跨線96m下承式簡支鋼桁橋梁轉體施工技術研究

田朋飛，程天賜，張余平，王國梁，戴傳新

（安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 合肥 238076）

1 工程概況

96 m全裝配式鋼桁橋位于安徽省宣城市境內，采用單線下承式簡支鋼桁梁跨越既有皖贛線，與皖贛鐵路相交角度為17。，鋼桁梁主桁類型為無豎桿整體節點平行弦三角桁架下承式鋼桁梁，如圖1所示，主桁跨度96m，全長98.46m，桁高12.8m，兩片主桁中心距8.5m，人行道設置于主桁外側，人行道寬度1.01m，總重1200t，墩臺頂距離地面高度為11.60m，最大起吊高度為24.5m，單件最大起吊重量為26.5t，節點采用高強度螺栓連接的全裝配鋼結構橋梁，工期內需要完成采購、制作、運輸、安裝、卸載、轉體及就位等施工內容。

圖1 鋼桁橋梁結構立面圖

2 施工部署

如圖2所示，皖贛鐵路既有線為東西向，本工程橋體跨度方向軸線與既有線交角為17度，①號墩靠東側，②號墩靠西側，鐵路橋梁整體線路按墩體編號①→②→③順序由東向西方向進行施工，在①號橋墩上設置端軸旋轉軸工裝，在平行既有線一側設置橋體拼裝用通長臨時支撐架，臨時支撐架西側端部與②號橋墩處設置較大管徑支撐架，其上放置箱型截面跨越既有線滑移大梁，在滑移大梁上設置兩條滑移軌道，每條軌道上設置1臺100t爬行器，頂推弧長為28.5m。

圖2 鋼桁橋梁轉體后平面布置圖

在①、②號橋墩混凝土澆筑前，應做好工裝預埋件施工，驗收后進行澆筑混凝土，本工程臨時支撐架對基礎沉降要求高，采用了鋼管樁+承臺基礎，臨時支撐架材料為甲供材，現場下料制作，采用3臺50t汽車吊進行臨時支撐架和橋梁結構構件的安裝施工，采用1臺150t履帶吊進行滑移大梁跨越既有線安裝施工。鋼桁橋下部檢修小車軌道梁應在旋轉-頂推施工前完成安裝工作。

端軸旋轉-頂推施工完成后，采用4臺400t液壓千斤頂置于設計指定頂升位置，對橋體兩端進行同步整體頂升，同時采用鋼墊板置于每個支座處，頂升至設定高度后進行安裝4套成品支座施工，待成品支座下部灌漿料達到強度要求規定值后，對橋體兩端的4臺液壓千斤頂進行同步整體卸載，鋼桁橋主體結構安裝施工完成。

3 控制要點

3.1 制定施工流程

①、②號橋墩頂面鋼筋間距密集，預埋件設置抗剪鍵現場無法施工，采取在預埋板四周現場焊接條形鋼板的措施達到抗剪設計要求。臨時支撐桁架柱下采用了鋼管樁+承臺基礎，并進行了沉降計算，沉降量控制在7mm之內。①、②號橋墩上工裝、臨時支撐系統以及滑移大梁安裝完成并驗收后，對鋼桁橋進行分段高空拼裝，由于施工條件限制，拼裝順序為?號橋墩向?號橋墩施工，由一端向另一端拼裝施工應嚴格控制拼裝預起拱標高。

3.2 鋼桁橋加工制作預起拱和預拼裝

本鋼桁橋梁上下弦構件均采用箱型截面，鋼板材質為Q370qd，節點設計形式為全裝配式高強螺栓節點板連接，上平縱聯各節間桿件按不發生預拱度設計，上弦構件的節間距離（節間距離為12m）加長14mm，其他構件、連接板、制孔等均不變，預拱度通過改變斜桿的交匯點通過帶有一定拼裝內力加以實現，該方式是通過上弦構件加長形成廠制預拱度，上弦加長而通過斜桿的夾角調整進行拼裝而帶動下弦同時形成預拱度較容易實現，拼裝內力小不影響鋼桁橋結構受力性能。

圖3 鋼桁橋工廠預拼裝順序圖

根據工期進度要求，將鋼桁橋分為A、B、C、D四段進行工廠預拼裝，將A和B段加工完成后進行工廠預拼裝，驗收合格后，將A段運至現場拼裝施工；C段加工完成后和B段進行工廠預拼裝，驗收合格后，將B段運至現場拼裝施工；D段加工完成后和C段進行工廠預拼裝，驗收合格后，將C、D段運至現場，拼裝根據廠制預拱度要求，嚴格控制廠制預拱度和胎架位置的一致性，每個節點板穿孔率均應達到100%，若出現不合格應采取糾偏措施或置換連接節點板。

3.3 端軸旋轉工裝設計

旋轉軸設計前應對橋體的單軸旋轉受力進行分析，建立受力模型，基本假定為橋梁下弦、橫向構件及橋面板形成剛體，爬行器頂推力對橋梁跨度方向的線型無影響，如圖4所示，Q為主動力：爬行器頂推力（KN）；Q’為旋轉軸處由主動力Q產生的反力（KN），由旋轉軸承擔全部剪力Q’，即Q’=Q=Gf其中G為號橋墩摩擦面上承擔的橋體重量，f為摩擦系數，啟動時按照0.2取值，滑移過程按照0.15取值），N和N’是由主動力Q引起的摩擦力，N=N’=Gf（其中G為號橋墩摩擦面上承擔的橋體重量，f為摩擦系數，啟動時按照0.2取值，滑移過程按照0.15取值）。

