）鋼絲繩，扣索采用3φ32.5（6×37+1）鋼絲繩。

2.1均布荷載

主索自重：q1=4×792.9×10-2×9.8×10-3=0.3108KN/m；起重索自重：q2=1×132.7×10-2×9.8×10-3=0.0130KN/m；牽引索自重：q3=2×163.3×10-2×9.8×10-3=0.0320KN/m；支索器自重：q4=18×18×9.8×10-3/188=0.0168KN/m；則均布荷載總量=q1+q2+q3+q4=0.3726KN/m。

2.2集中荷載

1）拼裝拱架階段：整段拱架每節(jié)約7.8t，考慮兩組纜索同時(shí)吊兩節(jié)，則單組起吊 Q1=2×7800/2x9.8×10-3=76.44 KN

最不利工況滿足安全施工生產(chǎn)要求。

2.3輕型鋼拱架基本受力情況

鋼架拼裝過程：可調(diào)試鋼拱架由基本節(jié)段和聯(lián)結(jié)系組成，基本節(jié)段分為標(biāo)準(zhǔn)段、調(diào)節(jié)段、拱頂段和拱腳段四種類型，整個(gè)施工吊裝過程控制為多階段連拼逐塊吊裝完成。

本案例重點(diǎn)分析鋼拱架的良好受力性能，通過實(shí)例分析，鋼架基本承重如下：鋼拱架自重：240t（包括基本節(jié)段及所有聯(lián)結(jié)系）；全橋模板及其墊塊重量：100t；全橋滿布其余施工荷載：50t；拱肋底板及下馬蹄混凝土重：593.20t；拱肋腹板及橫隔板混凝土重：51.25t；拱肋頂板及上馬蹄混凝土重：593.20t；鋼拱架均勻溫度：±15oC；風(fēng)荷載：取風(fēng)速20m/s的風(fēng)力值。

3.鋼拱架整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

為了評(píng)估鋼拱架的穩(wěn)定性，我們通過采用穩(wěn)定安全系數(shù)加以量化。本案例僅對(duì)鋼拱架進(jìn)行第一類穩(wěn)定分析即線彈性穩(wěn)定分析，即屈曲分析。進(jìn)行線彈性穩(wěn)定分析時(shí)，不考慮結(jié)構(gòu)的幾何與材料非線性影響，基本計(jì)算公式為：（[K ]λ[Kd ]）δ0式中：[K]—結(jié)構(gòu)的整體彈性剛度矩陣；[Ka ] —結(jié)構(gòu)的整體幾何剛度矩陣；δ—節(jié)點(diǎn)的位移矩陣；λ—穩(wěn)定安全系數(shù)，P 承載力= λ ×（G 拱架自重+F 拱架上總荷載）。結(jié)構(gòu)的整體彈性剛度矩陣[K ]僅與單元構(gòu)形、單元抗壓剛度 EA、抗彎剛度 EI及抗扭 GJ 剛度有關(guān)；結(jié)構(gòu)的整體幾何剛度矩陣[Ka ] 僅與單元長(zhǎng)度和單元軸力有關(guān)，因此可以將鋼拱架的穩(wěn)定計(jì)算模型簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化原則：將每片基本節(jié)段簡(jiǎn)化為一個(gè)單元，保證單元的長(zhǎng)度、抗壓、抗彎及抗扭剛度與原結(jié)構(gòu)相等，這樣就能保證整體剛度矩陣與原結(jié)構(gòu)相等，從而保證[K]相同，再加上相同的載荷，單元軸力也必相同，故[Ka]也相同，最后解出的特征值λ 必然相同。

各基本節(jié)段的截面特性計(jì)算如下：

（1）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段（B）、調(diào)節(jié)節(jié)段（T）和拱頂節(jié)段（D）

A=0.022212m2；Ix=0.0237526m4；Iy=0.00229292m4；J=2.387232E-6 m4；A、Ix、Iy 和 J 分別表示節(jié)段截面面積、對(duì) x、y 軸的抗彎慣矩和截面抗扭慣性矩，下同。

（2）拱腳節(jié)段（J）

截面 1：A=0.0416m2；Ix=0.04201432m4；Iy=0.00354968m4；J=1.89E-4 m4；

截面 2：A=0.0416m2；Ix=0.000624m4；Iy=0.00354968m4；J=1.89E-4 m4；

（3）平聯(lián)（P）A=0.002752cm2；Ix=0.00274636m4；Iy=0.00073332m4；J=2.25E-8 m4；

（4）橫聯(lián)（H）

截面 1：A=0.001376m2；Ix=0.00093446m4；Iy=1.14E-6m4；J=1.125E-8 m4；

截面 2：A=0.002752m2；Ix=0.00201608m4；Iy=6.108E-5m4；J=2.25E-8 m4；

采用 Midas Civil 2012 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并用橋博 3.1.0 進(jìn)行復(fù)核；采用 Ansys 10.0進(jìn)行局部分析。

最小穩(wěn)定安全系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4，因此整體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

鋼材的彈性模量E= MPa，則鋼拱架的抗彎剛度

查《橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算》，本拱架按拋物線兩鉸拱計(jì)算穩(wěn)定性。縱向穩(wěn)定性，穩(wěn)定臨界荷載 ， ，查表得系數(shù)k=43.71，代入得

>q=211 KN/m。縱向穩(wěn)定性滿足要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

下牢溪大橋目前已竣工通車，各項(xiàng)建設(shè)指標(biāo)經(jīng)橋梁動(dòng)載、靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示均達(dá)到規(guī)范要求，下牢溪橋建設(shè)成果是成功的。實(shí)踐證實(shí)，輕型鋼拱架的運(yùn)用和纜索式起重機(jī)的選擇成功克服了施工場(chǎng)地狹窄、起重吊裝困難等施工難題，不僅縮短了預(yù)期的施工工期還帶來了良好的社會(huì)效益，為今后類似拱橋及其他結(jié)構(gòu)橋梁施工積累了顯著的施工經(jīng)驗(yàn)。

（作者單位：中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司）