圖4 旋轉軸受力分析圖

①號橋墩上端軸旋轉中心工裝包括旋轉軸、旋轉梁和摩擦梁三部分，如圖5所示，旋轉軸形式為插銷式，承受全部旋轉剪力Q’，內軸與外筒設計間隙為5mm，加工制作偏差±0.5mm，內軸鋼管內設置十字勁板，抗剪焊縫均采用有限元軟件進行復核，接觸面長度按照1/6接觸面周長計算。摩擦梁設置三個方向限位板與橋體支座底板連接，限位板與橋體下弦及支座底板接觸面應刨平頂緊，并應對橋體采取有效加強措施，避免橋體結構構件受外力作用發生變形等不利影響。

圖5 端軸旋轉工裝與旋轉軸設計

3.4 跨線梁截面的選取與設計

滑移跨線梁與支撐體系布置如圖6所示，支撐體系采用四肢格構柱，截面選取為（甲供材），截面管徑比超過規范設計要求，采取管壁內外部加強措施。滑移跨線梁總長度28.5m弧長，最大凈跨12.5m，考慮爬行器受力同步、爬行器數量最少、頂推力額定值、便于控制等原則，選取兩臺爬行器和2條軌道設置于滑移跨線梁頂面，則考慮2條軌道承受重力不均衡因素導致滑移梁受扭的不利影響，選取了箱型截面，在每條軌道下的箱型截面頂板處做加強措施，跨線滑移梁分為三段，每段為直線梁，拼接處現場焊接，鋪設軌道為半徑R=96m圓弧。本項目對滑移梁進行了有限元分析，跨線滑移梁抗傾覆、底部與支撐柱連接處均采取了防止板件局部失穩的有效措施。

圖6 滑移跨線梁與支撐體系布置

3.5 頂推爬行器工裝的設計要點

本工程所采用的TJG-1000型頂推爬行器工作原理是：頂推器底部對軌道進行“握裹”，頂推臂與橋體采用銷軸連接，通過液壓千斤頂伸長使得橋體移動，每次行程300mm。如圖7所示，頂推爬行器工裝設計成“托盤”形式，銷軸頂推點標高與“托盤”底板摩擦面標高盡量保持一致，“托盤”工裝頂推面與橋體接觸面處，應對其鋼構件內部進行有效加強，加強措施應經原橋體設計單位同意許可。頂推力與摩擦力對軌道（包括跨線滑移梁）產生作用與反作用的內力，結合本工程工裝設計特點和實際情況，支撐架設計不考慮頂推橋體所產生的水平力，在軌道斷開連接處，應考慮兩臺頂推爬行器不平衡受力所產生的水平推力，對軌道與箱型梁頂面連接卡板進行承載力復核。

圖6 頂推爬行器工裝

3.6 旋轉-頂推施工過程關鍵部位監測

本橋梁在頂推旋轉過程中采用了施工監測技術，主要針對關鍵部位進行應力、位移和豎向撓度的監測，關鍵部位包括：試頂前卸載后橋體線性測量；旋轉軸和旋轉梁的應力監測；摩擦梁上限位板應力監測；兩端摩擦梁在滑移過程的滑移量監測（監測水平位移是否同步）；跨線滑移大梁應力和豎向撓度監測；跨線滑移大梁側向支撐構件應力監測；跨線滑移大梁與支撐格構柱連接部位應力監測；支撐格構柱頂和柱底應力和板局部變形監測等。工程實施前制定了系統的監測方案，根據爬行器的每次推進行程，進行了全過程的受力模擬分析，確立了橋體滑移過程對跨線滑移梁3處最不利位置，本項目試頂為3個行程，試頂過程的監測數據與受力分析數據較為吻合，對后續正式頂推奠定了良好的技術數據支撐。如圖8所示是本工程對關鍵部位數據監測的現場圖像。

4 結語

隨著我國高速鐵路的快速發展，鋼結構橋梁應用越來越得到認可，亟待提高施工技術水平與積累工程施工經驗，本工程實踐表明：

圖8 橋體施工過程實時監測

①當跨線鐵路橋與既有線交角小于20。時，采用本工程實施的端軸旋轉-頂推施工方法是經濟可行的，具有施工便捷、降低技術難度、經濟、可操作性強等優點。

②本工程實施的端軸旋轉-頂推施工方法，旋轉軸工裝設計首先建立了力學模型，該設計可對類似工程具有廣泛應用價值；跨線滑移大梁采用箱型截面，并在軌道下布設加強肋，以直帶曲等構造設計均提高其整體穩定性，是該類工程滑移工裝的首選截面形式。

③端軸旋轉-頂推施工方法的實施應重視施工全過程受力模擬仿真分析、施工全過程實時監測并與數值模擬值對比、橋梁卸載與就位、橋梁轉體施工專項應急預案等，對支撐系統、工裝系統的關鍵部位應進行詳盡計算分析，并采用有限元軟件進行復核，做好鋼結構局部穩定構造設計工作。